LED osvětlení pro akvaristiku

Přemýšlíte o výměně zářivkového osvětlení nad akváriem za LED osvětlení? Tento článek by vám mohl pomoci v rozhodování, snadnější orientaci a případně k realizaci vašeho záměru.

Proč LED osvětlení:

Hlavním aspektem pro výměnu je úspora financí za provoz osvětlení. Vyšší pořizovací cena se vrátí v nižší spotřebě elektrické energie a delší životnosti. Nízké napájecí napětí je pro akvaristiku bezpečnější. LED osvětlení je velice efektivním zdrojem světla, protože svítí pouze směrem do akvária, oproti zářivkovým trubicím, které svítí všemi směry. Dalším důvodem je, že LED diody neohřívají vodu, což ocení akvaristé zejména v letních měsících. Množství světla lze regulovat pomocí stmívače (PWM modulace), tak můžeme nastavit ideální světelné podmínky pro růst rostlin a naopak potlačení nežádoucího růstu zelených řas. Pomocí kontrolérů můžeme navodit efekt ranního rozednívání a večerního stmívání. Náročnější akvarista si může vedle denního osvětlení instalovat také noční (modré) pro simulaci svitu měsíce, toto osvětlení by se mělo používat jen příležitostně, při celonočním svícení může docházet k nadměrnému růstu řas. V prodeji jsou i vodotěsné trubice s různými barevnými efekty, které lze použít pod vodní hladinou, jejich použití v klasickém akváriu je však poněkud sporné. UV LED lampy se občas používají i v tzv. průtokových sterilizérech k ničení nálevníků, které způsobují zákaly vody, spórů řas, bakterií a parazitů.

Nevýhody:

Náročnější vodní rostliny mohou zprvu reagovat na změnu světelného spektra bílým povlakem na listech, které však časem zmizí.

LED pásky: Jejich pořizovací náklady jsou relativně nízké, avšak k instalaci je potřeba určitých elektrotechnických znalostí a manuální zručnosti. Nejsou určeny k dlouhodobému svícení, proto při celodenním provozu, může časem jejich svítivost klesat. Vysoko-svítící LED pásky mají čipy, které se zahřívají a je třeba je chladit např. pasivním chlazením – nalepením na hliníkový profil, což je základním předpokladem delší životnosti a efektivity osvětlení.

Tělesa s LED čipy: Jsou určeny k dlouhodobému svícení, jejich životnost je dlouhá, avšak pořizovací cena osvětlovacích těles (ramp) je vysoká. V případě vlastní výroby osvětlení s výkonnými LED čipy je třeba větší znalosti elektrotechniky.

LED trubice: Některé LED trubice lze sice pomocí přibalených adaptérů instalovat do ramp místo zářivkových trubic T5 a T8, jiné lze použít pouze do rampy stejné značky. Všechny však mají vyšší cenu a sortiment je na trhu poněkud malý.

Něco málo o světle:

Světlo je část spektra elektromagnetického vlnění. Světelné záření, které vnímá lidské oko, tvoří velmi malou část tohoto spektra (od 390 do 790 nm vlnové délky). Světlo, které označujeme jako bílé (např. ze Slunce nebo žárovky) nevnímáme jako barevné, je však složené z barevných světel všech vlnových délek.

Ke světlu se vztahuje mnoho fyzikálních veličin, které lze měřit. Z hlediska osvětlení akvária nám stačí znát pouze některé.

Barevná teplota světla (teplota chromatičnosti): Jednotkou je kelvin. Barevné spektrum světla, které vyzařuje těleso, je ovlivněno jeho teplotou. Udává teplotu, na kterou je třeba zahřát těleso, aby vyzařovalo danou barvu. Tzv. denní světlo má hodnotu 5600 K. Čím nižší hodnota, světlo má teplejší odstín. Čím vyšší hodnota, světlo má chladnější odstín.

Index podání barev: Zkratka je CRI (color rendering index). Hodnota Ra udává věrnost barevného vjemu, který vznikne osvětlením ze zdroje, v porovnání s tím, jaký by vznikl ve světle Slunce pro lidské oko. Stupnice je od 0 do 100. Hodnota Ra=100 je vjem ve světle Slunce, hodnota Ra=0 znamená, že při tomto osvětlení není možno rozeznat barvy. Čím vyšší index, tím živější barvy.

