LED Bauteile Technik

LED Bauteile Technik

LED Bauteile Technik

 

Quelle: http://www.korallen-wiki.de/index.php?title=LED

Einführung

Datei:Korallen Absorptionsspektrum Photosynthese.png

Lichtspektrum für Korallen Photosynthese

 

Die LED-Technik gibt es schon sehr lange und erst mit den Power-LEDs Ende der 90er wurden die Leistungen so stark, das man sogar an Beleuchtungszwecke anstatt Meldeanzeigen denken konnte.

Eigenschaften

Unterschiede zu anderen Leuchtmitteln

Anders als Glühlampen sind Leuchtdioden keine thermischen Strahler. Sie emittieren Licht in einem begrenzten Spektralbereich, das Licht ist nahezu monochromatisch (enges Spektrum). Deshalb sind sie beim Einsatz als Signallicht besonders effizient im Vergleich zu anderen Lichtquellen, bei denen zur Erzielung einer monochromen Farbcharakteristik Farbfilter den größten Teil des Spektrums absorbieren müssen. Für die Verwendung von LEDs für allgemeine Beleuchtungszwecke werden meist blaue LEDs mit Leuchtstoffen kombiniert. Sie besitzen neben dem breiten Spektrum des Leuchtstoffes einen schmalbandigeren blauen Lichtanteil.

Anders als HQI und T5 wird kein Gas zum Leuchten angeregt. Die gasbetriebenen Leuchten haben verschiedenste Beschichtungen, um die gewünschten Farben / Farbspektrum zu erhalten. Diese Beschichtungen sind relativ instabil und verlieren wesentlich schneller von Beginn an Ihre Eigenschaften, als das das bei LEDs der Fall ist.

Nur die LEDs strahlen in eine Richtung das Licht, in die andere die Wärme. Das hat mehrere Vorteile:

  • Die Wärme strahlt nicht auf das Wasser und erhöht so unwesentliche die Wassertemperatur - es gibt weniger Verdunstungswasser
  • Die Wärme wird auf der Rückseite der LED durch die Platine und den Kühlkörper kontrolliert abgeführt und ist deutlich geringer als bei HQI (Brandgefahr)
  • Das Licht strahlt in eine Richtung, nämlich ins Becken - so sind aufwändige Reflektoren unnötig. Dennoch können Reflektoren mit verschiedenen Winkeln aufgesteckt werden, um Akzente oder auch in große Wassertiefen viel Licht zu bringen. Reflektoren haben generell einen Wirkungsgradverlust zur Folge und sind bei HQI und T5 unbedingt nötig.
  • Die meiste LEDs haben einen breiten Abstrahlwinkel, dadurch kann das Licht gleichmäßig verteilt werden

Zusammengefasst kann man folgenden groben Vergleich (die Wertungen sind also ein Vergleich untereinander und nichts als absolute Werte zu verstehen, somit gibt es immer einen Besten (++), einen Zweitbesten (+) und einen Verlierer (-)) anstellen:

  LED T5 HQI
Energieverbrauch ++ + -
Farbspektrum + ++ -
Intensität + - ++
Punktuelle Lichtverteilung + - ++
Gleichmäßige Lichtverteilung ++ + -
Stabilität Farbspektrum ++ + -
Lebensdauer ++ + -
Anschaffungskosten - + ++
Kosten auf 10 Jahre verteilt ++ - +
Größe ++ - +
Hitze ++ + -
Farbspiele ++    
Dimmung ++ + -

Die Erläuterungen sind keine wissenschaftliche Abhandlung und sollen die obige Tabelle etwas ausführen. Auch wenn es Feinheiten in der Differenzierung gibt auf die nicht eingegangen wurde, so ist die generelle Aussage doch allgemein von Interesse.

