LEDを1000個発行させるための方法

質問

現在、両親がいちご栽培をしています。
最近は、青色発行ダイオードを設置することで、無農薬で栽培できたりするそうです。
そこで、プレゼントしたいと下記のリンクの会社で販売されている商品を見たところ、100万円近くかかってしまいます。
http://www.ggbb.jp/survise.htm
そこで、自作をしようと考えています。
ホームページを見ると、
電源 DC5V/約300W
LED 青色3,000個
トランス、整流器

とあります。
これを元に見てみると、６０Ａの電流が流れ、ひとつのLEDに20mAが流れていることになると思います。
LEDの最大IFが20mAということを考えると、理想的だとは思うのですが、ここでひとつ疑問なのが、5Vとという電圧です。こんなに低い電圧でLEDは光るのでしょうか？並列に繋いでいるのでしょうか？
イラストを見る限り直列に繋いでいるように見えます。
トランスに何か関係があるのでしょうか？
どういう風に回路を組めばいいのでしょうか？3000個直列したら、すごい電圧が必要だと思うのですが、、、
申し訳ございませんが、わかるかた教えていただければと思います。

回答No.5

tance · ベストアンサー

＃１さんのおっしゃるのも解ります。100万円はしないにしてもそれなりの
金額が必要ですから、そこそこの冒険であることをまず認識してください。私は、ご両親のいちご栽培を助けたいという気持ちを何とかサポート
できたらと思い、少々ハードルは高いですが、できそうな案を考えて
みました。

まず、LEDの並列接続はそれ自体でかなり危ない考え方です。LEDの特性の
ばらつきが大きいと特定のLEDに電流が集中して壊れやすくなります。
また、電球とは違って非直線性を持っているので、電圧がちょっと増える
と電流は爆発的に増えます。

さらに、LEDが壊れると端子間がショートする故障モードが多いですから
60Aの能力のある電源をショートすることになり、大変危険です。

LEDのメーカが耐久試験などをするときは、直列接続でやっています。
懐中電灯などでは電池とLEDをじかにつないでいるのが普通になっている
ようですが、相当のデータを集めて安全を確認しないとできることでは
ありません。

電源としては24Vくらいのものが手に入りやすいのでそれで点けられる
個数だけ直列にするのが良いと思います。さらに安全を見るなら抵抗
も直列につないでばらつきの影響を減らす必要があるかもしれません。

もともとばらつきの少ないLEDを使えば抵抗は不要かもしれません。

どの程度の明るさが必要なのかわかりませんが、安いものでは1個\40
くらいですから1000個で４万円です。これを５つ直列にして１つの
ユニットとし、このユニットを100個並列につなぎます。これで合計
電流は2Aですから、24V 2.5Aくらいの電源を使って点灯します。
このくらいの電源は\2,500くらいで買えます。

このようにして100×5個の点灯ができました。これをもう一つ用意
すれば合計1000個のLEDを安全に点灯することができます。

配線のケーブルなどもバカにできない金額になるとは思いますが、材料
費だけなら６万円くらいでできるかもしれません。

でも1000個の配線は大変ですよ。
大量に買い込む前に明るさが十分か、確認をしてください。

あと、５個直列のユニットにさらに200Ωくらいの抵抗も直列に
しておくことをお勧めします。

補足

丁寧な回答ありがとうございます。
tanoeさんの意見を参考に案を練っていこうかと思います。
確かにいろいろとネットを調べていたら、ある程度直列つなぎをして分散させるのが良いかもしれませんね。
それで、抵抗をはさむ代わりに、定電流ダイオードでもいいのでしょうか？
その場合、10mAと15mAとありますが、５つ直列下場合どちらがいいのでしょうか？
考えている発光ダイオードは以下のとおりです。
◎IF 20mA
◎VF　3.3-3.5(V)
◎IV　3000-5000（mcd)
この場合だと、3.5*5=17.5だから、24V電圧をつかったとしても十分に定電流ダイオード分も電圧が取れると思います。
ばらつきをなくすためにこちらはどうかなと初心者なりに考えました。
ご教授していただければとおもいます。
宜しくお願いします。

