Immer wieder werden in Foren LED Abdeckungen gebaut und immer wieder treten die gleichen Fragen auf. Wieviel Lumen brauche ich, welche LED soll Ich nehmen, wieviele für mein Becken, wie schließe ich die an, welches Netzteil, welche Kühlung, wie dimme Ich, was muss ich beachten?

Fakt ist kein Becken ist wie das andere und es gibt 1000 Wege um ans Ziel zu kommen. Ich selbst baue keine LED Beleuchtung wie die andere und wenn Ich eine Empfehlung für eine Lampe ausspreche dann ist die seltenst wie die davor. Dennoch möchte Ich einige Grundlegende Tips geben die einem helfen sollen in die Welt der LED Beleuchtungen ein zu steigen. Im laufe der Zeit will Ich daher diese kleine FAQ weiter schreiben und ausbauen. Ich beschränke mich dabei auf Formulierungen die Leicht verständlich sind und nicht vor Technischem wissen strotzen. Dies soll es vereinfachen, auch wenn dadurch teils dinge außer acht gelassen werden oder Fachspezifisch evt nicht einwandfrei sind.

 

LED Arten

Im Prinzip kann man 2 Arten von LED unterscheiden: Die die mit Konstantstrom und die die mit Konstantspannung betrieben werden. Zu dem gibt es LED Emitter und LED Arrays.
Konstantspannungs LEDs werden meist mit 12 oder 24V betrieben. Diese Module haben einen eingebauten Vorwiederstand der den Strom begrenzt. Die Lichtleistung liegt hier bei durchschnittlich 90lm/W. Markenprodukte bringen es jedoch auf bis zu 130lm/W, Billigprodukte erreichen grade mal 50lm/W. Gedimmt werden diese LED indem man die Spannung runter setzt oder über PWM, indem man den Minus Pol schnell an und aus schaltet.
Konstantstrom LEDs werden über einen Speziellen LED Treiber oder LED Netzgerät betrieben und benötigen einen Konstanten Strom (feste mA). Hierbei gibt es Einzel Emitter die meist auf Alu Platine befestigt sind und so genante Chip on Board (COB) Module. Wenn man sie kauft wird größtenteils ein Teststrom und ein Maximalstrom angegeben. Die Lichtleistung liegt hier bei durchschnittlich 120lm/W bei Marken LEDs, es sind aber auch Werte bis 150lm/W möglich. Billige 1W Emitter die man oft bei Ebay findet oder 10W Emitter hingegen haben grade einmal 70-80lm/W. Dimmung dieser LED erfolgt über dimmbare Netzgeräte die über einen PWM Anschluss oder eine 1-10V Steuerleitung verfügen.
Für eine Aquarien Beleuchtung Empfehle Ich ausschließlich Marken LED zu verwenden wo der Hersteller bekannt ist und es ein Datenblatt gibt. Ob Ich nun LED Leisten auf Rolle nehme, Emitter oder COB Module bleibt jedem selber überlassen. Selbst Preislich tut sich kaum etwas.

