Deel 1: LED verlichting voor nano-reef

[purplehaze]

Hallo allemaal,

ik heb een hele tijd een zeewater aquarium gehad en ga weer beginnen. Dit keer ga ik zoveel mogelijk zelf bouwen en met e.e.a. ben ik al begonnen. Hier een beetje het complete verhaal (in engels) maar ik zal hier onderdeel voor onderdeel een verslagje doen. http://letsmakerobots.com/node/22564 Daarmee hoop ik ook op wat adviezen van jullie want het blijft voor mij ook een experiment natuurlijk.

Mooie van dingen zelf maken is dat je niet hoeft te leven met beperkingen die door een ander zijn aangebracht. Nadeel is dat je in valkuilen gaat trappen die anderen al zijn tegen gekomen wellicht. Qua verlichting had ik nogal wat wensen;

1. Moet geschikt zijn voor zoet en zoutwater
2. Moet in staat zijn een natuurlijk ritme (dag/nacht) te simuleren
3. Moet energie zuinig zijn
4. Moet zo plat mogelijk zijn
5. Moet qua kleur regelbaar zijn
6. Moet niet al te duur zijn
7. Moet ook geschikt zijn voor diepere bakken

Ik kwam dus al snel op LED verlichting uit. Om zaken te kunnen regelen gebruik ik een kleine computer (Parallax MRS1) die eigenlijk bedoeld is om robots mee aan te sturen. De kosten zonder controller liggen op +/- 100 euro voor 2 systemen van 260x480mm.

Het armatuur wordt opgebouwd uit vier platen in lagen op elkaar RVS 2mm, aluminium 2mm en rvs spiegelplaat 1mm. Ter verduidelijking gaat dat er dan zo uitzien;



In totaal wordt het ding dus "slechts" 7mm dik. Niet slecht toch



Anders dan wat sommigen beweren, highpower LED's zoals hier gebruikt worden blijven absoluut NIET koel. Ze worden heeeeel heet! De (smd)leds zitten vast op een koelplaatje (zijn dus niet de standaard bolletjes waar sommigen mee in de war zijn) en die lijm ik dan weer op de aluminium topplaat (alu geleid hitte het beste na koper). Het hele armatuur wordt daarmee gelijk een heatsink/koelplaat. Goed voor de LED's!

Ik maak gebruik van 2 soorten, 10 watt versies en 1 watt versies. De 10 watt zien er zo uit en zijn op ebay te krijgen:



De 1 watts zijn rond. Ander groot verschil is de spanning. De 10 watt leds (per armatuur 2x20000k en 1x10000kelvin) werken op 12volt en kunnen dus op een standaard wandadaptertje (bijvoorbeeld een telefoonoplader oid, als ie maar 50watt 12v is) worden aangesloten (in principe) voor de 1 watts moet daar nog een weerstandje tussen, daar ga ik nog over vertellen.

Daarmee is meteen weer een mythe de wereld uit dat je LEDs wel lang mee gaan maar de electronica niet. De paar weerstanden die nodig zijn gaan het langer vol houden dan je leds! De gemiddelde oplader vind je vaak nog terug jaren nadat je telefoon al ter ziele is gegaan dus veel zorgen maak ik me niet (over de houdbaarheid van het systeem).

Ik ga e.e.a schakelen met een vrij lastig apparaatje maar je zou het ook met normale tijdklokken kunnen regelen. De MRS1 die ik gebruik gaat straks niet alleen de verlichting regelen maar ook het water meten, golven maken etc. Maar in principe is die voor enkel de verlichting dus niet nodig!



Aangeschafte LED's per armatuur:

2 x 20.000k 10 watt 12v
1 x 10.000k 10 watt 12v
6 x 5500k 1 watt (wit)
6 x 460-470nm 1 watt (blauw)
4 x 620-630nm 1 watt (rood)
2 x 405-410nm 1 watt (UV)

Totaal van 48 watt als alles tegelijk aan staat (wat meestal niet het geval zal zijn). Het valt nog te bezien hoe alles straks aan gaat maar ik heb inmiddels de 20.000k led getest. Tip: kijk er niet in want je ziet 2 dagen later nog zwarte vlekken!

