Teil 3 ( von 4 ) :
Messungen - Fakten - Grundwissen
Letze Aktualisierung 16.02.13 12:26 Uhr
LED - Messungen und Fakten - ( erleuchtende Seiten um's Licht )
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13 Apr 2012 passive Kühlung eines 30W Spots von Rober Miehle-Huang
http://www.@.de/beleuchtung/led-high-power-diy-t20716-105.html
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25 Sep 2011 Entscheidende Vergleichs-Messung zwischen LED und LSR von Rober Miehle-Huang
http://www.@.de/beleuchtung/led-leuchte-t18368.html
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02 Feb 2011 weitere Vergleichs-Messung zwischen LED und LSR von Rober Miehle-Huang
http://www.@.de/nachricht128174.html#p128174
Begriffe u. Kürzel rund um die LED und ihre Bedeutung
Umrechner der unterschiedlichen Lichtangaben
Warum eine LED-Beleuchtung
Zitat:
1.) bei Verwendung von LEDs mit 100 Lumen pro Watt spart man z.B. gegenüber einer durchschnittlichen Leuchtstoffröhren (LSR mit oder ohne Reflektor), ca. 30% - 60% Energie. (voraussetzung annähernd selbe Lichtfarbe)
2.) Eine LED-Beleuchtung kann durch die winzigen Leuchtmittel und das minimale Gewicht besonders klein, leicht, filigran, unauffällig und/oder formschön designt werden.
3.) Durch eine minimalistische LED-Beleuchtung bleibt bei offenen Becken der Blick von oben ins Becken auf Pflanzen und Tiere fast völlig frei.
4.) Die Beleuchtungsstärke von billigen oder älteren Abdeckungen kann oft nur mit den sehr platzsparenden LEDs gesteigert werden, weil für Zusätzliche Röhren kein Platz ist.
5.) Je nach LED hat man bei einer LED-Beleuchtung oft nur 12V - 24V über dem Becken.
6.) Der Licht-Abstrahlwinkel kann mit LED-Linsen nach Wunsch gewählt werden.
7.) Durch handelsübliche Steuerungen mehrfarbiger LEDs können Sonnen-Auf- u. Untergänge, Tageszeiten und besondere Wetterlagen sehr leicht simuliert werden.
8.) Nahezu keine ungewollte Hitzeeinstrahlung ins Wasser.
9.) Sehr lange Lebensdauer der LEDs (aber nur bei ausreichender Kühlung)
10.) Kringeleffekte (Lichtreflexe) auf dem Beckenboden wie in der Natur im Sonnenlicht.
11.) und nicht zuletzt der Spaß mit einer neuen Technik etwas selbst zu bauen was noch nicht jeder hat.
Was muß ich beim Bau einer LED-Beleuchtung beachten?
1.)
Zitat:
LEDs dürfen nicht zu heiß werden, weil sonst die Lebensdauer abnimmt.
Jedoch bei LEDs mit nur 1-2 Watt pro Stück reicht ein simples Al-Profil zur Kühlung völlig aus.
Auf solch ein Al-Profil wird die LEDs mit einem Wärmeleitkleber aufgeklebt. Ein zusätzlicher Kühlkörper ist hier bei 1-2W pro LED nicht nötig.
Bei langgestreckten LEDs wie meinen EDISON Ediniline III geht das auch bei 3,5W noch spielend (mein Alu-Pprofil wird nur gut handwarm).
Bei 5-10Watt sind in der Regel spezielle Kühlkörper erforderlich. Aber das ist auch noch eine Passivkühlung ohne großen Aufwand.
Je nach Kühlleistung des Kühlkörpers und Einbausituation (offen oder unter Abdeckung) der LEDs sind ab 10 oder ab 20Watt dann aktive Kühlsysteme erforderlich. (z.B. PC-Lüfter oder Wasserkühlung).
Mein ganz persönlicher Tipp für Energiesparer, welche die Abwärme zum Teil nutzen wollen: Kleben Sie den LED-Treiber mit Wärmeleitkleber hinten oder seitlich an das Aquariumglas.
2.)
Zitat:
LEDs müssen im Normalfall immer in Reihe (Serie) an die Stromversorgung angeschlossen werden.
Also nicht parallel.
Als Beispiel : Wie man meine EDISON Ediline III LEDs auf zweierlei Weise verkabeln kann sieht man hier
auf Seite 5
Der Hintergrund der Serienschaltung ist die Eigenheit der LEDs (Halbleiter) bei Erwärmung mehr Strom (Ampere bzw. mA) zu ziehen, dadurch noch heißer zu werden und somit noch mehr Strom zu ziehen usw. usw.
Erwärmen sich parallel angeschlossene LEDs nicht gleich schnell und gleich stark, saugt die heißeste den anderen so zu sagen den Strom ab, die Unterversorgten bringen dann nur noch eine reduzierte Leistung oder gar nichts mehr.