Vlnová délka: Označení ? (lambda). Jednotkou je metr. Je to vzdálenost, kterou urazí vlna za dobu jednoho kmitu. Vlnová délka se mění v závislosti na látkovém prostředí. Ve vakuu je jiná než např. ve vodě.

Světelný tok: Jednotkou je lumen. Světelný tok 1 lm = množství světelné energie vyzářené bodovým zdrojem 1 cd do prostorového úhlu 1 sr (steradián) za 1 s.

Osvětlení: Jednotkou je lux. Osvětlení 1 lx = plocha 1 m2 ve vzdálenosti 1 m od zdroje světla se svítivostí 1 cd při kolmém dopadu světla.

Světlo z pohledu akvaristiky:

Barevná složka světla:

• Čistý vodní sloupec absorbuje rychleji barvy světla o dlouhých vlnách (červená), nejhlouběji pronikají barvy světla kratších vlnových délek (modrozelená, fialová). Ve vodě zakalené je to přesně naopak. (Tohoto jevu využívá tzv. absorpční spektrofotometrie např. k určování koncentrace roztoků.)
• Barva světla není pro ryby tak důležitá, jako pro rostliny.
• Oko člověka vidí jako nejkratší vlny světla barvu fialovou, jako nejdelší vlny světla barvu červenou. U ryb se to různí. Ryby žijící v čistých mělkých vodách vidí přibližně stejné světelné spektrum jako člověk. Ryby z kalných nebo hlubokých vod vidí pouze černobíle nebo nemají schopnost vnímat červenou barvu. Jeskynní ryby pak nevidí vůbec. Naproti tomu mořské útesové ryby vnímají i ultrafialové záření.
• U rostlin je to jiné. Ty vnímají světlo svými foto-receptory až od modré barvy po infračervené. Pokud tedy svítíme do akvária pouze fialovou zářivkou, lesklé rybí šupiny vypadají překrásně, avšak rostliny chřadnou.
• Červená složka světla podporuje vytváření chlorofylu (listové zeleně) a dává podmět k rozpínavosti rostlinných buněk. Modrá až modrozelená složka světla podporuje dělení  buněk a má tedy vliv na sílu rostliny. Tudíž pokud budeme osvětlovat akvárium světlem, kde bude převládat červená složka, rostliny porostou do výšky. Bude-li převládat modrozelené světlo, rostliny budou nižší, ale silnější. Vrcholy spektra, které rostliny nejvíce využívají jsou vlnové délky červené cca 660 nm a modré cca 440 nm. Zelenou a žlutou barvu spektra rostliny moc nevyužívají, protože je stejně zbarvený chlorofyl odráží. Pro akvaristické účely ve sladkovodním akváriu je tedy nejvhodnější takové světlo, které má celé viditelné spektrum, přičemž složka červeného světla je zdůrazněna.
• Koráli a jejich symbiotické řasy – zooxantely, žijící uvnitř jejich tkání jsou nejcitlivější na modrou složku světla. Korálům, kterým nedopřejeme celé spektrum podobné slunečnímu, nebudou mít zářivé barvy, ale budou zbarveny v odstínech hnědé. Proto by osvětlení v mořském akváriu mělo mít celé viditelné spektrum se zdůrazněnou modrou.

Intenzita osvětlení:

• Část paprsků odrazí vodní hladina a velkou část absorbuje vodní sloupec. Uvádí se, že s každými 10 cm výšky sloupce se ztratí přibližně 50% světla. Tzn., že pokud na vodní hladině naměříme např. osvětlení 2000 lx, u dna padesáticentimetrového akvária to bude již jen cca 100 lx.
• Množství a druh světla ovlivňuje růst nežádoucích řas. Zeleným a modrým řasám se daří při nadbytku světla. Křemičitým (hnědým) řasám se naopak daří při nedostatku světla. Nutný je tedy kompromis v množství světla.
• Obecně tmavě zeleným rostlinám v akváriu stačí méně světla, protože mají dostatek chlorofylu a jsou tedy při fotosyntéze výkonnější. Světle zelené a červené rostliny vyžadují více světla, protože mají chlorofylu méně a jsou při fotosyntéze méně výkonné.
• Koráli pocházejí většinou ze slunných moří do 60 m hloubky, aby zajistili dostatek světla pro své symbiotické řasy, proto jim dostatek světla musíme zajistit i v mořském akváriu.
• Jak tedy určit dostatečnou intenzitu osvětlení? Někdy se uvádí výpočet pro výkon LED světelného zdroje. Je to objem akvária x 0,15 = výkon ve wattech. Pro tzv. holandská akvária nebo akvária s náročnými rostlinami se uvádí výpočet: objem akvária x 0,30 = výkon (W). Jiná možnost při výměně zářivkového osvětlení za LED osvětlení je, podívat se na původní zářivkovou trubici nebo obal od ní, jaký má uveden světelný tok v lumenech a tomu přizpůsobit výběr LED osvětlení. Nutno si však uvědomit, že zářivková trubice svítí všemi směry, kdežto LED světlo pouze jedním, většinou v úhlu 120°.
• Nejlépe je volit silnější LED osvětlení a použít jednoduchý regulátor výkonu (PWM – pulzně šířková modulace) nebo stmívač pro LED pásky s dálkovým ovladačem. Tím si jednak zajistíme, že si můžeme sami zvolit vhodné množství světla s ohledem na potřeby akvarijních obyvatel. Jednak je to velice vhodné řešení z hlediska životnosti při použití LED pásků. Ty se při nižším výkonu než je jejich plný, budou méně zahřívat, tím jejich životnost bude o mnoho delší a také vyzařované spektrum stálejší.

Délka osvětlení:

• Pro správný vývoj rostlin je velice důležitá délka osvitu, na což hodně akvaristů zapomíná. Rostliny jsou pro sladkovodní akvária důležité z hlediska biologické rovnováhy. S využitím světelné energie a za pomocí chlorofylu vytvářejí rostliny z anorganických látek získaných ze dna a vody látky organické (cukry, škroby, bílkoviny). Při této asimilaci rostlina spotřebuje více oxidu uhličitého, než kolik vydýchá. A uvolní více kyslíku, než spotřebuje při dýchání.
• Většina akvarijních rostlin a živočichů ať už pro sladkovodní či mořská akvária pocházejí z tropů, kde se délka dne nemění tak s ročním obdobím, jako u nás. Proto je dobré navolit délku svícení na 10 - 12 hodin, to můžeme zajistit časovačem. Pro mořská akvária můžeme také zařadit imitaci měsíčního svitu – noční osvětlení pomocí modrých LED diod.

Barevný vjem:

• Důvodů proč si lidé pořizují akvárium je hned několik. Chtějí mít kousek živé přírody v bytě a nemají čas na jiné domácí mazlíčky nebo trpí alergií na zvířecí srst. Potřebují se kreativně realizovat originální dekorací bytu. Pro někoho je akvaristika velkým koníčkem, množí nové druhy ryb a účastní se výstav. Akvárium je jako zdroj vědění v zoologických zahradách, vodních světech, zájmových kroužcích. Slouží nejen jako dekorace bytu, ale i kanceláří, hal, společenských místností, restaurací.
• Pohledem do akvária rádi relaxujeme, proto jej chceme mít všichni co nejkrásnější. V tomto nám vhodné osvětlení může výrazně pomoci. Můžeme použít LED osvětlení s kombinací bílých, červených a modrých diod, které nám zdůrazní určité barvy v akváriu. Nebo se řídit při nákupu osvětlení indexem CRI, které nám udává živost barev.

Realizace:

Samotnou realizaci výměny zářivkového osvětlení za LED osvětlení by měl provádět odborník.

Předpisem, kterým se v současnosti specifikuje stupeň krytí elektrických zařízení je státní norma ČSN EN 60 529. Pro účel osvětlení nad akváriem by to měl být stupeň krytí IP 54, což je ochrana proti prachu, dotyku drátem a tryskající vodě. Pro LED osvětlení pod hladinu pak krytí IP 68, což je zařízení prachotěsné, chráněno před dotykem drátem a pro trvalé ponoření.