E.e.a. is overkill voor een nano rif maar goed. Misschien wil ik straks nog ooit een grotere bak (of een zoetwaterbak) en dan heb ik de lampen al in huis

 

[MabuyaQ]

Leuk project, maar ik zou wel actieve koeling middels PC ventilatoren toevoegen. Is gemakkelijk toe te voegen en kun je eventueel temperatuur gestuurd laten draaien. Iedere omsluiting van de heatsink zal zorgen voor het vasthouden van warme lucht en de levensduur van je LED's gaan beinvloeden.

 

[purplehaze]

Hallo MabuyaQ,

heb ik aan zitten denken maar ik ben beperkt in de ruimte die ik heb boven de bak straks. Hoe platter hoe beter zeg maar (de bakken komen in een nis in de muur). Ik denk dat de hoeveelheid metaal dat dient als heatsink voldoende is voor een redelijke koeling. We zullen zien, mocht het onverhoopt toch te heet worden kan ik altijd nog een fan toevoegen.

Grt,

Louis

 

[Patrick_NL]

Ik denk dat je de kracht van je leds overschat. De standaard 1 watt leds zullen wel verlichten, maar niet de hoeveelheid die we in zeewater nodig hebben. Een beter plan is om de 3 watt CREE leds te gebruiken, maar dat maakt het wel meteen weer wat duurder.

Actieve koeling is inderdaad aan te bevelen. Als je alleen een vlakke plaat alu gebruikt, denk ik dat het geheel erg heet gaat worden. Heatsinks bestaan niet voor niets uit vinnen, zo vergroot je het oppervlak.

 

[MabuyaQ]

Extra vinnen zijn ook een goed idee. Probleem is een beetje dat je ook in laagjes werkt. Die zullen aan het oppervlakte niet 100% aansluiten hoe glad je ze ook polijst. Dat beperkt meteen de onderlinge geleiding van laag naar laag. (zou je op kunnen vangen met geleidingspasta tussen de platen maar dat spul is super giftig dus zou ik niet in de buurt van m'n aquarium willen hebben.)

 

[de Vos]

Ik vind het een schitterend project, maar ben bang dat je nog niet genoeg informatie hebt opgedaan met betrekking tot de opbrengst van leds in al hun variaties.

De leds die je wil gaan toepassen hebben waarschijnlijk een maximale opbrengst van 80lm/w.
Dit is gelijk aan HQI en T5. Daar gaat de energiebesparing dus al deels verloren.

Als ik je een advies mag geven gebruik dan een arduino controller om een lichtcomputer te maken met een pwm signaal m.b.t. het dim circuit. Je kan dan meanwell voedingen gebruiken of buckpucks. Indien je een hoge opbrengst wil hebben van je leds, gebruik dan de 3 watt XPG leds van cree en de XRE royalblue van Cree. Dit zijn op het moment de meest geschikte leds in onze toepassing.

Wat een goed armituur maakt of breekt zijn de lenzen die worden toegepast. Uit diverse onderzoeken blijkt dat de PAR waarde vele malen hoger ligt met het gebruik van een extra lens. Wel wordt dan uiteraard je lichtdekking per led smaller.

M.b.t. de koeling van je leds kan je met de diverse gegevens van de fabricant zelf de warmteweerstand berekenen die je nodig hebt om te koelen. Vanuit hier kan je bepalen of
je passief of actief gaat koelen. Een andere optie is een venaansturing d.m.v. een sensor op de heatsink. Indien de heatsink een bepaalde tempratuur behaald, schakeled de lichtcomputer de ven in.

Ik weet niet of ik deze link mag plaatsen, maar lees deze honderden blz eens vluchtig door. http://web1.reefcentral.com/forums/showthread.php?t=1678127&page=200


Waarschijnlijk is er nu een hoop duidelijk, veel succes!

Grtz Ralph

 

[timk]

hoi,

na wat lezen op nano-reef.com kwam ik deze site tegen,
http://www.stevesleds.com/
Ze schijnen net zo goed te zijn als Cree leds alleen wel een stuk goedkoper $2.15,-
Ook moet de antinic blue beter zijn dan de van XRE royalblue van Cree.

mvg tim

 

[Giannis86]

Ik vind het een schitterend project, maar ben bang dat je nog niet genoeg informatie hebt opgedaan met betrekking tot de opbrengst van leds in al hun variaties.

