Ein Vortrag auf der Messe Fisch & Reptil 2013 in Sindelfingen von Henning Wiese
LED Module in der Praxis - Licht / Begriffe |
Das Licht ist eines der massgebenden Faktoren in unserem schönen Hobby Meerwasseraquaristik. |
LumenEinheitsbezeichnung: Lm Physikalische Grösse: Lichtstrom SI-Einheit: 1 Lm |
Fazit:Die Lumen Zahl gibt uns ein gutes Mass der Helligkeit einer Lichtquelle an. Ist aber leider nicht aussagekräftig für unser Aquarium Licht, da wir die Helligkeit empfinden und diese mit dem Spektrum nichts zu tun hat. |
LuxEinheitsbezeichnung: Lx Physikalische Grösse: Beleuchtungsstärke SI-Einheit: 1lx= 1lm/m2 |
Fazit:Auch dieser Wert sagt uns noch nichts über das Spektrum aus und ist daher nur eingeschränkt für unsere Aquaristik brauchbar. |
Kelvin / FarbtemperaturEinheitsbezeichnung: K Physikalische Grösse: Absolute Temperatur SI-Einheit: Basiseinheit Der Wert in Kelvin sagt nur etwas über die Farbtemperatur einer Lichtquelle aus. Die Farbtemperatur einer Lichtquelle gibt die Farbmischung (Summe) aller Spektralanteile wieder. |
Fazit:Die Kelvinangabe wird sehr gerne in der Aquaristik verwendet. Doch leider auch hier können keine Rückschlüsse über die spektrale Zusammensetzung gemacht werden. Damit möchte ich sagen, dass Lichtquellen mit völlig verschiedenen spektralen Zusammensetzungen die gleiche Kelvinzahl besitzen können. |
Photonenfluss oder Photosynthetische aktive Strahlung PAREinheitsbezeichnung: PAR SI-Einheit: µmol/m2/sec
(engl. Photosynthetically Active Radiation) |
Fazit:Dies ist unter biologischen Gesichtspunkten eine wichtige Grösse. Hier kann man wirklich die Menge der Photosynthetische aktiven Photonen bestimmen. Hierbei spricht man dann von dem PAR-Wert. Hierbei wird aber keine spektrale Bewertung vorgenommen. |
Lichtspektrum oder auch FarbspektrumDas Lichtspektrum oder auch Farbspektrum gibt Auskunft über die Lichtzusammensetzung einer Lichtquelle. Hierbei kann das menschliche Auge für eine Beurteilung wiederum nicht herangezogen werden, da es möglich ist ein Leuchtquelle mit dem optischen gleichen Farbeindruck mit ganz unterschiedlichen Spektralen zusammenzusetzen. |
Fazit:
Das Spektrum gibt uns eine Beurteilung der Lichtquelle einer Lampe. Ist eine unerlässliche Steuerungsgrösse. |
Farbe |
Wellenlänge in nm |
Frequenz in THz |
rot |
≈ 790 - 630 |
≈ 379 - 476 |
orange |
≈ 630 – 580 |
≈ 476 - 517 |
gelb |
≈ 580 - 560 |
≈ 517 - 535 |
grün |
≈ 560 - 480 |
≈ 535 - 624 |
blau |
≈ 480 - 420 |
≈ 624 - 714 |
violett |
≈ 420 - 390 |
≈ 714 - 769 |
LED Technik für Aquarien |
In Zeiten in denen der Markt mit LED-Leuchten überflutet wird und man die unterschiedlichsten Aussagen hierzu hört, ist es umso wichtiger diese Technik mit ihren vielen Angeboten richtig einschätzen zu können. Im folgendem möchte ich einmal klare Kriterien nennen, die aus technischer aber auch aus Sicht der Korallen wichtig sind. Natürlich ist das Thema etwas komplexer. Jedoch sollte man sich vor der Anschaffung unbedingt mit ein paar Dingen vertraut machen, um nicht hinterher vor einer Überraschung zu stehen. |
1. Qualität der LED`s |
Als aller erstes ist es wichtig zu wissen, dass LED nicht gleich LED ist. Technisch gesehen mag dies vielleicht so sein, aber für unsere aquaristische Anwendung gibt es hier sehr große qualitative Unterschiede. |
An Hand einer kleinen Licht Demonstration möchte ich hier aufzeigen, warum Weiss eine kleiner Effizienz aufweist als Royal Blue. |
Wie man hier nun sieht, ist aus einer Royal Blue Diode durch Phosphorbeschichtung, warmes Weiss entstanden. Hiermit kann man diese Effizienz - Reduktion von einer weissen Diode auch verstehen. |
Bisher haben Hersteller von LEDs vermieden, eine derartige Tabelle als Information zu veröffentlichen, da dies neben den Stärken (zB. bei Royal blau) auch gewisse Schwächen (besonders Grün, Gelb) zeigt. |
