Horticulture-LED

Bild 1: Charakteristische Absorptionsspektren verschiedener Pigmente für die Photosynthese. Würth Eisos

Bild 2: Die Emissionsspektren der WL-SMDC-LEDs überlagern mit den Absorptionsspektren der photosynthetischen Pigmente. Würth Eisos

Ein Großteil der Gewächshausanlagen weltweit nutzt natürliches Licht. Doch der Trend geht in eine andere Richtung: Durch die Fortschritte in den Bereichen Beleuchtung, Beheizung, Bewässerung und Steuerung können in geschlossenen Räumen riesige, künstlich beleuchtete Gewächshäuser errichtet werden. Im Vergleich zu konventioneller Landwirtschaft und Low-Tech-Gewächshäusern erzielen diese smarten Indoor-Gewächshäuser deutlich höhere Erträge auf derselben Anbaufläche und bei geringerem Wasserverbrauch. Dank gesunkener Preise und technischer Weiterentwicklung verdrängen hier Leuchtdioden andere Leuchtmittel. Sie sind klein, robust, langlebig und energieeffizient. Und fast noch wichtiger: LEDs bieten die Möglichkeit, Licht spezifischer Wellenlängen zu emittieren. Im Erwerbsgartenbau eröffnen LEDs riesige Potenziale.

Auf die Farben kommt es an

Wie wirkt Licht verschiedener Wellenlänge auf Pflanzen? Pflanzen nutzen nur bestimmte Lichtfrequenzen für die Photosynthese. Diese Frequenzen stehen im Zusammenhang mit den Absorptionseigenschaften verschiedener Pigmente, die in den Chloroplasten genannten Zellorganellen eingebunden sind. Die unterschiedlichen Pigmente beeinflussen hierbei verschiedenste Pflanzenentwicklungsschritte. Die meisten dieser Pigmente absorbieren Licht in den Wellenlängen, die den Farben Blau und Rot entsprechen. Deshalb erscheinen die meisten Blätter grün, da diese Wellenlängen zu einem geringen Teil absorbiert werden. Die wichtigsten Pigmente sind Chlorophyll A, Chlorophyll B und die Carotinoide.

Die von diesen vorwiegend absorbierten Wellenlängen werden als photosynthetisch aktive Strahlung (englisch: Photosynthetically Active Radiation; PAR) bezeichnet und umfassen einen Bereich von 400 bis 700 nm. Darüber hinaus gibt es die Phytochrome, das sind Photorezeptoren, die in den Pflanzen zahlreiche Prozesse – zum Beispiel Wachstumsrichtung oder Blütenöffnung – steuern und Licht der Wellenlängen 660 und 730 nm absorbieren. Welche Wellenlänge was steuert, hängt von der Pflanzengattung ab und kann zudem auch von Sorte zu Sorte unterschiedlich sein.

Pflanzenwachstum mit LEDs steuern

Man darf sich bei den LEDs nicht auf rot und blau beschränken, auch wenn sie das meiste „Futter“ liefern. Dunkelrotes Licht (englisch: Far Red Light) (720 bis740 nm) zum Beispiel, das sich im Infrarot-Spektrum befindet, beeinflusst die Keimung und kann die Blütezeit von Pflanzen verkürzen, aber auch im Rahmen der Schattenflucht das Längenwachstum fördern. Wer Pflanzen mithilfe spezifischer Lichtwellenlängen im Sinne der Ertragssteigerung beeinflussen will, braucht für alle Spektren eigene LEDs und eine Steuerung für diese „Lichtorgel“.

Für einen Elektronikbauteilehersteller wie Würth Elektronik Eisos bedeutet das: Um LEDs für Gartenbauanwendungen bereitzustellen, braucht es weit mehr Farben als sonst. Die SMT-bestückbare Mono-Color-Keramik-LED-Produktfamilie WL-SMDC bekam zu den üblichen Farben Blau, Gelb, Grün und Rot die Wellenlängen von 450 nm (Deep Blue), 660 nm (Hyper Red) und 730 nm (Far Red) hinzu. Ein Vergleich der Emissionsspektren der LEDs mit den Absorptionsspektren der Photosynthese-Pigmente zeigt, wie mit diesen Leuchtmitteln die Bedürfnisse der Pflanzen erfüllt werden können. Mit solchen „Horticulture-LEDs“ ist es für spezialisierte Hersteller von Beleuchtungsanlagen möglich, mit immer wieder neuen Wellenlängenkombinationen speziell für bestimmte Arten und sogar auf Sorten abgestimmte Lichtspektren zu finden. Auch die gewünschten Eigenschaften von Pflanzen gehen in die Erforschung der „Lichtmixturen“ ein. Zum Beispiel ist es wünschenswert, dass Salatgemüse dünne, leichte Blätter hat, während bei Aloe Vera möglichst dicke Blätter gefragt sind.

Fazit

Effizienz, Leistung, Lebensdauer und Preis haben dazu geführt, dass LEDs andere Lichtquellen zur Beleuchtung von Pflanzen in geschlossener Umgebung ablösen. Wer Lösungen in diesem Bereich anbietet, sollte allerdings darauf achten, dass er über LEDs mit geeigneter Wellenlänge (λ, nm), die ganze Bandbreite des Lichts, das Pflanzen nutzen und auf das sie reagieren, abdecken kann. Würth Elektronik Eisos bietet spezielle auf Gartenbautechnik abgestimmte LEDs und Design-In-Unterstützung für die optimale Steuerung der LEDs. Diese entscheidet, wie fein der Farbmix abgestimmt werden kann, um die Voraussetzung für noch effizientere Pflanzenzucht unter kontrollierten Bedingungen zu schaffen.

(ah)