Beleuchtung

Was ist Licht?


Es gibt 2 unterschiedliche Erklärungsansätze:

1. Licht in Form von Teilchen
2. Licht in Form von Wellen


Wir erklären das Licht in Form von Wellen, da es einfacher zu verstehen ist:

Licht besteht aus verschiedenen Lichtfarben, das sichtbare Lichtspektrum liegt bei ca.
400-700 Nm.
Nanometer (Nm) ist die Maßeinheit der Wellenlänge. Es gibt kurzwellige
Anteile und langwellige Anteile.
Das kurzwellige Licht hat die Farben blau, grün und violette und liegt im Bereich von 400  Nm.
Das langwellige Licht hat die Farben gelb, orange bis hin zum dunkelrot und liegt im Bereich von 700 Nm.

Die Lichthelligkeit wird in Lux (lx) bzw. in Lumen (lm) angegeben.

Einen Grundsatz sollte man hierzu wissen:
Die Maßeinheit Lux multipliziert auf den Quadratmeter (m2) ergibt den Lumen-Wert.


Für Aquarianer ist vor allem die Farbtemperatur -Kelvin (K)- ein sehr wichtiger Faktor. 

Die internationale Norm für Sonnenlicht beschreibt folgendes:
5500 Kelvin ist der Farbton eines Sonnentages, bei klarem Himmel, an Vor- und Nachmittagen.
6500-7500 Kelvin ist der Farbton eines hellen Tages ohne direkte Sonneneinstrahlung.

Wenn man von Helligkeit sprechen möchte dann kann man davon ausgehen, dass 5500
Kelvin, durchaus an einem klaren Sonnentag,  70-100 tausend Lux betragen kann bzw. 15000 Lumen und mehr.

In der Aquaristik/Terraristik werden aus diesem Grunde verschiedenste Leuchtmittel
eingesetzt, am häufigsten T8 oder T5-Leuchtstoffröhren aber auch Kompakt-
Leuchtstofflampen, HQI- und HQL-Strahler
findet man über Becken und Terrarien.



Worauf sollte bei der Lichtauswahl, für Aquarien und Terrarien, geachtet werden?

- möglichst hohe Lichtausbeute (Lux-Lumen)
- möglichst großes Farbspektrum (Nm) um hohe Kelvinzahlen zu erzeugen.

Vergleich von Lampen bei einem mittleren bzw. relevanten Farbspektrum von 6500K:

HQI-HQL Strahler haben diese Eigenschaften allerdings verbunden mit hohem
Energiebedarf, welcher durch extrem hohen Wärmeverlust zustande kommt ebenso je nach
Alter und Beschaffenheit der Vorschaltgeräte. Ein hoher Wärmeverlust ist Energie, die nicht
in Licht umgewandelt wird.

T8-Leuchtstoffröhren, womöglich noch mit  altem Vorschaltgerät, haben eine größere
Oberfläche als z.B. T5-Leuchtstoffröhren. Somit haben die T8er einen höheren
Wärmeverlust, zusätzlich benötigt das  Vorschaltgerät Energie die nicht in Licht umgewandelt wird.

Die T5-Leuchtstoffröhren, z. Zeit die neuste Bauweise, haben meist eine elektronische
Vorschaltung und haben somit bessere Energie-Werte
. Allerdings muss bei
elektronischer Vorschaltung auf die Qualität geachtet werden, da qualitativ minderwertige
Geräte sehr schnell ausfallen und somit einen hohen Kostenfaktor darstellen.

Grundlegendes zum Thema: Beleuchtung - Licht

LED-Gebrauch in der Aquaristik: Salzwasseraquarien, Riff-Aquarien, Süßwasseraquarien, Pflanzenaquarien

Zunächst nochmals die wichtigsten Merkmale und Zusammenhänge zum Thema LED-Beleuchtung.

Beginnen möchte ich mit dem Thema Kelvin und Nanometer (Nm), denn hier sind die
Unterschiede beträchtlich und für den Laien oft nicht zu unterscheiden.