Erläuterungen:

  • Energieverbrauch: Es ist immer der Gesamtenergieverbrauch (inkl. Lüfter und Netzteile) zu beachten. Generell sind auch T5 und HQI gleichauf bei einfachen Werten wie Lumen/Watt, doch sind aufwändige Reflektoren bei beiden nötig und so verlieren beide dann doch beim Vergleich zu LED. Das größte Verbesserungspotenzial besteht zudem noch bei LED, hingegen sind T5 und HQI weitestgehend am Ende ihres Entwicklungszyklus angekommen. Wichtig ist, dass die LEDs nicht mit maximalem Strom betrieben werden, die Kühlung ausreichend dimensioniert wird und auch hocheffiziente LEDs zum Einsatz kommen. Die Netzteile bei den LEDs sollten zudem effizient sein (>85%) und zudem bei 90-100% ihrer max. Leistung betrieben werden.
  • Farbspektrum: Wirklich gute Farbspektren beginnen nicht erst bei 450 nm und Ende nicht schon bei 600 nm. LEDs sind im Nachteil unterhalb von 450 nm, auch wenn es LEDs mit sogar deutlich unter 400 nm gibt sind diese (noch) viel zu teuer. Prinzipiell kann man mit LEDs sehr gezielt sein Spektrum selbst zusammenstellen, doch das verlangt viel Knowhow und kostet viel, deshalb der Punktabzug. Meist werden mehrere T5 Leuchten eingesetzt, es lassen sich somit leicht verschiedene Farbspektren mischen um das gewünschte Ergebnis zu erhalten. Bei HQI ist das bei kleinen bis mittelgroßen Aquarien nicht so einfach möglich.
  • Intensität: HQI Brenner können extreme Helligkeit auf kleinem Raum erzeugen und über entsprechende Reflektoren nach Wunsch bündeln. Bei besonders tiefen Aquarien (ab 1m) ist das mehr oder weniger konkurrenzlos. LEDs <10 W können je nach Bedarf mit Optiken nachgerüstet werden, um so auch ab 50 cm Wassertiefe noch ausreichend Energie für anspruchsvolle Korallen bieten. Wirklich intensiv werden aber erst LEDs mit 25 und mehr Watt, doch meist mangelt es denen an geeigneten Reflektoren und es empfiehlt sich hier 50 und mehr Watt zu wählen. Fertige 100 Watt Strahler mit guten Reflektoren sind sehr gut bis 1m Wassertiefe, selbst für sehr lichtverwöhnte Korallen. Die Stärke von T5 liegt in der gleichmäßigen Verteilung, schon allein aufgrund der Größe ist eine punktuelle Strahlenbündelung nicht möglich.
  • Punktuelle Lichtverteilung: LEDs haben meist einen sehr breiten Abstrahlwinkel, können aber durch verschiedene Optiken gebündelt werden. HQI ist dennoch, je nach Leistung, der LED weit überlegen in diesem Punkt. Die Stärke von T5 liegt in der gleichmäßigen Verteilung, schon allein aufgrund der Größe ist eine punktuelle Strahlenbündelung nicht möglich.
  • Gleichmäßige Lichtverteilung: T5 und LED liegen fast gleichauf bei der Intensität, doch lassen sich die Farben bei LED besser mischen (unter der Bedingung, dass bei LED keine Optiken und LEDs >10 Watt zu Einsatz kommen). Eine wirklich halbwegs gleichmäßige Lichtverteilung kann auch bei HQI möglich sein, wenn nämlich mehrere Strahler und ein ausreichend großer Abstand zur Wasseroberfläche gewählt wird - alles zu Lasten der Kosten, Effizienz und dem Platzbedarf.
  • Stabilität Farbspektrum: HQI und T5 verlieren ab der ersten Betriebsstunde wesentlich stärker an Farbstabilität und Intensität als LEDs. Bei LEDs ist zu beachten, das durch die Betriebstemperatur sich das Farbspektrum verschiebt - den genauen Wert erhält man nur unter praxisfremden Laborbedingungen. Der Nachteil der Verschiebung ist nicht nur optisch, sondern kann sich auch in verstärktem Algenwachstum bemerkbar machen.
  • Lebensdauer: Die Lebensdauer der Netzteile wird nicht beworben, doch halten die meisten etliche Jahre. Bei den Leuchten gibt es unterschiedliche Grenzwerte, meist liegt diese bei 70% der Ausgangsleistung. Wenn also LED z.B. mit 50.000 Stunden Betriebsdauer angegeben werden, dann haben diese also immer noch 70% der Ausgangsleistung und sind nicht defekt. Das Nachlassen der Ausgangsleistung führt bei HQI und T5 am Ende der üblichen Zeit zu einem veränderten Wachstum der Korallen - auch die Farben werden anders ausgeprägt. Dies geschieht so deutlich, das ein noch weiterer Betrieb ersthafte Schäden an den Korallen verursachen kann, denn ein Wechsel der Leuchtmittel führt sprunghaft zu deutlich stärkerem Licht.
  • Anschaffungskosten: LED-Lampen eignen sich trotz der hohen Kosten gut für kleine (Nano-) Aquarien, da HQI meist viel zu stark ist. Gerade für kleine Aquarien ist eine Auswahl an guten T5-Leuchtmitteln gering und auch die Anschaffungskosten liegen bei kleinen Größen deutlich über den langen T5. Bei großen Aquarien ist eine HQI geradezu billig und deshalb oft die erste Wahl.
  • Kosten verteilt auf 10 Jahre: Das entspricht in etwa der Lebenserwartung einer guten LED-Lampe, bei einer kürzeren Betrachtungsweise werden sicher T5 und HQI gewinnen. Da der Strombedarf bei LED am geringsten ausfällt und die Lebenserwartung so hoch ist, können T5 und HQI nicht überzeugen. HQI Strahler sind vergleichsweise billig und die Kosten von T5-Lampen liegen meist deutlich darüber.
  • Größe: Hochleistungs-LED-Strahler bis aktuell 100 Watt sind unvergleichlich kleiner als HQI und T5 mit Reflektoren. Selbst bei gleichmäßiger Ausleuchtung können die Gehäuse der LED-Lampen nur 2-3 cm hoch sein! Allerdings gilt es hier zu beachten, das lüfterlose Ausführungen erhebliche Nachteile haben, mehr dazu unter Alterung und Wirkungsgrad.
  • Hitze: Hitze, nicht zu verwechseln mit Wärme, entsteht vor allem bei HQI. Die Hitze wird auch auf die Wasseroberfläche abgestrahlt und führt dort zu erheblich mehr Verdunstungswasser und Wassererwärmung als bei den anderen Leuchtmitteln. Nur bei genügend großem Abstand kann man die Werte in erträglichen Grenzen halten.
  • Farbspiele: LEDs können selektiv die Farben wiedergeben. Oft werden weiße, blauen und andere Farben in eigene Kanäle geschaltet, um jeden einzeln zu dimmen. Sonnenauf- und untergänge, Gewitter- und Wolkensimulationen sind genauso möglich wie eine gezielte Farbvariation.
  • Dimmung: LEDs sind einfach mit entsprechend geeigneten Stromquellen zu dimmen im Bereich von 0 - 100 %. Dabei sind sie enorm Farbstabil, was man von den beiden anderen Leuchtmitteln nicht erwarten kann. Der natürliche Verlauf der Sonne kann so simuliert werden und spart nebenbei auch noch Energie.

