Расчёт светодиодного освещения аквариума: сколько нужно люмен и люксов

[dimetrius dimetrius Житель]

Как рассчитать светодиодное освещение аквариума: сколько люмен на литр и люксов на дне нужно растениям, почему ватты на литр не работают и когда нужны линзы.


Расчёт светодиодного освещения аквариума: сколько нужно люмен и люксов

Для люминесцентных ламп много лет работала простая формула «ватт на литр». Со светодиодами она не работает: два светильника одинаковой мощности могут давать свет, отличающийся в разы. Всё зависит от самих диодов, их угла, высоты подвеса и глубины аквариума. В этой теме собраны расчёты, замеры и споры участников форума — как всё-таки подобрать светодиодный свет, чтобы растениям хватало, а водорослям не доставалось лишнего.

Ниже в теме — схемы, диаграммы излучения светодиодов, замеры люксметром и фото светильников.

Ватты, люмены и люксы

Ватты — сколько светильник потребляет из розетки. О количестве света они почти ничего не говорят: дешёвый и качественный диод одной мощности светят по-разному.

Люмены — сколько света излучает источник. Эту цифру пишут на упаковке, но у недорогих диодов она часто завышена.

Люксы — сколько света реально дошло до поверхности, например до дна аквариума. Именно это нужно растениям.

Именно люксы объективно отражают освещенность, все остальное приблизительно или очень приблизительно. Другое дело как их замерить... Хотя ведь и освещенность не самоцель, главный индикатор - сами растения.

Сколько света нужно на дне

Легко. Берете люксметр и измеряете освещенность на дне. Если есть 1500 люкс расти будет практически все.

Для почвопокровки и разогнанного травника нужно больше, но и тут легко перестараться:

У меня 28 ХТЕ на 250л чистой воды, при токе 1а, давали на дне аквариума(высота водяного столба 42-43см), на дне освещенность получилась 5700лк! Напомню, что для разогнанного тарвника, с почвопокровкой, нужно максимум 3000лк! Подключил от 0.6а, на дне 2800лк, оптимально!

Есть и мнение, что для активного пузырения почвопокровки с CO2 нужно ещё больше:

Если ориентироваться на перлинг почвопокровки с подачей СО2 то необходима освещенность на дне 4000-5000люкс. Это примерно 30люм./л. без вторичной оптики. Штатный свет (3х30вт лл/200л.) в моей банке давал освещенность на дне (45см.) 2000-2500люкс.

Но слишком много света удерживать в балансе трудно:

Увеличивал освещенность до 10кЛк (за счет вторичной оптики), микрантемум стелился как почвопокровка. Но долго удержать баланс не получалось, да и задняя часть аквариума была недосвечена, вернулся к 5кЛк.

Обобщая опыт участников:

• около 1000 лк — анубиасы, криптокорины, мхи, папоротники;
• 1500–2000 лк — большинство аквариумных растений без CO2;
• 2000–3000 лк — почвопокровка и требовательные растения с CO2 и удобрениями;
• выше — только для опытных, иначе водоросли.

Прикидка до покупки: люмены на литр

Пока светильника нет, люксы мерить нечем. Тогда ориентируются на паспортные люмены. Привычная рекомендация «40 лм/л» на практике часто оказывается завышенной:

Про люмены тоже не понятно. Рекомендация для травника не менее 40лм/л.
Но это не работает! Растения хорошо растут и при 20лм/л и цвет хороший!

Считаю соотношение 30люм/л. вполне достаточно для большинства травников с СО2.
Те кто рекомендует 40люм/л. и выше - либо в большом заблуждении о реальной светоотдаче либо очень продвинутые в области разгона травника.

Ориентиры для аквариума глубиной 35–45 см со светильником низко над водой:

• 20–30 лм/л — неприхотливые растения;
• около 30–40 лм/л — травник с CO2 и удобрениями;
• больше — сильно разогнанный травник.

Для качественных светодиодов можно прикинуть и в ваттах:

Расчет прост: 0.5w на 1 литр уже достаточно для большинства растений. И даже для почвопокровки, если сможете направить весь свет вниз.

Inkell, можно считать и люменами. Приблизительно будет будет 100 люмен на ватт именно для led при условии что весь свет попадет в аквариум.

Похожая шкала в ваттах светодиодов на литр:

Для криптокорин хватит и 0,25 Вт/литр (светодиодных). (137 * 0,25 = 34 Вт)

Но как правило, рекомендуется освещение в районе 0,5 Вт/литр. (137 * 0,5 = 68 Вт)

Если предполагается подача CO2 с внесением удобрений - то до 1 Вт/литр (137 * 1 = 137 Вт)

Во всех случаях рекомендуется регулировка интенсивности освещения (диммирование)

Почему расчёт на бумаге не совпадает с реальностью

Освещённость на воздухе и в воде не соизмеримы (мутность воды, высота водного столба, наличие защитного стекла)...

