Wie funktionieren LED Wachstumslampen?

Was Sie über LED Grow Lampen wissen sollten. Energieeffiziente LED-Wachstumslampen sind die Beleuchtung der Zukunft in der Landwirtschaft.

Sie sind nicht nur sparsam im Verbrauch, sondern bringen auch bessere Pflanzen hervor, im Vergleich zu allen herkömmlichen Beleuchtungsoptionen.

In diesem Artikel können Sie nachlesen, wie die LED-Grow Lamps funktionieren, wie sie das Pflanzenwachstum beeinflussen und welche Vorteile die LED-Lampen gegenüber der bisher am weitesten verbreiteten künstlichen Beleuchtung in der Landwirtschaft – den HPS-Lampen – haben.

Was sind LEDs und wie funktionieren sie?

LEDs (Light Emitting Diode) sind kleine elektronische Bauteile, die aus zwei verschiedenen Arten von Halbleitermaterial bestehen, von denen das eine, eine negative Ladung hat, und das andere eine positive Ladung aufweist.

Wenn Spannung über eine LED angelegt wird, beginnt elektrischer Strom durch sie zu fliessen, wodurch Elektronen beginnen zu kollidieren und Energie in Form von Photonen, Lichtquanten, in einem Prozess freisetzen, der Rekombination genannt wird.

Die ersten LEDs hatten eine relativ geringe Lichtleistung und eine begrenzte Auswahl an Farben, während moderne LEDs eine hohe Helligkeit haben und in verschiedenen Farben im sichtbaren, infraroten und ultravioletten Spektralbereich erhältlich sind.

Was sind LED-Wachstumslampen?

Wie der Name schon sagt, sind LED-Pflanzenlichter Leuchten, bei denen LED-Chips auf moderne und effiziente Weise eingesetzt werden, um Licht für das Pflanzenwachstum zu erzeugen.

LED-Wachstumslampen gibt es in vielen Formen und Grössen, aber als die wesentlichsten Einheiten von LED-Wachstumslampen haben LED-Chips den grössten Einfluss auf die Qualität des Lichts, d.h. auf das Spektrum (Farben) und den erzeugten Photonenfluss („Helligkeit“).

Da Hersteller von LED-Wachstumslampen die LEDs auswählen können, die sie in ihren Lampen verwenden, ist es wichtig zu verstehen, welche Art von LED-Wachstumslampen am besten für die spezifische Anwendung geeignet ist.

Einer der Vorteile von LED-Zuchtleuchten, im Vergleich zu traditionellen Beleuchtungslösungen ist die Fähigkeit, das Licht auf die Bedürfnisse der Pflanzen abzustimmen.

Was ist die Wirkung von LED Grow Lampen auf Pflanzen?

Verschiedene Studien haben gezeigt, dass bestimmte Farben das Pflanzenwachstum beeinflussen und die Wurzel- und Blütenbildung (blaue und rote Lichtspektren) beeinflussen, was praktisch bedeutet, dass die meisten Pflanzensorten einen normalen Wachstumszyklus durchlaufen, wenn sie sowohl blauem als auch rotem Licht ausgesetzt werden.

Die Hinzufügung anderer Farben zum Spektrum, wie z.B. Grün, Tiefrot und Tiefblau, unterstützt diesen Prozess, indem den Pflanzen mehr Informationen über ihre Umgebung gegeben werden, was insgesamt zu qualitativ hochwertigeren Pflanzen führen kann.

Ein Spektrum, das alle Farben enthält, wird als Vollspektrum bezeichnet und ähnelt weitgehend dem Sonnenlicht.

Wenn es einen hohen Grünanteil hat, erscheint das Licht für das menschliche Auge weiss, und obwohl es kein entscheidender Faktor für das Pflanzenwachstum ist, erleichtert es doch die Arbeit um diese Lichter herum und ermöglicht die visuelle Inspektion der Pflanzen.

Weisses, rotes oder blaues Licht?