Folgende Tabelle zeigt Beispiele aus unserem Leben um es sich besser vorstellen zu können:

Lichtquelle  Kelvin
Rotglut (Feuer) 500K
Kerze 1500 K
Glühbirne 40 W  ca. 2600 K
Glühbirne 100 W  ca. 2800 K
Halogenstrahler 3200 K
Abendsonne (Dämmerung)  3500 K
Leuchtstoffröhre (kaltweiß) je nach Röhre 4000-6000 K
Morgensonne, Abendsonne 5000 K
Vormittagssonne, Nachmittagssonne 5500-6000 K
Blitzlichter (wie bei Fotos verwendet) 6000 K
Bedeckter Himmel 6500-7500 K
Blauer Himmel im Schatten 9000-12000 K

Entscheidend für den LED-Gebrauch ist nicht nur die Zusammenfassung der Kelvin Zahl
sondern wie sich die Werte zusammensetzen, Nm für uns ist ein natürliches Aussehen und
ein gutes Korallenwachstum / Pflanzenwachstum wichtig.

Wachstumskurven (Photosynthese)

 photosynthese.jpg

An diesem Diagramm lässt sich gut erkennen, wo generell, bei wie viel Nm die Photosynthese-Rate stattfindet.

Also am besten bei rund 450-480 Nm und bei rund 650-700 Nm

Zu erwähnen ist, dass es bei 650-700 Nm durch Cyanobakterien zu vermehrtem
Algenwachstum im Aquarium kommen kann, die Chance dass dies passiert ist sehr groß.

Folgendes bezieht sich nicht nur auf LEDs sondern auf jegliche Art der Beleuchtung.

Nicht umsonst gibt es verschiedenste Leuchtstoffröhren und den damit verbundenen
Einsatzzweck, dies wird häufig vergessen.

Bei den LEDs gibt es eben auch, wie bei den Leuchtstoffröhren, völlig verschiedene Arten:

Die folgende Grafik zeigt das Farbspektrum einer LED mit 3 Farben. Dieses Farbspektrum
ist nicht für die Aquaristik geeignet da in wichtigen Bereichen zu wenig oder gar kein Spektrum vorhanden ist.



Photosynthese ist hier nur bedingt möglich.

 grafik_1.jpg   grafik_2.jpg

Bei LED-Streifen kann man dies am PIN sehen da dieser nicht nur eine Farbe sondern 3 Farben in einem PIN hat.

Es gibt auch die klassische RGB da kann man 3 Farben ansteuern, dieser Aufbau ist für
unsere Zwecke jedoch ungeeignet. Zudem kann nicht festgestellt werden wie viel Nm die
Farben Rot, Grün und Blau haben. Dieser Wert ist wichtig zu wissen auch beim Dimmen.

led8.jpg

Mit der Farbzusammensetzung ändert sich nur die gesamt Kelvin-Zahl, jedoch nicht das eigentliche Rot, Grün und Blau.

Wenn wir nun die zweite Grafik anschauen, wird der Unterschied deutlich. Diese Art von
LED's besitzen ein anderes Farbspektrum und können so an die Bedürfnisse für
Aquarien und Terrarien angepasst
werden.

grafik_3.jpg   grafik_4.jpg

Diese bedampften LED-Typen können, wie eine Röhre die mit fluoreszierendem Gas gefüllt
ist, mit z.B. Phosphor so behandelt werden das sie ein Farbspektrum aufweisen.

 

led7.jpg

Dies gilt auch für die verschiedensten Bauformen:

led6.jpg led5.jpg
led4.jpg led3.jpg

led2.jpg led1.jpg

Dies sind nur einige Beispielbilder, es kommt jedoch nicht so sehr auf die Bauformen an,
sondern viel mehr auf die Zusammenhänge, sprich wie setzen sich die Farben zusammen.

