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Come scegliere i LED per illuminare l'acquario !

Le seguenti considerazioni sono da intendersi di carattere personale e basate sui miei studi e realizzazioni pratiche a partire dal Marzo 2009.

Non entrerò in merito alle tipologie di led, marche o qualsiasi informazione commerciale (sarà difficile ma cercherò di provarci), l'intento è solo quello di fornire le basi per una scelta oculata sul vostro acquisto e per evitare le innumerevoli e identiche domande poste sul forum che, mi auguro, qui troveranno alcune risposte.

Cercherò di riassumere molto in breve anche se sarà molto difficile per me sia perchè tendo a scrivere molto sia perchè l'argomento è in continua evoluzione. Purtroppo, negli ultimi tempi, si tende più a sfruttare commercialmente e massivamente componenti tecnici vecchi (ma economici) e vedo poche novità rilevanti nel settore.

Piccola premessa di carattere illuminotecnico.

Tutti i parametri che riguardano l'illuminazione sono stati creati nel tempo rapportandosi, per fin troppo ovvie ragioni, sempre all'occhio umano anzi, Occhio CIE.
Nel 1931 la CIE ha definito le caratteristiche convenzionali di un "occhio medio" e le relative curve di visibilità da utilizzare come riferimento in illuminotecnica. Questa definizione ha consentito di individuare il valore massimo di visibilità relativa per radiazioni di lunghezza d'onda pari a 555 nm per la visione fotopica e di 507 nm per quella scotopica.

Il parametro più importante per il nostro occhio è quindi il lumen, unità di misura del flusso luminoso ma, è importante ribadirlo e ricordarlo sempre, rapportata sempre alla percezione dell'occhio umano che è totalmente differente da 'quello' delle piante.

Importante quindi non basarsi, specie per quanto riguarda i LED, sui soliti parametri che troviamo nei dépliant pubblicitari, il 90% di questi servono solo a metterci fumo negli occhi (come tutti i dépliant pubblicitari del resto).

A cosa mi serve illuminare la vasca ?

Se devo solo vedere i pesci allora mi basteranno dei LED Bianco Freddo (Cold white) costruttivamente adeguati a dare la massima luminosità percepibile dal nostro occhio. Andranno quindi bene anche quelli economici che si trovano ormai ovunque e nelle più svariate forme costruttive, lampade, neon, proiettori, strisce LED e tutto quello che la fantasia dei costruttori inventa ed inventerà

Se ci voglio far crescere piante 'facili' (Anubias per esempio) potrebbero anche essere sufficienti i LED appena descritti sopra.

Se voglio far crescere tutte le tipologie di piante allora il discorso cambia e si complica molto di più. Non possiamo più prescindere dalla necessità di ricreare artificialmente una illuminazione che sia il più possibile simile a quella solare ... e la cosa è molto più complicata di quanto si pensi in quanto NESSUN LED riuscirebbe a ricreare lo spettro utile alle piante ma dovremo 'ricreare' noi la migliore combinazione possibile.

Piccola nota tecnica:

La luce non è altro che una radiazione elettromagnetica in un ben definito campo di frequenze percepibili dai nostri occhi. Sembra strano ma sono le stesse onde dei nostri cellulari, radio, microonde ecc. ecc. in frequenze ovviamente ben diverse e definite.

Un LED bianco non è altro che un LED blu 'drogato' in modo tale che, una parte della radiazione elettromagnetica emessa, sia spostata verso lo spettro verde/giallo. Come vedremo in seguito, un LED bianco avrà un grande picco di emissione in campo blu ed uno più piccolo in campo verde/giallo che è poi quello che ci sembrerà 'bianco'. A seconda dei droganti utilizzati avremo differenti gradazioni di bianco.

ATTENZIONE: cambiando appena il tipo di led blu usato e/o il tipo di drogaggio del led è possibile, molto facilmente, aumentarne i lumen emessi e rendere il led più 'accattivante' sul volantino pubblicitario ... quindi occhi sempre aperti

C'è anche da dire che, mediamente, ma non è l'unico parametro purtroppo, un eccesso di blu tende a favorire le alghe più che le piante.

