Wozu wird Pflanzenbeleuchtung eingesetzt?
Licht ist neben Wasser und Kohlendioxid einer der wichtigsten Bausteine für das Pflanzenwachstum. Mithilfe des grünen Chlorophylls wandeln die Pflanzen Sonnenlicht in Nährstoffe um – dies ist der allseits bekannte Prozess der Fotosynthese. Wenn nicht ausreichend qualitätsvolles Licht an die Blätter kommt, verkümmert das Wachstum und die Pflanze wird weniger kräftig.
Aus diesem Grund kommt in der Pflanzenzucht manchmal künstliches Licht zum Einsatz. Möchte man beispielsweise Gemüse und Kräuter im Winter vorziehen, dann muss auf professionelle Pflanzenbeleuchtung zurückgegriffen werden.
Welches Licht benötigen Pflanzen?
Allerdings ist Licht nicht gleich Licht. Denn physikalisch gesehen besteht es aus elektromagnetischen Wellen. Die Länge dieser Wellen bestimmt die Lichtfarbe und nicht jede Farbe kann gleichermaßen gut für die Photosynthese genutzt werden. Der für Pflanzen nutzbare Bereich heißt PAR (photosynthetically active radiation) und liegt zwischen Wellenlängen von 380 bis 780 Nanometern. Außerdem ist das grüne Licht im mittleren Bereich weniger effektiv, da dieses Großteils von den grünen Blättern reflektiert wird.
Um zu messen, wie viel für die Pflanze nützliches Licht eine Lampe ausstrahlt, greift man auf den PPFD-Wert zurück: Dieser gibt an, wie viele Photonen der effektiven Wellenlängen ausgestrahlt werden. Für den Vergleich von Pflanzenlampen sollte also stets der PPFD-Wert herangezogen werden, denn nur dieser gibt an, wie viel wachstumsrelevantes Licht emittiert wird. Die Wattzahl oder Lumenzahl ist hier nur begrenzt aussagekräftig.
Welche Lampen waren bislang bei der Pflanzenzucht im Einsatz?
Bis vor Kurzem wurde eine Reihe unterschiedlicher Leuchtmittel für den Indoor-Pflanzenanbau verwendet. Das Problem war jedoch, dass jene Lampen mit hoher Leuchtkraft auch einen sehr hohen Stromverbrauch und eine starke Wärmeentwicklung aufwiesen. Sehr verbreitet waren bzw. sind die folgenden Lichtquellen:
- Leuchtstoffröhren: Sie verbrauchen vergleichsweise wenig Strom, erzeugen aber keine große Helligkeit. Für viele Anwendungsbereiche der Pflanzenzucht benötigt man Lampen mit einer höheren Lichtausbeute.
- Metallhalogendampflampen: Sie sind um einiges heller als die Leuchtstoffröhren und emittieren ein weißes Licht, das dem natürlichen Sonnenlicht nahekommt. Der Stromverbrauch ist jedoch hoch und die Lampen werden relativ heiß.
- Natriumdampflampen: Sie haben die beste Lichtausbeute von allen Pflanzenlampen und werden deshalb sehr gern eingesetzt, wenn das Sonnenlicht komplett ersetzt werden muss. Allerdings haben sie einige Nachteile: Natriumdampflampen werden sehr heiß und es bedarf deshalb eines zusätzlichen leistungsfähigen Kühlsystems. Außerdem fressen sie sehr viel Strom und ihr Licht bewegt sich eher im rötlichen Spektralbereich, was für das Wachstum der meisten Pflanzen nicht ideal ist.
Wie funktionieren LED-Lampen?
Um die LEDs (Light Emitting Diodes) zum Leuchten zu bringen, wird Strom durch einen beschichteten Chip geleitet. Dieser Chip enthält Halbleiterkristalle, die unter elektrischer Spannung zu leuchten beginnen. Eine einzelne Diode leuchtet dabei immer in einer speziellen Farbe, durch die Kombination mehrerer Dioden kann die Lichtfarbe präzise bestimmt werden.
Die Anfänge der LED-Technologie reichen rund 100 Jahre zurück, allerdings kam es erst in jüngerer Vergangenheit zu einigen wichtigen Entwicklungen. So hat in den letzten 20 Jahren die Effizienz der Lichtgewinnung stark zugenommen. Auch die Bandbreite der Lichtfarben hat sich erweitert: Mittlerweile sind LEDs in zahlreichen Farben erhältlich, durch eine spezielle Technik sogar im neutralen Weiß.
Worin unterscheidet sich die LED-Lampe von althergebrachten Lampen?
Noch sind LED-Systeme bei der Anschaffung um einiges teurer als beispielsweise Natriumdampflampen. Allerdings schneiden die LED-Lampen bei einigen Gebieten weitaus besser ab als herkömmliche Pflanzenlampen:
- Genau abstimmbares Lichtspektrum: Durch die Mischung verschiedener LEDs lässt sich die Lichtfarbe genau auf die Bedürfnisse der Pflanze abstimmen. Somit kann Licht mit hohem Blau- oder Rotanteil produziert werden und das nicht effektive grüne Licht kann ausgespart werden. Die LEDs leuchten also nicht mehr nach dem „Gießkannenprinzip“, sondern erzeugen genau die Spektren, die von der Pflanze verwertet werden. LED-Systeme zeichnen sich daher durch besonders hohe PPFD-Werte aus.
- Anpassung an verschiedene Wachstumsphasen: Die optimale Lichtfarbe variiert bei vielen Pflanzen abhängig von der Wachstumsphase, in der sie sich befinden. Mit LEDs kann man auf diese unterschiedlichen Bedürfnisse eingehen. Viele LED-Pflanzenleuchten verfügen beispielsweise über einen Schalter, um zwischen Vegetations- und Blütephase zu wechseln.
- Geringe Wärmeentwicklung: LED-Lampen werden im Betrieb kaum warm, was besonders im Vergleich zur Metallhalogen- bzw. Natriumdampflampe einen großen Vorteil darstellt. Dadurch lässt sich zusätzlich einiges an Geld und Energie einsparen, das man ansonsten für Kühlung ausgeben müsste. Zudem bietet es den Vorteil, dass die Lampen näher an den Pflanzen platziert werden können.
- Geringer Stromverbrauch: LED-Systeme sind außerdem wesentlich sparsamer als Natriumdampflampen, was den Stromverbrauch betrifft: Die Stromkosten lassen sich bis zu 80 % reduzieren. Somit sind bei längerem Betrieb auch die laufenden Kosten einer Beleuchtung mit LED geringer als bei anderen Lampen.
LEDs – die Pflanzenbeleuchtung der Zukunft?
Durch jüngste Entwicklungen hat sich die LED-Technologie also zur ernsthaften Alternative im Bereich der Pflanzenlampen gemausert. Mittlerweile können LEDs in punkto Lichtausbeute fast mit den althergebrachten Natriumdampflampen mithalten und sind darüber hinaus deutlich stromsparender.
Besonders bei der präzise dosierbaren Lichtfarbe zeigt sich die Stärke der LEDs, hier scheint noch einiges an Potenzial verborgen zu liegen: Mit noch besser angepassten Wellenlängen und höheren PPFD-Werten ließe sich das Wachstum einiger Pflanzen vermutlich signifikant verbessern. Abzuwarten bleibt, ob der derzeit höhere Anschaffungspreise noch sinkt und die LEDs andere Beleuchtungsarten in Zukunft ganz verdrängen können.
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