Ihre Pflanze wird mit Sicherheit sowohl blaues als auch rotes Licht benötigen. Wie Sie sich vielleicht an früherer Stelle in diesem Artikel erinnern, werden die blauen Lichter die Entwicklung der Vegetation Ihrer Pflanze fördern. Rote Lichter bringen Ihre Pflanze zum Blühen.

Was ist mit weissem Licht? Sie können es als zusätzliche Quelle nutzen, um die Pflanzen wachsen zu lassen, aber nicht von allein.

Die Lichtwellenbänder, die Pflanzen für ihr Wachstum benötigen, sind auch für das menschliche Auge sichtbar.

Dieser Bereich, gemessen in Nanometern, beginnt bei 380 Nanometern und reicht bis zu etwa 720 Nanometern. Rotes Licht kommt bei 690 Nanometern und blaues Licht bei etwa 450 Nanometern herein.

Wenn Sie LED-Zuchtlichter für diese Farben verwenden, dann ist, wie wir bereits erwähnt haben, etwas weisses Licht gut. Es erleichtert die Arbeit an den Pflanzen und man sieht allfällige Veränderungen an den Pflanzen besser

Könnte man weisses Licht allein verwenden?

Nicht so gut. Dieses Licht erzeugt nur Wellenlängen zwischen 450 und 550 Nanometer.. Wenn Sie also ausschliesslich weisses Licht verwenden, werden Ihre Pflanzen nicht wirklich wachsen.

Wie reagieren Pflanzen auf verschiedene Lichtfarben?

Ultraviolett: Ist eine Schutzmassnahme bei hohen Lichtverhältnissen und Anregung von insektenabweisenden Chemikalien. Verstärkt die Pigmentansammlung in den Blättern, beeinflusst die Blatt- und Pflanzenmorphologie.

Blau: Signal für fehlende Nachbarn, keine Notwendigkeit, um Licht zu konkurrieren. Stimuliert die Öffnung der Stomata, die Hemmung der Stängelverlängerung, dickere Blätter, die Orientierung am Licht und die photoperiodische Blüte.

Was sind die Stomata?

Die Spaltöffnungen der Epidermis werden Stomata genannt. Die Stomata dienen zum internen und externen Gasaustausch einer Pflanze.

Sie besteht aus zwei Schliesszellen, die um eine Öffnung in der Blattunterseite angeordnet sind.

Was ist die Epidermis?

Die Epidermis ist das primäre Abschlussgewebe von Sprossachse und Blättern bei höheren Pflanzen. Also wie beim Menschen vergleichbar mit der Haut.

Was ist die Photoperiode bei Pflanzen?

Die Photoperiode oder die unterschiedliche Zelldehnung, die ein Pflanzenorgan als Reaktion auf blaues Licht zeigt, bietet der Pflanze ein Mittel zur Optimierung der photosynthetischen Lichteinfangleistung im Luftbereich und der Wasser- und Nährstoffaufnahme in den Wurzeln.

Die tägliche Belichtungszeit (Photoperiode), bestimmt, ob bestimmte Gestaltänderungen oder biologische Aktivitäten stattfinden können oder nicht.

Grün: Signal der Nachbarn, Konkurrenz um Licht. Reaktionen entgegengesetzt zu blauem Licht; Stomatalverschluss, einige Schattenvermeidungssymptome, verstärkte Photosynthese in tieferen Zellschichten.

Rot: Fehlen des Nachbarn-Signals. Hauptkomponente, die für die Photosynthese benötigt wird, Hemmung der Stammdehnung, Signallicht

Es ist wichtig zu berücksichtigen, dass verschiedene Pflanzen unterschiedlich auf verschiedene Lichtbehandlungen reagieren (sogar verschiedene Stämme der gleichen Pflanze).

Darüber hinaus kann eine Pflanze in der Blütephase eine andere Lichtbehandlung erfordern als im vegetativen Stadium.