De leds die je wil gaan toepassen hebben waarschijnlijk een maximale opbrengst van 80lm/w.
Dit is gelijk aan HQI en T5. Daar gaat de energiebesparing dus al deels verloren.

Als ik je een advies mag geven gebruik dan een arduino controller om een lichtcomputer te maken met een pwm signaal m.b.t. het dim circuit. Je kan dan meanwell voedingen gebruiken of buckpucks. Indien je een hoge opbrengst wil hebben van je leds, gebruik dan de 3 watt XPG leds van cree en de XRE royalblue van Cree. Dit zijn op het moment de meest geschikte leds in onze toepassing.

Een opbrengst van 80lm/w is hoger dan die van de Cree XR-E's (die zoals je weet vaak gebruikt worden in aquaria toepassingen). Lumens is eigenlijk een slechte meting van leds voor aquaria omdat de licht spectrum van een LED totaal anders dan T5 of HQI is. Met PAR meet je de licht die bruikbaar voor fotosynthese (dus het meest bruikbaar voor onze koralen ook) is. Wel is het zo dat de PAR van leds groter is dan HQI en T5.

Wat een goed armituur maakt of breekt zijn de lenzen die worden toegepast. Uit diverse onderzoeken blijkt dat de PAR waarde vele malen hoger ligt met het gebruik van een extra lens. Wel wordt dan uiteraard je lichtdekking per led smaller.

Dit vindt ik zelf een van de belangrijkste componenten van een led armatuur. Echter het gebruik daarvan heeft te maken met hoe diep je bak is. Boven de 40cm zou ik waarschijnlijk 80 (of 60 voor intens licht) graden gebruiken. Nog dieper bakken kunnen 60 of 40 graden goed gebruiken. Zoals Vos ook zegt, led op de lichtdekking.
Een andere toepassing van lenzen is om een spotlight effect voor een bepaalde koraal of dier te creëren.

M.b.t. de koeling van je leds kan je met de diverse gegevens van de fabricant zelf de warmteweerstand berekenen die je nodig hebt om te koelen. Vanuit hier kan je bepalen of
je passief of actief gaat koelen. Een andere optie is een venaansturing d.m.v. een sensor op de heatsink. Indien de heatsink een bepaalde tempratuur behaald, schakeled de lichtcomputer de ven in.

Mee eens. Zier mijn eerdere bericht hierover (inclusief hoe je het moet uitrekenen). In mijn geval bleekt het dat passieve koeling ruim voldoende (ik hou de temperaturen nog steeds in de gaten met een IR thermometer)

@purplehaze
Pas op met de hitte. Extra ventilatie is aangeraden en zeker als je van plan bent om 10W leds te gebruiken. Een aluminium plaat zal passief geen goed keus zijn en zal snel oververhitten. Resultaat hiervan is een minder lang levensduur en veel minder licht opbrengst (deze wordt lager i.cm een verhoging van de temperatuur van een Led).
Ik zou in jou geval 2 ventilators gebruiken icm de plaat. Anders 1 icm een heatsink met een groter oppervlakte.
Scythe heeft stille slipstreams die maar 12mm dik zijn (in tegendeel tot de standaard 25mm dik ventilators). Die zou je kunnen gebruiken om alsnog een relatief dun ontwerp te realiseren.

Ik zou persoonlijk de gebruik van rode leds sterk afraden. In de zee wordt rode licht als eerste "gefiltreerd" en veel zeedieren zijn niet daaraan gewent (in tegendeel tot planten). Begrijp het niet verkeerd, er zit altijd wat rood licht in de spectrum van aquaria lampen maar extra zul je niet nodig hebben. Rood licht kan verder ook alg problemen veroorzaken...
Ik heb wel ergens gelezen dat iemand goede resultaten (kleur van koralen) met groene leds had (1 of 2 in een hele armatuur). Misschien iets om over te denken maar zeker voorzichtig in de design implementeren

Nog een andere tip: Acclimatiseer je koralen op LEDs! Stuur maar een PB als je meer info hierover wilt hebben

Groeten,
Ioannis

 

[purplehaze]

Hallo allemaal,

Bedankt voor de feedback zover, wordt erg op prijs gesteld! De rode leds gaan niet aan boven het zee aquarium maar zijn bedoeld voor de plantjes van een zoetwaterbak. Ik heb hier voor gekozen omdat ik uit ervaring al weet dat het houden van een nano-rif lastig is, mocht het mislukken kan ik er altijd nog goudvissen in zetten

De cree led's zitten op dezelfde golflengte als de blauwe 1 watts die ik ga gebruiken. Let wel dat deze in combinatie worden gebruikt met de 10 en 20k leds van 10 watt (800 lumen p/s). In totaal is dat dus bijna 1 watt per liter met een aanzienlijke hoeveelheid in het blauwe spectrum.