Betrieb einer LED

{{#ev:youtube|uZVRgJiwtwQ|400|right|Vergleich LED 110 W ohne Optik / 60 W Cree LED mit Optik / 250 W HQI}} Die Helligkeit einer LED wächst mit der Leistungsaufnahme. Bei konstanter Halbleitertemperatur ist die Zunahme annähernd proportional. Der Wirkungsgrad sinkt mit steigender Temperatur, deshalb sinkt die Lichtausbeute an der Leistungsgrenze je nach Art der Kühlung ab. Die LED fällt aus, wenn die Temperatur des Halbleiters ein Maximum von zirka 150 °C übersteigt.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie beschreibt, wie ein Verbraucher auf eine angelegte Spannung reagiert. Bei einem ohmschen Verbraucher nimmt der Strom linear mit der Spannung zu. Eine Leuchtdiode besitzt, typisch für Halbleiterdioden, eine exponentielle Kennlinie. Kleine Schwankungen in der Spannung verursachen große Stromänderungen.

Mit steigender Temperatur steigt auch der Strombedarf - wenn hier keine Regelung eintritt wird die LED zerstört. Aus diesem Grund betreibt man LEDs mit einem konstant gehaltenen Strom durch sogenannte Konstantstromquellen (KSQ) - es gibt dimmbare Versionen mit verschiedenen Regelmöglichkeiten (PWM, Widerstand oder einer Gleichspannung meist von 0-10 V). Eine KSQ verschlechtert prinzipiell die Ökobilanz und verursacht zusätzliche nicht unerhebliche Kosten. Neben der simplen Stromregelung haben die meisten Geräte auch zahlreiche Schutzfunktionen wie Überstrom, Temperaturschutz, Leerlaufschutz, Kurzschluss, Überlast und Überspannung. Es gibt KSQ mit einem Gleichspannungseingang oder Netzspannung.

