Konventionelle Hochdruck-Entladungslampen kommen aufgrund ihrer wirtschaftlichen Rentabilität weiterhin vorherrschend als künstliche Lichtquelle in der Gartenbauindustrie zum Einsatz. Sie bieten ein gleichmäßiges und für das Pflanzenwachstum ausreichendes Spektrum. Eine immer kostengünstigere Produktion bei den LEDs führt jedoch zunehmend dazu, dass diese die Lücke zu den traditionellen entladungsbasierten Beleuchtungstechnologien immer weiter schließen können. Leuchtdioden stellen mittlerweile eine wirtschaftlich sinnvolle Alternative zu den herkömmlichen Lichtquellen dar, insbesondere für hochwertige Kulturen, was zu einem großen Hype um die zu erzielenden Ergebnisse führt.

Vorteile der LED-Beleuchtung

Bild 1: Der Horticulator ist über eine Online-Plattform erreichbar und bietet viele Einstellungsmöglichkeiten.

Bild 1: Der Horticulator ist über eine Online-Plattform erreichbar und bietet viele Einstellungsmöglichkeiten für Lichtrezepte. Würth

Zweifellos haben LEDs mehrere Vorteile. Die abgestrahlte Wärme ist stark reduziert, was den Züchtern eine bessere Kontrolle über das Klima in Gewächshäusern ermöglicht. Dadurch lassen sich die Lampen auch näher an den Pflanzen platzieren, ohne dass die Gefahr des Austrocknens besteht. Aufgrund dieser flexiblen Platzierung können LEDs auch eine gleichmäßigere Lichtverteilung auf einer Anbaufläche erreichen. Diese Vorteile haben wesentlich zur Entwicklung der vertikalen Landwirtschaft beigetragen, bei der einzelne Pflanzbeete übereinander platziert sind. Ein Panel oder eine Reihe von LEDs beleuchtet hierbei jedes einzelne Pflanzbeet, was die Raumausnutzung stark verbessert. Es besteht sogar die Möglichkeit, auf verschiedenen Ebenen unterschiedliche Wachstumsphasen unabhängig voneinander zu pflegen. Zusammen mit anderen Methoden wie Hydroponik und Aquaponik hat dies zu einem großen Hype um die Umstellung der Landwirtschaft auf Techniken und Methoden geführt, wodurch sich die Produktivität und Effizienz der Raum- und Wasserressourcen drastisch steigern lässt. Gleichzeitig können Landwirte so die Abfallmengen reduzieren und die Nahrungskette revolutionieren.

Eck-Daten

Trotz vieler Vorteile wie zum Beispiel einer geringeren Wärmeentwicklung oder besseren Steuerbarkeit konnten sich LEDs aufgrund ihrer wirtschaftlich geringen Rentabilität lange nicht gegen konventionelle Hochdruck-Entladungslampen im Bereich der Horticulture durchsetzen. Jüngste Fortschritte in der Entwicklung und Herstellung konnten jedoch für einen neuen Auschwung der LEDs sorgen, sodass mittlerweile sogar ganze Lichtrezepte auf Online-Plattformen zum Download bereitstehen und dem Nutzer eine breite Palette an Einsatzmöglichkeiten anbieten.

Eine LED-Beleuchtung hat eine höhere Effizienz als herkömmliche Lichtquellen, da sie geringere Verluste (zum Beispiel Wärmeentwicklung) aufweist und somit die Betriebskosten reduziert. Darüber hinaus entwickeln sich die LED-, Halbleiter- und Emissionstechnologien kontinuierlich weiter, zusammen mit dem gewonnenen Wissen der Pflanzenbiologie und den Reaktionen auf Licht verschiedener Wellenlängen.

