Lesen Sie die vorherigen Teile:

Teil 1: Stromversorgung und Kühlung der Leuchte

Teil 2: Wärmeregulierung, Optiken und Schutz der Leuchte

Teil 3: LEDs- Das Herzstück der Leuchte

Spektren – das richtige Licht zuführen

LED Module mit einem festen Spektrum bieten genau das: Sie verfügen über ein spezifisches Spektrum, welches der Nutzer nicht anpassen kann um den Wuchs der Pflanze zu beeinflussen.

Der Vorteil hierbei ist, dass man sicher sein kann, dass die angegebenen PAR Werte, die mit dem Spektrum gemessen wurden auch bei der Pflanze ankommen. Andererseits kann dies auch dazu führen die falsche Leuchte für die Pflanze zu kaufen, welche angebaut werden soll.

Dies kann zu einem negativ beeinflussten Wachstum und vermindertem Ertrag führen. (Es wurde beispielsweise nachgewiesen, dass einige Tomatensorten unter LED Belichtung besser wachsen als andere.)

LED Leuchten mit einem flexiblen Spektrum lassen den Anwender wählen, welches Spektrum er seinen Pflanzen zuführen möchte. Die Leuchten bieten meist Spektren wie „Wuchs“, „Blüte“ und „Arbeit“, letzteres ist vornehmlich weiß.

Der größte Nachteil dieser Module besteht darin, dass man nie wirklich auf die gemessenen PAR Werte vertrauen kann, da diese stets gemessen wurden, wenn alle Spektren aktiv sind. Dies ist kein realistisches Szenario, welches in einer Gartenbauumgebung vorkommt. Zudem muss der Anwender sich bewusst sein, welches Spektrum zu welchem Zeitpunkt der Wachstumsphase nötig ist. Dies hört sich in der Theorie einfacher an, als es in der Praxis ist!

Fügt man beispielsweise das „Wachstums Spektrum“ hinzu, während der Pflanze in der Blütephase bereits der „Blüte Spektrum“ zugeführt wird, kann der benötigte Blauanteil im Licht überstiegen werden. Dies führt zu kleineren Pflanzen und geringeren Erträgen.

Mit diesem Wissen würde ein Anwender das „Wachstums Spektrum“ für circa zwei Wochen nutzen und für eine Leuchte zahlen, welche all die anderen Spektren bieten und die Hitze aushalten kann, auch wenn sie nicht gebraucht werden.

Daher sollte man sich Gedanken machen, ob eine LED Leuchte wirklich nötig ist, oder ob ein günstigeres Setup nicht vielleicht zu den gleichen Ergebnissen führen würde (zum Beispiel Tageslicht LED Röhren oder Stäbe) und dann eine professionellere Leuchte für die Blütephase genutzt wird. Dieses Setup ist in der Anschaffung häufig günstiger.

Systeme, die mit einem modularen Spektrum arbeiten bieten folgende Möglichkeit: Der Nutzer kann das Spektrum anpassen indem er tatsächliche Hardware austauscht. Das hinzufügen kleiner LED Systeme zu einem größeren bietet die Möglichkeit Pflanzen mit anderen Spektren zu belichten. Mit diesem Setup zahlt man niemals für Spektren, LEDs und Driver, die nach eigenen Bedürfnissen keine Anwendung finden würden. Man zahlt also nur für das, was man wirklich benötigt und ist in der Lage Feinabstimmungen nach eigenen Wünschen und Bedürfnissen vorzunehmen. Dies führt natürlich zu einem besseren Resultat mit größerem Ertrag.

JEDE LED für den Gartenbau ist zudem dimmbar. Dies ist wichtig und vor allem notwendig, besonders, wenn mit kleineren Pflanzen gearbeitet wird, welche nicht so viel Leistung benötigen und diese in manchen Fällen auch nicht vertragen.