Alterung der LED

Als Lebensdauer (Licht-Degradation) einer LED wird die Zeit bezeichnet, nach der die Lichtausbeute auf die Hälfte des Anfangswertes abgesunken ist. Leuchtdioden werden nach und nach schwächer, fallen aber in der Regel nicht plötzlich aus. Die Lebensdauer hängt vom jeweiligen Halbleitermaterial und den Betriebsbedingungen (Wärme, Strom) ab. Hohe Temperaturen (gewöhnlich durch hohe Ströme) verkürzen die Lebensdauer der LEDs drastisch. Die angegebene Lebensdauer reicht von einigen tausend Stunden bei älteren 5-Watt-LEDs bis zu über 100.000 Stunden bei mit niedrigen Strömen betriebenen LEDs. Aktuelle Hochleistungs-LEDs werden, um eine maximale Lichtausbeute zu erreichen, oft an Arbeitspunkten betrieben, bei denen ihre Lebensdauer bei 15.000 bis 30.000 Stunden liegt. Die von den Herstellern angegebene Leuchtdauer bezieht sich in der Regel auf die Anzahl der Betriebsstunden, bis die Leuchte noch mit 70% der ursprünglichen Leuchtkraft arbeitet. Auch im Handel erhältliche LED-Leuchtmittel in Glühlampenform erreichen über 25.000 Stunden bis hin zu 45.000 Stunden Lebenszeit.

Die Alterung der LEDs ist in erster Linie auf die Vergrößerung der Fehlstellen im Kristall durch thermische Einflüsse zurückzuführen. Diese Bereiche nehmen nicht mehr an der Lichterzeugung teil. Es entstehen strahlungslose Übergänge. Bei GaN-LEDs im blauen und Ultraviolett-Bereich ist auch eine Alterung der Kunststoffgehäuse durch das kurzwellige Licht mit einhergehender Trübung feststellbar. Bei diesen und weißen LEDs mit hoher Leistung wird deshalb der lichtdurchlässige Teil des Gehäuses manchmal aus Silikongummi gefertigt, wodurch eine Lebensdauer von 100.000 Stunden erzielt wird, was etwa 11,5 Jahren Dauerbetrieb entspricht.

Lichtausbeute / Wirkungsgrad

Die effizientesten weißen LEDs erreichen derzeit (Stand Februar 2010) im optimalen Fall eine Lichtausbeute bis zu 208 Lumen/Watt bzw. seit September 2010 250 lm/W. Dies ist nicht weit entfernt vom theoretischen Maximum (100 % Strahlungsleistung) bei 6600 K (relativ kalt wirkend), das physikalisch nicht größer als ca. 350 lm/W sein kann. Die Ausbeute ist stark von der Lichtfarbe abhängig, bei warmweißen LED liegt sie deutlich unter der von kaltweißen.

Ein weiterer Parameter ist die Leistung pro Einheit: je höher die Leistung einer einzelnen LED wird, desto schlechter ist ihr Wirkungsgrad. Das resultiert sowohl aus Quanteneffekten als auch aus einer höheren Temperatur des LED-Chips. Aus diesem Grund werden in vielen Anwendungen die LEDs nicht bei der vom Hersteller angegebenen Nennleistung, sondern darunter betrieben. Dadurch erhöht sich die Energieeffizienz und durch die reduzierte Temperatur verlängert sich die Lebensdauer der LED, gleichzeitig vereinfacht die geringere Abwärme die Kühlung und damit die Konstruktion der Leuchte. Allerdings kann es dadurch notwendig werden, mehr LEDs einzusetzen, um die gewünschte Lichtmenge zu erreichen, wodurch ggf. eine aufwändigere Optik notwendig wird.

Der Wirkungsgrad einer massengefertigten LED unterliegt einer gewissen Streuung. So wurden bereits vor Jahren einzelne LED-Labormuster mit hohem Wirkungsgrad im Labor hergestellt und bald darauf als Massenprodukt angekündigt. Mit dem sogenannten „Fluxbinning“ werden aus einer Produktion mehrere Klassen verschiedener Lichtströme selektiert und mit jeweils unterschiedlichen Preisen angeboten. Selbstverständlich wirbt ein Hersteller mit seiner höchsten Klasse. Wie klein der Anteil der besten Klasse an der Gesamtproduktion ist, erfährt man indirekt über den Preis und die Lieferbarkeit. Die angegebene Lichtausbeute bezieht sich einerseits auf die Anschlussschnittstelle eines LED-Bausteins, nicht auf eine LED-Lampe, bei der noch die Verluste durch das notwendige Vorschaltgerät mit 70 bis 95 % Wirkungsgrad dazukommen. Weitere Verluste entstehen durch eine (eventuell) weitere Optik in einer Lampe.

