Mencoba Membuat Artificial Sunlight di Rumah

Proyek Membuat Cahaya Matahari Buatan

• Latar belakang proyek

  • Terinspirasi setelah melihat video DIY Perks yang membuat cahaya matahari buatan menggunakan LED 500W dan reflektor parabola besar.
  • Sambil memikirkan desain yang memakan lebih sedikit ruang, mencoba desain baru dengan menggunakan beberapa LED dan susunan lensa.

• Ide desain

  • Susunan lensa ditempatkan dalam bentuk grid, dan LED diletakkan pada tiap lensa untuk menghemat ruang serta memudahkan pengelolaan panas.
  • Mempelajari berbagai teknik seperti pemodelan CAD, desain PCB, dan penulisan kode Python untuk mengoptimalkan sistem optik.

• Spesifikasi teknis

  • Lensa: persegi 30mm, panjang fokus 55mm, susunan 6x6 dengan total 36 LED.
  • LED: LUXEON 2835 3V, CRI 95+, suhu warna 4000K.
  • PCB: dirancang dengan KiCad, diproduksi di JLCPCB.
  • Sistem optik: menggunakan sistem 2 lensa untuk menjaga kesejajaran cahaya.

• Proses pembuatan

  • Lensa dan komponen mekanis dibuat dengan pemrosesan CNC.
  • PCB dirakit di JLCPCB.
  • Menentukan bentuk lensa optimal melalui simulasi optik, lalu memutuskan desain akhir.

• Hasil dan evaluasi

  • Proyek berhasil diselesaikan, dan efek cahaya matahari buatan berhasil diwujudkan sampai tingkat tertentu.
  • Ada kekurangan berupa intensitas cahaya yang sedikit kurang kuat dan pola grid dari susunan lensa yang cukup terlihat.
  • Perbaikan ke depan memerlukan keluaran cahaya yang lebih kuat, luas permukaan yang lebih besar, dan desain optik yang lebih presisi.

• Kesimpulan

  • Melalui proyek ini, memperoleh banyak pengetahuan tentang desain PCB, elektronika, manufaktur CNC, dan optik.
  • Mengalami langsung keunggulan pendekatan berbasis kode dan meningkatkan efisiensi dalam proses manufaktur.
  • Membuka kemungkinan untuk mengembangkan versi 2 di masa depan, sambil merasa puas dengan hasil saat ini.

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Sangat keren. Saya adalah CEO Innerscene, dan kami membuat pencahayaan langit buatan komersial. Model Coelux ht25 hampir identik dengan yang kami buat, tetapi menggunakan lensa yang lebih kecil dan lebih banyak LED. Namun, efek yang mereka capai masih belum terlalu mengesankan. Kami menghabiskan banyak waktu untuk menghasilkan cahaya paralel yang sempurna, menyembunyikan tepi lensa, dan memastikan pandangan ke arah langit terasa mulus serta bebas artefak. Saya rasa 10% terakhir dari masalah ini memakan 90% dari seluruh pekerjaan. Kami berhasil menyelesaikan masalah itu, tetapi saat ini masih menggunakan banyak komponen mahal, jadi kami sedang berupaya menurunkan biayanya. Jika Anda mencari paten Innerscene, pendekatan kami dijelaskan cukup rinci di sana. Kami juga menghabiskan banyak waktu untuk simulasi dan perangkat lunak

• Masalah dengan setelan ini (dan sebagian besar lampu LED efisiensi tinggi) adalah kurangnya panjang gelombang merah. Sinar matahari asli memiliki energi dalam jumlah besar pada ujung spektrum tampak yang sangat merah (700 nm) dan pada inframerah. Lampu ini memiliki dua puncak spektrum: puncak sempit di kisaran biru sekitar 450 nm, dan puncak yang lebih lebar pada hijau yang berpusat di 580 nm. Puncak hijau itu turun tajam, dan hampir tidak ada energi di ujung merah

• Sel kerucut peka warna di mata kita memiliki tiga puncak sensitivitas. Sel kerucut S untuk kisaran biru, sel kerucut M untuk hijau, dan sel kerucut L untuk kuning. Sel kerucut L digunakan otak untuk melihat merah, tetapi sebenarnya tidak terlalu sensitif terhadap merah tua seperti 700 nm. Karena itu kita mengira lampu LED menghasilkan merah, padahal sebenarnya tidak memancarkan banyak energi merah

