Grundlagen der Optik - Lumen, PAR und Bemessung der benötigten Beleuchtungsleistung

    • Hallo Dietmar

      Illutronix schrieb:

      wie ich bereits geschrieben hatte ist da 1m Wassertiefe bereits mit berücksichtigt

      Darf ich in dem Fall davon ausgehen, dass diese Beispiel von dir in einer Wassertiefe auf diese Fläche von 0.60m2 mit 207 Watt in einem Meter Tiefe noch 450 µmol/m2/sec aufweisen werden?

      @Ronny
      Ich Zweifel Dietmar gar nicht an, hatte selber 6 Semester Physik, ist nur schon gut 30 Jahre her.
      Ich möchte das Ganze nur wieder Verstehen und da habe ich mit meinen Praxismessungen eben noch irgendwo einen Knopf.
      ><((((º> <º)))) ><

      Salzige Grüsse
      Henning
    • Hallo Henning,

      ja, prinzipell kannst du davon ausgehen.
      Aber wie schon geschrieben sind die Werte natürlich mit Vorsicht zu genießen.
      Wasserbewegung oder Schwebstoffe sind da nicht berücksichtigt.
      Die Berechnung berücksichtigt Verluste durch die Asorption des Wassers.
      Um die Energie flächig verteilt am Boden zur Verfügung zu haben sind jedoch entweder die Reflektionen an der Seitenscheibe nötig, oder ein entsprechend aufwendig gestaltetes optisches System.

      Was mir aber noch wichtig ist zu erwähnen - die ganze Berechnung basiert auf Annahmen, die zum Teil erheblich fehlerbehaftet sein können. Daher sollten die Ergebnisse bitte nur als Richtwert angesehen werden - vor allem wenn es sich um Leuchten handelt bei denen der innere Aufbau nicht genau bekannt ist.
    • Hallo Dietmar

      Wie kann ich meine Messungen mit einem geeichten getSpec 2048, wo ich auch schon mit anderen Spektrometer Namhafter Hersteller abgleichen durfte (in den Luftmessungen), wo ja auch keine Reflektionen der Seitenscheiben mit Berücksichtigt sind, da es sie nicht gibt, mit annähernd den Leistungsmodulen wie du in deinem Beispiel errechnet hast nirgends auf der Tiefe von 60cm ab Modul auf so einem Hohen PAR-Wert und dies nicht einmal im Zentrum der Lichtquelle.
      Wen ich hier deine Formel nehme hätte ich auf 1m Wassertiefe als einzige Reduktion im Wert die Absorption im Wasser. Wen diese 5% auf einem Meter ist und ich mal annehme, dass diese Linear verläuft, dürfte ich also wen ich die gleiche Rechnung mach um festzustellen was ich auf einer Tiefe bei 60cm hätte mit einer Reduktion von 3% ausgehen.
      Ich habe hier mal eine kleine Tabelle erstellt.

      Dem Weitern habe ich mal gesagt das ich die zu erwartenden PAR-Werte errechnen möchte, wen ich das Modul kenne. Habe eine Berechnung mit den Abzügen und einmal, da es ja an der Luft ist ohne.
      Bei beiden Varianten komme ich auf ganz Unterschiedliche Werte zu meinen gemessenen. Das die in der Grössenordnung nicht ganz stimmen, liegt wohl an den Annahmen. Doch was mich mehr erstaunt, dass hier die Distanz nicht korrespondiert.
      Dass deine Formel mit den Physikalischen Einheiten aufgeht, sehe ich. Was mir irgendwie fehlt ist der Verlust auf die Distanz. Hier kommt meine Praxis noch nicht mit.

      ig-meeresaquaristik.de/index.p…7a78b52d879ef01fa7a5f62d8 ig-meeresaquaristik.de/index.p…7a78b52d879ef01fa7a5f62d8
      ><((((º> <º)))) ><

      Salzige Grüsse
      Henning
    • Hallo Henning,
      hat nun doch leider etwas gedauert bis ich die Daten aufbereitet hatte.
      Aber ich glaube, dass Bilder hier am besten beim Verständnis helfen.

      Für die nachfolgenden Betrachtungen habe ich ein fiktives Aquarium generiert.
      Größe ist 40cm x 40 cm, Tiefe 1 Meter.

