LED-Beleuchtung im Naturaquarium (Teil 3) – LED lighting in Aquariums (part 3)

LEDs für Aquarien – alles schön und gut aber was sind denn nun die Vorteile von den kleinen Dioden, fragt Ihr Euch? Dann lest hier den dritten Teil der Reihe LEDs im Naturaquarium.

Aquascapia: Welche Vorteile haben LEDs?

Geringer Platzbedarf, sehr flexibel nutzbar (viel mehr Lichtqualitäten (spektrale Farben sichtbaren Lichts und UV sowie IR) nutz- und frei kombinierbar), haben eine hohe Lebenserwartung (deutlich länger, als Leuchtstoffröhren, korrekt angeschlossen), bieten Optionen in der flächigen (wie Leuchtstoffröhren) bis punktuell akzentuierten Lichtführung (können sonst nur HQI-Brenner und Metallhalogen-Strahler), lassen Schaltungsmodi zu, die mit Leuchtstoffröhren und HQI-Brennern so nicht machbar sind (Dimmung schon, aber Blitze nicht), sind umweltfreudlich entsorgbar (Leuchtstoffröhren sind wegen ihres Quecksilbergehalts Sondermüll) und irgendwann sicher auch als Massenware in der Anschaffung sowie im Betrieb günstiger, als z.B. Leuchtstoffröhren. Im Gegensatz zu Leuchtstoffröhren lassen sich mit leistungsstarken, optisch fokussierten LEDs ähnliche “Sonnenkringel” auf dem Boden eines Aquariums erzeugen, wie wir das von HQI her kennen. Allerdings ist das vom Abstrahlwinkel und der Lichtstärke abhängig, sowie natürlich einer bewegten Wasseroberfläche.

Solange die Anschaffungskosten und Betriebskostensituation noch nicht viel mehr als 20%, in sehr günstigen Konstellationen auch schon mehr, Energie im Vergleich zu den Leuchtstoffröhren einspart, bleibt die Skepsis zu LEDs wohl noch eine Weile im Raum. Ich gehe aber von einer immer rascheren Entwicklung hin zu niedrigeren Kosten in beiden Punkten aus, was dann den Siegeszug der LED nicht mehr bremsen wird. Jedenfalls weist die bisherige Entwicklung klar in diese Richtung. Die Industrie öffnet sich dem langsam, weil damit verbundene Risiken beim Absatz abgewägt werden müssen und zum Einstieg im großen Stil auch eine anhaltend sichere Verfügbarkeit großer Mengen an Material erforderlich ist usw. Doch auch das bessert sich zusehends, wobei die Innovationen wahrscheinlich mehrheitlich eher von kleineren Betrieben ausgehen dürften, die flexibler reagieren können und geringeren Ausstoß haben. Wir werden sehen, es ist spannend.

Aquascapia: Kann die Lichtausbeute bei viel geringerem Stromverbrauch wirklich genauso hoch oder höher sein, wie bei entsprechenden Leuchtstoffröhren? Oder ist man am Ende gezwungen einfach mehr Leds zu nehmen, um auf die gleiche Lichtsausbeute, wie bei Leuchtstoffröhren zu kommen und somit am Ende den gleichen Stromverbrauch zu haben?

Im Moment liegen wir mit Hochleistungs-LEDs allemal bei etwa 70-90Lumen/Watt im Bereich noch unterhalb von A max / V max, erste Typen im Bereich 135Lumen/Watt liegen vor, die nächste Stufe wird bald folgen.
Bei T5-Leuchtstoffröhren haben wir Werte von idR  80-90Lumen/Watt, also durchaus vergleichbar. Nur muß man wissen, daß so günstige Verhältnisse nicht von allen LED-Konstruktionen erreicht werden, weil sie auf Zielgruppen hin hergestellt werden; d.h an eine Raum- oder Möbelbeleuchtung werden andere Ansprüche hinsichtlich Lichtquantität und -qualität gestellt, als z.B. an ein HighTech-Vehikel oder Ähnliches.

Fortschritte sind am schnellsten via einzelner Hochleistungs-LEDs auf dem Markt verfügbar, bei anderen Produkten, die weiteren Aufwand im Produktionsablauf erfordern, brauchen wir etwas mehr Geduld. Doch der Markt ist stark in Bewegung geraten, die Entwicklungszyklen beschleunigt. Das läßt berechtigt hoffen, daß wir immer schneller an noch leistungsfähigere Module gelangen können, die aber, ähnlich, wie bei anderen Elektronik-Artikeln, anfangs hohe Preise haben, die mit wachsendem Absatz stetig sinken.

Um die Leistung einer T5-Leuchtstoffröhre zu erreichen, muß man zur Zeit noch gut darauf achten, welche LEDs man verwendet. Doch es gibt sie inzwischen in ordentlicher Typenauswahl. Allerdings fordern Hochleistungs-LEDs derzeit noch oft Tribut in Sachen Energieverbrauch; d.h. sie haben einen ähnlich hohen, wie die erwähnten Röhren, abzüglich etwa 10-20%. Versprechungen diverser Anbieter, man könne bis zu 90% Energieverbrauch einsparen, wären nur dann zutreffend, wenn man Äpfel mit Birnen vergleicht und sind somit eher unseriös. Allerdings darf man die Option, die lokale Lichtausbeute einer geeigneten LED durch Vorsatzoptik deutlich zu steigern, nicht außer Acht lassen. Dadurch sind weitergehende Energieeinsparung möglich, wenn die Konzeption stimmt, in einem Bereich, der nochmal die vorgenannten Einsparungen bringen kann. Damit wäre das Thema z.Zt. jedoch ausgereizt und wir müssen warten, bis neue Produkte den Markt erreichen. Die Zeichen dafür stehen gut.

