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Allgemein LEDs als Aquriumbeleuchtung
05.07.2009 von Frank D

LEDs sind für die meisten Aquarianer diese winzigen Lämpchen, die bis vor einiger Zeit ihr Dasein als Anzeigen in Uhren, Thermometer und einigen anderen Geräten fristeten. Technisch wurden diese immer weiterentwickelt und tauchten plötzlich auch zunehmend in der ganz normalen Beleuchtung auf. Es dauerte nicht lange und es wurden auch die ersten, sehr teuren Systeme für die Aquaristik angeboten. Sie sollten das Ende der energiefressenden HQI und Leuchstoffröhren einläuten. Aber es machte sich auch schnell Skepsis breit, ob diese Systeme wirklich ausgereift sind und die bisherigen Systeme ersetzen können.

Mit diesem Artikel soll nicht generell Pro oder Kontra zu diesen aquaristischen Angeboten bezogen werden. Das soll der Anwender bitte schön für sich selbst entscheiden. Aus diesem Grund werden auch keine der zur Zeit aktuellen Systeme hier vorgestellt und bewertet. Eher im Gegenteil. Ich möchte Sie mitnehmen in die Welt der industriellen LED-Leuchtsysteme. Denn fast alles was für unseren relativ kleinen Markt "Aquaristik" zur Verfügung steht, ist aus diesem Segment portiert worden. Denn egal in welches tolle Gehäuse nun die LED verpackt ist, der technische Hintergrund für eine LED Leuchte wird durch das Leuchtmittel - die LED - bestimmt.

Funktionsweise und Farben
LEDs sind aus Halbleitermaterial hergestellt, das die elektrische Energie in elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich umsetzt - also in Licht. Die für allgemeine Beleuchtungszwecke verwendeten weißen LEDs verwenden Phosphorpulver um die überwiegend blaue Strahlung in weißes Licht umzuwandeln. Die Farbtemperatur -Kelvin- reicht von 2500 Kelvin, das entspricht warmweiß, bis zu kaltweißen 6500 Kelvin.
Aus vielen Diskussionen über andere Leuchtmittel dürfte schon vielen Aquarianer klar sein, das die Kelvinangabe für die Verfügbarkeit in unseren aquaristischen Systemen keine bedeutende Rolle zukommt, zumindest für das Halten von Korallen, und eher eine Masseinheit für das optische Empfinden durch das menschliche Auge darstellt. Da wir aber in der allgemeinen Beleuchtungstechnik bleiben wollen, ist diese Farbtemperatur immer noch eine vergleichbare Angabe.

Lichtleistung
Selbst unter Laborbedingungen erzeugen heutige Hochleistungs-LEDs bis zu 100 Lumen pro Watt. Dabei muß aber die Temperatur innerhalb des Halbleiters, die sogenannte Junction Temperatur, exakt reguliert werden. Da dieses in der Praxis kaum gewährleistet ist besitzen selbst Hochleistung-LEDs eher 50 - 80 Lumen pro Watt und stellen damit schon einen ausgezeichneten Wert da. Die meisten LED-Systeme liegen eher darunter. Zum Vergleich: Eine T5 Leuchtstoffröhre bringt es auf ca. 95 Lumen / Watt.
Die Leistung einer einzelnen LED von maximal 5 Watt liegt weit unter der von anderen Lichtquellen. Aus diesem Grund werden mehrere LEDs in den Leuchten benötigt um den durchschnittlichen Gesamt-Lichstrom von 200 - 300 Lumen zu erreichen.