回答No.14

electron11

LEDによる野菜栽培はNHKニュースでもやってました　波長を制御する事で野菜の成長＆栄養等を制御すると言うものです
そのような大きな栽培自動工場も既にあります

作り方はAC１００Vを整流平滑し抵抗1個でLEDを直列に使う事です　LED　33個前後直列接続出来　コスト最低に出来ます
但し危険が高いので絶縁を良くしなければなりません　叉水を被っても良いように安全に作らなければなりません
この場合ブリッジ整流器を使いますが耐圧は３００V必要です（２Ep）

当方この方法で蛍光灯を止め白LED電灯にしてます　明るい範囲は狭くなりましたが半分以下の電力で済んでます
２０W蛍光灯を７Wの白LED電灯（30個直列で2セット　計６０個）にし使っております
その他ブリッジ整流器1個、抵抗器2個、プリント板2枚　あと100円ショップで購入したプラケース　ACコード＆SW　最近作ったのは4台目です

危険を避けるにはトランスを使い電圧を下げる事ですがトランス代分コストアップします　でも安全になります
電圧を半分にすればLEDも直列数は半分になります　代わりに2セット並列にします　電流は2倍になりますが電力は同じです
更に半分にすれば更に安全になり　この場合直列LED数は1/4にし並列に4セットとします
電流は４倍になり　電圧は1/4ですが電力は同じです でも抵抗が増えますけれど
整流平滑のままですと電圧変動＆抵抗値やLEDのVｆのバラツキを考慮した計算が必要です
定電圧ICでも使いますと少し軽減されますがコストアップします
この場合１２Vで設計されますと停電時にバッテリーを短時間ですが使う事が出来ます
車用バッテリー１２Vは良く出回っているだけに割合安いです　でも電圧は満充電時は１５Vになりますので注意
１５Vで計算しておかないと過電流になりますが１２V時は少なくなります
尚CRDは使わないほうが良いでしょう　高価なだけでなく電流が制限され設計の自由度が失われます　プロは使いません素人様用です
LED電流は温度で制限を受けます　高温時は下げねばなりません　カタログに軽減曲線が載ってます
１２V設計ではLEDは３個直列＋抵抗１個になります　これを並列に何セットかにして必要数を確保します
５φLED電流は20mAですがFLUXタイプですと30mAです　２４V設計が無駄が少なく且つ安全と思います

LED仕様の大事なのに半値角があります　これは光の広がり角度です
メーカーによって違いがありますけれど　広いと光が弱くなります　年々効率がアップしてます
照射距離によって適度な角度があるはずですから良く調べましょう
形状に偏平型のFLUXタイプと砲弾型があります　輝度＆色具合にもメーカーによって違いがあります
最終的には抵抗の代わりに定電流回路にするのが良いでしょう　温度による電流軽減も加えられます
LEDはヤフオクで纏め買いで1,000円/30個　前後ですからご自分で作れば格安に出来ますが自己責任となるのは言うまでもありません

一応電気の知識をお持ちのようですから　それなりの回答です　引退した元プロより

回答No.13

JaritenCat

質問の製品は実用新案を取っているようですので、特許庁のホームページから検索できます。
http://www.ipdl.inpit.go.jp/homepg.ipdl
から、初心者向け検索を開いて、特許・実用新案をクリック。
「いちごの栽培装置」で検索実行するとヒットします。
詳細表示で申請内容がすべて見れますが、ＬＥＤの間隔などは参考になるでしょう。
回路構成は２種類ありますが、図４の方がおすすめです。図５はVFのばらつきで光らないLEDが出てくるでしょう。

「青色 栽培」でも似たような申請文書がヒットしますので、参考にされてはいかがでしょう。

お礼

大変貴重な情報をありがとうございます。
特許が出されていたのですね＾＾；もっと調べるべきでした。
しかし、丁度今年の頭に権利も消えていますし、参考にさせていただきます。
私も図4での方法を他の方の意見を元にしようと思っていました。
まずは、ミニチュア的に作成してみて、うまくいけば大きく展開していきたいと思います。
また、報告いたします。
ありがとうございました。

