Wuestenrose
Well-Known Member
Hallo zusammen,
ich will den Thread nicht hijacken und fasse meine Kommentare deshalb in einem eigenen Thread zusammen. Wo fange ich an? Am besten damit:
Apropos der Vollständigkeit halber… Meine letzte Messung LED gegen Leuchtstofflampe ist schon etwas länger her. Ich hab die im Juli mal mit aktuellen LEDs wiederholt:
Eine Osram TL5 HO 24W/840 (4000 K, CRI 80)
erzeugt, bestückt mit einem JBL Solar Reflect und betrieben an einem Osram QTi 1X14/24/21/39/220-240GII, in einer Römpp-Buchhöhe Abstand zum Luxmeter, eine Beleuchtungsstärke von 6,78 Kilolux und nuckelt dabei 27 Watt aus dem Netz:
Das macht 0,25 klx/W.
Ein 50cm Alustreifen mit 98x Samsung LM301B (4000 K, CRI 90) erzeugt, betrieben an einem VS LEDLine ECXe 500.010, 6,01 klx bei 11,78 Watt:
Das macht 0,51 klx/W. Der LED-Streifen ist, von der Steckdose bis zur Wasseroberfläche gemessen, doppelt so effizient wie die Leuchtstofflampe und besitzt mit CR90 auch noch die bessere Lichtqualität! Dabei habe ich den LED-Streifen auch noch kastriert, d. h. mit einer 8 % schluckenden PMMA-Scheibe davor gemessen.
In diesem Sinne…
Robert
ich will den Thread nicht hijacken und fasse meine Kommentare deshalb in einem eigenen Thread zusammen. Wo fange ich an? Am besten damit:
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Daran läßt sich schon einiges zeigen. Fangen wir oben bei der LED an. Nackte LEDs haben üblicherweise eine Halbwertsbreite von um 120 ° herum. Das bedeutet aber nicht, daß innerhalb dieser 120 ° eine gleichmäßige Abstrahlung erfolgt. Nackte LEDs sind in guter Näherung Lambert-Strahler, d. h. die Strahlungsstärke der LED in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel folgt dem Kosinus des Winkels. Zudem leuchten wir keine Kugelinnenfläche, sondern plane Flächen aus, so daß sich der Gesamtproportionalitätsfaktor zu cos³(?) ergibt. Hier im Forum habe ich das schon mal genauer erläutert. Das schöne daran: Die Halbwertsbreite sinkt von ± 60 ° auf ± 37,5 °. Das nicht so schöne: Innerhalb dieser 75 ° strahlt die LED nur etwa 60 % ihres Gesamtlichtstroms ab, 40 % gehen nebenhin.
Kommen wir zur Wasseroberfläche. An jeder Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes wird das Licht bereits bei senkrechtem Durchgang reflektiert, beim Übergang Luft -> Wasser sind das 2 %. In der Grafik habe ich nicht die Reflexion, sondern die Transmission aufgetragen, also den Anteil, der die Wasseroberfläche durchdringt:
Der Winkel ist, wie in der optischen Physik üblich, als Abweichung vom Lot angegeben, also entspricht 0 ° senkrechtem Lichteinfall, 90 ° waagerecht (parallel zur Wasseroberfläche). Bis hin zu knapp 70 ° bleibt die Transmission bei über 90 %, erst dann nimmt sie zu. Bei (z. B. durch Wind) gekräuseltem Wasser sinkt die Transmissionsrate nicht etwa, sondern sie steigt sogar.
Kommen wir zur Seitenscheibe. Da das Verhältnis der Brechungsindizes von Wasser und Glas kleiner ist als der von Luft und Wasser, tritt nennenswert Reflexion erst bei noch flacherem Lichteinfall auf als an der Wasseroberfläche:
Interessanter wird's an der Grenzfläche Glas -> Luft. Da hier der Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium geschieht, findet hier ab etwa 42 ° Totalreflexion auf:
Dummerweise wird das an dieser Grenzfläche reflektierte Licht an der Grenzfläche Glas -> Wasser wieder zum teil reflektiert, zum Teil gelang es ins Wasser zurück. Kann man beliebig tief iterieren, wenn man Zeit und Lust dazu hat. Meines Erachtens darf man den Effekt des von den Seitenscheiben ins Wasser zurückreflektierte Licht nicht überbewerten. Erstens lassen schon dünne Schichten Biofilm den Effekt in Richtung Null tendieren und zweitens funktioniert das auch nur bei auf die Aquarienmitte zentrierten Scapes, bei denen das Licht frei auf die Seitenscheiben treffen kann.
Eine 4 mm dicke Floatglasscheibe hat übrigens einen Transmissionsgrad von etwa 90 %. 8 % der verlorengegangenen 10 % gehen auf's Konto der Grenzflächenreflexionen, 2 % sind Absorptions- und Streuverluste im Glas. PMMA ist etwas besser, aber die 8 % Reflexionsverluste bleiben auch da.
