PAR
Némi tanakodás után nekiálltam LED világítást készíteni. Utánanéztem a Neten, ki milyent használ, ki melyiket szidja, mi mennyibe kerül. Vagyis mint egy normális ember érdeklődtem, nézegettem. ( BJ után, így olcsóbb )

Na most jön a nem normális része. Ugyanis nekem mondhatnak akármit, hiszem ha látom , ugyanis volt sok olyan konstrukció ami ránézésre 3 évet ( kb 10000 óra) sem bír ki 30%-os fényerő veszteség nélkül, ugyanis a hűtésből simán kispórolják az anyagot. (*1)(*9) ( még egy közbevetés: a zárójelben lévő *1 *2 stb jelölések az cikk végén található linkeket jelzik. Ezeken az oldalakon bővebb ismereteket lehet szerezni az adott témában, vagy egyszerű példák, hasznosított ismeretek állnak mögötte. )  Például 150 W ( 48*3W) LED , plusz a tápegység hőjét ( *10 ) egy, az alsó képeken látható dobozba beleférő hűtőlemezzel akkor sem lehet rendesen „eltávolítani” ha a dobozon a Katerina-hurrikán fúj keresztül, nemhogy pár PC ventilátor. De a hűtés részleteiről majd a következő részben….

Szépen megépítettem a saját verzióm, mérnöki szemmel megnézve teljesen elfogadható konstrukció hűtés szempontjából. A LED-ek hőmérséklete még kikapcsolt ventilátorral sem viszi fel a hűtőborda hőmérsékletét villámgyorsan, bekapcsolt ventivel meg szinte hideg marad.

Először kipróbáltam a több helyen dicsért kombinációt … kék + fehér ( a LED-ek pontos paraméterei ekkor még ismeretlenek. Egyetlen ami fix az az ár volt, 1300 forint.) , megspékelve némi UV-val, de az UV-t később leszedtem, természetellenesen világított minden. Tehát 40 W kék , 10 W fehér kb 12×12 centiméteres négyzetbe rakva egy kb 20x20x4 centis sűrűn bordázott hűtőn. A kék-fehér kombináció nekem szemre megfelelt. Na jött az ötlet, kellene fényt mérni, de mit? Itt kezdődött a bonyodalom.

Bonyodalom 1:

Tisztán a színhőmérsékletre ( K fok) hagyatkozni is hülyeség. Szemre “fehérnek” látszó fény szinte végtelen számú kombinációból kikeverhető.  Vagy vegyük csak a színes tévét vagy monitort. A három Vörös – Zöld – Kék fényforrásból szinte bármit kikever,  igaz nagyon szűk “tüskékből”, mégis fehérnek látjuk a fehéret.

Akkor most jön a miért:

A képen a fényforrás spektrumát vehetjük szemügyre.  Három „tüskéből áll, három egyenlő vörös, zöld, kék. RGB. Semleges fehérnek látjuk. ( ez az amit  monitorodon látsz a FEHÉR, fogj egy nagyítót és keresd meg a képernyőn a “pontokat” )

A következő két kép az ami magyarázza miért nem ér sokat a lentebb leírt szempontok alapján a színhőmérséklet.

Az elsőben egyetlen fénysugarunk van, kb 490 nanométeres hullámhosszú, a másodikon pedig több sugarat látunk , vörös, zöld kék. Viszont a szemünk mind a kettőt olyan színűnek látja mint amilyen az első képen a négyzet. Sőt, a második képen lévő lila és sárga „zavaró” négyzeteket figyelembe sem veszi. Más kérdés hogy a második képen lévő UV-közeli sugárzást pl. a korallok pigmentjei hasznosítani tudják.

Tehát a színhőmérséklet csak irányt mutat, miből mennyi lehet, de betonbiztos szabályt nem ad.

Bonyodalom 2:

Lux-ot mérni hülyeség a szakirodalom szerint. Lásd ismét a két képet.