Die Heißeste wird dabei mehr an sich reißen und auch heißer werden als sie auf Dauer verkraften kann und vorzeitig in den LED-Himmel wechseln.
Also LEDs normalerweise nur in Serie schalten und nicht parallel an die Stromquelle anschließen.
Ausnahme 1.) auf eigenes Risiko sind lanze LED-Ketten mit vielen Einzel-LEDs. Solche Ketten können eventuell parallel an einen LED-Treiber angeschlossen werden.
Ausnahme 2.) ist die Verwendung eines Konstant-Spannungs-Treibers der sowohl die Ampere als auch die Spannung konstant hält. Die haben meist auch mehrere Ausgänge für Parallele Verbraucher.
ACHTUNG ! Bei parallelem Anschluß summieren sich die Ampere nicht die Volt wie bei seriellem Anschluß.
3.)
Zitat:
LEDs müssen mit einer Konstantstromquelle od. einem LED-Treiber betrieben werden, der zu der Ampere-Angabe der gewünschten LEDs passt.
- Eine LED-Stromversorgung ist das selbe wie ein LED-Treiber und besteht aus einem Netzteil, Gleichrichter und einer Konstantstromquelle.
- Konstantstromquelle bedeutet, es wird nur eine festgelegte Stromstärke (Ampere (A) bzw. Milli-Ampere (mA) abgegeben.
- Ohne der Begrenzung auf eine konstante Stromstärke (Ampere), droht wie bei einer Parallelschaltung die Gefahr daß die LEDs (Halbleiter) bei Erwärmung im Wechselspiel immer mehr Strom ziehen bis sie durch Überhitzung ausfallen.
Auch ein LED-Treiber hat ein begrenzte Lebensdauer die von der Betriebstemperatur abhängt, daher kann man mit einem mit Wärmeleitkleber aufgeklebten Kühlkörper auch seine Lebensdauer strecken.
Alternativ mein ganz persönlicher Tipp für Energiesparer, welche die Abwärme nutzen wollen: Kleben Sie die heißeste Seite des LED-Treiber als Außenheizung mit Wärmeleitkleber hinten oder seitlich an das Aquariumglas.
Anschlußregeln für LEDs im Detail:
Zitat:
- LEDs werden bei serieller Verkabelung von Plus (+) nach Minus (-) miteinander verbunden.
- Die erste LED wird mit ihrem (+)Pohl mit dem (+)Pohl der KSQ (Konstantstromquelle) verbunden.
- die letzte LED wird mit dem (-)Pohl am (-)Pohl der KSQ angeschlossen.
- aber es geht aber auch noch anders wie man auf nachfolgendem Link
auf Seite 5 sehen kann.
Link - EDILINE Lötmöglichkeiten auf Seite 5
Hier folgen die Zusammenhänge nach denen man die richtige Stromversorgung (LED-Treiber) zu den gewünschten LEDs aussucht.
Zitat:
Dabei geht es darum welche Werte (Watt, Ampere, Volt) man in welchem Fall zusammenrechnen muß und wann nicht.
Spannung Volt (V) am Ausgang der Stromversorgung:
Zitat:
Bei in Serie geschalteten LEDs summiert sich die benötigte Spannung.
Bedeutet, eine LED-Stromversorgung (LED-Treiber) muß bei 1 LED mit 2V auch mindestens 2Volt Ausgansspannung liefern. Bei 2 LEDs mit jeweils 2V muß sie mindestens 4Volt am Ausgang liefern, usw.
- Würden die LEDs statt dessen parallel am Netzteil angeschlossen sein, müßte das Netzteil nur mindestens 2V liefern, egal wie viele LEDs parallel am LED-Treiber hängen.
- Über die Spannung (V) kann man an manchen LED-Treibern die LEDs dimmen.
Stromstärke Ampere (A) bzw. Milliampere (mA) am Ausgang der Stromversorgung:
Zitat:
Bei den Ampere (bzw. mA) verhält sich das anders herum als bei der Spannun (Volt).
Die benötigten Ampere der einzelnen LEDs summieren sich bei LEDs die hintereinander verdratet sind nicht.
Sind die LEDs jedoch parallel an der Stronversorgung angeschlossen, muß die Stromquelle (LED-Treiber) die Summe der Ampere liefern die pro LED angegben ist. Also z.B. 700mA bei 2 LEDs mit je 350mA.
(es kommt dabei nicht auf +/- 50mA an, dürfen also auch 1000 od 1100mA sein).
Elektrischen Leistung = Watt (W) oder auch Voltampere (VA) am Ausgang der Stromversorgung:
Zitat:
Die Elektrische Leistung addiert sich in jedem Fall, egal ob die LEDs parallel oder seriell angeschlossen werden.