Zu diesen Zusammenhängen gehört auch der nächste Punkt, die benötigte Helligkeit

Die Helligkeits-Angaben werden hier in Lux bzw. Lumen ausgedrückt.

Auch hier wieder ein Überblick, damit man es sich besser vorstellen kann.

Eine Übersicht des Richtwertes für die Leuchtkraft herkömmlicher Leuchtmittel mit Glühfaden:

25 Watt = ca. 220 Lumen
40 Watt = ca. 400 Lumen
60 Watt = ca. 700 Lumen
75 Watt = ca. 900 Lumen
100 Watt = ca. 1350 Lumen

Anders ausgedrückt, erhält man bei einer 100 W Glühlampe pro 1 W rund 13,5 Lumen, der Rest ist Wärme.

Ein LED-Streifen von vernünftiger Qualität sollte jedoch pro 1 W rund 70-90 Lumen erzeugen
und ein vergleichbarer LED-PIN pro 1 W rund 80-100 Lumen.

Ein High Power LED-PIN hat heute pro 1 W rund 90-120 Lumen bei der gleichen Kelvin Zahl von 2800 K.

Mit diesen Vergleichen kann man unendlich weiter machen, von Leuchtstoffröhren über HQL
bis HQI mit verschiedensten Farbgebungen.

Allerdings werden die Vergleiche immer unübersichtlicher, vor allem dann, wenn noch die
Themen „Abstrahlwinkel“ und „Gesamt-Lumen“ hinzukommen. Am besten ist dies an
Beispiel-Zeichnungen zu erklären:

Die LEDs die wir verbauen haben einen Abstrahlwinkel von 120°, somit erhält das
Aquarium die gesamten 1000 Lumen (siehe Beispiel-Zeichnung):

lumen8.jpg

Eine Lampe oder Leuchtstoffröhre hat 360°. Die Gesamt-Lumen müssten hier eigentlich,
wenn eine Fläche angestrahlt wird (Aquarium), durch 3 geteilt werden, d.h. es würden bei
z.B. 1000 Lumen nur 333 Lumen auf die Wasseroberfläche des Aquariums treffen. Hier kann
Abhilfe mit z.B.Reflektoren geschaffen werden (siehe Beispiel-Zeichnungen).

lumen.jpg 

lumen6.jpg

An dieser Stelle möchte ich zum Thema „Temperatur“ übergehen, denn diese spielt
ebenfalls eine maßgebliche Rolle.

Klar ist, je mehr Wärme erzeugt wird und je größer die Oberfläche ist die die Wärme abgibt,
umso mehr Energie wird nicht in Licht sondern in Wärme abgegeben.

Ein Beispiel: ein Streichholz hat zwar die gleiche Verbrennungstemperatur von über 1100°
wie ein Holzfeuer. Aber nur mit dem Volumen des Holzfeuers kann eine Wohnung beheizt werden.

Auch bei einer kleinen Wärmfläche muss die Wärme irgendwie abgeleitet werden zumal sich
die Wärme unmittelbar auf die Lebensdauer einer LED auswirkt.

Somit ist sicher, dass der Mythos von einer nicht heiß werdenden LED, falsch ist. LEDs werden bis zu 150° heiß.

Daher tritt häufig folgende Frage auf: wie lange halten die LED's

Es ist schwierig diese Frage konkret zu beantworten, das hängt von der Außentemperatur
und der Luftzirkulation um den Kühlkörper ab
. Also viele Faktoren und Umstände
spielen hier zusammen die bei jedem Einzelnen anders sein können.

In der Regel gehen die Hersteller, immer dazu über die besten Bedingungen und somit die
größte Langlebigkeit darzustellen.

pin_.jpg

Die häufigsten Fragen in diesem Zusammenhang:

Warum benötige ich für mein Barschbecken, Pflanzenbecken, Salzwasserbecken
verschiedenes Licht (KELVIN), denn die Sonne scheint doch immer gleich?