回答No.12

miran_2006

３ページ目　を書き忘れました

回答No.11

miran_2006

>しかし、実際に父親が視察などに行き、核心を得た結果したいと判断しました。
なかなか職業熱心なお父さんですね。
そんなところに水を差すようで恐縮なのですが、結構高額な出費になると思いますので慎重にお考えになることをお勧めします。
例えば、農業と言うのは物作りですので、作者の愛情（手間隙）が品質に大きく影響すると思います。高額な道具を導入したのなら尚更です。
ちょっと意味合いが違う例えですがプラセボと似たような効果が出たのではなどと推測してしまいます。

さて、憶測はこのくらいにして・・・
もしも真剣に導入を検討されているのなら、テスト用のサンプルを先に製作されるのは如何でしょうか？
態々作らなくても、面積比に相当する投光機（青色LEDの懐中電灯）でも良いと思います。これを数種類のパターン用意して光量や投光時間、パルス点灯させるならその周波数など色々試してみるのが良いのでは？
１シーズンは無駄になってしまうかも知れませんが、もしかしたらより良い条件が見つかるかも知れませんよ。

それと、どうしても１０００個繋げたい場合・・・
使用するLEDにもよりますが、普通は、LEDにはVf（フォアード電圧）に見合った電流が流れます。
詳しくは下記ＵＲＬのデータシートを例にすると左上のグラフに描かれているような特性図があると思います。
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/Opto/TLFGE19TP(F)_TLPYE19TP(F)_ja_datasheet_071001.pdf
この場合ですと、1.9Vから電流が流れ始め、2.2Vで最大定格を超える順電流になると読み取れます。
ちゃんと光っていると感じれる電流は10mA～20mAぐらいですのでこの場合ですとVfが2.05Vくらいと言うことになります。
この電圧を１０００個すべてに並列接続で供給すれば、１０００個とも光るはずですが、１０００個もあると、特性にばらつきが出ます。

明るく光るものもあれば暗いものもあります。
中には壊れるものもあるかもしれません。
オープンモードで壊れる分には点灯しないだけで害はありません。
ショートモードで壊れると、そこに沢山の電流が流れます。
しかし、定格を超えた電流が流れると、やがて焼損すると思われます。
焼損したときに火災にならないように配慮すれば、やがてオープンモードで壊れると予想されます。（推測なので保証はできませんけど）
昔、ＡＥ９２と言う車がありました。
その車にはＬＥＤのストップランプがついていましたが、おそらくはアンバランスによる破損と思われる歯抜けな光りかたをしている車を良く見かけました。
ですので、単純に並列接続でもやれないことは無いと思います。

お礼

回答ありがとうございます。
でも、プラセボとは少々失礼な喩えだと思います。
父親は非常に熱心で尊敬できる人物です。
それを踏みにじっているようで少々如何なものかと思います。

さて、提案のとおり、サンプルを作ろうと思っています。
VF=3.5のLEDを6個直列して、15mAのCRDをひとつセットします。
それを3セットつくり並列に接続して、24V/2.5AのACアダプターで電源を供給します。
+24V→CRD→●→●→●→●→●→●→0　*　3セットの並列接続
色々と検討した結果、ハウスの大きさが長さが30m、幅が40mということで、長さの30m分を何セットか作って実現しようかと思っています。
そのミニチュア版ということで上記のようなサンプルを考えています。

あと、CRDは高価なので、併せて抵抗を使うパターンも同時に作成しようと思います。
そうなると、ひとつのLEDにかかる電流が15mAになるようにしたいので、6個のLED直列にかかる電圧が24Vで、VFが3.5ということは、残り3V分を抵抗で補おうとしたら抵抗は200Ωで十分かなと思います。
早速、材料を取り寄せて今週末からの夏休みでめどを立てたいと思います。また、相談させていただければと思います。
宜しくお願いします。

自分は、ひそかに工学部電気工学科卒業なのですが、こうして皆様とやりとりしているうちに色々と思い出してきましたｗどれだけ大学時代サボってたのかが恥ずかしい限りです。