E.e.a. komt boven een nano rif met slechts 50 liter per bak (dus redelijk ondiep). Het worden er 2 die geschakeld zijn (+2 kleine sumps voor de afschuimer etc).

De lenzen (ik heb ze wel maar ga ze voor nu nog niet gebruiken) zijn ruim 15mm hoog, omdat ik maar een goeie 40cm (en een beetje)heb qua hoogte wacht ik nog even. De LED stralen 110 graden.

I.p.v de arduino gebruik ik de parallax MRS1, zelfde soort beestje maar lust wat meer amp's per uitgang zodat ik ook de 10w leds kan schakelen (die doen +/- 1 amp). Deze gaat ook de sensoren en pompen/kleppen bedienen.

De platen worden verlijmd met hittebestendige en geleidende lijm, uiteraard worden alle resten goed verwijderd voor ik de lamp ga plaatsen. De bodem/afdek plaat wordt geschroeft (dus weinig/geen kans op het vallen van restjes pasta in het water).

Iets waar ik een beetje over aan het denken ben is waterkoeling van het armatuur (gekoppeld aan de watertemp en dus geen verwarmings element meer). Een beetje zoals ook wordt toegepast op RC speedbootjes (als motor koeling) maar dan met een thermometer. Misschien een beetje een kritieke oplossing omdat het goed mis kan gaan als de temp sensor uitvalt oid.

Ik ga eens aan het rekenen met de links die jullie hebben geplaats (passieve koeling).

Nogmaals bedankt voor het meedenken!

 

[purplehaze]

P.S. Verwarming blijft natuurlijk wel noodzakelijk voor de nachten.

 

[MabuyaQ]

En waar ga je het aquariumwater dan mee koelen? Dat zal met slechts 50 liter echt wel boven de 30 graden C uit gaan komen (je zult trouwens ook een giga verdamping krijgen). Dan heb je meteen een aquariumkoeler nodig en ben je de energiebesparing van de LED's al weer kwijt om de koeler op te laten draaien? Of je moet extern alsnog een grote radiator met luchtkoeling gaan plaatsen. (Heb enige ervaring met het overklokken van PC's en het gebruik van waterkoeling bij PC's wat het zelfde principe gebruikt)

 

[purplehaze]

En waar ga je het aquariumwater dan mee koelen? Dat zal met slechts 50 liter echt wel boven de 30 graden C uit gaan komen (je zult trouwens ook een giga verdamping krijgen). Dan heb je meteen een aquariumkoeler nodig en ben je de energiebesparing van de LED's al weer kwijt om de koeler op te laten draaien? Of je moet extern alsnog een grote radiator met luchtkoeling gaan plaatsen. (Heb enige ervaring met het overklokken van PC's en het gebruik van waterkoeling bij PC's wat het zelfde principe gebruikt)

Door de koeling (waterpomp) in en uit te schakelen afhankelijk van de water temp. Dan heb je dus steeds tijdelijke koeling van de led bak. Misschien een beetje teveel van het goeie Eerst maar eens kijken hoe heet e.e.a gaat worden.

 

[MabuyaQ]

Door de koeling (waterpomp) in en uit te schakelen afhankelijk van de water temp. Dan heb je dus steeds tijdelijke koeling van de led bak. Misschien een beetje teveel van het goeie Eerst maar eens kijken hoe heet e.e.a gaat worden.

Dan is je redenatie omgekeerd, want dan gebruik je de led om je aquarium te verwarmen als het nodig is (alleen als temperatuur water het toelaat wordt led gekoeld = aquarium verwarmt). Dan zal je led als het water het niet toe laat (dus warm is door m.n. hoge lucht temperatuur), je led niet koelen, helaas zal dan ook je led ook op z'n warmst zijn en juist koeling nodig hebben (hoge lucht temperatuur is verminderde passieve koeling).

