Lumen, lux en PAR
Je lichtbehoefte bepalen aan het aantal Lumen is eigenlijk een totaal verkeerde benadering. Het is veel belangrijker om te weten wat de PAR waarden zijn van het licht.
Helaas kunnen fabrikanten van aquariumverlichting deze informatie niet verstrekken omdat er teveel variabelen meespelen. Gelukkig zie je wel een opmars van het verschaffen van andere technische informatie door de fabrikant. Omdat informatie over PAR waarden bijna niet te meten zijn zonder goed, en vooral erg dure apparatuur, gaan mensen hun licht logischerwijs kwalificeren naar het aantal Lumen. Lumen is een redelijke richtlijn en eigenlijk de enige houvast die we hebben. Ik zal de belangrijkste termen die te maken hebben met licht kort beschrijven:
Lumen:
Als we het over lichtsterkte hebben dan bedoelen we eigenlijk het aantal Lumen. Lumen is de totale hoeveelheid licht die een lamp uitstraalt. Om te weten hoe efficiënt onze lichtbron is, kijken we naar het aantal Lumen per Watt (lm/W). Een spaarlamp van 11 Watt geeft dus bijvoorbeeld 55 Lumen per Watt (11x55 = 600 lumen) en is dus veel efficiënter dan de gloeilamp van 11 Watt die maar 10 Lumen per Watt geeft. (11x10=110 lumen)
U doet er dus verstandig aan om een lichtbron te kiezen met het hoogste aantal Lumen per Watt.
Maar eigenlijk zegt lumen niets over de groei-eigenschappen voor de plant. Als je een felpaarse spot op je bak richt van 1400 lumen heb je misschien wel genoeg lumen, je planten kunnen er bijna helemaal niets mee omdat je natuurlijk het gehele lichtspectrum in de juiste verhoudingen moet aanbieden.
Je lichtbehoefte bepalen aan het aantal Lumen is eigenlijk een totaal verkeerde benadering. Het is veel belangrijker om te weten wat de PAR waarden zijn van het licht.
Helaas kunnen fabrikanten van aquariumverlichting deze informatie niet verstrekken omdat er teveel variabelen meespelen. Gelukkig zie je wel een opmars van het verschaffen van andere technische informatie door de fabrikant. Omdat informatie over PAR waarden bijna niet te meten zijn zonder goed, en vooral erg dure apparatuur, gaan mensen hun licht logischerwijs kwalificeren naar het aantal Lumen. Lumen is een redelijke richtlijn en eigenlijk de enige houvast die we hebben. Ik zal de belangrijkste termen die te maken hebben met licht kort beschrijven:
Lumen:
Als we het over lichtsterkte hebben dan bedoelen we eigenlijk het aantal Lumen. Lumen is de totale hoeveelheid licht die een lamp uitstraalt. Om te weten hoe efficiënt onze lichtbron is, kijken we naar het aantal Lumen per Watt (lm/W). Een spaarlamp van 11 Watt geeft dus bijvoorbeeld 55 Lumen per Watt (11x55 = 600 lumen) en is dus veel efficiënter dan de gloeilamp van 11 Watt die maar 10 Lumen per Watt geeft. (11x10=110 lumen)
U doet er dus verstandig aan om een lichtbron te kiezen met het hoogste aantal Lumen per Watt.
Maar eigenlijk zegt lumen niets over de groei-eigenschappen voor de plant. Als je een felpaarse spot op je bak richt van 1400 lumen heb je misschien wel genoeg lumen, je planten kunnen er bijna helemaal niets mee omdat je natuurlijk het gehele lichtspectrum in de juiste verhoudingen moet aanbieden.
Het aantal lumen word bepaald op vol vermogen van de LED en de hoogte waarop dat gemeten word is variabel per fabricant.
De witte LED's zijn het meest krachtig. Voordeel is dat ze goedkoop zijn, nadeel dat ze erg veel blauw bevatten. Dat zie je vaak terug in goedkope aquarium belichting. En dat zijn niet altijd de ledjes uit China...
De kleur van het LED licht wordt bepaald door de materialen in de halfgeleider en de coating die erop is aangebracht.
