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Wie funktioniert eine LED-Pflanzenleuchte?

Aufbau einer Leuchtdiode:

Zentrales Element einer LED-Pflanzenleuchte sind die Leuchtdioden. Diese bestehen aus vier verschiedenen Elementen:

  • LED-Chip
  • Napf oder auch Reflektorwanne genannt (mit Kathode verbunden)
  • Bonddraht (mit Anode verbunden)
  • Kunststoff-Linse, die alle Elemente vereint und sichert

LED-Pflanzenlampe

Quelle: Wikipedia

Das leuchtende Element ist dabei der LED-Chip. Dieser besteht aus zwei Schichten von Halbleitermaterialien.  Das sind Materialien, die den Strom nur in eine Richtung leiten. Die unterer Schicht weist einen Elektronenüberschuss (mehr Elektronen – als Protonen + ) auf. Die obere Schicht weist hingegen einen Elektronenmangel (weniger Elektronen – als Protonen +) auf. Dadurch dass beide Materialien übereinander liegen gleicht sich die Elektronenverteilung aus und der Chip ist neutral geladen. Leitet man jedoch Strom durch diesen LED-Chip genügt schon eine sehr kleine Spannung um den Chip zum leuchten zu bringen. Je mehr Spannung man verwendet, desto heller leuchtet der Chip. Die Wellenlänge des Lichtes, sprich die Farbe des Lichtes, hängt dabei von den verwendeten Halbleitermaterialien ab. So lässt sich sehr gut jede Farbe bestimmen.

Aufbau einer LED-Pflanzenleuchte:

LED-Pflanzenlampen gibt es in verschiedenen Formen wie Paneele, Lichtstreifen oder als Leuchtmittel für Schraubfassungen. Die Gemeinsamkeit besteht darin, dass bei jeder Lampe mehrere LED´s verschiedener Wellenlängen (Farben) verbaut sind. Zudem werden LED-Growlights in der Regel ab einer gewissen Leistung durch einen Aluminiumkühlkörper und PC-Lüftern gekühlt. Paneele können zusätzlich miteinander verbunden werden, um auch größere Flächen optimal auszeichnet zu können.

Welche LED-Pflanzenleuchte ist für welche Pflanze geeignet?

Die Wellenlänge der Leuchtdioden spielt eine wesentliche Rolle bei LED-Pflanzenleuchten. Um dies zu verstehen muss man zunächst wissen welches Lichtspektrum eine Pflanze zum leben braucht und warum sie es braucht. Hierzu zur Vertiefung kurz der Vorgang der Photosynthese:

Photosynthese: Wie viele vielleicht schon wissen benötigt eine Pflanze Wasser, Kohlenstoffdioxid und Lichtenergie um daraus Glucose und Sauerstoff zu erzeugen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Photosynthese. Eine Pflanze kann ohne einen dieser drei Stoffe keine Photosynthese betreiben, sprich auch nicht wachsen. Folge: Die Pflanze stirbt.

Im Fall der LED-Pflanzenleuchte müssen wir nun wissen welches Licht die Pflanze braucht um Photosynthese zu betreiben. Hier zu Veranschaulichung zwei Diagramme:

LED-Planzenleuchten

Absorbtionsspektrum von Pflanzen

 

 

LED-Pflanzenleuchte

Hellempfindlichkeitskurve des Menschen

 

 

Aus diesen Vergleich sehen wir, dass wir Menschen das Licht anders sehen wie Pflanzen. Im grün-gelben Bereich von 500nm – 600nm absorbiert eine Pflanze eher weniger als bei Wellenlängen von 400-500nm und 600-700nm. Mit diesem Wissen können wir nun das Licht unserer LED-Pflanzenleuchte an die Pflanze anpassen. Hierbei sollten immer beide Spektralbereiche vorhanden sein, um wirklich wirkungsvoll zu sein. Ein weiterer Aspekt ist der Lichtbedarf der beleuchteten Pflanzenart. Die LED-Pflanzenlampe sollte auch an die Lichtverhältnisse der jeweiligen Pflanzenart angepasst werden. Hierzu müssen Sie den Lichtbedarf der gewählten Pflanzenart kennen.

Des Weiteren kann eine LED-Pflanzenleuchte an einen gewissen Anwendungsbereich optimiert werden. Die geht deshalb, da eine Pflanze im Wachstumstadium und in der Blütezeit verschiedene Wellenlängen bevorzugt absorbieren.