Informazioni di base sulle quali basare le nostre scelte

Come scritto appena sopra, se vogliamo far crescere tutte le tipologie di piante non possiamo prescindere dal ricreare artificialmente una illuminazione che si avvicini il più possibile alla luce solare, in questo ci viene in aiuto lo spettro P.A.R. (Photosynthetically Active Radiation - radiazione fotosinteticamente attiva)

Mettiamoci quindi bene in mente lo spettro P.A.R. delle piante, ad oggi è lo strumento più sicuro per verificare la nostra illuminazione rispetto le necessità delle piante (sia terrestri che acquatiche, alghe comprese).

Quindi memorizzate questo grafico e fatelo diventare la vostra Bibbia in campo illuminotecnico.



In alto la curva relativo l'occhio umano, in basso la curva P.A.R. (curva media per tutte le tipologia di piante)

Credo sia facilmente intuibile la differenza tra lo spettro necessario ai nostri occhi per 'vedere' e quello necessario alle piante per 'crescere' ... non dimenticatelo mai.

Prendiamo ora lo spetto di un neon trifosforo (un Juwel T5 6.800 °k)



Credo sia facilmente intuibile cosa significhi il termine 'trifosforo' e come il neon abbia una copertura di radiazione più ampia rispetto un LED. Ovviamente ogni tipologia di neon avrà uno spettro differente, sia a parità di gradi Kelvin (°K) sia, ma molto più evidente, se ci spostiamo su altre gradazioni di colore, quindi gradi Kelvin differenti.

Ecco quindi alcuni spettri di vari LED:

questi sono quelli con singola colorazione



Quindi i classici spettri medi dei LED bianchi suddivisi in

Bianco freddo (Cold white) - la curva verde è quella dell'occhio umano

Bianco naturale (Natura white)

Bianco caldo (Warm white)

Tali spettri, in base alla modalità costruttiva del LED possono anche cambiare di parecchio (specialmente se parliamo di Bianchi Caldi o Bianchi Neutri), il Bianco freddo invece è praticamente identico per tutte le tipologie e marche commerciali di LED.

Considerazioni e consigli

1. Non fidatevi mai della sola descrizione pubblicitaria.

Diffidate sempre da venditori che non rilasciano specifiche tecniche, spettri di emissione e indicazioni duplici di valori di normale e massimo funzionamento dei LED. Già è difficile che il LED che avete acquistato o intendete acquistare rispetti al 100% tali dati (ci sono sempre le normali tolleranze costruttive) figuriamoci se le specifiche tecniche sono del tutto assenti.

2. Posso usare solo LED bianchi?

Come potete vedere dai grafici, normalmente i LED bianchi mancano del tutto della porzione rossa dello spettro (non significa che non sia possibile crescere le piante con soli LED bianchi ma, fino ad ora ho avuto solo una singola conferma di tale possibilità rispetto innumerevoli altri fallimenti). Naturalmente nessuno vi impedirà di provare e non c'è certezza matematica che vi garantisca la riuscita o il fallimento.

3. Che colorazioni di LED mi conviene utilizzare ?

Questa forse è la cosa più difficile da definire, prendo in prestito un altro grafico e cerchiamo di chiarire alcune cose.


Se prendete lo spettro di un LED bianco freddo notate il picco blu a 450nm (nanometri) circa, con questo soddisfacciamo in parte la sola parte sinistra del grafico della clorofilla.
Se prendete lo spettro di un LED rosso avremo la restante parte (certo non sarà completa ma, secondo me, molto meglio )

Ecco che, come mi capita di suggerire spesso, sarebbe opportuno associare un LED bianco freddo ad uno rosso, di pari potenza, quindi (sempre secondo le mie esperienze, quindi abbastanza limitate, sopratutto economicamente) correggere la resa visiva della vasca con altri due LED, di pari potenza, uno bianco neutro e l'altro bianco caldo.