Свет теряется на высоте подвеса, на покровном стекле, в толще воды; часть уходит мимо аквариума. Поэтому:

И ИМХО просчитать с нуля и с гарантированным результатом без проведения экспериментов СД свет в аквариуме нереально.

Линзы: когда нужны, а когда нет

Обычный светодиод светит в конус около 120 градусов. Линза собирает свет в более узкий пучок и резко увеличивает освещённость под собой:

Поскольку площадь освещаемой области меняется пропорционально квадрату радиуса, при уменьшении угла с 60 до 30 градусов (за счет линзы) при прочих равных условиях освещенность возрастет в 4 раза.

В опыте C.E. (фото ниже в теме) одна и та же лампа на 16 см давала 1550 лк без линз и 17 880 лк с линзами 56 градусов.

Итого выхлоп от китайской оптики минимум +40%.

Но при низком подвесе линзы дают пятна и тени. Практическое правило:

Считаю если С.Д. расположены до 10 см. от поверхности воды применять оптику нежелательно, а выше (10см.) обязательно.

Чем выше подвес, тем уже нужен угол линзы.

Как измерить свет на дне

Проще всего — опытом:

Наливаем воды в банку, на дно люксметр, сверху светодиод. Получили требуемую освещенность, все прекрасно. Не получили, есть 3 варианта:

1. Увеличить число СД(сюда же относятся матрицы).

2. Уменьшить угол светового потока.

3. Комбинация 1 и 2.

Датчик люксметра для замера в воде кладут в плотный прозрачный пакет. Учитывайте, что дешёвые люксметры по-разному чувствительны к разным цветам:

Разобрав датчик люксметра обнаружил между матовым светорассеивателем и фотоэлементом голубой светофильтр. Это объясняет баг в голубой части спектра.

Под синими диодами такой люксметр покажет больше, чем есть на самом деле. Приложения для смартфона годятся только для сравнения «было — стало».

Главный совет: свет с запасом и регулировкой

Поскольку точно рассчитать светодиодный свет заранее почти невозможно, проще всего ставить его с небольшим запасом и регулятором яркости (диммером или контроллером), а нужную яркость подбирать по растениям. Заодно диоды, работающие не на полную мощность, меньше греются и дольше живут.

Резюмируя:

• Ватты на литр для светодиодов не работают — считайте люмены, проверяйте люксами.
• Для большинства растений хватает 1500–2000 лк на дне, для почвопокровки с CO2 — 2000–3000 лк.
• До покупки ориентир — 20–30 лм/л для простых растений и 30–40 лм/л для травника с CO2.
• Для качественных светодиодов — около 0,5 Вт на литр.
• Линзы нужны, если светильник выше 10 см над водой.
• Ставьте свет с запасом и регулировкой яркости.

На листах бумаги отчётливо видна граница света уходящего за пределы аквариума, вы по прежнему считаете что оптика необходима?

На этом фото видно что задняя часть аквариума дополнительно затенена подвешенным сверху фильтром

А на этом хорошо виден "белый треугольник" :dr_ink:

Вот наглядная схема освещения с двумя и с шестью светодиодами с одинаковой общей мощностью, где оптика нужна? :mi_ga_et:

[dimetrius dimetrius Житель]

Кстати о потерях, это 60 см от дна без оптики.

[alwspb alwspb Житель]

Кстати о потерях, это 60 см от дна без оптики

Без оптики и без воды, видимо? C водой-то угол освещенности другой будет из-за преломления.

[dimetrius dimetrius Житель]

и без воды

Ну что ты, Саш, это действующий аквариум, с водой конечно. В модели сделаной уважаемым С.Е. не учтён один момент, преломление луча на границе воздух/вода

[snakebig snakebig Старейшина]

Диаграмма излучения СОВ (матриц) практически идентична светодиодам с первичной оптикой

Я бы так не сказал, стояли у меня матрицы без оптики, засветка была ещё та....

[C.E. C.E. Посетитель]

Результаты проведенных экспериментов. Тестировались СД лампы показанные на фото. Высота измерялась от плоскости крепления колпачка на люксметре до плоскости расположения СД в лампе– см. фото. Границы светового пятна определялись по люксметру. Люксметр сдвигался сначала к одной границе светового пятна, на столе ставилась отметка, затем такая отметка ставилась с противоположной стороны пятна. За границу принималась освещенность 3-4% от максимальной (по центру). Расстояние между отметками принималось за диаметр светового пятна.