Als Beispiel von 3,5W-LEDs : 6Stück x 3,5W ergeben eine benötigte Mindestleistung (W) am Ausgang des LED-Treiber von 21 Watt.
Die Stromversorgung darf in der Leistung (Watt) auch stärker sein, weil die Verbraucher selbst bestimmen dürfen wie viel sie sich vom Kuchen abschneiden, begrenzt werden sie ja duch die Ampere-Begrenzung.
Allgemeine Eigenschaften von LEDs
1.) Energieverbrauch
Zitat:
Den Energieverbrauch von Leuchtmitteln vergleicht man in Lumen pro Watt (lm/W).
Und dabei schaffen Leuchtstoffröhren (LSR) in den meisten Lichtfarben 80-90lm/W.
Robert's Tabelle mit den Vergleichswerten, nach Leuchtmitteln und Lichtfarben (zu beachten die Korrekturwerte weit unten auf der Seite:
http://hereinspaziert.de/Sehlicht_2009/Ergebnisse.htm
Aber eine LSR bringt nach Roberts Messungen selbst mit guten Reflektoren durch das Rundumleuchten und somit unvermeidbare Eigenabschattung sowie Reflektorverluste nur ca. 70% des abgestrahlten Lichts ins Wasser.
Eine LED schafft aber an die 90% weil sie nicht rundum sondern nur zielgerichtet nach unten abstrahlt. (Üblich sind 120°, wobei der Hauptlichtkeil viel schmäler ist.
Das heißt ganz grob sobald eine LED 80lm/W oder mehr erreicht, spart sie auch Energie im Vergleich zur LSR. Unter 80lm/W ist aber in der Regel nichts gespart.
2.) Lichtausbeute im Aquarium
Zitat:
Durch den Unterschied im Wirkungsgrad der LED zur LSR, wie oben beschrieben, kann man ein Becken mit weniger Watt ebenso hell beleuchten wie zuvor mit der LSR.
Je nachdem wie viel Lumen pro Watt (lm/W) die LED liefert und wie viel die bisherige LSR brachte spart man dabei Energie und auch Geld.
Durch das nach unten zielgerichtete Licht der LED steigt ihr Vorteil gegenüber eine Leuchtstoffröhre, je höher der Wasserstand ist.
Faustformel für Süßwasserbecken :
Auf den Punkt gebracht : ca. 30 Lumen pro Liter bei LEDs, entsprechen der früheren T5- u. T8-Faustformel 0,5 Watt pro Liter.
Oder etwas Umständlicher : Vorausgesetzt die LEDs haben nicht weniger lm/W als zuvor die Leuchtstoffröre (LSR od. LL) kann man die LED-Beleuchtung mit 30% wenger Leistungsaufnahme kaufen bzw. bauen.
Wie viel Lumen pro Watt die bisherige LSR brachte steht hier in Roberts Tabelle
http://hereinspaziert.de/Sehlicht_2009/Ergebnisse.htm (achtet auf die Korrekturwerte ganz unten auf der Seite)
Wer nicht lange rechenen will nimmt einfach LEDs mit mindestens 90lm/W dann sind ihm die 30% Mindest-Einsparung sicher.
Faustformel für Salzwasserbecken :
da im Salzwasser immer zusätzlich blaue LEDs im Wellenlängenbereich um die 460 Nanometer (nm) zum Einsatz kommen, die sehr wenig Lumen pro Watt abgeben aber für die Niederen Salzwasser-Tiere wichtig sind, muß die Faustformel hier ander aussehen.
- bei einem 1:1 Mischungsverhältnis der Lichtfarben von Weiß ca 6000-6500k und Blau mit ca. 460nm.
- und einer Lumenleistung der Weißen LEDs um die 70lm/W.
Ergibt sich ein grober
Schätzwert 0,7w/l was man an LEDs über das Becken packen muß.
oder …. Je nach Lichtfarben-Geschmack
- bei einem 2:1 Mischung von Kaltweiß mit ca. 12000k und Blau mit ca. 460nm.
- und einer Lumenleistung der Weißen LEDs um die 70lm/W.
Ergibt sich ein grober
Schätzwert von ca. 0,5-0,6 w/l
3.) Montage und Kühlung
Zitat:
Bei LEDs mit 1-2 W pro Stück ist auch die Kühlung alles andere als ein Problem und man benötigt noch nicht mal separate Kühlkörper, geschweige denn eine aktive Kühlung. Ein Aluprofil zur Wärmeabfuhr, auf das die LEDs geklebt oder geschraubt werden reicht völlig aus und ist zugleich der spätere Leuchtbalken. Es gibt dafür auch ganz spezielle Aluleisten, auf die sich Linsenprofile schieben lassen. Durch solche Linsen wird das Lichtwinkel noch mehr gebündelt und man kann den LED-Leuchtbalken mit mehr Abstand zum Becken befestigen.
