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Tuesday, November 10th 2015, 6:49pm

Worauf kommt es bei LED-Beleuchtung an?

Hallo zusammen,

Mit der zunehmenden Vielzahl der LED-Beleuchtung verschwimmt die Vergleichbarkeit um für sich die richtige Lampe auszuwählen. Daher die folgende Frage.

Worauf kommt es bei einer reinen LED-Beleuchtung wirklich an, und mit welchen Werten und welchen Fakten kann ich die Lampen untereinander vergleichen?

Sind Optiken in LED-Beleuchtungen sinnvoll oder nicht sinnvoll?

Ab wann spricht man von einer flächigen Beleuchtung?

Kann man LED-Lampen einfach an ihrer Watt-Zahl vergleichen oder ist ein realistischer Vergleich etwas komplexer (par-Werte, mit oder ohne Lüfter, mit oder ohne Optik, punktueller Strahler oder flächige Leuchte, Auswahl der LEDs nach ihrem Spektrum und Effizienz, vorherschende Lichtfarben wie weiß:blau)?

Was ist wichtig dabei zu wissen?


Hier mal eine Zusammenfassung was ich verstanden habe.


Eine LED-Beleuchtung kann an den folgenden Dingen bemessen werden. (kein Garant auf Vollständigkeit)

Optiken
Optiken machen Sinn wenn das Becken Tief ist um noch genug Lichtleistung in eine größere Tiefe zu bekommen. Durch Optiken wird das Licht so stark gebündelt, dass Korallen verbrennen können und ein gehen. Zudem haben Optiken den Nachteil, dass die Korallen eine unnatürliche Wuchsform entwickeln (Korallen wachsen dem Licht entgegen gerade nach oben) und die Gefahr der Schattenbildung hoch ist. Optiken werden verwendet um mit möglichst wenig LEDs ein Aquarium gut (bei flächiger positionierung) und tief zu bestrahlen.


Leistung (Watt)
Sagt etwas darüber aus wie viel die Lampe komplett mit allen Verlustleistungen die nicht in optische Energie umgewandelt wird verbraucht. Es sind hierbei die Leistung für die Elektronik und eventuelle aktive Kühlung sowie die Verlustleistung des Netzteils zu berücksichtigen.
Es gibt auch unterschiedliche Aussagen (0,3-05 W/l; 0,4-0,6 W/l; 1 W/l) wie viel Leistung (reine Lichtleistung) ausreicht um ein Aquarium zu beleuchten. Daher kann man das pauschal nicht so ganz sagen, da es eine Vielzahl von Einflüssen (welche Korallen werden gepflegt, mit Optik oder ohne Optik, Flächenstrahler oder Punktstrahler, wie tief ist das Aquarium/Becken, wie hoch hängt die Lampe über der Wasseroberfläche, aktiv oder passiv gekühlt, wie effizient sind die LEDs, welche Wellenlängen sind vorherrschend) gibt.



Kühlung
LEDs werden trotz hoher Effizienz warm/heiß da sie nicht zu 100% die elektrische Leistung in Lichtleistung umsetzen. Der Rest ist Wärmeenergie und muss zuverlässig abgeleitet werden. Je höher die Betriebstemperatur der LED ist, desto schneller altert sie und kann nicht mehr die Lichtleistung liefern die der Hersteller verspricht.
LEDs können aktiv (Lüfter) oder passiv (Lamellen) gekühlt werden. Bei einer aktiven Kühlung über Zusatzlüfter wird zusätzlich elektrische Leistung verbraucht die nicht in Lichtenergie umgesetzt wird.
Bei sehr eng nebeneinander liegenden LEDs (überwiegend Punktstrahler) wird eine so hohe Betriebstemperatur erreicht, dass diese ausschließlich über eine aktive Kühlung gekühlt werden muss. Da die Fläche der LED-Matrix so klein ist, dass sie nicht effizient genug abtransportiert werden kann.
Bei ehr weit auseinanderliegenden LEDs (überwiegend Flächenstrahler) kann sich die Wärme gleichmäßiger auf dem Wärmeblech verteilen und über Lamellen abtransportiert werden. Jedoch ist auch der Betriebsstrom (siehe Arbeitspunkt) der LED wichtig um eine LED aktiv oder passiv zu kühlen da sie heißer oder weniger heiß wird. Häufig benötigen LEDs die mit mehr als 1 Watt pro LED betrieben werden eine aktive Kühlung.