LEDs bieten den Vorteil einer sehr guten Steuermöglichkeit der Wellenlänge und Lichtintensität, was zur Entwicklung von berechneten Lichtrezepten führt. LEDs sind monochromatisch, das heißt es lassen sich verschiedene Wellenlängen in einer Leuchte in unterschiedlichen Verhältnissen einsetzen, um das Lichtspektrum in Abhängigkeit von der jeweiligen Sorte und dem gewünschten Effekt einzustellen. Eine Vielzahl von Forschungsberichten berichtet über optimiertes Wachstum und Kontrolle von Prozessen in Pflanzen, die bei der Verwendung von Rezepturen mit abgestimmtem Licht Geschmack, Farbe und Haltbarkeit beeinflussen. Darüber hinaus haben LEDs einen Vorteil in der pharmazeutischen Pflanzenindustrie, wo sich die Produktion sekundärer Stoffwechselprodukte mit bestimmten Lichtwellenlängen stimulieren lässt. All dies ist auf die Möglichkeit zurückzuführen, das ausgestrahlte Licht so zu gestalten, dass es den Anforderungen der Pflanzen entspricht, um Aussehen und die Wachstumsrate der Pflanzen zu optimieren, was den Marktwert erhöht und die Erträge der Pflanzenzüchter weiter steigert.

Der Horticulator

Bild 2: Die WL-SMDC Serie umfasst Wellenlängen von 450 nm (Deep Blue), 660 nm (Hyper Red) und 730 nm (Far Red).

Bild 2: Die WL-SMDC-Serie umfasst Wellenlängen von 450 nm (Deep Blue), 660 nm (Hyper Red) und 730 nm (Far Red). Würth

Redexpert ist eine Online-Plattform, zu der auch der Horticulator gehört (Bild 1). Hier besteht die Möglichkeit benutzerdefinierte, Lichtrezepte im intuitiven Tool einzustellen. Dazu muss der Nutzer lediglich die Wellenlänge und Anzahl der LEDs sowie den Arbeitsstrom und die Temperatur festlegen. Anschließend erfolgt die Generierung wichtiger biologischer und elektrischer Parameter, um den Ingenieur über die Strahlungsflussleistung (zum Beispiel PPF) und die elektrischen Anforderungen (zum Beispiel Vorwärtsspannung) zu informieren, wobei weitere Detailinformationen über die Produkte über Links verfügbar sind, die zu den Datenblättern der Produkte führen. Nach der Auswahl eines Lichtrezeptes sind kostenlose Muster direkt über das Tool erhältlich.

Zusätzlich zu den traditionellen Wellenlängen der farbigen und weißen LEDs umfasst das Sortiment der WL-SMDC-Produktserie Wellenlängen von 450 nm (Deep Blue), 660 nm (Hyper Red) und 730 nm (Far Red), welche entsprechend den Absorptionsspektren photosynthetischer Pigmente selektiert sind (Bilder 2 und 3). Mit diesem Wellenlängenbereich sind vielfältige Kombinationen möglich, die sich auf die jeweilige Zielsorte abstimmen lassen.

Bild 3: Die Emissionsspektren der WL-SMDC-LEDs überlagert mit den Absorptionsspektren der photosynthetischen Pigmente.

Bild 3: Die Emissionsspektren der WL-SMDC-LEDs, überlagert mit den Absorptionsspektren der photosynthetischen Pigmente. Würth

All diese Vorteile haben aber auch zu spezifischen Nischenanwendungen geführt. In privaten Haushalten ist es nun möglich, energiesparende Beleuchtungen einzusetzen, wodurch jeder selbst gezüchtete, frische und ökologische Lebensmittel das ganze Jahr über in seinem eigenen Haus anbauen kann.

Referenzdesign für LED-Treiber

Würth Elektronik bietet auch ein Referenzdesign für einen 86-W-LED-Treiber an. Der Treiber kann vier LED-Kanäle steuern, die unabhängig voneinander und synchron dimmbar sind (0 – 100 Prozent). Möglich macht dies das Elektronik-MagI³C-LDHM-LED-Step-Down-High-Current-Modul, welches Eingangsspannungen von 18 bis 48 V bei einem Ausgangsstrom von 0 bis 450 mA bereitstellt. Die PWM-Dimmung ist über ein Potentiometer (analog), eine Taste (digital) oder über ein angeschlossenes drahtloses Gerät (Bluetooth) steuerbar. Die Bluetooth-Verbindung erfolgt über das Proteus-I Bluetooth-Modul. Lichtrezepte sind in der frei verfügbaren App We-lluminate gespeichert und abrufbar. Das Design erfüllt die EMV-Normen (EN55015) und lässt sich problemlos um zusätzliche Kanäle erweitern, die unabhängig voneinander oder mit anderen Kanälen über den PWM-Ausgang steuerbar sind. Entwickler können darüber hinaus das System problemlos neu konfigurieren oder an die Kundenanforderungen anpassen.