Die Qualität des Lichtes

Eine Pflanze ist in der Lage, das sie umgebende Licht zu erkennen. Sie kann Lichtintensitäten, -farben und –qualität unterscheiden. Die Pflanze passt sich den Lichtverhältnissen an und reguliert ihren Wuchs abhängig von diesen. Wenn die Pflanze in einer dunklen Umgebung wächst, entwickelt sie lange Sprossen und kleinere Blätter, was ihr dazu verhilft sich zu der Lichtquelle hin zu strecken und diesen schlechten Lichtverhältnissen schnellstmöglich zu entkommen. Befindet sie sich nun in besseren Lichtverhältnissen, reduziert sich diese Streckung der Pflanze, die Blätter richten sich zum Licht, werden größer und grüner. All dies veranlasst die Pflanze sich zum Licht zu orientieren um die chancen der Photosynthese zu maximieren. Der gesamte Prozess wird als Photomorphogenese bezeichnet.

Dieser Prozess wird von den Photorezeptoren gesteuert, welche Proteine sind, die vom Licht beeinflusst werden. Diese Proteine veranlassen durch Signale die Reaktion der Pflanze zum Licht. Jeder Rezeptor wird von verschiedenen Wellenlängen aktiviert und ist für andere Reaktionen im Wachstum verantwortlich. Während Dunkelheit vollführen diese Rezeptoren keine Aufgaben und werden erst aktiv, wenn Licht zugeführt wird. Einige Rezeptoren bleiben auch unter Einfluss spezifischer Wellenlängen inaktiv oder reduzieren zumindest ihre Tätigkeiten, auch wenn die Pflanze genügend Licht bekommt. Dadurch wird eine Steuerung der Rezeptoren durch die Zugabe beziehungsweise Abstinenz bestimmter Lichttypen möglich, da sie sehr sensibel auf bestimmte Belichtung reagieren können.

Wie reagieren Pflanzen auf verschiedene Wellenlängen?

Licht generiert eine photochemische Reaktion. Im menschlichen Auge reagiert es mit den Photorezeptoren verschiedener Versionen S, M und L. (linkes Diagramm)

In Pflanzen reagiert das Licht mit Chlorophyll a und b, Phytochromen, Carotinoid, etc. (rechtes Diagramm)

Grünes Licht

Es gibt keinen bekannten Rezeptor, der darauf spezialisiert ist grünes Licht zu verwerten. Interessanter Weise hat jedoch die Zugabe von grünem Licht eine höhere Wachstumsrate bei manchen Pflanzen gezeigt. Ob dies ein direkter Effekt auf die Photosynthese ist oder ob andere Faktoren eine Rolle spielen ist bisher ungeklärt. Test haben jedoch gezeigt, dass Samen, welche grünem Licht ausgesetzt wurden zu größeren Pflanzen geführt haben. Dies trifft jedoch nicht auf alle Pflanzen zu. Tomaten beispielsweise vermindern ihren Wuchs, wenn sie mit grünem Licht behandelt werden.

Hormone und Licht

Durch Photorezeptoren sind Pflanzen in der Lage ihre Morphologie und Physiologie ihrer Umgebung anzupassen. Diese Veränderungen und Reaktionen zu verschiedener Belichtung werden durch die Hormone der Pflanzen gesteuert.

Chlorophyll a und b

Die Hauptaufgabe von Chlorophyll besteht darin Licht zu absorbieren und dieses in nutzbare Energie umzuwandeln. Weiterhin ist es dafür verantwortlich diese generierte Energie in der Pflanze weiterzuleiten. Dadurch sind Chlorophyll Moleküle essenziell für die Photosynthese und damit auch für die Fähigkeit Energie aus dem Licht zu absorbieren und als Nebenprodukt Sauerstoff herzustellen. Chlorophyll absorbiert Licht am meisten im blauen Bereich des Spektrums, gefolgt vom roten Anteil (Siehe Abbildung 7). Aus diesem Grund erscheinen die Pflanzen auch grün für das menschliche Auge. Sie absorbieren das blaue und rote Spektrum. Wenn Pflanzen ohne Licht wachsen, erscheinen sie sehr blass, da das Chlorophyll in lichtabhängigen Pflanzen in diesem Fall inaktiv bleibt.