De specifieke kleur van die coating beïnvloedt de golflengte van het uitgestraalde licht, wat resulteert in de verschillende kleuren die we zien. Voordeel is dat je daarmee de kleurtint/ kelvin kan bepalen. Nadeel is dat door de coating de gemeten lumen stukken minder is geworden.
Nadeel is de prijs, die is stukken hoger dan de witte LED's.
Dus fabrikanten van aquariumverlichting kunnen dmv een coating bepalen welke kleurtint de LED gaat krijgen. Nu kunnen ze daarmee dezelfde kelvin gaan gebruiken als daglicht. Maar dat is alleen visueel, de spectrumopbouw is nauwelijks hetzelfde als natuurlijk daglicht. Als er dan vermeld staat dat deze lampen het beste zouden zijn voor plantengroei is feitelijk alleen gebaseerd op marketing.
Led-fabrikanten richten zich op commerciële toepassingen waarbij lumen de standaard is om te gebruiken. Die lumenniveaus zijn allemaal gemeten omdat veiligheidsvoorschriften dit vereisen in het kader van een veiligheidsnorm. Dus gebruiken Led-fabrikanten de meetgegevens van lumen naar de consument toe. Een lumen meting is simpelweg veel gemakkelijker en goedkoper om te gebruiken bij de technische specificaties dan een PAR of PUR meting. Er zijn erg weinig aquariumlampen die worden geleverd met par-statistieken. Bij sommige merken zoals Finnex, Fluval e.a zijn deze PAR-nummers wel bekend.
De witte LED's zijn het meest krachtig. Voordeel is dat ze goedkoop zijn, nadeel dat ze erg veel blauw bevatten. Dat zie je vaak terug in goedkope aquarium belichting. En dat zijn niet altijd de ledjes uit China...
De kleur van het LED licht wordt bepaald door de materialen in de halfgeleider en de coating die erop is aangebracht.
De specifieke kleur van die coating beïnvloedt de golflengte van het uitgestraalde licht, wat resulteert in de verschillende kleuren die we zien. Voordeel is dat je daarmee de kleurtint/ kelvin kan bepalen. Nadeel is dat door de coating de gemeten lumen stukken minder is geworden.
Nadeel is de prijs, die is stukken hoger dan de witte LED's.
Dus fabrikanten van aquariumverlichting kunnen dmv een coating bepalen welke kleurtint de LED gaat krijgen. Nu kunnen ze daarmee dezelfde kelvin gaan gebruiken als daglicht. Maar dat is alleen visueel, de spectrumopbouw is nauwelijks hetzelfde als natuurlijk daglicht. Als er dan vermeld staat dat deze lampen het beste zouden zijn voor plantengroei is feitelijk alleen gebaseerd op marketing.
Led-fabrikanten richten zich op commerciële toepassingen waarbij lumen de standaard is om te gebruiken. Die lumenniveaus zijn allemaal gemeten omdat veiligheidsvoorschriften dit vereisen in het kader van een veiligheidsnorm. Dus gebruiken Led-fabrikanten de meetgegevens van lumen naar de consument toe. Een lumen meting is simpelweg veel gemakkelijker en goedkoper om te gebruiken bij de technische specificaties dan een PAR of PUR meting. Er zijn erg weinig aquariumlampen die worden geleverd met par-statistieken. Bij sommige merken zoals Finnex, Fluval e.a zijn deze PAR-nummers wel bekend.
Hoe bereken je lumen?
Totaal lumen van je verlichting gedeelt door de inhoud van je bak.
Als je een standaard bak hebt zoals een mooie Cube Garden 60-P (60Bx30Dx36H) heb je een bakinhoud van 65 liter. Daarboven heb je een mooie LED waarvan staat vermeld dat ie 3000 lumen geeft zou je dus 46 lumen per liter hebben. (3000 : 65 = 46).
Stel je hebt een afwijkende maat en je bak is 2x zo hoog. Bijvoorbeeld 60Bx30Dx60H (108 liter) en daar past diezelfde verlichting op als hierboven. Dus heb je daarmee op de bodem 2x zo weinig licht. Want 3000 : 108 = 28 lumen per liter.
Maar... als we een bak inhoud van 108 liter nemen, zoals hierboven beschreven, en je hebt een afwijkende maat: zoals 60 hoog, 45 breed en 40 diep; dan kom je ook uit op 46 lumen per liter.