L'unica nota negativa di questa soluzione, secondo me, è l'eccesso di radiazione blu data dai tre LED bianchi, ecco perchè sarebbe interessante provare l'utilizzo di LED RGB che, purtroppo per motivi economici, non ho mai provato. Altra possibilità sarebbe sostituire uno dei due bianchi, caldo o neutro, con un LED verde

NB. a distanza di quasi 5 anni i miei led continuano a fare tranquillamente il loro lavoro, posso quindi confermare che il mix di 1 bianco freddo + 1 rosso + 1 bianco neutro + 1 bianco caldo (il tutto poi da moltiplicare per raggiungere la potenza di illuminazione necessaria alla vasca) sia sicuramente valida

4. Posso basarmi solo sui lumen indicati ?

Mi è capitato, per il tipo di LED che utilizzo da tempo, che la nuova serie di LED in commercio (il Bianco Neutro) sia passata da 80 a 100 lumen (dato tecnico scritto nel datasheet).
Verificando lo spettro di emissione ho capito cosa era cambiato ... utilizzando un blu appena differente e semplicemente spostando il secondo picco di emissione verso la zona di massima sensibilità dell'occhio umano ... i lumen, ovviamente, erano aumentati
(NB: questo è quello che ho notato io, probabilmente ci sarà stato anche qualche altro cambiamento nella modalità costruttiva del LED, ma sempre meglio avere gli occhi aperti e cercare di capire quale sia stata la miglioria costruttiva)

Parlare di lumen quindi, se intendiamo far crescere le piante, è totalmente controproducente oltre che inutile alla vasca, al massimo sarà utile a chi vuol vendere i propri led

5. Come scelgo il LED più efficiente ?

Per verificare l'efficienza in termini energetici di un LED io prendo in considerazione il Bianco Freddo e guardo la sua emissione espressa in lumen e la sua potenza espressa in watt e mi accerto che tali dati si riferiscano al funzionamento normale del LED, quindi non funzionamento MAX (occhio che proprio sui livelli MAX si fanno molti giochetti e si cercano di vendere 'ciofeche' a prezzi a volte esagerati). Quindi userò la medesima serie costruttiva per quanto riguarda le altre colorazioni.

esempio vado a cercare diverse tipologie e marche o shop e prendo come riferimento un led bianco freddo:

LED da 1 watt con 100 lumen (prendiamolo come standard di riferimento qualitativo, al momento e nonostante gli anni passati è difficile trovare di meglio come prestazioni)

LED da 3 watt con 200 lumen (consuma di più, perchè sprecare energia pagata in bolletta)

LED da 0,1 watt con 5 lumen (1 watt farebbe 50 lumen - classiche strisce LED economiche)

LED da 1 watt con 120 lumen MAX (in pratica è un LED da 1 watt con 60 - 80 lumen ... portato al massimo ma vengono evidenziati solo i lumen e non l'aumento di richiesta energetica ... e la minore durata nel tempo, occhi sempre aperti)

LED 3 watt 120 lumen MAX (in pratica è un LED da 1 watt con 60 - 80 lumen portato al massimo della corrente ... consuma di più ed ha minore efficienza ... sicuramente durerà anche molto meno)

Imparate a leggere sempre i datasheet tecnici delle tipologie di LED che state per acquistare e quando questi non sono presenti e ben dettagliati ... io guarderei altrove.

6. L'angolo di apertura del LED ?

E' importante verificare anche l'apertura del fascio luminoso quando si leggono i lumen di un LED

esempio:

un LED ha 100 lumen con un fascio di 160°
un LED ha 100 lumen con un fascio di 90°

quale dei due sarà più efficiente ?

Qui entrano in campo una serie di parametri che comunque si riferiscono sempre all'occhio umano e con le nostre amate piantine nulla hanno a che fare, a parità di watt e di lumen emessi direi che l'efficienza è la medesima ma, c'è un ma, io ho il dubbio che i lumen pubblicizzati non siano altro che derivanti dalla misurazione dei lux a valle della lente e quindi vi consiglio di preferire sempre i led con fascio di apertura quanto più prossimo ai 180°.

Già di per se un led è una fonte di luce puntiforme, quindi in vasca produrrà un ben evidente cono di illuminazione, sa a questo aggiungo una lentina che restringe ulteriormente l'angolo di emissione otterrò un piccolo faretto che illuminerà una porzione molto piccola della vasca e, sopratutto a pelo acqua, avrò anche un effetto luci da stadio ben poco piacevole da vedere.