Zde uvádím příklad zapojení s využitím časového spínače a regulátoru svítivosti. U LED pásků se uvádí, že lze jednotlivé kusy zapojit do série až do délky 5 metrů (kvůli úbytku napětí, tzn. že na konci pásku budou diody svítit nejméně).

Já konkrétně řešila osvětlení pro:

Sladkovodní akvárium o objemu 200 l = délka 100 cm, šířka 40 cm, hloubka 50 cm.

Zvolila jsem komfortnější zapojení s vypínačem a paralelním zapojením LED pásků.

Vzhledem k větší výšce vodního sloupce jsem zvolila vysoce svítící pásek v denní bílé barvě světla, s vyšší hodnotou Ra, bez krytí, určeným k delšímu svícení, se vstupním napětím ss proudu 12 V a příkonem 20W na metr. (Na trhu jsou pro akvaristiku pásky s kombinací bílých, červených a modrých diod. Zdály se mi však málo svítící pro hlubší akvárium.) Použila jsem 2 metry pásky a 2 x 1 metr vodě odolného krycího profilu s hliníkovým chladičem, koncovkami a držáky.

Časový spínač, kolébkový vypínač, vidlici ke kabelu, svorky, kabel 3x1,5 nebo 2x1,5 (podle použitého zdroje) a vodič 1x0,75 lze koupit v každém hobby supermarketu.

Zdroj je nutno zvolit s nějakou výkonovou a proudovou rezervou, zde kvůli dlouhému svícení cca 30%, aby měl delší životnost. Nejlépe s ochranou proti přepětí, zkratu, přetížení a tepelnou ochranou. A hlavně, aby vydržel i vyšší spouštěcí nárazový proud (jinak by bylo vhodné zařadit před trafo trubičkové skleněné pojistky v pojistkovém držáku). Spínaný zdroj s výstupními parametry 12VDC / 5 A / 60W byl dostačující. Nárazový spouštěcí proud byl v parametrech uveden do 60 A. Pracovní teplota byla uvedena od -30 do +70 (potřebovala jsem ho umístit pod kryt).

Regulátor výkonu (PWM – pulzně šířková modulace) lze koupit již běžně na internetu nebo v prodejně s elektrosoučástkami. Prodávají se buď již hotové nebo jako stavebnice. Lze použít i zakrytovaný, označený jako stmívač pro LED pásky, který bývá i s dálkovým ovládáním. Opět je však třeba dát pozor na vhodné parametry vstupního napětí, výstupního proudu a výkonu.

Každá rampa je trochu jiná. Já měla štěstí, že ta moje má z vrchu po celé délce kapsu. Původní elektroinstalaci jsem tedy kompletně vymontovala a otvory vodotěsně zaslepila (lze použít PVC, lepidlo, tavnou pistoli).

Do krytu kapsy v rampě připevnila vypínač a knoflík nasadila na osu potenciometru PWM regulace.

K LED pásku připájela napájecí vodiče (Zde u krátké délky stačil průřez 0,75 mm. Při delších trasách nutno zvolit větší průřez, z důvodu úbytku napětí způsobeným odporem vodiče.) Nalepila jsem jej na hliníkový pásek (chladič), pásek zasunula do profilu. Do profilu z vrchu zamáčkla čirý kryt a konce profilů vodotěsně utěsnila. Na každý pásek jsem si předem připravila do rampy dva držáky a profily do nich zaklapla.

Napájecí vodiče jsem zavedla dovnitř kapsy v rampě.

Do kapsy připevnila napájecí adaptér tak, aby se při zvednutí rampy v ní neposunoval. Napájecí kabel je veden přes vypínač do zdroje. Výstupních 12 V ze zdroje je pak přivedeno na vstupní svorky regulátoru a odtud z výstupních svorek regulace pak vedeno k oběma LED páskům.

Napájecí kabel je třeba opatřit vidlicí. Vidlici zastrčit do časového spínače, na kterém je předem nastaveno spínání a spínač zastrčit do zásuvky. V případě použití časového spínače je třeba vypínač v rampě překlapnout do polohy zapnuto.