Konkret: für kleine Aquarien, also Nanos, könnte man ggf. mit einem einzigen, auf eine Rund- oder Stern-Platine aufgelöteten Set LEDs (das wären idR zwischen 3 und 7 einzelne LEDs auf einer solchen Platine) auskommen und hätte, je nach Größe und Grundriß des Nano, Licht satt. Allerdings muß man zum sicheren und dauerhaft vorteilhaften Betrieb solcher Hochleistungsmodule einiges Wissen und Erfahrung mitbringen, um sie z.B. stabil mit Energie zu versorgen, ausreichend zu kühlen, richtig zu verbinden, blendfrei zu montieren usw. Zudem kosten sie zwischen rund 25.- und 50.- €, ohne weitere Bauelemente, die noch dazu müssen.

Einfacher hat man es anfangs mit LED-Strips auf flexiblem oder auch starrem Layer. Davon braucht man ein bis mehrere Streifen geeigneter Länge, um die erforderliche Lichtmenge zu erreichen, dazu ein stabilisertes, vorkonfektioniertes NT, etwas Kabel, einen geeigneten Kühlkörper (idR eine profilierte Aluschiene) und eventuell eine geeignete Linearlinse (das ist eine Linse für ein langes, schmales Kühlprofil, in das eine längliche LED geklebt oder geschraubt wurde (geschraubt nur bei starrem Layer)). Die in Frage kommenden LED-Strips haben 30, 48 (seltener), 60, 84 oder gar 120 LEDs pro Meter. In unserem Konstruktionsbeispiel verwenden wir Material mit 60 LEDs/Meter, also pro Streifen à 0,25m wären es 15 LEDs. Nicht die Zahl allein pro Meter ist entscheidend, sondern ihre Leuchtkraft und Effizienz (hinsichtlich Energiebilanz). Achtet darauf, wieviel Lumen/Meter ein LED-Strip hergibt, und wieviel Energie er dabei verbraucht, das sind die wichtigen Größen.

Auch bei Modulen auf Rund- oder Sternplatinen gilt, daß die Lichtmenge pro Einheit und der Energiekonsum dabei die entscheidenden Größen sind, also der Quotient Lumen/Watt.

Hinsichtlich ausreicender Kühlung gild bei flexiblen LED-Strips, daß die Kühfläche(n) etwa dem 3-4 fachen der Fläche der LED-Strip-Rückseite entsprechen sollte; meh wäre nie ein Fehler. Für LED-Sets auf Rund- oder Sternplatinen gelten die jeweils von Hersteller gemachten Angaben und das Motte lieber reichlich mehr, als zu knapp bemessen. Solche mit hohen Wattleistungen sollten auf alle Fälle eher auf der sicheren Seite liegend gekühlt werden.

Am wichtigsten ist immer, daß wir am Aquarienboden die gewünschte Menge Licht erhalten. Ein Richtwert aus der Praxis ist dabei 8000 Lumen oder auch mehr. Für Pflanzen mit durchschnittlichem bis gehobenem Lichtbedarf reicht das bei Aquarien, die nicht höher als etwa 40cm sind, klares Wasser etc. vorausgesetzt. Für sehr lichthungrige Aquarienpflanzen sollte es noch mehr sein und solche, die mit schwächerem Licht auskommen, würden sich wohl auch noch mit einem Tick weniger zufrieden geben. Bei mir wachsen HCC und Rotala wallichii etc. unter dieser Lichtmenge in 6500K gut, ich konnte spätestens jede 4. Woche gärtnern.

Noch mal kurz zum Thema Effizienz, sprich das Verhältnis Lumen / Watt. Dieser Wert ist für vergleichende Betrachtungen und / oder Planungen durchaus nicht unwichtig, vor allem wenn man LEDs der Stromersparnis wegen im Auge hat, aber er wird häufig überbewertet. Was bedeutet das? Nun, vom typischen Strom / der typischen Spannung (A typ / V typ) ausgehend, kann man durch Absenken der Energieeinspeisung zwar den Lumen / Watt Koeffizienten erhöhen und freut sich über weniger Stromverbrauch, was aber in eine deutlich geringere Lichtmenge und eine ggf. verkürzte Lebensdauer der LED mündet. Die umgekehrte Modifikation, also mehr Strom / Spannung (bis A max / V max) auf die LED geben, erhöht zwar deren Lichtausbeute teilweise enorm, verkürzt aber auch ihre Lebensdauer und erhöht ordentlich die Stromrechnung. Es gilt, hier nach dem zu suchen, was für den gewünschten Zweck das Optimum ist, idR ein Kompromiß zwischen den “X”typ und “X”max Werten oder ein Extrem bei dem seine Nachteile in Kauf zu nehmen wären.

Im Anhang findet Ihr ein paar Skizzen zum Bau einer solchen Beleuchtung. Falls ihr mit dem Bau und Betrieb von Elektrik/-tronik nicht so vertraut seid, laßt es bitte vor Inbetriebnahme von einem Fachmann auf Funktion und Betriebssicherheit prüfen, sorgt dafür, daß selbst bei etwas ungeschicktem Umgang nichts ins Wasser abtauchen kann und dann viel Freude damit.

MfG Timo