珊瑚礁水族光照(三)[转载]

欲望是魔鬼

作者 Dmitry Karpenko, Vahe Ganapetyan

原文地址：http://www.advancedaquarist.com/2012/10/aafeature

让我们来看看珊瑚缸中最流行的“光合”光源。这些大多数都是在400-500纳米波段范围内辐射的荧光灯管，比如Giesemann Actinic Plus,，图 10:

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图 10 一支典型的“光合”荧光灯管：Giesemann Actinic Plus

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在这个灯光的光谱中，除了产生珊瑚荧光的“光合”光谱部分，明显还有“寄生”的550纳米波长的峰值。就像之前提到的，人眼对这个波长比产生荧光的“光合”光要敏感20倍以上(见图 6)。


结果，这个灯光看起来非常亮，近乎白色，但有较强的蓝紫色调。结果荧光会因为寄生的人眼更敏感的光而看起来比较暗淡。


近年来，人们做了很多努力，来制造一个更窄波段范围的“光合”灯管。其中一个最好的就是Giesemann POWERCHROME actinic plus，它的450-500纳米波长部分被显著减少了(图 11)：

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图 11 POWERCHROME actinic plus灯光的光谱

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可以看到这个灯管的光谱中的“寄生”部分更小，而420-430纳米范围表现更佳。但是，这个灯管看起来还是很亮，因为它还是含有一个550纳米的峰值。目前来说，传统的荧光灯管对于观察珊瑚缸里的荧光并不是很有效。


是不是很绝望?近年来，情况不再是这样固态照明领域已经有了一些突破，很多珊瑚缸的灯具已经使用了LED。LED灯具相对于传统光源灯具的优点有很多，我们只要考虑主要的就可以了。


优点1：更高效更少发热


更高效有两方面原因：首先，LED的电光转换效率比传统荧光灯或金卤灯要高约2倍；第二，LED仅向一个方向辐射光，光线不会被它们自身遮挡。使用合适的透镜，LED的发光可以很容易地被集中在一个需要的区域里。优质的LED滤镜小巧，但可以把超过90%的发光射入水中。相比之下，传统灯管加上反光罩通常只能把40%的光射入水中。最好的反光罩（经常很笨重）可以达到60%的光线入射水中，但灯管本身也会遮挡住部分反光罩的反射光。结果，最好的LED灯具的光效可以达到传统灯管灯具的3倍。因此，LED的发热要少4.5倍。这在一定程度上意味着给珊瑚缸安装一个LED灯具的话，我们或许可以不必买一个昂贵的冷水机（这也很耗电）了。这样，LED可以非常节能：不说经济效益，对生态环境的影响也很重要。

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优点2：更长的寿命


作为一个固体光源，发光二极管没有会快速损耗的部件，例如灯丝。当工作在较低的电流下，只要它们没有过于发热，优质的LED的衰减非常缓慢。但是，在设计灯具时，LED也有它们的特殊需求。


如果散热充分，供电合适，现今市场上最好的LED（Cree XT-E, LUXEON Rebel ES）的寿命非常长。当然，这些是新的LED，它们并没有被测试过10年工作，然而，它们的寿命和寿命时间内的光衰减可以通过可以通过复杂的模型来估算。我们用到两种估算法：根据Cree的模型（我们称为“最恶劣情况”或“悲观模型”），以及（括号里）根据Philips的LUXEON Rebel ES的模型(我们称做“乐观模型”)。如果所有的工作条件都能满足的话，4（15）万小时后，LED仍然能够达到原先70%的辐射功率。这些数字相当于灯具使用10(33)年，每天工作12小时！此后，LED会继续衰减，10（20）万小时后，降到原先50%的辐射功率！

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LED灯具上的一只LED损坏的可能性是非常低的，5万小时使用过程中，大约只有1%，之后的20万小时大约会增加到50%的可能性。灯具里的LED常常是串联的，因此当一个LED损坏时，一串LED都会受到影响。统计上来说，一个200个LED的灯具在10年里，可能会发生这样的情况。然而，LED损坏是一个概率事件，它也有可能发生在LED的生命的第一个小时。实际情况下，如果使用条件良好，现代的LED的寿命是很长的。


相比之下，传统荧光灯怪每隔4到6个月需要更换一次。最坏情况下，在LED灯具的使用寿命时间内，荧光灯光需要更换至少20次。由于珊瑚专用的灯管非常贵，所以LED灯具非常节省，并且，节省的不仅仅是金钱，还有买灯管，换灯管的时间。


让我们算算一个LED灯具可能节省的费用。在160加仑的缸里，一个300W的LED灯具可以替代一个900W的T5灯具。10年里，LED灯具可以省下((900-300)/1000)*12*365*10=26280度电。电费取决于你所处的地方，以及用了多少电，什么时候用电。费用可能在12到50美分/度[17]。我们用15美分/度来估算，这是个合理的价格例子（你可以在你的电费帐单里，找到你的电价）。基于15美分/度的价格，LED灯具会省下3942美元电费。如果我们假定一个80W珊瑚灯管的价格是25美元，那么我们还将省下25*10*20=5000美元的替换灯管费用。10年里，你将总共省下8942美元。这是一个“最佳情况”的估算，我们还没有考虑很多其他的费用——例如去除缸内多余热量的冷水机，以及它的运转费用。此外，还有些钱以外的价值——例如10年里，不需要对灯具进行维护。所以，LED灯具在运转期内可以直接省下的费用就是灯具本身的好多倍了。换而言之，灯具相当于是免费的，在寿命范围内还会带来利益。

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优点3: 可以调节亮度和光谱


当使用调光驱动器时，LED的发光是很容易被调节的。爱好者常常使用特殊的控制器来模拟日出日落，就像自然界里一天的光照变化一样。值得一提的是，赤道地区的日出和日落要比较高纬度地区的要快很多，而且白天和黑夜是等长的（即永远是12小时光照期）。请看下图12[20]：

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图 12 图例显示了一天里的不同时间对光线入射角的影响，由NASA Earth Observatory提供

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水面的实际光照受多个因素影响，比如云层，空气中的水汽含量，气流等。大堡礁普通一天的日照测量数据如图13[21]：