Flächenstrahler oder Punktstrahler
Der Unterschied zwischen beiden ist, dass ein Flächenstrahler hauptsächlich über dem kompletten Aquarium hängt, während ein Punktstrahler punktuell über dem Aquarium positioniert wird. Der große Vorteil des Flächenstrahlers ist die gleichmäßige Ausleuchtung des Aquariums ohne Schattenbildung. Durch die gleichmäßige und flächige Beleuchtung dringt das Licht auch ohne Optik tiefer in das Wasser ein als bei punktuellen Beleuchtungen ohne Optiken. Auch die Tiere (z.B. Korallen) wachsen natürlicher da sie von allen Seiten mit Licht bestrahlt werden. Häufig sind Flächenleuchten teurer da der Materialeinsatz höher ist. Hier kann häufig auf eine aktive Kühlung verzichtet werden.

In einem Punktstrahler liegen die LEDs sehr eng aneinander um möglichst viel Lichtenergie bezogen auf eine kleine Fläche abzustrahlen. Dadurch entsteht so viel Währe, dass hier eine aktive Kühlung erforderlich ist. Häufig sind Punktstrahler günstiger als Flächenstrahler. Hier wirkt das Licht als Lichtkegel. Die Lichtleistung nimmt von der Mitte nach außen schnell sehr stark ab sodass die Beleuchtung ehr ungleichmäßiger wirkt und sich Schatten bilden. Die Tiere (z.B. Korallen) wachsen hier ehr dem Licht entgegen (gerade nach oben). Ein Punktstrahler im Optik ist eher geeignet um eine möglichst hohe Lichtleistung sehr tief ins Wasser eindringen zu lassen. Mehrere Meter Wassertiefe sind hier ohne weiteres möglich.



Spektrum
Es ist wichtig die zu pflegenden Tiere (Korallen) mit der Lichtfarbe (den Wellenlängen) anzustrahlen in denen sie adaptiert sind. Typischer Weise benötigen die Korallen hauptsächlich ein Lichtspektrum zwischen 400 bis 500 nm (blaues Licht). Als erweitertes Spektrum ist hier ein gewisser Bereich im roten Bereich (630 bis 700 nm) zu nennen. Die Spektren ergeben sich aus dem Absorptionssprektrum der Korallen der zur Photosynthese benötigten Stoffe von Chlorophyll a und b und Karotinoiden. In diesen Wellenlängen-Bereichen sollte die LED-Lampe die überwiegende Leistung adaptieren. Es sollte jedoch auch in den Wellenlängen zwischen 500 und 630 nm eine gewisse Lichtleistung von den LEDs abgestrahlt werden um die Farbigkeit der Korallen für das menschliche Auge zu unterstützen und darzustellen.


Licht-Simulationen
Es gib diverse Möglichkeiten Licht über den Tag zu verstellen und zu verändern. Es macht Sinn, die Lichtleistung der LEDs regelbar zu gestalten um z.B. beim Eingewöhnen der Korallen an eine neue Lampe diese nicht gleich mit einer deutlich zu hohen Lichtleistung zu stressen oder gar zu verbrennen oder der Alterung der LEDs durch Anheben der Bestromung (Richtung 100%) entgegenzuwirken. Auch das Einstellen und verstellen der Lichtleistung der unterschiedlichen Wellenlängen ist sinnvoll um die Lichtfarbe einzustellen. Auch ist ein Blau/Weiß-Verhältnis einstellbar.
Lichtsimulationen wie Gewittersimulationen, Wolkensimulationen etc. sind Geschmackssache und für das Pflegen von Korallen und Fischen nicht zwingend erforderlich.