Damit wir überprüfen können welche Qualität die verwendeten LEDs in den verschiedenen Leuchten wirklich haben, brauchen wir vergleichbare Werte. |
Farbe
|
Wellenlänge |
bei 350 ma ca. 1Watt
|
bei 700ma |
Bisher häufig bei 350ma (1 Watt) |
Royal Blue |
450 nm |
650 mW |
1120 mW |
500 mW |
Blue |
470 nm |
35 – 40 lm |
60 – 70 lm |
30 – 40 lm |
Cyan |
505 nm |
80 lm |
135 lm |
80 lm |
Green |
530 nm |
100 lm |
175 lm |
100 lm |
Cold White |
6500 K |
150 lm |
260 lm |
120 – 140 lm |
Warm White |
3000 K |
130 lm |
220 lm |
100 – 120 lm |
Deep Red |
650nm |
80 lm |
150 lm |
60 – 80 lm |
Wenn man sich diese Zahlen verdeutlicht, werden vor allem schnell zwei Dinge sehr deutlich: |
Es gibt große Unterschiede in der Effizienz von LEDs bei verschiedenen Lichtfarben |
Neben den großen Unterschieden die LEDs in Abhängigkeit zur Farbe, gibt es natürlich auch noch große qualitative allgemeine Unterschiede. |
Gute Marken High Power LEDs haben heute in der Lichtfarbe kaltweiss min. 130 lm/Watt bei Volllast und 140-150 lm/w bei Halb Last. |
Während bei Halogenmetalldampflampen (HQI) oder T5-Leuchtstofflampen die Unterschiede tendenziell eher gering sind, kann der Unterschied bei LEDs sehr drastisch ausfallen. Dies fällt optisch nicht unbedingt immer sofort ins Auge, da die gerichtete "Leuchtkraft" optisch immer sehr hell wirkt. Wohl kaum.
Bei den LEDs ist dies aber häufig leider Praxis. Aus diesem Grund sollte man die Datenblätter der verwendeten LEDs immer kritisch prüfen. Hier insbesondere welcher "Helligkeits-Bin" tatsächlich verwendet wurde. Denn als Hersteller von Leuchten kann man jedem LED in verschiedenen Helligkeiten bestellen, was dann wiederum für den Preis der LEDs ausschlaggebend ist. |
2. Effizienz der Elektronik |
Ein kaum beachteter, aber wichtiger Punkt ist auch die Effizienz der Netzteile bzw. Regelelektronik. |
Dies ist auch ein sehr interessantes Thema. |
3. Lichtlenkung |
Keine aktive Lichtlenkung: |
«keine aktiven Lichtlenkung» |
Fazit: „Keine Aktive Lichtlenkung“ ergibt eine sehr flache PAR Kurve |
Modulbeispiele: |
Aktive Lichtlenkung durch Optik |
«Aktive Lichtlenkung durch Optik» |
Fazit: |
Modulbeispiele: |
Aktive Lichtlenkung ohne Optik Bei einer Aktiven Lichtlenkung ohne Optik wird das Licht wie bei HQI oder T5 mit Hilfe von Schirmen zu eine optimalen Lichtlenkung eingesetzt. Hierbei sind die Winkel, Abstände zu den einzelnen Dioden natürlich sehr wichtig, damit dass optimal ins Becken gelenkt werden kann. |
«Aktive Lichtlenkung ohne Optik» |
Fazit: |
Modulbeispiele: |
Messungen |
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1. Messerläuterungen |
Allgemein was will man Messen? Hier geht es nun darum die Module auf ihre Effizienz ein wenig unter die Lichter zu schauen. Hierbei stellte sich dann schnell die Frage, was kann man da den Messen wo eine Aussage für unsere Haltung der Tiere geht. Dabei sind die PAR-Werte sicherlich eine gute Grösse. Da die Leistung bei unserem schönen Hobby auch immer eine grössere Rolle spielt, ist hier die Leistungsaufnahme der Module natürlich auch massgebend. Hierzu ist natürlich auch ein optimales Spektrum massgebend. Da dies aber ein ganz anders Thema ist und hier sehr unterschiedliche Theorien dazu bestehen: ‘was meinem Tier am besten tut’, möchte ich da eigentlich nicht weiter darauf eingehen, sondern man kann diese Spektren bei den jeweiligen Datenblätter sich anschauen und selber beurteilen, ob dieses Modul den gewünschten Ansprüchen für die Tiere gerecht wird. Aus diesem Grund habe ich mich entschlossen folgende Werte zu messen:
Versuchsvoraussetzung
Modernes, Zuverlässiges und sehr gutes Messinstrument.