Viele erhältliche LEDs liegen derzeit bei 30–80 Lumen/Watt. Die Lichtausbeute liegt damit über der von Glüh- und Halogenlampen mit circa 13 beziehungsweise 17 lm/W[14] und teilweise unterhalb der von Leuchtstofflampen, die etwa 50 bis 70 lm/W inklusive Vorschaltgerät und Abschattungs- und Reflexionsverlusten erreichen. Da durch die Messung in der Einheit Lumen die Eigenschaften des menschlichen Auges berücksichtigt werden (vgl. Hellempfindlichkeitskurve), erreichen LEDs in den Farben Grün bis Rot besonders hohe Werte, während beispielsweise blaue LEDs deutlich schlechter abschneiden. Im rein physikalischen Wirkungsgrad, also der Umwandlung elektrischer Energie in Licht, sind blaue LEDs nicht zwangsläufig schlechter. Physikalische Wirkungsgrade sind derzeit bis über 30 % erreichbar, bezogen auf die eigentliche LED, ohne Verluste durch Vorschaltgeräte und ggf. Optik.

Mitte Dezember 2006 erreichte eine LED Nichias in Labortests 150 lm/W (fast 22 % Wirkungsgrad). Das entspricht der Effizienz von Natriumdampflampen, welche in verschiedenen Arten seit den 1970er Jahren verfügbar sind. Im September 2007 gelang es Cree im Labor, eine kaltweiße LED mit über 1000 lm bei einer Effizienz von 72 lm/W zu betreiben, die warmweiße Variante kam bei 760 lm immerhin noch auf 52 lm/W Lichtausbeute. Seit Mai 2009 ist eine LED Nichias auf dem Markt mit einer angegebenen Lichtausbeute von 160 lm/W, allerdings nur geringer Gesamtleistung. Cree lieferte im Dezember 2010 erste LEDs aus, die bei 1 W 160 lm/W erreichen und bei 10 W immer noch ca. 100 lm/W.

2007 galt für die Lichtausbeute handelsüblicher LED-Leuchten die Faustregel: Leistung der LED(s) multipliziert mit 4 ergibt die Leistung in Watt einer klassischen Glühlampe (5 % Wirkungsgrad). Seit 2009 eignet sich der Faktor 4 für den Vergleich mit Halogenlampen, die gegenüber Glühlampen um etwa 30 % effizienter sind. Die Leistungsfähigkeit neu in den Markt kommender Lösungen liegt darüber und nähert sich einem Faktor 10 gegenüber klassischen Glühlampen an.

Im September 2009 begann Cree mit der Auslieferung einer weißen LED mit einer Lichtausbeute (Herstellerangaben) von 132 lm/W, die bei der maximalen Leistungsaufnahme von fast 10 W auf 105 lm/W abfällt, wobei für diesen Produktionstyp Lichtstromwerte bei 350 mA in den Leistungsklassen: 114 lm; 122 lm; 130 lm und 139 lm (=132 lm/W) angeboten werden. Das Unternehmen berichtet im Februar 2010 über eine Labor-Prototyp-LED, die 208 Lumen pro Watt bei Raumtemperatur erreiche, bei einer Farbtemperatur von 4579 K. Im Oktober 2011 konnte OSRAM Prototypen einer roten LED vorstellen, die bei 609 nm und Nennstrom von 350 mA eine Lichtausbeute von 168 lm/W erreicht.

Im Dezember 2012 hat Cree seine neueXM-L2 LED vorgestellt, die bis zu 186 Lumen pro Watt bei 350 mA (25 ° C) liefert.[1]

Tool für LED Kostenvergleich (absolut und relativ)

Wenn man LEDs in Punkto Effizienz miteinander vergleichen möchte, sind

  • Anschaffungskosten
  • Stromkosten
  • Laufzeit
  • Lichtleistung

miteinander zu vergleichen. Folgendes Tabellendokument bietet Ihnen komfortable Einstellungen, um schnell einen Überblick zu bekommen:

Datei:LED Vergleich - Entscheidungshilfe - Tool.ods

Selbstbau / DIY

Die Gründe sich für einen Selbstbau können sein: Geld sparen, Qualität gezielt kaufen, individuelles Farbspektrum, individuelle Größe und Stärke usw.