Auch ein LED-Treiber hat ein begrenzte Lebensdauer die von der Betriebstemperatur abhängt, daher kann man mit einem mit Wärmeleitkleber aufgeklebten Kühlkörper auch seine Lebensdauer strecken.
Alternativ mein ganz persönlicher Tipp für Energiesparer, welche die Abwärme nutzen wollen: Kleben Sie die heißeste Seite des LED-Treiber als Außenheizung mit Wärmeleitkleber hinten oder seitlich an das Aquariumglas.
4.) Lichtverteilung
Zitat:
Gerade die LEDs sind ideal um eine flächendeckende Ausleuchtung zu ermöglichen, weil sich die einzelnen Lichtquellen LEDs sehr gut und gleichmäßig über dem Becken verteilen lassen.
5.) Lichtreflexe sogenannte Kringeleffekte
Zitat:
Jede LED ist in der Lage Lichtreflexe am Aquariumboden zu erzeugen. Entscheid ist viel mehr die Oberflächenbewegung des Aquariumwassers als die Bündelung des Lichts. Ich hatte das auch nicht geglaubt und weis es nun besser.
Nachwort - meine persönliche Meinung / Erfahrung mit Chinesischen LEDs
Zitat:
Chinesiche LEDs kosten im Moment noch/nur 20-30% der LEDs von Deutschen/Europäischen/US-Anbietern.
Oft kommt das Argument, daß die meisten LEDs ja doch in China gefertigt werden die dann im Rest der Welt nur Markennamen aufgedruckt bekommen.
Doch selbst wenn das bei einer gekauften Marken-LED so sein sollte, besteht durch deren strenge selektive Auswahl ein großer Unterschied in der Zuverlässigkeit der Datenblätter zu den China-Billigimporten.
- es stimmt in den aller meisten Fällen bei den China-LEDs weder die versprochene Lumen pro Watt
- noch die angegebene Lichtfarbe, wobei die Abweichung von realen 12.000K bis zu versprochenen 30.000K gehen kann.
- noch stimmern die anderen Angeben auf den Datenblättern.
- Was ich persönlich zum großen Ärger feststellen mußte ist zudem die mieserable Verarbeitung in Bezug auf die Verklebung zwischen LEDs und Stern-Platine.
Hier fand ich beim ablösen mehrerer LEDs einheitlich eine schaumige Verklebung vor, die etwa 30% der möglichen Wärmeübertragungsfläche zu Nichte macht.
Das ist deshalb so ärgerlich, weil die konsequente Wärmeableitung von der LED (hitzeempfindlicher Halbleiter) absolut entscheident für die Lebensdauer der LED ist.
Mit dieser Verklebung ist somit zu befürchten, daß auch die Lebensdauer der Datenblätter bei weitem nicht erreicht wird.
Siehe :
http://www.naturaquaristik-live.de/topic.php?id=4766&
Das Problem hatte ich übrigens bei W.J.-LEDs was nicht auf alle Chinesischen zutreffen muss, denn siehe folgende Antwort:
Zitat:
extra für dich robert eine von satisled´s geschreddert die haben wärmeleitpaste drunter da haste keine blasen.
Leider sind Diese dafür aber auch nur mit den 2 Beinchen auf der Platine gehalten wo ein möglichst dünner Wärmeleit-Pastenspalt bestehen sollte, was in meinen Augen auch nicht optimal ist.
Ich persönlich bestell inzwischen deshalb bei Selbstbauleuchten mit weniger als 20 Einzel-LED lieber etwas teurere Marken-LEDs aus Deutschland, Europa od. US und
nur noch bei Leuchten mit großer LED-Stückzahl aus China, aber dort dann nur ohne Sternplatine und erledige die Verklebung selbst.
Dieses direkte aufkleben von LEDs auf die eigentliche Kühlfläche ohne Platine dazwischen, spart auch einen zu überbrückenden Spalt ein der trotz Wärmeleit-Hilfsmittel immer einen Wiederstand in der Wärme abfuhr darstellt.
Und bei uns zu kaufen schadet ja auch nicht, wenn wir dadurch die eigene Wirtschaft ankurbeln und unsere eigenen Arbeitsplätze sichern statt die Chinesischen.
Ende Teil 3
Teil 4 kommt irgendwann und soll eine Kreuzungs-Tabelle werden, in der jeder in Sekungen ablesen kann wie viel Watt bzw. Lumen in LED-Technik erforderlich ist um auf den selben Lichtstrom im Becken zu kommen, wie im Vregleich zur bisherigen T8 und T5 LSR-Leuchte unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Wirkungsgrade verschiedener Röhrenlängen.
Eventuell auch unter berücksichtigung der Lichtfarben.
Alles anhand der Messwerte unter "Ergebnisse" von Robert Miehle-Huang.
Ch.Robert