Wenn es um das Licht selbst geht, können unter anderem folgende Parameter verändert werden:

  • Lichtspektrum (die Kombination der Farben, die zur Erzeugung des Lichts verwendet werden)
  • Photoperiode (Anzahl der Stunden, die eine Pflanze innerhalb einer 24-Stunden-Periode dem Licht ausgesetzt ist)

Das heisst, Profi Anwender von LED-Wachstumslampen sollten bei der Anzucht von Nutzpflanzen einen massgeschneiderten Ansatz verfolgen, da jede Pflanzenart unterschiedliche Bedürfnisse hat.

In der Praxis bedeutet dies, dass Versuche durchgeführt werden müssen, bevor man in die Grossproduktion geht.

Eine Alternative dazu ist der Kauf der LED-Wachstumslampen von Firmen, die sich der Forschung verschrieben haben und diese Daten ihren Kunden zur Verfügung stellen.

Für den Hobby Anwender reichen in der Regel die rot/blauen LED Pflanzenlichter. Die meisten nutzen die LED Grow Lampen für die Anzucht im Hause, um so einen Wachstumsvorsprung zu haben, wenn die Zeit für die Anpflanzung im Freien kommt.

Geschichte der Wachstumslampen

In ihrem Anfangsstadium wurde die LED-Technologie als eher unpraktisch und kostenineffizient wahrgenommen. Mit den neuesten technologischen Fortschritten ist die Produktion von LED-Wachstumslampen kosteneffizient geworden.

Zudem erleichterte die Palette der verfügbaren LED-Chip-Typen die Entwicklung einer effizienteren Pflanzenzuchtindustrie.

Wenn sie mit den traditionellen HPS-Systemen (HPS = High-Pressure-Sodium) eingesetzt werden, gewinnen LEDs in Bezug auf die Energieeffizienz, die Qualität der angebauten Pflanzen und die Umweltfreundlichkeit.

LEDs sind einfache, aber leistungsstarke, energieeffiziente Pflanzenwachstumslampen im Vergleich zu den überwiegend verwendeten HPS-Lampen, die allmählich als sperrig, aber weniger robust sind.

HPS-Lampen haben eine kürzere Lebensdauer, was sie auf lange Sicht teurer macht. Die von HPS-Lampen abgegebene Wärme ist in Gewächshäusern manchmal gut und effektiv, macht sie aber für vertikale Betriebe oder Wachstumskammern praktisch unbrauchbar.

LEDs schalten schneller, sind viel kleiner in der Grösse und werden als vorteilhafter für die Umwelt empfunden.

Darüber hinaus geben LED-Wachstumslampen weniger Wärme ab, was sich auf den Feuchtigkeits- und Nährstoffbedarf der Pflanzen auswirkt.

Die geringe Wärmemenge, die abgegeben wird, wird nach oben und weg von den Pflanzen abgegeben, im Gegensatz zu HPS, wo die Wärme direkt auf die Pflanzen geht, wodurch die Oberflächentemperatur der Blätter erhöht und die Pflanzen manchmal verbrannt werden.

Das sind die Vorteile von LEDs im Vergleich zu den herkömmlichen HPS-Lampen:

– Sparsamer Stromverbrauch – LED-Wachstumslampen verbrauchen bis zu 50% weniger Energie, als HPS-Systeme. Die Zukunft wird eine noch höhere Ernergieeffizienz bringen.

– Längere Lebensdauer/Lampenhaltbarkeit – LEDs haben im Vergleich zu den HPS-Lampen eine längere Lebensdauer. LEDs könnenr bis zu 8 Jahre halten (was 50 000 Betriebsstunden entspricht), im Vergleich von ca. 1 Jahr der HPS Lampen.

– Geringerer Platzbedarf – die LED-Wachstumslampen können näher an die Pflanzen gesetzt werden. Wodurch weniger Licht an anderer Stelle verloren geht.

– Energieeffizienz – mit LED-Wachstumslampen ist es möglich, das Spektrum zu optimieren, indem die Energie auf die Wellenlängen (Farben) konzentriert wird, die für die jeweilige Anwendung und Pflanze am vorteilhaftesten sind

– Brandsicherheit – da LEDs im Vergleich zu den herkömmlichen HPS-Lampen weniger warm werden, sind sie sicherer in der Anwendung

– Dimmen – während die meisten HPS-Lampen die volle Lichtintensität nutzen, können LED-Growlights sogar mit einer Fernbedienung oder über eine App gedimmt werden und sind daher einfacher zu handhaben.