Beleuchtungsberechnung

Wieviel Licht darf es sein? Zu LSR (Leuchtstoffröhren) Zeiten gab es die Faustformel 0,5W/L. Dabei musste bedacht werden das LSR rundum strahlen, in dem Sinne nur unter 50% im Aquarium ankommen und selbst mit Reflektoren immer noch Licht „verloren“ geht. Led Hingegen Strahlen meist im 120° Winkel direkt in eine Richtung, verbrauchen aber unterschiedlich viel Watt bei gleicher Lichtleistung. Das benötigte Licht eines Aquarium wird daher mit Lumen pro Liter angegeben. Hierbei gilt zu beachten das die angegebenen Lumen einer LSR nicht mit dehnen der LED zu vergleichen sind (Bauart bedingt).
Aber wieviel Lumen brauche Ich jetzt? Im LED-Test den Ich 2013 durch geführt habe, habe Ich werte von 15lm/L bis 60lm/L getestet. Der „optimale“ Bereich lag dabei bei 25-35lm/L. Wenn man bedenkt das im Wasser Licht verlohren geht sollte man bei <40cm Höhe von 20-25lm/L aus gehen und über 50cm Höhe von 40lm/L, wobei dort Optiken zu empfehlen sind. Zur Beispielrechnung nehme Ich ein Aquarium mit 80x40x50 (LBH) und 30lm/L:
Die gesamt Liter sind 160. Mal 30lm/L brauche Ich 4800 Lumen. Nun muss Ich schauen wie Ich beleuchten will. Mit Leisten, Emitter oder COB Modulen.
Leisten werden meist angegeben mit Lumen pro Meter und einer angabe wann sie Teilbar sind (alle 5/10cm). Ich nehme die MultiBar35 Leiste von www.leds.de. Diese sind mit 129lm/W sehr efizient und mit 40€/Meter noch akzeptabel. Ich weiß aus den Angaben das diese 310lm/50cm haben. Also Teile ich die 4800Lumen durch 620 und weiß ich brauche 7,7 Meter, also 8. Mit 4960 Lumen habe Ich so eine gute Beleuchtung.
Emitter oder COB Module werden meist mit X Lumen bei X mA aufgeführt. Cree XP-G z.B. haben 139lm bei 350mA, XM-L ~280lm bei 700mA und Bridgelux BXRA-50C1100 1300lm bei 500mA. Davon ab kann man aber alle Stärker und schwächer bestromen wobei das lm/W Verhältnis bei zunehmendem Strom immer schlechter wird. So haben Cree XM-L zum Beispiel 155lm/W bei 200mA und 112lm/W bei 1400mA. Sie liefern aber auch nur 84lm bei 200mA und 490lm bei 1400mA. Also wie soll Ich die LED nun bestromen und wieviel Lumen habe Ich dann? Ich empfehle den Betrieb der LED bei 100-150% des Referenzstroms, nicht jedoch über 200%. Bei den erwähnten Bridgelux heißt das 500-750mA, maximal 1000mA. Die Lumen bei 500mA werden direkt auf der Shopseite angegeben mit 1300lm. Um die Lumen von 750mA zu erfahren müssen wir ins Datenblatt schauen. Dort finden wir auf Seite 18 ein Diagramm „Typical Relative Luminous Flux vs. Current, Tj=25°C“. Dieses gibt es auch bei Cree unter dem Namen „RELATIVE FLUX VS. CURRENT (TJ = 25°C)“ oder Nichia „Forward Current vs. Relative Luminous Flux“. Im Diagramm der BXRA-50C1100 lesen wir ca. 1.3 bei 750mA. Also nehmen wir die 100% (1300lm) mal 1,3, entspricht 1690lm. Bei Cree XM-L und 1050mA wären das 135%, sprich 280*1,35=378lm.
Bei den von uns benötigten 4800lm und 80cm Länge könnte man gut 4 Bridgelux nehmen (5200lm) oder 14 XM-L (5292lm, 2 Reihen mit 7 LEDs).

Anschließen von LED

Wie bekomme Ich LED zum brennen? Naja, am besten gar nicht, aber leuchten sollen sie trotzdem. Wir müssen die LED also die LED verkabeln. Am einfachsten haben wir es da mit Streifen. Diese haben eine Markierung für Plus und Minus und wir müssen nur ein passendes Netzteil anschließen. Wenn wir 2 Leisten/Streifen verbinden kommt immer Plus an Plus und Minus an Minus.
Bei Emittern und COB Modulen ist dies nicht ganz so einfach. Grundlegend werden diese immer Verbunden indem man Plus einer LED an Minus der nächsten hängt und dann wieder das Plus an das nächste Minus. Das erste Plus kommt an Plus des Netzgerätes/KSQ und Minus an Minus von diesem. Wieiviele LED wir in Reihe schalten können und wie stark das Netzteil sein muss müssen wir uns Errechnen.