Achtung: Wird eine Pflanze nur künstlich belichtet ist eine LED-Planzenleuchte mit Vollspektrum (4-Band Spektrum) Voraussetzung, da alle vier Wellenlängen vorhanden sein müssen.

 

Wie erkenne ich ob eine LED-Pflanzenleuchte die richtigen Wellenlängen (Farben) hat?

Wie viele vielleicht vom herkömmlichen Lampenkauf wissen, ist für den Menschen vor allem der Lichtstrom , in Lumen ausgedrückt, und die Beleuchtungsstärke, in Lux ausgedrückt, ausschlaggebend. Dies trifft bei LED-Pflanzenleuchten jedoch eher weniger zu, da der Mensch das Licht anders wahrnimmt als Pflanzen. Bei Pflanzen ist die photosynthetische aktive Strahlung Par, in µmol/s ausgedrückt, ausschlaggebend. Viele Hersteller geben bei den Produktinformationen die Wellenlängen (nm), also die Farbe der LED´s, an. Diese Information ist sehr wichtig und ausschlaggebend ob sie mit der LED-Pflanzenleuchte Erfolg haben werden oder nicht. Wie schon erwähnt sind bei Pflanzen die Farben rot und blau relevant, da dort die größte Lichtaufnahme stattfindet. Bei LED-Pflanzenlampen gibt es zusätzlich eine Unterteilung in „Wachstum“ und „Blüte“ mit einen Überschuss der jeweiligen Farbe. Dazu einfach bei der Beschreibung schauen auf welche Farbe der Hauptfokus liegt. Bei LED-Pflanzenlampen mit Vollspektrum sind alle essenziellen Wellenlängen vorhanden, weshalb diese auch für eine reine künstliche Belichtung, wie z.B. in Growboxen, verwendet werden können.

Welche Kenngrößen gibt es bei LED-Pflanzenleuchten?

Photosynthetische aktive Strahlung PAR:

Als photosynthetische aktive Strahlung (englisch: photosynthetically active radiation – PAR) wird jene elektromagnetische Strahlung genannt, die von Pflanzen für die Photosynthese verwendet wird. PAR erstreckt sich in einen Bereich von 380nm – 780nm, wobei die Strahlung vom Chlorophyll im roten und blauen Spektralbereich großteils absorbiert wird. Grünes Licht wird hingegen großteils reflektiert und sorgt so für die grüne Farbe der Blätter. Hier eine Quelle zur Vertiefung und Einteilung.

Lichtstrom:

Als Lichtstrom wird jene elektromagnetische Strahlung genannt, die eine Lichtquelle in Form von sichtbaren Licht abgibt. Kurzum je höher der Lichtstrom, in Lumen (lm) angegeben, einer Lampe, desto heller leuchtet sie. Bei LED´s mit einer optischen Linse wird das Licht zusätzlich gebündelt, sodass zwar ein kleinerer Bereich ausgeleuchtet wird, aber mit einen höheren Lichtstrom.

Lichtstärke:

Als Lichtstärke, in Candela angegeben, bezeichnet man den Lichtstrom (Lumen) einer Lampe bei einen spezifischen Abstrahlwinkel. Wie wir bereits wissen strahlt eine Lichtquelle in verschiedene Richtungen, aber nicht jeder Lichtstrahl hat dieselbe Lichtstärke im Bezug auf ein spezifisches Objekt. So ergibt sich, dass der Lichtstrahl senkrecht zur belichteten Fläche die größte Lichtstärke hat. Demzufolge – je größer der Abstrahlwinkel, desto schwächer die Lichtstärke.

Mit folgender Formel kann die Lichtstärke berechnet werden:

Lichtstärke (Candela) = Lichtstrom (Lumen) / Abstrahlwinkel (Steradian)

Beleuchtungsstärke:

Die Beleuchtungsstärke, in Lux angegeben, gibt an wie viel Licht auf einer beleuchteten Fläche ankommt. In unseren Fall währen dies die Pflanzen. Die Beleuchtungsstärke hängt vom Abstand der LED-Pflanzenleuchte zur belichteten Fläche (Pflanze) und von der Lichtstärke (Candela) der Lampe ab.

Daraus ergibt sich die Formel:

Beleuchtungsstärke (Lux) = Lichtstärke (Candela) / Abstand (m)