Versuchsaufbau Im Weiteren musste auch ein Gerät gekauft werden, um diesem Versuch gerecht zu werden. Aus diesem Grund habe ich mir ein geeichtes Spektrometer getSpec 2048 angeschafft. Nebenbei wurde auch das alte Apogee Quantum Meter MQ-200 eingesetzt um auch Vergleichsmessungen zu machen. Damit gewiesen Rückschlüsse auf alte Messungen, oder publizierte Messungen im Netz gemacht werden können. Den das Apogee MQ 200 ist ein Gerät, das im Privaten gebrauch schon oft vorhanden ist. Ablauf der Messungen
Altes gemessenes Modul sowie neues Modul wurden in Betrieb genommen, Nach dieser Stunde wird das alte Modul im Zentrum nochmals vermessen und mit dem zuletzt gemessenen Resultat verglichen. Falls hier eine Differenz grösser als 2% vorlag, wurde das Spektrometer nochmals neu gestartet. (Ist in dieser Zeit ein einziges Mal vorgekommen). Nun wird das alte Modul durch das neue Modul auf dem Messtisch ausgetauscht und eingerichtet. Die Ausrichtung gegenüber dem Messtisch ist auf das Modulgehäuse vorgenommen worden. Im Anschluss wird das Moduln in einem Raster von 6cm abgefahren und auf 3 Höhen vermessen. Diese drei Höhen sind immer uk. Modul bis zum Messinstrument auf die Höhe von 30, 45 und 60cm vermessen worden. Die Resultate notiert und im jeweiligen Zentrum der Module, wurde zusätzlich das Spektrum abgespeichert und der Lux-Wert, sowie der CIE –Wert (Beschreibung der Qualität einer Farbe und-abhängig von der Luminanz) in x, y, z Achse notiert. Hierbei wurden alle Module wie folgt vermessen
Module < 100 Watt auf einer Fläche von 48 x 48cm / Raster von 6 x 6cm
Definition des Abstandes uk. (unterkannte) Modul: |
Messtisch | Messhilfe, Dose hat NW 12cm |
2. Vergleich Apogee Spektrometer |
Da das Apogee Quantum MQ 200 bei diversen Aquarianern zu Anwendung ist und ich selber vor ein paar Jahren mit diesem Gerät die ersten Messungen vorgenommen habe, wollte ich da einen Vergleich haben. |
Modulvergleich |
Farbvergleich bei GHL Mitras 6100LX |
Beim GHL Mitras wurden folgende Farbkanäle vermessen: |
Wie man dieser Tabelle entnehmen kann liegt der PAR-Wert Unterschied beim Messvergleich von Apogee zum Spektrometer im Farbbereich Differenzen von 26 – 46%. |
3. Vergleich T5 / HQI / LED |
Im Netz werden immer wieder Aussagen gefunden, das ein HQI Strahler 150 Watt oder 250 Watt dieses oder jenes Modul ersetzen. Als Vergleich habe ich hier folgende Module, die alle Neuwertige Brenner gehabt haben und bis auf die HQI Modul (nicht Brenner) Neuwertig gewesen sind.
Vermessungshöhe: 30cm unter Kante Modul |
Möchte hier nochmals auf die Aussage, die man im Netz sehr oft liest und von Händlern zu Hören bekommt, dass 0.5 Watt LED / Liter eine Berechnungsgrundlage für die LED Beleuchtung sein kann. Wenn ich mir hier die Effizienz (PAR/Watt-Vergleich) anschaue ist es eigentlich nicht erstaunlich dass die Stromfresser HQI schlecht abschneiden. Schaue ich mir aber den PAR-Mittelwert auf dieser Fläche an, sehe ich dass diese Aussage nicht zwingend für alle LED Typen angewendet werden kann. Hier spielt wiederum die Lichtlenkung eine Rolle und man kann da nicht Pauschal sagen, dass wir unsere Aquarien im Meerwasser mit 0.5Watt/Liter betreiben können. Die Besatzfrage steht hier auch noch im Raum. |
4. Verlust von LED Modulen |
Hier wurden Module gewählt, wo ich nach dieser Betriebszeit neue Module von Händlern auslehnen durfte und diese unter dem Spektrometer neu zu vermessen. Hierbei könnte es sein, das die Hersteller in dieser Zeit neuere Dioden zum Einsatz gebracht haben und dies die Verluste etwas relativieren würde. |
Erlauben Sie mir hier wie in der Verkaufsbranche auch mal ein Schlagwort / Aussage in Raum zu stellen. „Nach 4 Jahren haben wir die gleichen Verluste wie bei T5 in 8 Monaten“ Die Aussage vom T5 wurde an einem ATI Powermodul 8 x 39Watt vermessen. Hierbei einer Neubestückung sowie mit alten T5 Röhren die 8 Monate im Einsatz gewesen sind. Dies auch auf einer Fläche von 48x84cm. T5 Röhren von ATI alt sowie neu Bestückung mit:
Aquablue Special 6 Stück
Bei den LED Modul habe ich mit dem Apogee über die Jahre im Zentrum Messungen gemacht und wen ich diese ins Verhältnis zu dem Spektrometer setze (Korrektur von 30-35%) habe ich festgestellt, dass sich diese Werte decken bis auf ca. 5-10%. |