回答No.10

tance

tanceです。

先ほどの回答のなかで、
LEDストロボ発光を28個直列にしたものを２つ用意します。
という行がありますが、「ストロボ発光」を無視してください。
以前書いた無関係の文章の変換候補がそのまま出てしまったものです。
失礼いたしました。

お礼

丁寧な訂正ありがとうございます。

回答No.9

tance

tanceです。

定電流ダイオード・・・250mWクラスの15mAのものなら最高です。ちょっと
贅沢なくらいです。VFが最高で3.5Vなら６個直列が可能です。

全並列の方が配線は楽なのですが、明るさのムラや破損の危険性があるので
やはり直列を並列にするのが一番安全です。

気になったのはLEDの数ですが、タイトルどおり1000個で良いのですよね。

私は、青LEDの効果については敢えて触れませんでした。これはここでの
質問以前の問題ですから、そこは他の回答者の意見なども踏まえて
ご検討ください。

----------------------------------------
ここからは、かなりアブナイはなしですので、自己責任でお願いします。

LEDストロボ発光を28個直列にしたものを２つ用意します。これらを
逆並列に接続します。つまり、片方のアノードを、もう一つのカソード
につなぐという具合に逆極性の並列接続をします。

そして、そのままAC100Vにつなぎます。全体に直列に少々抵抗を入れた
方が良いかもしれませんが、28個も直列になるとばらつきも平均化
されるし、内部抵抗の合計もそこそこの値になりますので、不具合は
起きにくいです。（抵抗を入れる場合はその許容電力にご注意ください）

ピーク電流がどのくらいになるのか、半サイクルは消えているので
明るさは不足しないか、など懸念もあります。

これだと安定化電源も不要です。直列接続が多いので製作も多少は
やりやすいでしょう。問題はAC100Vがそのままハウス内に張り巡らされる
ことです。感電の危険や、何より法律的に資格が必要になるのかとも
思います。

純技術的にこんな方法もあるという話しです。個人的には推奨はしません。

お礼

様々な提案ありがとうございます。
アブナイ提案は、交流を使うということもあり、今回は見遅ります。
事故が起きてからでは遅いと思いますし、少しでも安全な方を選択します。

VF=3.5を6個直列して、15mAのCRDを使用した際に、15mAのCRDにかかる電圧が大体4.5V必要だと思います。
その場合、合計の電圧が24Vを超えてしまいますが、最大電圧のVFが3.5ということを考えれば大体、電圧-電流特性は6個直列でも15mA近く流れるのでしょうか？
中途半端にCRDに負荷がかかって発熱するのも嫌なので、大体15mAを満たすのであれば、6個で直列を考えてみたいと思います。
+24V→CRD→●→●→●→●→●→●→0
最初は1000個ということで考えていましたが、色々と検討した結果、ハウスの大きさが長さが30m、幅が40mということで、長さの30m分を何セットか作って実現しようかと思っています。
このことから、幅を10cmに配置するとしても１セット300個でいいのかなと思っています。
なので、直列6個のセットを50並列して実現するのはどうかなと思います。
あと、CRDが高価というのであれば、車みたいな不安定な電源状態でもないですし、抵抗を使うパターンも同時に考えていきたいと思います。
そうなると、ひとつのLEDにかかる電流が15mAになるようにしたいので、6個の直列にかかる電圧が24Vで、VFが3.5ということは、残り3V分
を抵抗で補おうとしたら抵抗は200Ωで十分でしょうか？
最終的には、丸チューブの中にLEDのセットを通して防水対策をしようと思っています。また、できれば幅10mmくらいのプラバンに10cm感覚で5φの穴を開けて、そこにLEDを設置して、それをチューブに30m分入れればなと思います。
この案はどうでしょうか？なんどもすみません。