Maar... aangezien deze bak 2x zo hoog is gaat die standaard berekening niet op. Je komt wel uit op 46 lumen per liter maar omdat deze bak 2x zo hoog is dan als in het 1e voorbeeld kom je in de praktijk toch uit op geheel andere waarden.
Gelukkig hebben onze bakken een redelijke standaard in verhouding lengte, breedte en diepte. Dus in de meeste gevallen gaat de lumen berekening wel op. Maar het blijft een onnauwkeurige bepaling, maar voor ons wel de meest werkbare leidraad.
Totaal lumen van je verlichting gedeelt door de inhoud van je bak.
Als je een standaard bak hebt zoals een mooie Cube Garden 60-P (60Bx30Dx36H) heb je een bakinhoud van 65 liter. Daarboven heb je een mooie LED waarvan staat vermeld dat ie 3000 lumen geeft zou je dus 46 lumen per liter hebben. (3000 : 65 = 46).
Stel je hebt een afwijkende maat en je bak is 2x zo hoog. Bijvoorbeeld 60Bx30Dx60H (108 liter) en daar past diezelfde verlichting op als hierboven. Dus heb je daarmee op de bodem 2x zo weinig licht. Want 3000 : 108 = 28 lumen per liter.
Maar... als we een bak inhoud van 108 liter nemen, zoals hierboven beschreven, en je hebt een afwijkende maat: zoals 60 hoog, 45 breed en 40 diep; dan kom je ook uit op 46 lumen per liter.
Maar... aangezien deze bak 2x zo hoog is gaat die standaard berekening niet op. Je komt wel uit op 46 lumen per liter maar omdat deze bak 2x zo hoog is dan als in het 1e voorbeeld kom je in de praktijk toch uit op geheel andere waarden.
Gelukkig hebben onze bakken een redelijke standaard in verhouding lengte, breedte en diepte. Dus in de meeste gevallen gaat de lumen berekening wel op. Maar het blijft een onnauwkeurige bepaling, maar voor ons wel de meest werkbare leidraad.
Kelvin
De kelvin waarde is de zichtbaar visuele kleurtemperatuur van een lichtbron. Maar zegt niets, maar dan ook helemaal niets over het spectrum van het licht. Bij moderne belichting hebben de Kelvin waarde berekend door het gebruik van CCT (color correlated temperature)
Zo heeft een lage Kelvin meer geelachtig/warm licht en een hogere Kelvin meer blauw/koel licht. Het geeft dus een indicatie over de kleurtemperatuur en niet over het lichtspectrum. Zo kunnen 2 lampen met dezelfde Kelvin heel verschillende spectrum bezitten!
Het is ook een fabeltje dat je met hogere Kelvin mooier gekleurde planten zou kunnen laten groeien. Het plaatje hiernaast illustreert dit overduidelijk.
Wat betreft 6500k verlichting - het is niet de beste, noch de noodzakelijkste; en dat komt omdat de Kelvin classificatie de gemiddelde visuele kleurtint van het licht aangeeft, maar niet het exacte spectrum. De CCT-aanduiding voor een lichtbron geeft een algemene indicatie van het algemene kleuruitwerking van de lamp, maar geeft geen informatie over zijn specifieke spectrale vermogensverdeling van het licht.
De kelvin waarde is de zichtbaar visuele kleurtemperatuur van een lichtbron. Maar zegt niets, maar dan ook helemaal niets over het spectrum van het licht. Bij moderne belichting hebben de Kelvin waarde berekend door het gebruik van CCT (color correlated temperature)
Zo heeft een lage Kelvin meer geelachtig/warm licht en een hogere Kelvin meer blauw/koel licht. Het geeft dus een indicatie over de kleurtemperatuur en niet over het lichtspectrum. Zo kunnen 2 lampen met dezelfde Kelvin heel verschillende spectrum bezitten!
Het is ook een fabeltje dat je met hogere Kelvin mooier gekleurde planten zou kunnen laten groeien. Het plaatje hiernaast illustreert dit overduidelijk.
