Lichttypen für Indoor-Gärten (Natriumdampflampen oder Energiesparlampen?)
Während der Photosynthese absorbiert Chlorophyll die Energie der Lichtstrahlung und verwendet sie zur Synthese von Kohlenhydraten aus Kohlendioxid und Wasser.
Chlorophyll ist ein grünes Pigment, das in grünen Pflanzen, Cyanobakterien und einigen Algen enthalten ist. Chlorophyll gehört neben Phycobilinen und Carotinoiden zu den photosynthetischen Pigmenten, die jedoch eine andere Farbe haben und Energie aus einem anderen Teil des sichtbaren Lichtspektrums absorbieren. Chlorophyll ist grün, weil es den blauen und roten Teil des Lichtspektrums absorbiert und den Rest reflektiert. Dadurch erscheint es uns grün und verleiht allen photosynthetisierenden Pflanzen ihre Grundfarbe.
Abbildung 2: Absorptionsspektrum von Chlorophyll a und b
An der Photosynthese sind mehrere Arten von Chlorophyllen beteiligt, bei Pflanzen sind A und B am bekanntesten. Weitere Pigmente, die an der Photosynthese beteiligt sind, sind Carotinoide (diese spielen auch eine wichtige Rolle bei der Bewegung der Pflanze zum Licht hin). Chlorophylle absorbieren Wellenlängen im roten (660 nm) und blauen (440 nm) Bereich. Der grüne bis gelbe Bereich bleibt aufgrund der grünen Farbe des Chlorophylls ungenutzt, da er vom Chlorophyll reflektiert wird.
Die maximale Effizienz der Photosynthese liegt im Bereich der roten und blauen Strahlung. Dieses Wirkungsspektrum haben einige Hersteller von Lichtquellen für die Entwicklung und Produktion spezieller linearer oder kompakter Leuchtstoffröhren und Entladungslampen genutzt, die für die Pflanzenbeleuchtung bestimmt sind. Im Spektrum dieser Leuchtstoffröhren ist der grüngelbe Bereich stark unterdrückt, sodass das emittierte Licht purpurfarben ist und mit hoher Effizienz zur Photosynthese beiträgt.
Funktion des blauen Lichts
Neben der Photosynthese nutzt die Pflanze blaues Licht für den Phototropismus – die Pflanze verteilt die Wachstumshormone gezielt und passt so ihre Form an die Intensität und Richtung genau dieser Strahlung an, um die Strahlung effizient zu nutzen. Darüber hinaus erfolgt die Öffnung der Spaltöffnungen nach dem blauen Licht.
Wirkung von rotem Licht
Diesen Bereich nutzt die Pflanze sowohl für die Photosynthese als auch für das Streckungswachstum des Stängels (Streckung zum Sonnenlicht). Hierbei nutzt die Pflanze das Verhältnis der Strahlungsintensitäten der Wellenlängen 660 (red)/735(far red) nm. Aus der Absorptionskurve des Chlorophylls (Abbildung 1) ist ersichtlich, dass die Pflanze geschickt die scharfe Grenze dieser Kurve nutzt. Wenn sich die Pflanze im Schatten einer anderen Pflanze befindet, trifft aufgrund der Absorption der red-Strahlung durch das Chlorophyll der beschattenden Pflanze ein Minimum an roter Strahlung (red), aber ausreichend Infrarotstrahlung (far red) auf die Pflanze, und die Pflanze beginnt sich zu strecken. Auch wenn die Pflanze ausreichend künstliche Beleuchtung hat und far red überwiegt, „streckt" sich die Pflanze in die Höhe in der Annahme, dass sie beschattet ist. Bei umgekehrtem Verhältnis wächst die Pflanze wiederum langsam in die Höhe. Daher ist es gut, das Verhältnis dieser Strahlungskomponenten ausgewogen zu halten (ähnlich wie bei der Sonnenstrahlung).