Nein leider nicht, entscheidend ist hier, dass die Sonne am Tag einen kürzeren Weg durch
die Atmosphäre zurücklegen muss als am Abend. Durch den längeren Weg durch die
Atmosphäre werden mehr Blau-Anteile ausgefiltert. Das gleiche kann man auch auf das Meer
übertragen, je mehr man in die Tiefe geht sind immer mehr Blau-Anteile vorhanden, da die
Sonnenstrahlen einen immer weiteren Weg zurücklegen müssen und dadurch der Rot-Anteil absorbiert wird.

erde.jpg

Das lässt sich einfach zu unserem Thema erklären. Wo befinden sich den die Korallenriffe?
Woher beziehen wir unsere niederen Tiere? Bei einem Blick auf die Landkarte wird es klar.

Die meisten Wasserpflanzen kommen aus den tropischen Gebieten, also Nähe des
Ecuadors.
Meist aus kleinen Bächen und Tümpeln, in denen es meist keine direkte
Sonneneinstrahlung gibt
(Tropenwald). Häufig wachsen diese Pflanzen im Sumpf und
sind daher keine „richtigen Wasserpflanzen“. Tümpel und kleine Seen die auf
Waldlichtungen liegen sind mit Schwimmpflanzen übersät, somit stellt sich wieder die
Frage, welche Pflanzen gepflegt werden möchten denn es gibt auch hier einige Ausnahmen
von Pflanzen die lichthungrig sind.

Für einen großen Teil der Barsche und vor allem bei Terrarien-Tiere die aus
Wüstengebieten stammen, stellen sich zum Thema Licht diese Fragen nicht. Jedoch werden
auch hier, vor allem bei Terrarien, oftmals der Fehler gemacht, dass zu viel Licht
verwendet wird gepaart mit UV-Licht und Heizung
. Für die Tiere ist dies nicht
empfehlenswert, denn es gibt kein Tier, dass sich in der Mittagshitze in der Sonne badet,
sondern sich in den Schatten flüchten.


Auch spielt die Luftverschmutzung, Luftfeuchtigkeit usw. eine Rolle, dort wo es wolkenlos
ist, ist oftmals die geringste Luftverschmutzung.
Im übertragenen Sinne, es sollte beachtet werden, ob womöglich die Plexiglasscheibe
schon recht grau bzw. die Abdeckscheibe schon so verkalkt ist
, dass man nicht mehr
durchsieht. Ebenso spielt die Wasserhöhe eine wichtige Rolle. Je tiefer das Wasser ist,
inkl. Wassertrübung z.B. durch Wurzeln (Amazonasbecken), womöglich mit
dunkelbraunem bis schwarzem Boden ausgestattet, umso mehr Licht wird benötigt
(Lumen). D.h. alles muss mit Lichtenergie aufwendig von Außen erzeugt werden.

Sie sehen schon, dass sich mit diesen Fakten zum Teil auch die verschiedensten Aussagen
zum Thema Licht ergeben. Vor allem im Bezug auf LEDs, da das Thema relativ neu ist und
zum großen Teil leider von Händlern die falschen LED's verkauft werden und zum anderen
Teil selbst gemachte Schwierigkeiten beim Verbauen und Einsatz erzeugt werden.

Wir hoffen, dass wir Ihnen allgemein verständlich etwas zu diesem umfangreichen und nicht
immer einfachen Thema Licht erklären konnten. Wichtig für uns ist, dass die groben
Zusammenhänge verstanden wurden und Ihnen beim Einsatz von LEDs bzw. Licht im
allgemeinen klar ist, wie Sie Energie sparen können und dennoch viel Freude an ihrem Hobby haben.

Weitere Erklärungen und Licht-Zusammensetzungen für

- Süßwasseraquarium
- Salzwasseraquarium
- Wüstenterrarium
- Regenwaldterrarium

   sind in Bearbeitung
 

Weitere Informationen zum Thema "Photosynthese" finden Sie auf Wikipedia unter:
http://de.wikipedia.org/wiki/Photosyntese