Ricapitolando meglio, secondo me, il primo con l'angolo da 160°

7. Come alimento i LED ?

I LED lavorano a corrente costante, significa che devono essere alimentati da un driver di alimentazione che gli fornisca una corrente costante (350mA - 700mA ecc.). Se non si conoscono abbastanza nozioni di elettronica è meglio spendere qualcosa in più ed acquistare tali driver piuttosto che affidarsi ad un maldestro 'fai da te' che porterebbe a risultati non soddisfacenti o, peggio, alla rottura dei LED.
Vi scrivo una piccola esperienza personale, ho acquistato sia dei driver 'fai da te' e sia dei driver elettronici di ottima qualità (ma costano il doppio). I primi non posso toccarli dato che diventano bollenti ... quindi consumo corrente dispersa in calore ... i secondi posso anche chiuderli in un contenitore ermetico dato che non scaldano per nulla. Fanno il medesimo lavoro e sono in funzione da oltre due anni (aggiornamento: ormai sono diventati quasi 5 ).

8. Come scegliere la potenza dei LED ?

Fermo restando che la convenienza, nell'utilizzo dei LED, riguarda sia la loro durata nel tempo sia il loro risparmio energetico, bisogna considerare alcuni fattori nella scelta del tipo di LED in base alla sua potenza:

- illuminazione uniforme della vasca, i LED sono per definizione delle fonti luminose puntiformi, quindi metterne pochi e molto potenti darà un effetto ottico 'strano' alla vasca con molte zone d'ombra dovute alle foglie delle piante più alte. Questo sarà molto più evidente se si utilizzano LED con colorazioni differenti (per me è d'obbligo l'utilizzo di LED sia bianchi che rossi)

- dissipazione del calore, normalmente i LED necessitano di una dissipazione, del calore generato durante il funzionamento, direttamente proporzionale alla loro potenza. Un LED da 0,1 watt quasi non avrà necessità di dissipazione mentre un LED da 10 watt necessiterà di una buona dissipazione sia passiva (pasta termica e dissipatore in alluminio con alette) sia attiva (ventola di dissipazione forzata). Secondo me, obbligarsi ad utilizzare sistemi di dissipazione attiva (quindi ventole), comporta un maggiore consumo energetico ed una rumorosità complessiva del sistema. Ovviamente liberi di fare come più vi piace.

- verifica della resa in lumen, vedi punto 4, se decido di utilizzare un LED da 10 watt meglio verificare che abbia almeno 1000 lumen, altrimenti non è un buon acquisto.

- cono d'ombra, ricordiamoci che un conto è mettere 50 led sulla nostra vasca un altro è metterne 5. I Led hanno un determinato angolo di emissione e, in base alla loro distanza formeranno un cono d'ombra. Le piante cercheranno sempre il massimo della luce e si dirigeranno verso i 5 o i 50 LED montati.

9. Che rapporto watt/litro serve ?

Tralasciando il discorso che il watt/litro sia una misura molto relativa e sarebbe meglio una misura del tipo watt/cm2 ... (usate il cerca dato che ne abbiamo già parlato, ma per i LED credo sia meglio fare un discorso più ponderato a parte) ... per i LED non è possibile definire un valore medio di potenza dato che, a parità di potenza, le diverse colorazioni hanno una resa sui nostri occhi molto differente.

Se 10 watt di LED bianco freddo illumineranno la vasca a giorno (ed anche le alghe), gli stessi 10 watt di LED rossi illumineranno la vasca ... non vi dico come, vi lascio il gusto della scoperta ... 10 watt di LED bianco caldo daranno alla vasca un bel colore ambrato ma poco luminoso.

In base alle mie esperienze posso solo informarvi di quello che ho io, circa 0,5 w/l per il 15 litri, e circa 0,25 w/l per il 35 litri ed il 200 litri, considerando l'utilizzo di 4 tipologie di colorazione (Bianco freddo, Rosso, Bianco neutro e Bianco caldo). Visti i costi non proprio contenuti suggerisco sempre di iniziare con meno per poi eventualmente aumentare in potenza.