Az előzőekből már tudjuk hogy nem mindegy miből mennyi van. Az első kép egy szép naplemente kb 1000 K-s fénye legyen , a második pedig a kék ég 20 000 K- sugárzása. Na most pici matek. A Lux mérőnek mindegy milyen szín, az érdekli hogy mennyi van összesen. Itt a két ábrában a mennyiség ( a görbe alatti terület, vagyis a függvény integráltja ) megegyezik. Rajzolhatunk bármilyen kacskaringós vonalat, ha az a bizonyos görbe alatti terület megegyezik, a Lux mérő pontosan ugyanazt fogja mutatni.

Rendben, a LUX az emberi szem paramétereire optimális, annak idején a fekete-fehér fényképezéshez találták ki. De ha a színhőmérsékletet és a lux-ot kombináljuk, akkor már közelebb járunk az igazsághoz. A PAR érték áll talán legközelebb az elváráshoz?  Mindenki a PAR értékre ( fotoszintetikusan aktív besugárzás ) esküszik.

Bonyodalom 3:

Némileg ki kellett művelődni a PAR mérésből  és lassan egy sötét gyanú ébredt bennem. Ez nem pontosan azt méri ami nekem kell! Biztos ami biztos megnéztem egy gyári ( és drága ) PAR mérő karakterisztikáját. (*2) Tökéletes munka. Egy speciálisan előállított ( nagy tisztaságú) fotodióda szinte nyílegyenes karakterisztikával méri a beeső fényt 400-700 nanométerig ( valóságban 360-730 , a képen vörössel jelölve ). Ez gyakorlatilag a teljes látható fénytartomány, tehát az „elvileg” használható fény. Ezeket a műszereket szabványosították már régen, azonban nem nekünk, hanem az erdő-mezőgazdaság számára. ). Ilyen szabványos szondákat Pyranométer néven kereshetünk a neten …

A következő képen a használhatatlan adatot szolgáltató PAR mérés látható. ( Vörös a méréstartomány, kék a bennünket érdeklő része a napfénynek ( a tengerbe bejutó fény tartománya) , a kis oszlopok meg a fényünk összetételét mutatják. Szép fehér a fényünk , ( az egyenletes RGB-t már láttuk fentebb ) és van mondjuk egy 1000-es PAR értékünk, amiből csak 333 használható. Szélső esetben felejtsük e a kék kockát ekkor nincs is használható fényünk a korallok számára!

Van egy másik betűszó a PUR ( Photosynthetic Usable Radiation (*4), vagyis a felhasználható , hasznos sugárzás ) . Akkor menjünk el ebbe az irányba.

PUR
Mivel mostanában más ügyekből kifolyólag hozzászoktam, hogy a mérnöki munkát néha vegyíteni kell némi anatómiával meg biokémiával ezért utánanéztem miből kellene állnia annak a sugárzásnak ami akváriumban „hasznos”. (*3)

Az ábrán láthatjuk pár protein által „használt” fénytartományt. Jó részük a 400-500 tartományban „dolgozik”. A nevéből is kitűnik hogy a P515 az 515 nanométeres hullámhosszon a legaktívabb. Lámpatervezésnél tehát akkor indulunk el jó irányba, ha ezeket vesszük figyelembe.

A http://www.advancedaquarist.com/2006/9/aafeature oldalon található táblázatot érdemes átnézni ( sőt az egész cikk világítás szempontjából kötelező olvasmány ) kedvenc koralljainkat megkeresve. Nem csak azt adja meg hogy a színes protein melyik színt nyeli el ( Emission ) hanem azt is, hogy milyen színben fluoreszkál, „világít” (Exitation)

A fenti adatok alapján tehát nekünk valami ilyen fény kellene, legalábbis a tenger felszínéhez viszonyítva, mivel ott még a napsugárzás egyenletesen tartalmaz minden komponenst ( fehér ).