      Über dem Aquarium sitzt eine einzige Luxeon TX LED im Abstand von 1 cm mittig über dem Becken (Aquarium simulation.jpg).
      Das ist zwar von der Beleuchtung her nicht realistisch, dafür aber gut geeignet um die optischen Effekte und Leistungsverlaufe zu zeigen.
      Jede Leuchte ist ja letzten Endes nichts anderes als eine Ansammlung von einzelnen LEDs, die sich einfach einfach nur überlagern.
      Die abgestrahle Leistung der LED beträgt 1 Watt.

      Die Datei "Lichtmenge Wasseroberfläche" zeigt die räumliche Verteilung des Lichtkegels der LED beim Auftreffen auf die Wasseroberfläche.
      Auf der linken Seite befindet sich die Darstellung der Strahlungsleistung als Draufsicht auf die Aquarienfläche mit 40x40cm.
      Auf der rechten Seite das Schnittbild der Strahlungsleistung als X und y Schnittbild.
      Unterhalb der Diagramme ist die auf der gezeigten Ebene vorhande Strahlungsleistung als Verhältnis zur von der LED abgestrahlten Leistung aufgezeigt.
      Im konkreten Beispiel treffen 99,46% der LED-Strahlung auf die Wasseroberfläche.

      Im Folgenden wurde nun die vorhanden Strahlungsleistung in unterschiedlichen Tiefen betrachtet (20cm, 30cm, 40cm, 50cm, 60cm, 1m).
      Für die Simulationsläufe wurden dabei folgende Annahmen getroffen.

      1. Von der Bodenfläche wird kein Licht zurückreflektiert
      2. Von den Seitenflächen des Aquarium wird kein Licht zurückreflektiert. (z.B. aus dunklem Stein o.ä. - kein Glasaquarium)

      Dabei ergibt sich für die unterschiedlichen Tiefen folgender Verlauf:
      (rund 6% gehen an der Wasseroberfläche als Reflektion verloren)

      Oberfläche: 99,46%
      20cm Tiefe: 83,3%
      30cm Tiefe: 56,8%
      40cm Tiefe: 38,0%
      50cm Tiefe: 26,5%
      60cm Tiefe: 19,3%
      1m Tiefe: 7,4%

      Der Verlauf der Leistungsabnahme sollte in etwa dem Verlauf deiner PAR Wert Messung in Luft entsprechen.
      Eventuell ist er hier etwas langsamer, da der Öffnungswinkel der LED durch die Ausbreitung im Wasser geringer ist.
    • Interessant wird es nun wenn ich eine Randbedingung für den Simulationsverlauf ändere.
      Und zwar betrachten wir nun das gleiche Aquarium in identischen Tiefen, jedoch sind dieses Mal die Seitenwände des Aquarium aus Glas.
      Das bedeutet, es wird an den Seitenscheiben Totalreflektion geben.

      Oberfläche: 99,46%
      20cm Tiefe: 87,1%
      30cm Tiefe: 85,9%
      40cm Tiefe: 85,4%
      50cm Tiefe: 84,8%
      60cm Tiefe: 83,7%
      1m Tiefe: 80.9%

      In dem betrachteten Aquarium geht durch die Totalreflektion an den Seitenscheiben quasi keine Lichtleistung zur Seite hin verloren.
      Daher erfolgt hier lediglich eine Abschwächung durch die Absoption des Wassers. Geometrische Effekte durch Strahlaufweitung haben keinen Einfluss.

      Betrachtet man sich nun zusätzlich noch die Richtungen aus denen das Licht in 60cm Wassertiefe auf einen "Boden" auftreffen würde, so erkennt man ebenfalls deutliche Unterschiede zwischen der Variante mit Glaswänden und der ohne.
      Für den Fall, dass die Aquarienseiten "absorbierend" betrachtet werden ergibt sich eine starke Richtwirkung in die Tiefe. Es sind hier lediglich noch Lichstrahlen im Bereich von +/-0-15° bezogen auf die Flachennormale zu finden.
      Im Falle der "Glaswände" erhält man einen deutlich breiteren Beleuchtungskegel. Hier ist der Bereich von +/- 0-50° komplett abgedeckt.