Wat betreft 6500k verlichting - het is niet de beste, noch de noodzakelijkste; en dat komt omdat de Kelvin classificatie de gemiddelde visuele kleurtint van het licht aangeeft, maar niet het exacte spectrum. De CCT-aanduiding voor een lichtbron geeft een algemene indicatie van het algemene kleuruitwerking van de lamp, maar geeft geen informatie over zijn specifieke spectrale vermogensverdeling van het licht.
Daarom kunnen twee lampen met dezelfde Kelvin zeer verschillende spectrumcurven hebben (d.w.z. verschillende hoeveelheden rood, blauw, groen licht). Daarom is de Kelvin score puur een (slechte) visuele gids en een verlichting uitzoeken gebaseerd op alleen de Kelvinwaarde is een slecht uitgangspunt. Als je het licht verder wilt optimaliseren voor de groei enz. moet je weten welke lichtspectrumcurves (aktiespectrum) en combinaties van lichtspectrumcurves (absorptiespectrum) voor uitwerking hebben op de plant.
Hier een voorbeeld dat een kelvinwaarde van 5500 verschillende spectrumcurven kunnen bezitten.
Lux
Het aantal Lumen zegt ons iets over de sterkte die een lichtbron uitstraalt, maar het zegt nog niets over de hoeveelheid licht wat de bodem bereikt.
De hoeveelheid licht wat de planten bereikt drukken we uit in Lux. Lux is de totale hoeveelheid licht (Lumen) wat op een oppervlak van 1m2 valt. Helaas word het aantal Lux bijna niet door de fabrikant vermeld. Het aantal Lux hangt namelijk sterk af van de stralingshoek, hoe hoog de lichtbron boven het aquarium hangt, diepte van het aquarium, reflectoren, helderheid van het water, etc, etc.
PAR
om de lijst nog wat ingewikkelder te maken hebben we ook nog de PAR, en dit is feitelijk (bijna) het allerbelangrijkste wat betreft de licht aanduiding. (eigenlijk is het PUR) Als een plant bezig is met fotosynthese maakt hij gebruik van licht wat in een bepaalde golflengte aanwezig is. Deze photosynthetically active radiation (PAR) is de golflengte van 400 tot 700 nanometer binnen ons lichtspectrum. Daarin bevind zich het licht wat de plant gebruikt voor fotosynthese.
Als we een waarde moeten geven aan de ideale PAR waarden (voor een high tech aquascape) zou dat gemiddeld 110 PAR zijn. Maar als je een PAR hebt tussen de 40 en 50 kun je eigenlijk alles opkweken. In andere woorden: medium light.
Maar trouwens, als je weet hoeveel PAR je op de bodem krijgt, wat dan? Weet je dan welke planten je nodig hebt? Er zijn maar weinig lijstjes in omloop die per plantensoort laten zien hoeveel PAR ze nodig hebben op een bepaalde diepte. Die lijstjes zijn er trouwens wel voor Lumen.
We moeten trouwens ook rekening houden dat naarmate je bak dieper is gaat de PAR ook drastisch afnemen. We kunnen een formule gebruiken die de 'omgekeerde kwadratenwet' wordt genoemd: als de afstand verdubbelt, kan de lichtintensiteit in principe door 4 worden gedeeld. Dus als je bijvoorbeeld een PAR hebt van 167 op 20cm afstand zou de PAR op 40 cm hoogte uitkomen op 167 ÷ 4 = 41,75 par.
Op 50 cm hoogte zou de PAR ongeveer 26,72 zijn.
Dit is geen exacte wetenschap. In een aquarium vol water zullen refractie, reflectie en de schaduw deze cijfers beinvloeden, maar het is een vrij nauwkeurige inschatting.
(dit geld natuurlijk ook tot Lumen in relatie tot de diepte van je bak; zowel PAR als lumen nemen af naarmate de afstand tot de lichtbron toeneemt)
Ada zit gemiddeld op 50 PAR op de bodem. George Farmer heeft bakken die zelfs lager zijn dan 30. Dutch tanks doen het best met een PAR van 70. Sommige rode Ludwigia groeien het best op 100 PAR, met 70 gaat ook. Ze worden alleen mooier van kleur en van vorm bij 100 PAR.
Dus de beste manier om het licht te meten doe je met een PAR meter. Helaas zijn deze erg duur om zelf aan te schaffen, dus moeten wij de lichtsterkte in de regel van Lumen aanhouden.