Künstliche Beleuchtung wird für Pflanzen in Fällen eingesetzt, in denen entweder ein Mangel an natürlichem Tageslicht besteht oder zusätzliche Beleuchtung erforderlich ist. Zum Beispiel in den Wintermonaten, wenn das Tageslicht für das gewünschte Pflanzenwachstum nicht ausreicht. Sie werden also zur Verlängerung des Tages verwendet, damit die Pflanzen das erforderliche Licht erhalten. Lichtmangel verursacht bei Pflanzen eine Verlangsamung ihres Wachstums und Entwicklungsstörungen, die sich z.B. durch übermäßige Streckung, dünne Stängel, unregelmäßige Färbung usw. äußern.
Künstliche Beleuchtung mit Leuchten zur Förderung des Pflanzenwachstums bewirkt nachweislich deren richtiges Wachstum und Entwicklung, hilft die Blütezeit zu verlängern und erhöht den Ertrag der Kulturen. Die künstliche Beleuchtung versucht ein Lichtspektrum bereitzustellen, das dem Spektrum der Sonnenstrahlung ähnlich ist, oder ein Spektrum zu liefern, das an die Bedürfnisse der angebauten Pflanzen angepasst ist. Natürliche Außenbedingungen werden durch verschiedene Farben, Temperaturen und spektrale Ausgänge der künstlichen Beleuchtung nachgeahmt, ebenso wie durch Änderungen der Lichtintensität der Lampen. Abhängig von der Art der angebauten Pflanze, von der Anbauphase (z.B. Keimungs-/Vegetationsphase oder Blüte-/Fruchtphase) und der Länge der Tag- und Nachtperiode (Licht und Dunkelheit), die von den Pflanzen benötigt werden, sind spezifische Spektralbereiche, Lichtausbeute und Farbtemperaturen für die Verwendung mit bestimmten Pflanzen und Zeitperioden geeignet.
Lichtquellen für die Pflanzenbeleuchtung in Innenräumen
Für den Innenanbau von Pflanzen ist der Einsatz künstlicher Beleuchtung erforderlich, was ein komplettes System ist, das elektrische Energie in Licht umwandelt.
Der am weitesten verbreitete Beleuchtungstyp ist die Verwendung von Hochdruckentladungslampen, die für ihren Betrieb eine Drossel (Vorschaltgerät) und zusätzlich eine Fassung und einen Reflektor benötigen.
Dasselbe wird auch beim Anbau unter kompakten Leuchtstofflampen benötigt, die unter der üblichen Bezeichnung Leuchtstoffröhren oder dem Fachbegriff CFL-Lampen bekannt sind. Einige CFL-Lampen haben bereits das Vorschaltgerät integriert in ihrem Gehäuse, sodass nur noch ein Reflektor mit Fassung benötigt wird.
Die letzte Variante sind LED-Beleuchtungsmodule, die komplett sind und nur noch in die Steckdose gesteckt werden müssen.
Bei der Wahl der Kunstbeleuchtung kann man eine Reihe von Indikatoren beachten. Die Lichtquellen müssen den Bedürfnissen der Pflanzen sowohl hinsichtlich der Beleuchtungsintensität als auch hinsichtlich der spektralen Zusammensetzung der emittierten Strahlung entsprechen. Licht ist vor allem eine Energiequelle für die Photosynthese, die das Wachstum der Pflanzen gewährleistet. Dieser, aber auch alle anderen photobiologischen Prozesse der Pflanzen sind abhängig von den Wellenlängen der absorbierten Strahlung.
Hinsichtlich des Spektrums wird es den Züchter interessieren, ob die Beleuchtung für grüne Pflanzen oder für blühende Pflanzen gedacht ist. Danach wählt man Beleuchtung entweder für Wachstum, für Blüte oder für beides.