回答No.8

noname#72861

私も効果に疑問を感じます。

　その製品のキャッチコピーには
ハウス内での照明機器にＬＥＤを使用することによってさまざまな効果をもたらします。
と書かれていますが、そのさまざまな効果とはなにかの記述がほとんどありません。
　うどんこ病、ダニの発生に対して抑止効果がある
とは書かれていますが、抑止するとは言ってませんね。
　日照時間の少ないところでは効果が大
これも意味不明瞭です。何の効果が大なのでしょう。上述の抑止効果でしょうか。
　だとしたら十分な日照が得られるところでは効果はあまり無いのでしょうか。
　それとも少ない日照を補うことが出来るという意味でしょうか。
　でも、あの写真にあるような数のLEDで日照不足を補うことなど到底出来ないでしょう。
ビルの中でレタスなどを栽培している野菜工場では、
天井を埋め尽くすくらいの膨大な数のLEDを使っているようです。

　いずれにしろ、大金を払って必要資材を購入する前に、
実際にその製品を設置している農家を訪れて話を聞いてみてはどうでしょうか。

お礼

No.7の方の質問にもお答えしましたが、確かに疑問に思うのもわかります。
実際私も疑問を持った1人ですから。。。
しかし、ただ単にネットをみて思いついたのではなく、実際に父親が視察などに行き、判断しました。
なので、現在実証されていること意外が効果として現れるのかもしれません。
農業というのは答えというのはありません。
答えがあるのならだれでも成功していると思います。
父親は探究して、お客様に対していかに安心してもらうかを考えています。農薬を使わなくて良いようになるのであれば、最高です。
十分の日照が得られるところでは効果はあまりないとありますが、もしかしたら周波数が関係するのかもしれません。
日照が十分あるということは紫外線もいっぱい出ていますよね。
紫外線は、発光ダイオードより周波数は高いので結局はそちらのほうにごまかされてしまうのかなと素人なりに考えてしまいます。
夜間ではその効果があるとしたら十分得られますし、何事もチャレンジです。
農業というのは机上の計算だけでは成り立たないことだけはご理解下さい。えらそうなことを言ってすみません。

回答No.7

miran_2006

果たして、そんなに効果があるのでしょうか？と疑問に思ってしまいます。

疑問１：
日中の照明について、もともとの光（太陽光）に対して、あまりにも小さな光です。ハウスの広さが５０m2と仮定しても３００Ｗ÷５０m2で６Ｗ／m2しかありません。
太陽光は１０００Ｗ／m2ですので、１％にも満たしません。

疑問２：
青色ＬＥＤは所詮「青」ですので紫外線ではありません。殺菌作用は期待できないと思います。
仮に「青」だけの環境下で悪玉菌を培養した時に、自然光よりも増殖率が低かったとしても、それは善玉菌にも当てはまるのでは？

疑問３：
写真の形状ですと、特定の場所を光らせるような構造では無い様に見えます。つまり下を照らす物もあれば、空を照らす物もある。夜間の照明（足場の確認用など）としては、かえって効率が悪いのでは？

以上のような事から、親孝行したいと言うお気持ちは察しますが、もっと別の何かにした方が良いように思えます。
例えば、夜間作業用の照明が欲しいなら、ガーデニング用のソーラーライトを山ほど買ってあげるとか・・・

お礼

確かに疑問に思うのもわかります。
実際私も疑問を持った1人ですから。。。
しかし、実際に父親が視察などに行き、核心を得た結果したいと判断しました。しかし、実際に導入するにしても多額の費用がかかるため躊躇していた経緯があります。
でも、安く実現できるなら、してみたいと思うのはだれしもです。
農業というのは答えというのはありません。
答えがあるのならだれでも成功していると思います。
父親は探究して、お客様に対していかに安心してもらうかを考えています。農薬を使わなくて良いようになるのであれば、最高です。
その考えに対して少しでも安く実現してあげれば、自分もこの上なくうれしいですし、効果がでればさらにいいと思います。
農業というのは机上の計算だけでは成り立たないことだけはご理解下さい。えらそうなことを言ってすみません。