Ikzelf houd altijd de volgende richtlijn aan voor een 50L: (voor een 100L neem je de dubbele cijfers)
Low light: 500 / 1000 lumen - Easy plants - CO2 tot 5ppm (geen dosering / vloeibare koolstofbron)
Mid light: 1000/1500 lumen - Medium plants - CO2 tot 15 ppm - CO2 in gasvorm
High light: 1500 / 2500 lumen - Advanced plants - CO2 tot 25 ppm - CO2 in gasvorm
Welke PAR waarden?
Als je een PAR hebt tussen de 40 en 50 kun je eigenlijk alles opkweken. In andere woorden: medium light. En professionele scapers, die toch graag die rode kleur willen, gooien 2 uur per dag hun licht naar de >100 PAR en/of gaan hun voeding aanpassen om de plant tot kleur te dwingen.
10 – 40 µmol PAR: low light - easy plants
40 – 80 µmol PAR: medium light - medium plants
80 – 120 µmol PAR: high light - advanced plants
note:
PAR waarden zijn ook maar relatief omdat er nog steeds geen uniforme standaard is bij de conversie van PAR waarden bij verschillende lichtbronnen. En als je PAR weet te achterhalen (door een PAR meter of via de technische gegevens) dan weet je eigenlijk nog helemaal niets als je niet weet waaruit de spectrale vermogensverdeling bestaat die de plant daadwerkelijk gebruikt = PUR)
Hoe feller en intenser het licht hoe beter? Nou, dat is geenszins het geval. En waarom?
Meer licht is meer meer vraag naar voedingstoffen = een snellere assimilatie = meer ruimte voor onbalans en problemen in de bak = meer kans op plantproblemen = verhoogde kans op algen.
Planten zullen bij voldoende licht – ongeacht het spectrum- altijd groeien.
Doordat planten in staat zijn om zich aan te passen aan het aangeboden spectrum, is spectrum-keuze ondergeschikt aan de belangrijkheid van lichtintensiteit. Een lamp kan een nog zo ideaal spectrum bezitten, bij een te lage lichtintensiteit blijft de plant slecht groeien. Omgekeerd geldt dit ook: een lichtbron met een ‘verkeerd’ spectrum kan bij hoge lichtintensiteit toch prima resultaten geven.
Er bestaat geen ideaal vastgesteld spectrum voor onze onderwaterplanten. Dit komt omdat we te maken hebben met chromatische adaptatie van de plant. Planten, en dan met name lowlight planten, zijn goed in staat om zich aan te passen aan een wisselend spectrum.
Er word altijd rond de 4500K als beste genoemd. Dennerle en Tropica adviseren 6500K en in Azie gaan ze allemaal richting de 10.000K. En in de praktijk blijkt dat je bij elke kelvin mooie planten kan laten groeien.
De verwarring bestaat omdat mensen het verschil niet weten tussen een absorbtiecentrum en een aktiespectrum. Met een absorbtiecentrum bedoelen we de kleur die wij ervaren; hoe wij die zien. Dit gaat gepaard met kelvin. Als we naar een RGB kijken zie we het merendeel normale witte LED's, een aantal rode LED's, een aantal groene en een aantal blauwe.
Die rood, groen en blauw leds zijn primair niet aanwezig om die kleuren in het spectrum aan te vullen. Nee, het volledige spectrum bevind zich al in die witte LED's. Maar alleen die witte LED's geeft een koele koude kleur of een tint waarbij de planten en/of vissen niet tot hun recht komen. Dit komt omdat het vermogen van deze LED's zo hoog mogelijk is om zo'n hoog mogelijk rendement eruit te krijgen. Om de kleur te 'verzachten' worden er de RGB bij geplaatst.
Let wel: ik heb het hier over de opkweek en gezond houden van de planten in onze bakken. Om rode planten extra rood te laten groeien is dat toch een ander verhaal. Om knalrode planten te verkrijgen is o.a. een verhoogd aandeel in (ver)rood (700 nm) een grote bepalende factor.