Und Prozent sind natürlich Prozent. Messe ich unter einer Lichtquelle eine Beleuchtungsstärke von z. B. 10 Kilolux, dann bleiben davon noch 9 klx übrig, wenn ich eine Glasscheibe vor's Luxmeter halte.
- Höher oder tiefer?
Höher natürlich! Warum? Die Lichtausbreitung von Punktstrahlern wie es eine einzelne LEDs näherungsweise ist, unterliegt dem quadratischen (1/r²) Abstandsgesetz, das heißt, bei einer Verdopplung (× 2) des Abstands sinkt die Beleuchtungsstärke auf ein Viertel (1/2²). Hänge ich jetzt eine LED 10 cm über der Wasseroberfläche auf, dann kommt am 30 cm tiefer liegenden Bodengrund (ohne Berücksichtigung der Einflüsse des Wassers und der Seitenscheiben) nur noch 1/3² = 1/9 der Beleuchtungsstärke an der Wasseroberfläche an. Hänge ich die LED jetzt 20 cm über's Wasser, dann sind es schon 4 mal mehr, nämlich 2²/3² = 4/9. Voraussetzung für die praktische Umsetzung ist natürlich, daß ich durch Optiken das Licht auf die Wasseroberfläche bündele.
Bei LED-Leisten ist es etwas komplizierter. Man kann sie näherungsweise als Linienstrahler auffassen, aber nur in deren Nahfeld, also etwa bis zu etwa der halben Länge als Abstand. Für Linienstrahler gilt eine (1/r)-Abhängigkeit, obige Zahlen ändern sich zu 1/3 und 2/3, was bedeutet, daß "nur" noch das doppelte und nicht mehr das vierfache unten ankommen. Stimmt aber wegen der endlichen Länge der LED-Leiste auch nicht mehr, so daß sich in der Praxis ein Proportionalitätsfaktor ergeben wird, der irgendwo zwischen (1/r) und (1/r²) liegen wird. Dazu kommt, daß die Auswahl von Optiken für LED-Leisten deutlich geringer ist als die für COB-LEDs.
Sehr interessant in diesem Zusammenhang sind die von LED-TECH angebotenen 28-fach- und 160-fach-LED-Module. Für die gibt es von Ledil passende Optiken, die zudem die LED-Platine wasserdicht nach unten abdichten. LED-TECH bestückt auf Wunsch, gegen einen bezahlbaren Aufpreis, die Module auch mit anderen LEDs aus der LM301B-Reihe, erwähnenswert sind hier die 4000-K- und 5000-K-CRI90-Versionen.
- Lux oder Lumen pro Liter?
Lux natürlich. Lumen pro Liter sind nichts mehr als eine Hoffnung, es würde genügend Licht ankommen. Zudem liefert die Formel für kleine Aquarien zu geringe und für große Aquarien zu hohe Lumenwerte. Lux dagegen kann man messen, präzise Luxmeter sind schon für einen mittleren zweistelligen Euro-Betrag zu bekommen.
Apropos messen: Wenn's irgendwie geht, messt eure Selbstbauten nach. Im Idealfall simuliert ihr diese vorher in (kostenlosen) Programmen wie Relux oder DIALux. Die Simulationsdaten der Optiken kriegt ihr von den Herstellern wie Ledil oder Carclo. Ich kann's euch nur dringend ans Herz legen, da kommen teils erstaunliche Ergebnisse heraus, die auch mich noch überraschen. Ich habe meine letzten Beleuchtungen alle vorher simuliert.
Apropos der Vollständigkeit halber… Meine letzte Messung LED gegen Leuchtstofflampe ist schon etwas länger her. Ich hab die im Juli mal mit aktuellen LEDs wiederholt:
Eine Osram TL5 HO 24W/840 (4000 K, CRI 80)
erzeugt, bestückt mit einem JBL Solar Reflect und betrieben an einem Osram QTi 1X14/24/21/39/220-240GII, in einer Römpp-Buchhöhe Abstand zum Luxmeter, eine Beleuchtungsstärke von 6,78 Kilolux und nuckelt dabei 27 Watt aus dem Netz:
Das macht 0,25 klx/W.
Ein 50cm Alustreifen mit 98x Samsung LM301B (4000 K, CRI 90) erzeugt, betrieben an einem VS LEDLine ECXe 500.010, 6,01 klx bei 11,78 Watt:
Das macht 0,51 klx/W. Der LED-Streifen ist, von der Steckdose bis zur Wasseroberfläche gemessen, doppelt so effizient wie die Leuchtstofflampe und besitzt mit CR90 auch noch die bessere Lichtqualität! Dabei habe ich den LED-Streifen auch noch kastriert, d. h. mit einer 8 % schluckenden PMMA-Scheibe davor gemessen.
In diesem Sinne…
Robert