Ein Selbstbau kann sehr viel Zeit beanspruchen, je nach Umfang und ästhetischem Anspruch. Mit ein wenig Erfahrung im Löten, dem nötigen Werkzeug und einem Wochenende kann es beginnen.

Grundsätzlich nötige Bauteile

Die LEDs sollten bereits fertig auf einer Platine verlötet sein; LEDs ab 10 Watt ausgenommen, da die ohne Platine auskommen. Von einem Verlöten auf der LEDs auf Platine wird ausdrücklich abgeraten - selbst erfahrene Hobby-Lötmeister werden mit dem Ergebnis und Aufwand nicht zufrieden sein.

Die Leitungen zwischen den LEDs sollen zwischen 0,2 - 0,5 mm² Querschnitt haben (kleiner lässt sich schlechter entmanteln). Wenn mehrere Netzteile / Kanäle eingesetzt werden, dann erleichtert es die Übersicht die Leitungen in verschiedenen Farben auszuführen.

Kühlkörper nehmen die Wärme an der Rückseiten der LEDs auf und verteilen sie. Über die Kühlrippen wird die Wärme schließlich an die Luft abgegeben. Der richtige Kühlkörper sollte etwa so lang wie das Aquarium sein, je breiter desto gleichmäßiger wird das Licht verteilt. Generell gilt, je mehr Material und je mehr Oberfläche (Anzahl und Höhe der Kühlrippen) der Kühlkörper hat, desto mehr Wärme kann dieser aufnehmen und an die Luft abgeben. Hier ist nicht zu sparen, vor allem bei lüfterlosen Ausführungen sollten die Rippen höher als 3 cm sein. Die Temperatur des Kühlkörpers sollte nicht über 40°C bei 25°C Umgebungstemperatur liegen - je weniger desto effizienter und langlebiger laufen die LEDs. Einen Kühlkörper zu berechnen ist nicht einfach und es können nur folgende Vergleiche gegeben werden:

  • Projekt: 20 Watt LED, alle im Nennstrom betrieben, Kühlkörper 35 cm x 2,5 x 3,5 cm mit sehr kleinen Kühlrippen über 50°C - mit zwei 30 mm Lüftern je 1 Watt etwa 33°C
  • Projekt: 50 Watt LED, alle im Nennstrom betrieben, Kühlkörper 30 x 25 x 3 cm wird etwa 48°C warm - nachdem ein 140 mm Lüfter mit 1 Watt mittig installiert wurde, beträgt die Temperatur nur noch 28°C
  • Projekt: 150 Watt LED, überwiegend alle im Nennstrom betrieben, Kühlkörper 100 x 15 x 3 cm - mit 2 x 140mm Lüftern mit je 1 Watt installiert hat etwa 30°C

Wie sich bereits aus den Angaben entnehmen lässt, sind LED taugliche Temperaturen selten möglich und die Kühlrippen haben einen deutlichen Einfluss auch unter Verwendung von Lüftern!

Lüfter aus dem PC Bereich sind flüsterleise - je größer und langsamer sie sich drehen. Diese Lüfter halten sehr lange und verbrauchen unbedeutend Strom. Tatsächlich erhöht man unter Verwendung von sehr gut gekühlten LEDs die Effizienz und verlängert wesentlich die Lebensdauer. Die Kosten dafür sind meist vergleichsweise gering und sollten immer zumindest als Option in Betracht gezogen werden.

Konstantstromquellen (KSQ) haben meist noch den Spannungswandler für die Netzspannung (230 V) eingebaut. Üblich sind lüfterlose Ausführungen mit zahlreichen Schutzfunktionen - wichtig ist, ob es eine dimmbare oder ungedimmte Ausführung sein soll. Aber auch ein Blick in die Datenblätter bezüglich des Wirkungsgrads bringt Klarheit darüber, wieviel unnötige Verlustleistung in Wärme gewandelt wird. Gute KSQs schaffen > 90 % und schlechte um die 80 % Wirkungsgrad. Bedenken sollte man auch, das der Wirkungsgrad typisch dann am höchsten ist, wenn die max. Leistung abgegeben wird und um etwa 5 %-Punkte Wirkungsgrad sinkt, wenn es nur 50 % Leistung sind. Damit auch die KSQs eine hohe Lebensdauer erzielen, sind diese ggf. zu kühlen - eine Montage an einem wärmeleitenden Gegenstand ist das mindeste was man tun sollte.