• Tubuh kita sensitif terhadap cahaya merah tua. Sitokrom di mitokondria meresponsnya. Ada eksperimen yang menunjukkan bahwa menyinari kulit dengan cahaya merah dapat meningkatkan metabolisme gula. Ini masuk akal karena kita berevolusi di bawah sinar matahari yang kaya warna merah

• Jadi lampu ini mungkin terlihat seperti sinar matahari, tetapi ada panjang gelombang penting yang hilang

• Saat melihat "sinar matahari buatan", saya langsung berpikir, "Saya ingin melihat spektrum pencahayaan yang dibuat orang ini." Saya kecewa karena hanya melihat "CRI 95+". Ada video yang sangat bagus yang menjelaskan kekurangan CRI. Kecerahan dan suhu warna hanya bagian kecil dari pencahayaan. Lebih banyak orang seharusnya mulai mengukur spektrum untuk menemukan pencahayaan yang paling cocok bagi mereka. Teman-teman saya memiliki pendapat yang sangat beragam tentang distribusi spektrum yang mereka suka/tidak suka, tetapi mereka kurang memiliki bahasa dan pengalaman untuk mengidentifikasi atau mengomunikasikan preferensi itu

• Saya terutama menggunakan bohlam LED untuk mengurangi panas yang dihasilkan. Tetapi saya selalu mencampurnya dengan sedikit lampu pijar/halogen (2400-3000K) agar bisa melihat semua warna indah di dunia

• Sangat keren. Saya sedang mengerjakan lampu yang memberikan cahaya setingkat siang di dalam ruangan. Pada sisi paling terang, itu mencapai 50.000 lumen

• Masalah panas utama saat perangkat ini diskalakan bukanlah lampunya, melainkan pendinginan catu daya. Jika perangkat ini diperbesar, saya akan mempertimbangkan catu daya ATX. Bentuknya relatif besar, biasanya sudah memiliki pendingin aktif di dalamnya, dan dapat dengan mudah menyuplai ratusan watt pada 12V. Biasanya Anda hanya perlu menghubungkan kabel PS_ON ke ground untuk menyalakannya

• DIY Perks juga pernah mencoba membuat sinar matahari buatan di rumah, dengan fokus pada hal-hal seperti hamburan Rayleigh. Video itu sangat bagus. OP secara spesifik menyebut DIY Perks, dan desain OP jauh lebih ringkas. Ukuran totalnya 19cm x 19cm x 9cm, yang cukup ringkas untuk jarak fokus 5cm dan area pencahayaan efektif 18cm x 18cm. Video DIYPerks maupun produk komersial seperti CoeLux tidak mencapai bentuk seperti ini

• Keren, tetapi Anda bisa mendapatkan film peningkat kecerahan dengan harga sangat murah di AliExpress. Film peningkat kecerahan adalah film optik transparan. Lapisan bawah perlu memiliki pelapis belakang untuk memberikan sedikit difusi, lapisan tengah adalah lapisan substrat PET transparan, dan lapisan atas adalah struktur mikroprisma. Saat cahaya melewati struktur mikroprisma pada lapisan permukaan, distribusi intensitas cahaya dikendalikan melalui pembiasan, pemantulan total internal, akumulasi cahaya, dan sebagainya

• Saya penasaran mengapa memilih trace. Ada 7 sinyal per papan, dan semuanya menargetkan impedansi rendah. Anda bisa mengekspos tembaga di bagian belakang papan untuk digunakan sebagai heatsink sementara. Anda tidak perlu mengkhawatirkan efek loop dalam rangkaian ini, tetapi loop segitiga kecil yang aneh di bagian belakang cukup mencolok

• Tahun lalu saya melakukan hal serupa, tetapi lebih fokus pada spektrum, dan menggunakan lampu film berdaya tinggi dengan keluaran spektrum yang jauh lebih baik. Anda bisa mendapatkan sebagian besar efek cahaya paralel dengan menambahkan hyperreflector yang biasanya disertakan dengan sebagian besar lampu. Lalu saya menambahkan lampu panas pijar untuk mengisi bagian IR dari spektrum, dan pencahayaan UV LED khusus untuk bagian UVA. Saya tidak punya wadah untuk memasukkan lampu khusus UVB

• Saya juga sempat terobsesi membuat sinar matahari buatan di rumah. Pada akhirnya solusi yang saya pilih adalah bohlam LED model cone setara 300W beranggaran rendah (4000lm) dan lampu panas pijar 250W. Saya memutuskan untuk lebih fokus pada panas daripada sifat paralel cahaya. Total biayanya sekitar $75