Stromversorgung von LED

So wie es 2 Arten von LED gibt, so gibt es auch 2 Arten von Stromversorgung von LEDs. Erstmal ist aber wichtig das alle LEDs mit Gleichspannung betrieben werden. Wir müssen also die 230V AC zu x Volt DC machen.
Hierbei gibt es die Unterschiede Konstantspannungsnetzteile und Konstantstrom Netzteile. Zudem gibt es für LED noch DC-DC Wandler die Konstantspannung in Konstantstrom umwandeln können.
Für LED Streifen brauchen wir ein Konstantspannungsnetzteil, also eins was festgelegte Volt liefert bei Wechselnden Ampere. Wieviel das Netzteil können muss erfahren wir wieder beim Hersteller/Shop. Da steht 100mA/50cm, also 1,6A bei 8 Metern und 24V. Da die Spannung fest sein muss und der Strom egal können wir jedes 24V DC (Gleichstrom) Netzteil nehmen mit über 1,6A (2A z.B.).
Für Emitter und COB wird es komplizierter. Hier brauchen wir ein Konstantstrom Netzteil oder ein Konstantspannungsnetzteil und DC-DC Wandler. Doch wie stark müssen diese sein? In einer Reihenschaltung gilt das die Spannung addiert wird und der Storm gleich bleibt. Also Volt + Volt + Volt, mA=mA. In einer Parralelschaltung hingegen bleibt die Spannung gleich und der Strom addiert sich. Also Volt = Volt und mA + mA + mA.
Schauen wir erstmal ins Datenblatt und suchen uns die Spannung einer LED raus: Im „ELECTRICAL CHARACTERISTICS“ Diagramm von Cree oder „Forward Current Characteristics“ Diagramm von Bridgelux erfahren wir das. Eine XM-L brauch bei 1050mA knapp 3V. Die BXRA-50C1100 21V bei 500mA. Nun suchen wir uns ein Konstantstromnetzteil. Meanwell hat einige gute die gerne genommen werden. Für die Cree können wir z.B. ein LPF-16-15 nehmen. das liefert Konstant 1070mA und bis zu 15V. Bei 3V pro LED können wir so aber nur 5 Hintereinander schalten. Bisschen wenig, also nehmen wir ein LPF-40-42. Das liefert uns 960mA bei Maximal 42V. So können wir 14 LED in reihe Schalten. (Zugegeben, es ist grenzwertig ans max zu gehen. bisschen reserve wäre nicht schlecht…) Für die BXRA-50C1100 bräuchten wir bei 4 in Reihe 84V. Diese gibt es zwar, doch sind die oft teuer. Also müssten wir auf 2 LPF-25-48 ausweichen. Wir können allerdings auch ein wenig Geld sparen indem wir die LEDs anders verkabeln: Wir setzen immer 2 LED Hintereinander und dann 2 Stränge nebeneinander, also eine Mischung auf Reihenschaltung und Parralelschaltung. Somit brauchen wir 42 Volt und 1000mA. Hier können wir wieder ein LPF-40-42 nehmen.
Von einer Parralelschaltung bei LED ist erstmal ab zu raten. Der Grundist das wenn eine LED ausfällt die andere den vollen Strom bekommt. So wären z.b. 2×3 XML parallel an 2000mA möglich und jeder Strang hätte 1000mA. Doch wenn ein Strang ausfällt bekommt der andere 2A. Dadurch werden die LED sehr warm und die Gefahr ist gegeben das diese Ebenfalls ausfallen. COB Module sind aber „von Haus aus“ schon eine Mischung aus parallel und Reihenschaltung, daher ist hier die Ausfallsicherheit größer als bei einzel Emittern. Generell gilt aber immer: es kann gut gehen, muss aber nicht. Sicher ist es sie NICHT parallel zu betreiben.
Eine weitere Möglichkeit besteht dadrin die LED an einen DC-DC Wandler zu betreiben. Diese sind meist günstiger als Netzgeräte. Im Oberen Beispiel könnten wir je eine LED an eine Konstantstromquelle mit maximal 30V hängen und 500mA. Wir bräuchten so 4 KSQ die einzeln nur 3-4€ Kosten. Alle KSQ hängen wir dann an ein Netzteil welches die Spannung der LED + 1-3 Verlustleistung der KSQ liefert und mindestens die Summe aller Spannungen der KSQ hat. Bei 4*1 LED heißt das  21+3V und 4*500mA, also ein Netzteil mit 24V und 2A. Welche Methode die preisgünstigste ist muss man sich leider jedes mal ausrechnen und abwiegen. Bei vielen LED’s oder verschiedenen Farben kommt man meist günstiger weg mit einzel KSQ / DC-DC Wandlern.

 

*wird fortgesetzt…*

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