Die Befestigung der LEDs wird bei LEDs auf Platinen am einfachsten mit doppelseitigen Klebepads (Wärmeleitklebepad z.B. 6-eckig ) in passender Größe durchgeführt. Beste Wärmeableitung wird nur durch eine Befestigung mit Schrauben erreicht, deshalb haben alle LEDs ab 10 Watt nur Verschraubungen. Für eine Verschraubung sind die nötigen Schrauben, der richtige Bohrer und Gewindeschneider nötig - das dauert wesentlich länger als mit Klebepads.

Auswahl der LEDs

Neben dem Farbspektrum, der Intensität, der Wassertiefe, dem Wasserinhalt, den zu pflegenden Korallen und dem Preis gibt es noch weitere Faktoren, die durchaus wichtig für die Wahl der richtigen LED-Lampe sein können. Das Thema ist derart komplex, das es für die meisten Anwender reichen dürfte sich an folgenden Faustformeln zu orientieren:

An dieser Stelle darf der Hinweis nicht fehlen, das neben der Ästhetik auch der passende Bedarf an Licht für die Zooxanthellen der Korallen wichtig ist - ein entscheidender Faktor für gutes Wachstum!

Um einen gewünschten Kelvin Wert zu bekommen, der meist im Bereich 10.000 bis 20.000 liegt, wird hier mit Laborausrüstung ein 1:1 Mischverhältnis-Mythos widerlegt [2] [3]. Im Ergebnis kann man sagen das zwei kalkweiße LED auf eine blaue LED schon fast 20.000 k erreichen.

  • Farbspektrum:
    • Günstige Lösung
      • Kaltweisse LEDs, Blau- und Royalblaue LEDs: Für eine leicht blaustichige Beleuchtung sollte ein Verhältnis von 2:1:1 passen
      • Kaltweisse LEDs, Blau- und Royalblaue LEDs: Für eine stark blaustichige Beleuchtung sollte ein Verhältnis von 1:1:1 passen
    • Mittelweg
      • Kaltweisse LEDs, Blau- und Royalblaue LEDs, Cyan (500 nm) und Tiefrot (660 nm): Für eine leicht blaustichige Beleuchtung sollte ein Verhältnis von 4:2:2:1:1 passen
      • Kaltweisse LEDs, Blau- und Royalblaue LEDs, Cyan (500 nm) und Tiefrot (660 nm): Für eine blaustichige Beleuchtung sollte ein Verhältnis von 2:3:3:1:1 passen
    • Breites Farbspektrum und auch teure Lösung
      • Kaltweisse LEDs, Blau- und Royalblaue LEDs, Cyan (500 nm), Tiefrot (660 nm), UV (400 nm), purple / violett (420 nm): Für eine leicht blaustichige Beleuchtung sollte ein Verhältnis von 5:2:2:1:1:1:1 passen
      • Kaltweisse LEDs, Blau- und Royalblaue LEDs, Cyan (500 nm), Tiefrot (660 nm), UV (400 nm), purple / violett (420 nm): Für eine blaustichige Beleuchtung sollte ein Verhältnis von 3:2:2:1:1:1:2 passen
  • Wasserinhalt: Übliche Richtwerte beziehen sich auf Watt pro Liter Aquarienvolumen (ohne Inhalt wie Steine, Sand und ohne das Technikbecken)
  • Intensität:
    • Korallen mit wenig Lichtbedarf können bei etwa 0,3 Watt pro Liter gehalten werden
    • Korallen mit mittlerem Lichtbedarf können bei etwa 0,5 Watt pro Liter gehalten werden
    • Korallen mit hohem Lichtbedarf können bei etwa 0,6 - 1 Watt pro Liter gehalten werden
  • Wassertiefe:
    • ab 50 cm Wassertiefe sollten 3 W LEDs mit Optiken zur Bündelung (etwa 30-45°) eingesetzt werden, um auch am Boden noch genug Lichtintensität zu erreichen. Diese pauschale Aussage hängt auch vom Besatz ab - es ist besser die Lampe erst ohne Optiken zu testen und dann ggf. nachzurüsten. Dabei ist darauf zu achten, dass das Gehäuse von der Bauform eine Nachrüstung zulässt und die LEDs auch mit Optiken ausgestattet werden können. Es macht Sinn, nur die LEDs über dem Boden mit Optiken auszurüsten, aber bei zu starker Bündelung können farbige Lichtpunkte am Boden entstehen, da sich benachbarte LEDs nicht mehr genug mischen. Sollte das der Fall sein, dann sind Optiken mit breiterem Winkel zu wählen oder noch besser: Stärkere LEDs!
    • ab 50cm Wassertiefe sollte man auch ernsthaft LEDs mit 25-50 Watt in Erwägung ziehen - ein Test mit einer LED kann nicht schaden.
  • Preis
    • Wenn LEDs über ihrem Nominalstrom betrieben werden doch nur bis zum Maximum, dann werden Anschaffungskosten gespart. Die LEDs verlieren an Effizienz (etwa 10-30%), werden deutlich wärmer (gute Wärmeabführung wird wichtiger) und verlieren an Lebensdauer
    • Einzelne LEDs mit 10 und mehr Watt sind meist kostengünstiger als in Summe mehrere 1 oder 3 Watt LEDs, zudem verringert sich der Installationsaufwand. Nachteilig ist meist die problematischere Wärmeabfuhr und (auch wenn es nicht beworben wird) die zu erwartende kürzere Lebensdauer.
    • Bestimmte Farben sind teurer als normal weiße oder blaue LEDs
    • LED-Markenhersteller oder Noname Chinaware - das ist eine bodenlose Diskussion und jeder muss das für sich entscheiden - Unterschiede sind u.a. der Preis, Effizienz, Lebensdauer, Farbverhalten und die Dokumentation. LEDs sind keine einfache Bauteile, nicht umsonst haben die Datenblätter von Markenhertellern meist mehr als 10 Seiten Umfang. Es lohnt sich immer diese zu lesen, nur so lernt man etwas über die Eigenarten der LEDs.
    • Hocheffiziente Marken-LEDs oder nur die Angabe 3 Watt sind erstens nicht vergleichbar und zweitens könnte das ein Hinweis sein, das die Billig-LED mehr Wärme als Licht produziert. Der Herstellprozess hat Effizienz-Streuungen und seriöse Hersteller und Verkäufer geben das sogenannte Binning an.