Ricapitolando:

vasche dai 5 ai 40 litri: 0,5 - 0,3 watt/litro
vasche dai 40 ai 90 litri: 0,4 - 0,25 watt/litro
vasche dai 90 ai 200 litri: 0,3 - 0,2 watt/litro

10. Come montare i LED sulla vasca ?

Consiglio di costruire/montare la plafoniera a LED interponendo, tra i LED e la vasca, una lastra di plexiglas. Questa avrà la duplice funzione di impedire sia che schizzi di acqua raggiungano i LED caldi, compromettendone il funzionamento o la resa, sia impedire che umidità, condensa o schizzi d'acqua raggiungano i contatti elettrici provocando cortocircuiti o, peggio, dispersioni elettriche e possibili scosse.

La distanza migliore, tra i LED ed il pelo acqua, è da ricercare sia in base alla disponibilità di agganci sia in base all'apertura del fascio luminoso dei LED utilizzati ... sia anche in base alla tipologia di piante presenti in vasca, se ci sono molte piante a fusto che arrivano a pelo acqua sarà bene mantenere i LED un po più lontani dal pelo acqua.
Questo non tanto per il calore generato quanto per permettere alle piante di crescere uniformi e non concentrare le cime verso la fonte luminosa.

11. Strisce LED sulla vasca ?

Ultimamente leggo sempre più spesso di strisce led vendute al metro, non ho nessuna prova tecnica ne voglio fare la guerra contro i mulini al vento ... fatta questa doverosa premessa, se volete illuminare la vasca con le luci dell'albero di natale compratene tanti metri ... nel corso di questi anni purtroppo non ho mai visto sviluppi nel tempo di vasche con piante illuminate un tot al metro, solo le prime foto poi ... il nulla.

Ci sarà un motivo ... lascio a voi le opportune considerazioni.

Ultime considerazioni

Ovviamente, in base alle nostre scelte, il prezzo finale potrà essere molto differente, sta poi a noi scegliere cosa sia meglio sia in termini economici che di efficienza e durata.

I lumen massimi si hanno solo con l'utilizzo di LED Bianco freddo, tutte le altre colorazioni di LED avranno lumen inferiori anche di molto ma NON per una emissione inferiore, solo perchè la loro emissione si allontana dal punto di massima percezione dell'occhio umano.

Un LED rosso da 1 watt avrà la stessa emissione di quello Bianco freddo ma, rapportato al campo visivo umano, sarà da 40 lumen contro i 100 di quello bianco ... la quantità di radiazioni elettromagnetiche emesse sarà (dovrebbe essere) la stessa, semplicemente eccita di meno i bastoncelli all'interno del nostro occhio

Per chi avesse voglia di approfondire o quantomeno farsi un idea consiglio questi due link ... li ho scritti io, se non li consigliassi sarebbe il colmo

http://scriptors.info/nozioni_minime_di_base

http://scriptors.info/prima_Esperienza_wavebox_25

Ovviamente cercate di capire bene sia la 'teoria' e poi la 'pratica', senza la teoria la fregatura è dietro l'angolo e rimetterci dei soldi non è mai una cosa positiva.

Un ultima considerazione per chiudere il discorso.

Ricordando che l'illuminazione resta sempre una piccola parte dell'insieme, è importantissimo tenere a mente che qualsiasi cambiamento di illuminazione sulla vasca richiede almeno un mese per permettere alle piante di cambiare morfologia in risposta al cambiamento di illuminazione e, questo cambiamento, va sempre osservato sulla parte nuova della pianta.

... e non dimenticate mai che l'illuminazione è e resta solo una parte dell'insieme Fertilizzazione

Potete avere l'illuminazione più fantasmagorica del pianeta terra, se avete NO3 e PO4 a zero, ci illuminerete un bellissimo ALGARIO



versione 1.6 aggiornato al 10.09.2013



NB. Lascio aperto in modo che chiunque possa porre domande INERENTI al topic

Qualsiasi domanda di info su questo o quel tipo di LED, su quanti LED servano per la vasca, se quella plafoniera sia valida o meno e cose simili non avranno risposta e verranno cestinate direttamente !!!

Qui parliamo di LED e di cosa andare a vedere per sapere se siano un buon acquisto o meno, per tutto il resto c'è il forum