Die Lebensäußerungen der Pflanzen werden nicht nur durch die Photosynthese bestimmt, sondern auch durch andere Aktivitäten. Diese Aktivitäten sind wesentlich weniger energieintensiv. Es geht vor allem um die Photomorphogenese, die die Bildung der Form und Anordnung der funktionalen Organe der Pflanzen beeinflusst und hauptsächlich durch den blauen Bereich des Spektrums unterstützt wird. Bei einigen, insbesondere tropischen oder Gebirgspflanzen reicht diese Aktivität bis in den Bereich der ultravioletten Strahlung. Bei Mangel an blauem Licht sind die Pflanzen gestreckt, die Internodien der Stängel liegen weit auseinander, die Blätter sind kleiner und haben eine hellere Farbe. Eine weitere Aktivität ist der Phototropismus, der die Wachstumsrichtung der oberirdischen und unterirdischen Teile der Pflanzen beeinflusst (oberirdische Teile wenden sich dem Licht zu, unterirdische entgegengesetzt). Bei allen blühenden Pflanzen hat der Photoperiodismus große Bedeutung, der vor allem durch den langwelligen Teil des Spektrums (rot und dunkelrot) beeinflusst wird. Er wirkt sich auf Induktionsprozesse aus, also auf die Knospenbildung und Blütenentwicklung. Bei einigen Blumen ist die Knospeniduktion von der Tageslänge abhängig. Langtagpflanzen blühen in langen Tagen, Kurztagpflanzen dagegen in kurzen Tagen.
Beleuchtung für Indoor-Anbau
Abbildung 3: LED-Lampen schaffen künstliche Umgebungen für den Anbau von Pflanzen und Gemüse und erwärmen sich dank hoher Effizienz kaum im Vergleich zu wärmenden Glühbirnen oder Halogenlampen
Energiesparlampen oder Natriumdampflampen?
Energiesparlampen sorgen für niedrigen Energieverbrauch. Die Installation der Lampen ist einfach. Das Lichtspektrum der Energiesparlampen für Wachstum und Blüte ist ähnlich wie bei Entladungslampen. Energiesparlampen eignen sich für Räume, in denen überschüssige Wärme ein Problem ist, und können niedrig über den Pflanzen in einer Höhe von ca. 30 cm aufgehängt werden.
Entladungslampen sind nicht für den direkten Anschluss ans Stromnetz geeignet. Für die Montage der Beleuchtung wird ein spezielles Vorschaltgerät benötigt, das der Leistung entspricht, eine Fassung und ein geeignetes Kabel. Entladungslampen gibt es als Wuchslampen, Blütelampen oder mit kombiniertem Lichtspektrum. Wuchslampen – blaues und weißes Licht. Blütelampen – rot-gelbes Licht. Kombinierte Lampen – rotes, gelbes Licht und Anteil des blauen Spektrums.
Leuchtstoffröhren – für Wachstum und Bewurzelung
Abbildung 4: Leuchtstoffröhren
Eine lineare Leuchtstoffröhre ist eine lange Glasröhre, die an den Enden luftdicht mit einer Fassung verschlossen ist, durch die Elektroden in die Röhre eingeführt werden. Im Inneren befindet sich ein Gemisch aus Quecksilberdampf und Argon. Leuchtstoffröhren haben kaltes blauweißes oder rotes Licht. Blauweißes Licht eignet sich besonders gut für die Wachstumsphase der Pflanzen. Bei der Bewurzelung von Pflanzen erzielen Züchter gute Ergebnisse mit Leuchtstoffröhren, die rotes Licht produzieren. Leuchtstoffröhren können für die Anzucht von Setzlingen oder für den Anbau von Kräutern (zum Beispiel Basilikum, Schnittlauch oder Petersilie) verwendet werden. Da lineare Leuchtstoffröhren eine geringere Leistung haben, sind sie besonders für kleinwüchsige Pflanzen geeignet. Für größere könnten sie nicht ausreichen.