Лампа с 5 СД и линзами

Опыт 1
Высота 162 мм
Освещенность 17880 люкс
Ширина пятна 170 мм - радиус 85 мм
Площадь 22686 кв. мм.
Отношение к 1 кв. метру 1000000\22686= 44
Световой поток общий 17880 \ 44 = 406 люмен
Световой поток на 1СД 406 \ 5 = 81 люмен – полученная величина соответствует тому, что обычно пишут китайцы, это 80-90 люмен\ватт.
Тангенс 85\162= 0,52
Угол = 28 градусов
Двойной угол = 56 градусов


Опыт 2 (линзы с лампы удалены)
Высота 162 мм
Освещенность 1550 люкс
Из опыта 1 берем св. поток = 406 люмен
На площади в 1 кв. метр была бы освещенность 406 люкс
Определяем во сколько раз у нас меньше площадь 1550\406 = 3,82
Отсюда площадь пятна (в кв. мм.) = 1000000\3,82 = 261780 кв. мм = 3.14* кв. радиуса
Радиус = √261780 \ 3.14 = √83369 = 289 мм
Тангенс 289\162= 1,78
Угол = 61 градус
Двойной угол = 122 градуса – это соответствует углу светового потока приведенному в даташите.

Обратите внимание – при уменьшении угла светового потока в 2 раза освещенность возрастает с 1550 люкс до 17880 люкс. Это к вопросу нужна вторичная оптика или нет.


Лампа с матрицей СОВ из 10 СД и отражателем

Опыт 1
Высота 118 мм
Освещенность 14200 люкс
Ширина пятна 286 мм -- радиус 143 мм
Площадь 64210 кв. мм.
Отношение к 1 кв. метру 1000000\64210 = 15,6
Световой поток общий 14200 \ 15,6 = 912 люмен
Световой поток на 1СД 912 \ 10 = 91 люмен
Тангенс 143\118= 1,21
Угол = 50 градусов
Двойной угол = 100 градусов

Подобным образом можно сравнивать между собой различные СД. Разумеется при подобных «на коленке» измерениях имеется целый ряд погрешностей. Тем не менее при одинаковых условиях сравнения двух СД можно сделать вывод, какой из них лучше с точки зрения светоотдачи. Разумеется и мощность питания должна быть приведена к одной величине – чтобы получить люмен\ватт.

В обозримом будущем можно будет вернуться к этой теме. Из Китая уже едут 3-х ваттные СД и линзы. Есть желание сравнить между собой одно и трех-ваттные СД. По некоторым данным у трех-ваттных светоотдача на 40% выше (при том же токе, что и у одно-ваттного). А уважаемый скептик может определить параметры СД CREE. Будет интересно сравнить СД между собой.

Но, еще раз позволю себе высказать свое мнение. Это все любопытно, но к проектированию аквариумного светильника имеет слабое отношение.

И не по теме – покупать такие лампы категорически не советую. Сделаны обе с точки зрения конструкции безграмотно. В обоих нет надежного теплового контакта между платой с СД и радиатором. Сколько прослужат – неизвестно. В одной матрица вышла из строя примерно через месяц.

[snakebig snakebig Старейшина]

Тяжело жить без пистолета....
Заказал себе вот такой люксметр, осталось дождаться, тогда свои данные выложу - на воздухе и под водой.
Правда вот светильник поворачивать у меня не получится.

[snakebig snakebig Старейшина]

Данные по освещенности на дне:

[krendel krendel Новичок]

Ещё один аквас на светодиодах. 170 литров, 30 led cree 1.5a на все.

[скептик скептик Новичок]

Перемерил штатный светильник, получил 3000лк. в самой яркой точке.

28 ХТЕ на 50% от 1А дают те же 3000лк.
60 сантиков это с крышкой, воды от грунта до поверхности 40 сантиков.

[AndreBens AndreBens Профессионал]

Для роталы красных цветов достаточно 0.5 ватт освещения led на литр воды, разумеется + внесение Микро Удо с железом. Вот мой вариант, роталы и людвигия рубин мини там тоже где-то есть и они красные. Свет ровно 0.5 ватт на литр, высота воды 30-35 см, спектр 6500K кроме самого нижнего аквариума (там контроллер и несколько цветных каналов).

Фото как есть, возможно с высохшими брызгами на стеклах, снял утром на бегу. Это не художественные аквариумы, это "огород".

[Roman Roman Администратор]

Отделено и обновлено