Der Lichtstrom ist sehr stark abhängig von der Umgebungstemperatur. Und hier verhalten sich die einzelnen Lichtsysteme sehr unterschiedlich. Wer schon einmal das stark verzögerte Aufleuchten einer Leuchstoffröhre in einem Kühlhaus gesehen hat, wird diesen Effekt bestätigen können. Hier kann es bis zu mehreren Minuten dauern, bis diese Leuchstoffröhre ihren Lichtstrom erreicht. Denn erst durch die Eigenerwärmung nähert sie sich der optimalen Arbeitstemperatur, ohne diese aber innerhalb eines Kühlhauses wirklich zu erreichen. Hier sind nur 80% des normalen Lichtstromes zu erwarten.
In der gleichen Umgebung trumpft ein LED-System gut auf. Es leuchtet sofort und mit voller Helligkeit auf.

An diesem kleinen Beispiel sieht man schon eklatante Unterschiede dieser beiden Systeme. Während die LED Kälte sehr gut verträgt und höhere Umgebungstemperaturen mit Leistungsverlust quittiert, verhält es sich bei Leuchtstoffröhren fast umgekehrt. Das alles natürlich in gewissen Grenzen.

Lichtverteilung
Die meisten LEDs haben einen Abstrahlwinkel von 120 Grad, besondere tiefstrahlende LEDs auch 15 und 35 Grad. Trotzdem lassen sich durch diverse Optiken wie Linsen, Reflektoren, Diffusoren etc. fast alle erdenklichen Lichtverteilungen erreichen. Für diverse Anwendungen gibt es schon solche optischen Systeme als Massenware, wie z.B für Notbeleuchtungen und Leitsysteme. Aber auch Verkehrsampeln etc. Für andere Systeme, wie Leuchtstofflampen, gibt es zwar auch Lösungen, die aber eher für allgemeinere Beleuchtungszwecke vorhanden sind. Echte Optiken etc. findet man eher selten. Hier beschränkt es sich zumeist auf berechnete Reflektoren.

Lebensdauer
100.000 Stunden unter Idealbedingungen lautet die imposante Zahl bei LEDs. Aber eben unter Idealbedingungen. Ihre Lebenserwartung hängt sehr stark von der Junction Temperatur - die Temperatur innerhalb des Halbleiters - ab. Unter normalen Umständen sind eher 50.000 Stunden realistisch. Aber auch dafür sind eine konstante Spannungsversorgung und ein optimaler Wärmehaushalt notwendig. Genau wie bei anderen Lichtquellen nimmt die Helligkeit bei den LEDs mit der Zeit ab. Ein Verlust von 30% ist am Ende der Lebensdauer möglich.

Ein Absinken der relativen Lichtleistung auf 90% ist nach ca. 10.000 Betriebsstunden zu erwarten und nach 50.000 Betriebstunden ein Rückgang auf 65%.

Fazit
Diese LED-Leuchten für die Aquaristik sind momentan noch sehr teuer. Jeder muß für sich selbst entscheiden ab welchem Rückgang der Lichtleistung ein Austausch der LEDs notwendig wird. Machen wir eine kleine Rechnung auf:
Täglicher Betrieb 8 Stunden, Austausch der LEDs bei 90% also 10.000 Stunden. Damit wäre nach 3,4 Jahren ein Austausch notwendig, wenn ein Austausch der LEDs überhaupt bei diesem System möglich ist. Diese 3.4 Jahre werden aber nur erreicht wenn ein optimaler Wärmehaushalt vorlag. Dieses ist beim Betrachten der Lampe nur schwer zu ermitteln und wohl eine Vertrauensfrage.
Da die LEDs bei einer Lampe immer noch der Kostenfaktor Nummer eins ist, wäre auch der Totalverlust der Lampe denkbar, da sich ein Austausch seitens des Herstellers einfach nicht rechnet. Hier sind also noch viele Fragen offen und momentan mangelt es auch noch an Erfahrungswerten zu den einzelnen Systemen.
In einem Meerwasseraquarium spielt auch die Lichtzummensetzung eine große Rolle. Es wird wahrscheinlich nicht ausreichend sein nur einen einzigen LED Typ zu verwenden. Welche Kombination hier den das Optimum darstellt ist ebenfalls noch nicht geklärt. Das gleiche gilt aber auch für den Bereich der Leuchtstoffröhren.

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