Eigenschaften:
- hohe Effizienz bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Lichtenergie, die bei Hochfrequenzspeisung bis zu 104 lm/W erreicht, bei gleichzeitig hohem allgemeinem Farbwiedergabeindex Ra mit Werten bis zu 80,
- geeignete geometrische Parameter, die den Bau materialschonender Leuchten mit einfacher Optik ermöglichen, mit der Möglichkeit, sie zu ästhetischen durchgehenden Leuchtbändern oder großen Flächen zusammenzusetzen,
- sehr breites Sortiment an Leistungen von 4 bis etwa 200 W,
- sehr breites Sortiment an Farben des ausgestrahlten Lichts, charakterisiert durch Ersatzfarbtemperatur von 2.700 bis 17.000 K,
- bei Spezialtypen kann Ra bis zu 98 bei sehr guter spezifischer Leistung erreicht werden,
- hochproduktive Fertigungslinien, deren Kapazität bis zu 4.000 Stück/h erreicht, bei hoher Ausbeute des Produktionsprozesses; daraus resultiert ein dauerhaft niedriger Preis für das Basissortiment der Leuchtstoffröhren,
- lange Lebensdauer, die bei einigen Spezialtypen mehr als 20.000 Stunden erreicht, bei guter Stabilität des Lichtstroms während des Betriebs
Kompaktleuchtstofflampen (Energiesparlampen) – für kleine bis mittelgroße Pflanzen
Abbildung 5: Kompaktleuchtstofflampe
Kompaktleuchtstofflampen haben im Vergleich zu herkömmlichen Glühbirnen eine um 60 bis 80 % höhere Energieeffizienz. Die durchschnittliche Lebensdauer von Kompaktleuchtstofflampen ist mehr als zehnmal länger als die Lebensdauer herkömmlicher Glühbirnen – Kompaktleuchtstofflampe ca. 6.000 bis 20.000 Stunden, herkömmliche Glühbirne ca. 1.000 Stunden. Qualitativ hochwertige Kompaktleuchtstofflampen für Verbraucher haben einen Farbwiedergabeindex Ra > 80.
Kompaktleuchtstofflampen werden traditionell mit Wachstums-, Blüte- und Dualspektrum hergestellt. Diese Leuchtstofflampen sind sogenannte Energiesparlampen mit einer Leistung von 85W bis 250W. Die Funktionsweise von Kompaktleuchtstofflampen ist praktisch identisch mit der Funktionsweise von linearen Leuchtstofflampen, mit dem Unterschied, dass die Leistung von Kompaktleuchtstofflampen höher ist als die Leistung linearer Leuchtstofflampen. Kompaktleuchtstofflampen mit Wachstumsspektrum können für die Anzucht von Sämlingen, den Anbau nicht blühender Pflanzen oder für die Wachstumsphase bei blühenden Pflanzen verwendet werden. Kompaktleuchtstofflampen mit Blütespektrum können dann für die Blütephase blühender Pflanzen eingesetzt werden. Kompaktleuchtstofflampen mit Dualspektrum können für alle Pflanzenarten in jeder Entwicklungsphase verwendet werden. Da Energiesparlampen weniger Wärme abgeben, können sie auch in unmittelbarer Nähe der Pflanzenspitzen installiert werden. Daher finden sie auch in kleinen oder schlecht belüftbaren Räumen Anwendung.
Eigenschaften:
- kleinere Abmessungen als lineare Leuchtstofflampen
- höhere Leistung im gegebenen Raum, aber geringere spezifische Leistung gegenüber linearen Leuchtstofflampen
- die Leistung liegt zwischen 5 und 55W
- Leuchtstofflampen haben einen um bis zu 80% geringeren Verbrauch bei gleicher Lichtmenge
- sechs- bis fünfzehnmal längere Lebensdauer der Leuchtstofflampen, was eine durchschnittliche Lebensdauer von 6.000 Stunden bis zu ganzen 15.000 Stunden bedeutet
- in vielen Typen und Formen hergestellt
- hervorragende Farbwiedergabe der Leuchtstofflampen Ra80
Fluoreszenzleuchtstofflampen
Abbildung 6 Fluoreszenzleuchtstofflampen
Die Grundlage des Lichts einer Fluoreszenzlampe ist für das menschliche Auge unsichtbares ultraviolettes Licht, das beim Durchfließen von elektrischem Strom durch ein Inertgas entsteht. Dieses ultraviolette Licht reagiert mit einer speziellen Mischung aus Leuchtstoffen, die die Innenwand der Leuchtstoffröhre bedeckt. Das unsichtbare Licht wird so in nutzbares weißes Licht umgewandelt. Fluoreszenzlampen benötigen eine spezielle Energiequelle, ein sogenanntes Vorschaltgerät, das den Betriebsstrom der Lampe reguliert und die geeignete Spannung zur Zündung der Entladung liefert. Elektronische Vorschaltgeräte haben die gleiche Funktion wie veraltete magnetische Vorschaltgeräte, arbeiten jedoch im Gegensatz zu diesen mit sehr hoher Frequenz. Dadurch entfallen störendes Flackern und Geräusche und gleichzeitig steigt die Leistung. Elektronische Vorschaltgeräte können auch leichter so konzipiert werden, dass sie einen stabileren und effizienteren Betrieb der Lampe ermöglichen, die Lichtintensität ändern und einzelne Beleuchtungselemente innerhalb eines Netzwerks verbinden, damit die Beleuchtung auf moderne Weise reguliert werden kann.