– Bessere Ernten – verschiedene Versuche haben gezeigt, dass LED-Leuchtmittel im Vergleich zu HPS-Leuchtmitteln zu besseren Ernten führen, da die Pflanzen grösser werden und schneller wachsen.

– Mehr Sicherheit im Gewächshaus – aufgrund der Tatsache, dass weniger Wärme abgestrahlt wird und dass UV-Licht in LED-Lampen hinzugefügt werden kann, besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit für Bakterien- und Schimmelbildung, was in der Folge weniger Pestizide und weniger Umweltverschmutzung bedeutet.

Rot/blau oder Vollspektrum Pflanzenlicht?

Wenn die Grow Lamps im Gewächshaus eingesetzt werden, um das fehlende Licht bei schlechtem Wetter auszugleichen oder bei kurzen Tagen im Winter die Lichtdauer zu erweitern, reicht die rot/blau Variante.

Wenn die Sonne scheint und die LEDs eingeschaltet sind, werden die Pflanzen dem vollen Spektrum ausgesetzt.  Denken Sie daran, dass LED Licht im Gewächshaus nur als Ergänzung dient.

Die meisten kommerziellen Gewächshausanbauer, die in Beleuchtung investieren, investieren nur in zusätzliches Licht.

Das bedeutet, dass sie die meiste Zeit des Jahres ihre Gewächshausbeleuchtung nicht oder nur für eine kurze Tageszeit nutzen.  Stattdessen verlassen sie sich darauf, dass die Sonne die meiste Energie für die Pflanzen liefert.

Die Wissenschaft unterstützt die Tatsache, dass die Farben, die von Pflanzen am meisten absorbiert werden, um die Photosynthese zu fördern, rot und blau sind.

Das bedeutet, dass die übrigen Lichtfarben eine höhere Lichtintensität benötigen, um die gleichen Photosynthesestufen auszulösen, die von roten und blauen LEDs erreicht werden.

Die Photosynthese ist der wichtigste Prozess bei Pflanzen, der Wachstum und Entwicklung steuert. Durch die Verwendung von rotem und blauem Licht können Sie sicher sein, dass Sie auf der sicheren Seite sind.

Wenn die LED-Lampen ausschliesslich Indoor und bei Hydroponic Systemen eingesetzt werden, da könnte es sich lohnen Voll-Spektrum Pflanzenlichter und evtl. UV LED’s einzusetzen.

Wichtige Pflanzenlicht Definitionen:

Zusätzliches Licht

Eine Strategie, die in der kommerziellen Gewächshausproduktion verwendet wird, um die Pflanzenproduktion in Zeiträumen mit geringer Sonneneinstrahlung durch Hinzufügen von Photonen aus elektronischen Beleuchtungskörpern zu steigern.

Tageslicht-Integral

Beschreibt die Anzahl der photosynthetisch aktiven Photonen, die über einen Zeitraum von 24 Stunden an ein bestimmtes Gebiet abgegeben werden. Diese Variable ist besonders nützlich, um die Lichtumgebung von Pflanzen zu managen.

Lichteffizienz

Beschreibt die Lichteffizienz:  Die geeignete Metrik für die Beleuchtung von Pflanzen ist die photosynthetische Photonenausbeute (PPE).

Dies ist die PAR-Photonenausgabe (Einheit von Mikromol pro Sekunde, oder μmol-s-¹) geteilt durch die Eingangsleistung (Watt, oder W) zur Erzeugung dieses Lichts.

So wird die Einheit zu μmol-s-¹-W-¹, und da ein Watt (W) gleich einem Joule pro Sekunde (J-s-¹) ist, kann das Verhältnis vereinfacht werden zu μmol-J-¹ (μmol pro Sekunde/Joule pro Sekunde).