 

[Giannis86]

water koelen icm aquarium water is een slecht idee vooral omdat het moeilijk/duur is om correct toe te passen. Je moet het zo doen dat er geen metaal met aquariumwater in contact moet komen. Een titanium block kun je het best gebruiken voor in het water maar alsnog ben ik niet zeker als het een goed idee zou zijn.

Water koeling (PC) kan gebruikt worden maar kan duur zijn, heeft een pomp en ventilator nodig (tenzij je voor een passieve oplossing gaat = grote radiator).

Zelfde resultaat kun je bereiken door een ventilator in je armatuur te verwerken dus...

De cree led's zitten op dezelfde golflengte als de blauwe 1 watts die ik ga gebruiken. Let wel dat deze in combinatie worden gebruikt met de 10 en 20k leds van 10 watt (800 lumen p/s). In totaal is dat dus bijna 1 watt per liter met een aanzienlijke hoeveelheid in het blauwe spectrum.

De watt per liter is absoluut niet te gebruiken in deze toepassing. PAR (fotosynthetische actieve radiatie) is een juiste meting voor leds maar zo een apparaat kan duur in de aanschaf zijn. Het probleem met leds is dat je snel te veel licht kan hebben (de spectrum dat leds geven is niet volledig door ons waarneembaar (zelfde voor een lux meter).

E.e.a. komt boven een nano rif met slechts 50 liter per bak (dus redelijk ondiep). Het worden er 2 die geschakeld zijn (+2 kleine sumps voor de afschuimer etc).

Let er goed op!! Met de 10watt leds zul je echt een behoorlijk grote intensiteit op volle kracht in zo een bak hebben! Als je niet oppast zullen je koralen makkelijk bleken of zelfs branden. Ik zou voor zo een bak persoonlijk 3W XPG Wit & XR-E Royal Blauw leds gebruiken.

De lenzen (ik heb ze wel maar ga ze voor nu nog niet gebruiken) zijn ruim 15mm hoog, omdat ik maar een goeie 40cm (en een beetje)heb qua hoogte wacht ik nog even. De LED stralen 110 graden.

Hoewel de kijkhoek 110 is (door de fabrikant gegeven) is de bruikbare kijkhoek vaak minder. Voor XR-E leds is dat rond 70graden vergeleken met 90graden die in de specs sheet vermeld worden. Om zeker te zijn kun je beter de Product Data Sheet van de fabrikant bekijken. Als het goed is staat er een grafiek met de intensiteit/kijkhoek.

Onthou nogmaals dat de intensiteit veel hoger wordt als je lenzen gebruikt (15mm zegt niks trouwens. Hoeveel graden zijn de lenzen?). Aangezien je bak niet diep is zou ik zonder lenzen beginnen..

 

[purplehaze]

Hoi Giannis,

ik heb ook even naar jouw nano gekeken, super gaaf man! Omdat ik eerst de techniek voor elkaar wil hebben heb ik nog niet veel aandacht aan het glas besteed. Ik ga zeker bij je spieken.

Ik zag dat je hamerkoraal het niet heeft gehaald, het blijft natuurlijk speculatie maar in mijn oude bak stond dat ding zowat aan de opervlakte en onder de HQI. Hij groeide erg goed! Wellicht is ie minder geschikt voor wat "donkere" omstandigheden?

De lenzen zijn 90 graden btw en ik ga ze zeker nog niet gebruiken. Zoals je ziet inmiddels zijn de meningen verdeeld (te weinig/te veel licht) in het topic. Ik weet het ook nog niet zeker! Ik ga in eerste instantie voorzichtig beginnen in ieder geval. Na de opstart eerst een garnaaltje en een klein stukje koraal. Zit ook nog te denken aan een doopvont aangezien die behoorlijk wat licht lusten (maar weer gevaarlijk uit te zetten zijn in een vroeg stadium).