Leuchtstoffröhren sind eine hervorragende Lösung für gezielte Beleuchtung in Arbeitszimmern, Heimbüros und anderen Räumen, in denen wirklich helles Licht benötigt wird. Sie halten bis zu 20-mal länger als herkömmliche Glühbirnen und haben einen bis zu 80 % niedrigeren Verbrauch.
Es können Leuchtstoffröhren verschiedener Größen verwendet werden, von dreißig Zentimetern bis zu zweieinhalb Metern Länge, eingesetzt in Standard-Leuchtstofflampengehäusen. Mit einer solchen Beleuchtung können Pflanzen im Keller, in der Abstellkammer oder auf dem Dachboden fast im gleichen Tempo wie draußen mitten im Sommer angebaut werden. Sie sind perfekt für die Wachstumsphase. Sie werden in den Wattstärken 18W, 36W und 54W hergestellt. Durch ihre geringe Wattzahl eignen sie sich eher zum Bewurzeln von Stecklingen oder zur Beleuchtung der unteren Pflanzenteile sowohl in der Wachstums- als auch in der Blütephase. Für ihren Anschluss werden auch Starter und Vorschaltgerät benötigt, allerdings in wesentlich geringeren Wattstärken als bei "Energiesparlampen".
Technische Eigenschaften
- Niederdruck-Quecksilber-Leuchtstoffröhren
- niedrige Temperatur der Lichtquelle ermöglicht die Platzierung der Leuchtstoffröhren direkt über den Pflanzen ohne Gefahr von Verbrennungen
- hohe anfängliche Lichtausbeute
- können mit herkömmlichen und Hochfrequenz-Vorschaltgeräten verwendet werden
- vollständig recycelbare Leuchtstoffröhren, alle Komponenten können bei der Herstellung neuer Leuchtstoffröhren verwendet werden
- auf der Fassung befindet sich ein grüner Punkt, der kennzeichnet, dass die Leuchtstoffröhre recycelbar ist
LED-Lampen - für das Pflanzenwachstum
Abbildung 7: LED-Lampe
LED-Lampen zur Förderung des Pflanzenwachstums sind geeignet für den Einsatz vor allem in botanischen Gärten, für die Pflanzenzucht in Gewächshäusern, in Innenräumen zur Beleuchtung von Pflanzen usw.