回答No.6

inara1

材料費だけなら13万2000円＋15個口のテーブルタップ＋配線ケーブルで作れますが、数千箇所ものハンダ付けが必要ということを考えてください。

LEDは3000個で12万円になります（ [1] のものだと1個40円です）。[2] にあるような5V/4ＡのACアダプタ１個で 200個のLEDを光らせることができるので、3000個のLEDを光らせるには、このACアダプタが15個必要です（15個で9000円）。この他に、LEDに流す電流を決める抵抗器（100Ω）が3000本必要で、その価格は3000個で3000円になります [3]。したがって必要な金額は、１２万円（LED３０００個）＋9000円（ACアダプタ15個）＋3000円（抵抗3000個）＝13万2000円になります。この他に、AC100Vから15個のコンセントを作るテーブルタップ（５個口のものなら３個）が必要です。

3000個の青色LEDを点灯させるには以下のように結線してください。１個のACアダプタから流れる電流は4A程度なので、配線は芯線がφ1mm程度のビニール線でいいと思います。配線がショートしないように注意してください。AC100Vの電流は3A（300W）くらいなるので、使用するテーブルタップは5A以上のものを使ってください。

　　　　　　　　　　ACアダプタ1
　　　　　　　　　　　┏━┓+5V
　AC100V ─┬─┨１ ┠─────┬─┬─　・・・　┐
　AC100V ─　）┬┨　 ┠┐0V　　　 R　　R　　　　　　R 　100Ω抵抗（200個）
　　　　　　　　 ││┗━┛│　　　　　 │　 │　　　　　　│
　　　　　　　　 ││　　　　 │　　　　　 ▽　 ▽　　　　　　▽ LED（200個）　--- 足の長いほうが▽の上側
　　　　　　　　 ││　　　　 └───-┴─┴─ ・・・ ─┘
　　　　　　　　 ││┏━┓+5V
　　　　　　　　 ├ ）┨２ ┠─────┬─┬─　・・・　┐
　　　　　　　　 │├┨　 ┠┐0V　　　 R　　R　　　　　　R 　100Ω抵抗（200個）
　　　　　　　　 ││┗━┛│　　　　　 │　 │　　　　　　│
　　　　　　　　 ││　　　　 │　　　　　 ▽　 ▽　　　　　　▽ LED（200個）
　　　　　　　　 ││　　　　 └───-┴─┴─ ・・・ ─┘
　　　　　　　　　・ ・
　　　　　　　　　・ ・
　　　　　　　　　・ ・　ACアダプタ15
　　　　　　　　 ││┏━┓+5V
　　　　　　　　 └ ）┨15┠─────┬─┬─　・・・　┐
　　　　　　　　 　 └┨　 ┠┐0V　　　 R　　R　　　　　　R 　100Ω抵抗（200個）
　　　　　　　　　　　 ┗━┛│　　　　　 │　 │　　　　　　│
　　　　　　　　　　　　　　　　│　　　　　 ▽　 ▽　　　　　　▽ LED（200個）
　　　　　　　　　　　　　　　　└───-┴─┴─ ・・・ ─┘

[1]　広角青色LED（10個で400円 →　3000個で12万円）　http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22I-01322%22&s=popularity&p=1&r=1&page=
[2]　5V/4Ａ ACアダプタ（１個600円　→　15個で9000円）　http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22M-02304%22&s=popularity&p=1&r=1&page=&cl=1
[3]　100Ω抵抗（100本入りで100円　→　3000本で3000円）　http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22R-25101%22&s=score&p=1&r=1&page=

お礼

丁寧な回答ありがとうございます。
大変わかりやすく参考になりました。
案を参考に練っていきたいと思います。
別の方が回答されていましたが、ダイオードは何個かを直列でつなぎ、それを複数並列で繋いでいく方法も考えてみたいと思います。
また、おかしなところがあれば、ご指摘下さい。

回答No.4

egg2006

電流が60Aも流れると、細い線では焼き切れて、火災の原因になりそうです。
手作りは危険ではないですか？
お金はかかりますが、こんなのはどうですか？
LEDロープライト
http://item.rakuten.co.jp/easy-style/nk-6797/

お礼

提案ありがとうございます。確かに、これもひとつの手段かもしれません。考えて見ます。回答ありがとうございました。