Verschaltung

Zuerst muss man sich im Klaren sein, ob man verschiedene Kanäle haben will oder muß. Das wird nötig, wenn

  • die LEDs mit unterschiedlichen Strömen betrieben werden. Beispielsweise werden manche LEDs mit Ihrem Nennstrom von 350mA betrieben und andere mit 700 mA.
  • man durch Dimmung Farbspiele erreichen möchte.
  • die Spannung einer Reihenschaltung über der max. Ausgangsspannung einer KSQ liegt. Meist ist ab 50 Volt Ausgangsspannung Schluss - bei einer LED mit 3 Volt könnten dann also nur 50/3 = 16 LEDs in Reihe geschaltet werden.

Bei der Auswahl der KSQ ist darauf zu achten - das der Ausgangsspannungbereich eingehalten wird - z.B. bei einem Bedarf von 35 V und einer KSQ mit einem Bereich von 30 - 38 V.

Wenn die Kanäle feststehen, dann werden die Summen der nötigen Spannungen gebildet, damit die passenden KSQ (notfalls mehrere) ausgesucht werden können:

Beispiel:

  • Kanal 1: 10 LED blau - Volt typisch 2,75 bei 350 mA ergibt 10 x 2,75 V= 27,5 V @ 350 mA für die erste KSQ
  • Kanal 2: 30 LED kaltweiß - Volt typisch 2,9 bei 700 mA ergibt 30 x 2,9 V = 87 V @ 700 mA. Hier wären zwei 700 mA KSQs mit je max. 48 V denkbar, sofern der Spannungsbereich mit mind. 2 x 48 V = 96 V max. und mind. 87 V gegeben ist.

Eine KSQ mit 700 mA könnte theoretisch auch zwei parallele Reihenschaltungen (je 350 mA) versorgen, doch wäre eine Regelung nicht mehr präzise möglich und wenn eine Reihe ausfällt (eine defekte LED reicht), dann wird die verbleibende funktionierende Reihe mit dem doppelten Strom betrieben!