Kultivierungslampen aus LEDs zeichnen sich durch eine grundlegende Eigenschaft aus. Halbleiterbauelemente können schmalbandiges monochromatisches Licht abgeben. Bei Kombination von Dioden verschiedener Farbe und Leistungsregelung erlauben sie das Mischen beliebiger Lichtspektren und deren dynamische Änderung. Die Lichtqualität kann dann an die Bedürfnisse der jeweiligen Art oder Entwicklungsphase (vegetative Phase, generative Phase - Blüteninduktion) angepasst werden. Die besten zeitgenössischen automatischen und entsprechend teuren Systeme für Gewächshäuser verwöhnen die Kulturen beispielsweise durch Nachahmung der Farbwiedergabe der bei Sonnenauf- und -untergang herrschenden Strahlen. Einfache Installation und Bedienung des Geräts, Anschluss direkt an Steckdose 220-240V. (Keine zusätzliche Stromversorgung erforderlich.) Das Licht kann direkt über den Pflanzen platziert werden, es gibt überhaupt keine heiße Strahlung oder Vibrationen ab. Vorgesehene Beleuchtungsdauer 10 - 18 Stunden täglich
Eigenschaften:
- extreme Lebensdauer - 100.000 Stunden (mehr als 10 Jahre ununterbrochener Betrieb),
- geringe Leistungsaufnahme,
- Widerstandsfähigkeit gegen Erschütterungen, Stöße, Vibrationen,
- geringe Wärmeentwicklung,
- gesteuerte Abstrahlcharakteristik,
- keine Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung,
- hohe Lebensdauer und nahezu keine Störanfälligkeit,
- vernachlässigbare Stromkosten pro Jahr,
- minimale bzw. keine Wartung,
- Möglichkeit des häufigen Aus- und Einschaltens,
- hohe Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigungen und Kälte,
- Farbvielfalt – weiß, rot, blau, gelb, grün,
- dank hoher Effizienz kaum Wärmeentwicklung.
Natriumdampflampen
Abbildung 8: Natriumdampflampe
Natriumdampflampen sind Lichtquellen, in denen das Licht hauptsächlich durch Natriumdämpfe mit einem Betriebs-Partialdruck im Bereich von 3 bis 60 kPa ausgestrahlt wird. Die Lampen werden dann nach Leistung (70W, 100W, 150W, 400W, 600W usw.), Spektrum - Wuchs-, Blüte- oder kombiniertes Spektrum und Lumenanzahl klassifiziert. Lampen sind im Vergleich zu klassischen Glühbirnen durch einen sehr wirtschaftlichen Betrieb gekennzeichnet und strahlen für ihre Größe eine extrem große Menge an Strahlung aus. Natriumdampflampen zeichnen sich durch einen doppelt so hohen Umwandlungskoeffizienten von elektrischer Energie in photosynthetisch aktive Strahlung aus, im Vergleich zu Quecksilberdampflampen. Röhrenförmige Natriumdampflampen verbinden hohe Strahlungsleistung (bis zu 150lm/W) mit einer spektralen Energieverteilung, die sich für verschiedene Arten von Innenkulturen als günstig erweist. Die Erhöhung des Natriumdampfdrucks im Strahlungsfokus ermöglicht eine Erweiterung des Spektrums im roten und blauen Bereich und einen sogenannten konstanten Untergrund in einem großen Wellenlängenbereich. Die Lampen sind nicht für den direkten Netzanschluss vorgesehen - für ihren Betrieb benötigen Sie ein spezielles Vorschaltgerät. Wuchslampen strahlen blaues und weißes Licht aus, Blütelampen rot-gelbes Licht und kombinierte Lampen dann rotes, gelbes Licht und haben auch einen gewissen Anteil an blauem Spektrum.
Natriumdampflampen sind geeignet für die Gewächshausbeleuchtung. Sie sind ideal für die Zusatzbeleuchtung im Gartenbau, da sie die Assimilation und das Wachstum der Pflanzen stimulieren. Dies ist besonders wichtig beim Anbau von Schnittblumen, Gemüse, Zimmerpflanzen und Setzlingen. Für den Gartenbau ergeben sich daraus folgende Vorteile: kürzere Kulturdauer, gesündere Pflanzen, Beeinflussung der Blütezeit.
Eigenschaften
- Produktion von sehr intensivem Licht
- hohe spezifische Leistung lm/W
- hohe Lebensdauer
- stabile Leistung
- Produktion großer Wärmemengen, was zu zusätzlicher Kühlausrüstung führt
- aufgrund der Erwärmung der Lichtquelle muss der Abstand des Lichts zu den Pflanzenspitzen beachtet werden
- höherer Stromverbrauch