Conclusie:
de Kelvin is niet verantwoordelijk voor de kwaliteit; het is het aangeboden spectrum wat verantwoordelijk is of je mooie gezonde planten krijgt of niet. En of je nu 3600K gebruikt, 4200K of 12.000K: het maakt voor de plant helemaal niets uit. Bij de juist aangeboden omstandigheden groeien ze toch wel (met een goed aanbod van voeding en CO2) Kelvin is alleen verantwoordelijk of je de kleurtint aangenaam vind om naar te kijken of hoe kleurrijk je planten en vissen er uit komen te zien.
RGB, en dan met name de rode LED's, kunnen een extra stimulans geven in het spectrale bereik die een hogere activatie bij de fotosynthetische reactie van de plant teweeg brengt. Zeker nu de RGB steeds meer vermogen krijgt. Een goed voorbeeld zijn de huidige LED's van Twinstar, WeekAqua, Ista, Up-Aqua, Modian, LedStar, Netlea en Chihiros.
Meer licht is meer meer vraag naar voedingstoffen = een snellere assimilatie = meer ruimte voor onbalans en problemen in de bak = meer kans op plantproblemen = verhoogde kans op algen.
Planten zullen bij voldoende licht – ongeacht het spectrum- altijd groeien.
Doordat planten in staat zijn om zich aan te passen aan het aangeboden spectrum, is spectrum-keuze ondergeschikt aan de belangrijkheid van lichtintensiteit. Een lamp kan een nog zo ideaal spectrum bezitten, bij een te lage lichtintensiteit blijft de plant slecht groeien. Omgekeerd geldt dit ook: een lichtbron met een ‘verkeerd’ spectrum kan bij hoge lichtintensiteit toch prima resultaten geven.
Er bestaat geen ideaal vastgesteld spectrum voor onze onderwaterplanten. Dit komt omdat we te maken hebben met chromatische adaptatie van de plant. Planten, en dan met name lowlight planten, zijn goed in staat om zich aan te passen aan een wisselend spectrum.
Er word altijd rond de 4500K als beste genoemd. Dennerle en Tropica adviseren 6500K en in Azie gaan ze allemaal richting de 10.000K. En in de praktijk blijkt dat je bij elke kelvin mooie planten kan laten groeien.
De verwarring bestaat omdat mensen het verschil niet weten tussen een absorbtiecentrum en een aktiespectrum. Met een absorbtiecentrum bedoelen we de kleur die wij ervaren; hoe wij die zien. Dit gaat gepaard met kelvin. Als we naar een RGB kijken zie we het merendeel normale witte LED's, een aantal rode LED's, een aantal groene en een aantal blauwe.
Die rood, groen en blauw leds zijn primair niet aanwezig om die kleuren in het spectrum aan te vullen. Nee, het volledige spectrum bevind zich al in die witte LED's. Maar alleen die witte LED's geeft een koele koude kleur of een tint waarbij de planten en/of vissen niet tot hun recht komen. Dit komt omdat het vermogen van deze LED's zo hoog mogelijk is om zo'n hoog mogelijk rendement eruit te krijgen. Om de kleur te 'verzachten' worden er de RGB bij geplaatst.
Let wel: ik heb het hier over de opkweek en gezond houden van de planten in onze bakken. Om rode planten extra rood te laten groeien is dat toch een ander verhaal. Om knalrode planten te verkrijgen is o.a. een verhoogd aandeel in (ver)rood (700 nm) een grote bepalende factor.
Conclusie:
de Kelvin is niet verantwoordelijk voor de kwaliteit; het is het aangeboden spectrum wat verantwoordelijk is of je mooie gezonde planten krijgt of niet. En of je nu 3600K gebruikt, 4200K of 12.000K: het maakt voor de plant helemaal niets uit. Bij de juist aangeboden omstandigheden groeien ze toch wel (met een goed aanbod van voeding en CO2) Kelvin is alleen verantwoordelijk of je de kleurtint aangenaam vind om naar te kijken of hoe kleurrijk je planten en vissen er uit komen te zien.
RGB, en dan met name de rode LED's, kunnen een extra stimulans geven in het spectrale bereik die een hogere activatie bij de fotosynthetische reactie van de plant teweeg brengt. Zeker nu de RGB steeds meer vermogen krijgt. Een goed voorbeeld zijn de huidige LED's van Twinstar, WeekAqua, Ista, Up-Aqua, Modian, LedStar, Netlea en Chihiros.