Ha ezt mondjuk 6 méteres mélységben akarjuk, ahol elég sok korallfaj él (*7) akkor ez változik a tengervíz optikai tulajdonságait figyelembe véve ( *6 ) . Mint a lenti ábra mutatja a fény vörös komponense 2-3 méterre már le sem ér. Tehát nem véletlen, hogy a korallok ezt, a kékes tartományt használják, ami a 6 méteres mélységbe még csak pár százalék veszteséggel a rendelkezésre áll. Itt végleg belátható, hogy a 30 centis vízmélységben, az akváriumban , miért nincs értelme a szabvány PAR-nak. Simán beleméri a fehér LED-ek vörösét is.

Most ezen a ponton előállt egy fényspektrum karakterisztika ami az „ideális” lenne, tehát 6 méteres vízmélységben a szükséges fénytartomány és a spektrális eloszlás megvan( vagy vegyük “ideálisnak” a fentiek alapján ) . És most kicsit „fotosoppoljunk” és nézzük meg a pigmentek által használt fény és az „ideális” spektrumunk viszonyát:

<img]http>Mint láthatjuk pont ott vannak a vonalak , ahol lenniük kell , azt a fénytartományt használják a pigmentek ami rendelkezésre áll. A természet általában tudja a fizikát, ezen érdemes elgondolkodni…….

LED
Akkor nézzük mink is van most készen , 40W kék , 10 W fehér…

Bonyodalom 4:

( itt meg lehet nézni pár LED spektrumát ennél részletesebben ha valakit érdekel ( *8))

Az ismeretlen típusú kék LED mért spektruma,

a fehéré ,

és a lényeg, az összesített a bevezetőben leírt konstrukciótól:

sárga= fehér LED intenzitás
kék = 4 kék LED
piros = összesítés
Ismét hasonlítsuk össze a korallok igényeivel ( világoskék ):
A vörös vonal a rendelkezésre álló fény spektruma , a többit pedig már ismerjük.

Ha megfigyeljük

1. Pont ott, ahol egy csomó korall fotoszintetizál van egy nagy lyuk, tehát nincs fény abban a tartományban.
2. Nemhogy lyuk van de kb. tízszeres az intenzitásbeli különbség
3. Szemre egészen jól néz ki a fénye , mérve meg egy vacak az “ideálishoz” viszonyítva.

Az egész méregetés meg matekozás eredménye az, hogy változtatni kell a cikk elején leírt konstrukción, sokkal normálisabb karakterisztika kell. Ehhez konkrét gyártói adatlapok, a tartani kívánt korallok pigmentösszetételének ismerete és mérések szükségesek. Ezekről szól majd a folytatás az itt megismertek alapján. Sőt , a  használható, olcsó  „PUR” mérőről is.

Végkövetkeztetés:

Ismeretlen sugárzási karakterisztikájú LED-ekből  a fény színhőmérséklete (K), megvilágítás erőssége ( Lux ) , vagy csak PAR értéke alapján, nem lehet jó lámpát készíteni! A „szemre jó” metódusról meg ne is beszéljünk….

Folyt. köv. :   http://korallszirtes-akvarium.hu/kb.php?a=199

Eddig felhasznált irodalom:
*1 http://ledsmagazine.com/features/8/11/10/TM21fig1
*2 http://www.licor.com/env/products/light/quantum_sensors/index.html
*3 http://www.advancedaquarist.com/2006/9/aafeature
*4 http://www.obs-vlfr.fr/LOV/OMT/fichiers_PDF/Morel_DSR_78.pdf
*5 http://rohanhill.com/tools/WaveToRGB/index.asp?wavelength=700
*6 http://www.britannica.com/EBchecked/topic/531121/seawater/301669/Optical-properties
*7 http://www.baliaquarium.net/16-152-0/gallery/montipora-foliosa-green.html
*8 http://s919.photobucket.com/user/redfishnc/media/LED%20TESTING/Cree_XPG_nw-1.jpg.html?sort=3&o=2
*9 http://www.alibaba.com/product-gs/542164451/dimmable_led_coral_light_220w.html
*10 http://www.alibaba.com/product-gs/1150825135/Intelligent_LED_Aquarium_Light_with_Remote.html