LEDs verschiedener Hersteller/Arten/Betrieb
Je nach Wellenlänge, Hersteller und Arbeitspunkt der LED (Betriebsstrom der LED) wandeln die LEDs die elektrische Leistung gut oder weniger gut in Lichtleistung um.
Der Fortschritt bringt es mit sich, dass die LEDs von Zeit zu Zeit immer effizienter werden und so die elektrische Energie besser in Lichtenergie umwandeln als ältere Modelle.


PAR-Werte (engl. Photosynthetically Active Radiation)
Angelehnt an die Lichtleistung ist der PAR-Wert ein sehr aussagefähiger Wert um die Wirksamkeit einer Beleuchtung im Aquarium für die Korallen zu messen. Eine Koralle (Zooxanthellate Koralle) oder auch eine Muschel benötigt eine gewisse Menge für sie brauchbare Lichtenergie um zu leben und zu wachsen. Reicht diese Lichtenergie an ihrem Standort nicht aus kränkelt sie oder geht ein. Daher ist es wichtig eine möglichst hohe Lichtenergie der Koralle zur Verfügung zu stellen. Armin Glaser hat mal in einem Vortrag in Sindelfingen 2013 einen PAR-Wert von 400 genannt die SPS-Korallen benötigen. Sicherlich werden SPS-Korallen nicht gleich bei 399 ein gehen, sondern auch ein wenig darunter recht gut mit der Lichtenergie umgehen können. Ich persönlich würde 200-250 nicht unterschreiten da sonst das Wachstum gestört ist und die Koralle deutlich weniger schnell wächst.
Der PAR-Wert der an der Koralle ankommt ist von verschiedenen Faktoren abhängig:
1. Abstand zwischen Lampe und Wasseroberfläche
2. Wassertiefe bis zur Koralle
3. Alterung der LED (je höher die Betriebstemperatur desto schneller altert sie)
4. Wird eine Optik verwendet oder nicht
5. Wird als Flächenstrahler oder Punktstrahler beleuchtet
6. Wie effizient ist die LED
7. Mit welcher Leistung (Arbeitspunkt) wird die LED betrieben
8. In welchem Lichtspektrum wird beleuchtet
9. Von der Durchdringung des Wassers (Trübstoffe, Lichteinfallwinkel, Reflexionswinkel an Scheiben, Welligkeit der Wasseroberfläche)

Henning Wiese testet daher seit einigen Jahren Aquariumbeleuchtungen um die Ausleuchtung im Aquarium zu bestimmen.



Vielleicht gibt es ja noch Dinge die ich hier nicht aufgeführt habe und wichtig bei der Betrachtung sind.




Edit vom Mod : Link entfernt. Henning wünscht keine Verlinkungen.

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Wednesday, November 11th 2015, 7:46pm

Edit vom Mod : Link entfernt. Henning wünscht keine Verlinkungen.


Oh. Das ist schade denn die LED-Lampentests für Meerwasseraquarien sind überaus interessant in Bezug auf die Wirksamkeit diverser Lampen.

amcc

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Thursday, November 12th 2015, 8:49am

das ist auch so nicht richtig; Henning hat nichts gegen Verlinkungen; lediglich gegen die Nutzung seiner Arbeitsergebnisse unter Missachtung des Urheberrechts.
Aber wer eine der besten deutschsprachigen Seiten zum Thema LED finden möchte, dem wird das auch gelingen, wenn der Link hier gelöscht wurde.
Viele Grüße
Achim

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Thursday, November 12th 2015, 10:37am

Hallo Achim,

stimmt. Weitere Infos kann man aber auch von mir bekommen.

Gruß Sven

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