Zoals eerder genoemd kan ik de leds straks dimmen (door een pwm signaal te gebruiken) en individueel schakelen (per kleur) dus ik heb de ruimte

Het spectrum van leds is heel exact, vaak niet meer dan 10nm marge in een bepaalde golflengte. 10.000k is een full spectrum led (puur wit (dat dekt dus het hele zichtbare spectrum). 6500k heeft meer rood, 20000k heeft meer blauw. Wil je niet zichtbare golflengtes toevoegen kom je bij de UV leds uit. Die worden meestal niet gebruikt omdat UV een negatieve invloed kan hebben op de zooanthaxellen maar ik ben eigenwijs en denk dat ik met een beetje UV de kleuren van de koralen wellicht kan verbeteren.

Het gaat nog een heel experiment worden

 

[Giannis86]

Hoi Giannis,

ik heb ook even naar jouw nano gekeken, super gaaf man! Omdat ik eerst de techniek voor elkaar wil hebben heb ik nog niet veel aandacht aan het glas besteed. Ik ga zeker bij je spieken.

Bedankt! Ik ben van plan de bak een overhaul te geven qua inrichting maar dat zal nog lang duren omdat ik toch met een andere project bezig ben

Ik zag dat je hamerkoraal het niet heeft gehaald, het blijft natuurlijk speculatie maar in mijn oude bak stond dat ding zowat aan de opervlakte en onder de HQI. Hij groeide erg goed! Wellicht is ie minder geschikt voor wat "donkere" omstandigheden?

Hoewel een hammerkoraal aardig wat licht nodig heeft, veel is het ook niet (wel iets meer dan gewone LPS). De mijne ging dood dankzij een infectie. Ik vermoed van schade en minder optimale bak condities (de bak was iets aan de onstabiele kant op die tijd omdat ik veel wijzigen heb doorgebracht (vooral de filtratie)

De lenzen zijn 90 graden btw en ik ga ze zeker nog niet gebruiken. Zoals je ziet inmiddels zijn de meningen verdeeld (te weinig/te veel licht) in het topic. Ik weet het ook nog niet zeker! Ik ga in eerste instantie voorzichtig beginnen in ieder geval. Na de opstart eerst een garnaaltje en een klein stukje koraal. Zit ook nog te denken aan een doopvont aangezien die behoorlijk wat licht lusten (maar weer gevaarlijk uit te zetten zijn in een vroeg stadium).

Ik zou zeker met de doopvont wachten. Een extra reden hiervoor is dat je de verlichting onder de knie eerst krijgt. Als je steeds wijzigingen in de systeem brengt dan zullen deze dieren het niet goed accepteren.Wat de lenzen betreft, 30-40cm diep bakken hebben het niet echt nodig. Mijn bak is 36hoog tot de rand gevuld en ik heb zat licht met XRE cree leds. Ik heb thuis ook lenzen staan maar die heb ik nog niet gebruikt (niet nodig geweest)

Zoals eerder genoemd kan ik de leds straks dimmen (door een pwm signaal te gebruiken) en individueel schakelen (per kleur) dus ik heb de ruimte

Ik zou je adviseren om vanaf het begin dimbaar te maken (tenzij ik je bericht verkeerd begreep). Zo niet dan zul je drastische maatregelingen moeten nemen om de koralen op de led verlichting te acclimatiseren. Ik zal je een link naar een kort artikel van mij opsturen.

Het spectrum van leds is heel exact, vaak niet meer dan 10nm marge in een bepaalde golflengte. 10.000k is een full spectrum led (puur wit (dat dekt dus het hele zichtbare spectrum). 6500k heeft meer rood, 20000k heeft meer blauw. Wil je niet zichtbare golflengtes toevoegen kom je bij de UV leds uit. Die worden meestal niet gebruikt omdat UV een negatieve invloed kan hebben op de zooanthaxellen maar ik ben eigenwijs en denk dat ik met een beetje UV de kleuren van de koralen wellicht kan verbeteren.

Zo bedoelde ik het eigenlijk niet. De spectrum is inderdaad exact. Ik bedoelde dat je zonder een PAR meter nooit goed zal kunnen meten hoeveel licht je hebt. T5 kun je makkelijk met een lux metertje meten. Bij T5 kan een getraind oog makkelijk zien of er genoeg licht in de bak is. Dat is niet met leds mogelijk. Je zult over het algemeen meer licht in je bak hebben dan wat het lijkt te zijn.
UV licht blijft nog steeds een raadsel. Ik zou het wel gebruiken als je SPS wilt houden maar je hebt HEEL weinig nodig.