Carotinoid

Die primäre Funktion der Carotinoide in der Photosynthese liegt darin die Chlorophyllmoleküle zu schützen. Diese würden sonst durch Photo-oxidation zerstört. Des Weiteren vergrößern sie das Absorptionsspektrum der Pflanze um den blau-grünen Anteil. Sie sind photosynthetische Pigmente, auch bekannte als Antennen Pigmente, welche Photonen absorbieren und die Energie zum photosynthetischen Reaktionszentrum weiterleiten.

Phytochrome

Die Phytochrome Pr (rot) und Pfr (tiefrot) beeinflussen hauptsächlich die Keimung, Pflanzenwuchs, Blattentwicklung, Tag-Nacht-Rhythmus Verhalten und Blüte. Pflanzen besitzen mehrere Typen von Phytochromen. Sie beeinflussen die Reaktion der Pflanze auf Licht durch die Anregung von Veränderungen in der Genexpression. Die meistuntersuchten Phytochrome sind Phytochtom A (phyA) und B (phyB)

PhyB existiert in seinem inaktiven Status (Pr) in kompletter Dunkelheit und weist die höchste Absorptionsrate von rotem Licht auf (am meisten bei 666nm)

Wenn Pr Licht absorbiert, wird es aktiviert und wird zur aktiven Form Pfr. Wenn dies geschieht, verschiebt sich das Absorptionsspektrum so zu Rot, dass die maximale Absorption im tiefroten Spektrum liegt (730nm)

Lässt man die Pflanze in kompletter Dunkelheit, wird Pfr wieder zu seiner inaktiven Form. Dies kann ebenso durch die Absorption von Licht erreicht werden. PhyB wechselt stetig zwischen diesen Phasen, wenn es sich in natürlichen Lichtumgebungen befindet. Das Spektrum kontrolliert, welche Form (Pr oder Pfr) dominiert.

Die phytomorphogenen Effekte werden durch die Zugabe eines bestimmten Spektrums kontrolliert. Eine besimmte Mischung aus 660nm und 730nm stimulieren die phytochrome Pr und Pfr.

Eine der offensichtlichsten Folgen von tiefrotem Licht ist die Schattenvermeidungsreaktion der Pflanze

Belichtung mit bestimmten Wellenlängen

Verschiedene Verhalten bezüglich verschiedener Rot und Tiefrot Verhältnisse

Der offensichtlichste Einfluss, den das tiefrote Spektrum auf Pflanzen hat, ist die „Flucht“ aus dem Schatten. Wenn die Pflanze nicht genügend tiefrotes Licht bekommt verändert sie ihre Morphologie auf bestimmte Art und Weise. Um dies zu veranschaulichen werfen wir einen Blick auf die folgenden Umstände

Wird die Pflanze hauptsächlich mit 660nm belichtet, wächst sie normal, da dies dem Wuchs in Sonnenlicht entspricht. Es gibt keine besonderen Reaktionen, da die Pflanze sich nicht anpassen muss. Der Wuchs ist wie erwartet und es kommt zu keinen Veränderungen in der Morphologie.

Wird die Pflanze nun hauptsächlich mit einer Wellenlänge von 730nm belichtet, kommt es zu einer anderen Reaktion. Diese Wellenlänge entspricht dem Wuchs im Schatten einer anderen Pflanze, die das Sonnenlicht teilt. Aus diesem Grund reagiert sie mit verstärktem Wachstum um dem Schatten zu entkommen. Dies führt zu längeren Pflanzen, nicht aber unbedingt zu einer höheren Biomasse.

Das besondere Potential von LEDs für Blumenbelichtung

Kontrolle der Blüte durch Belichtung mit tiefrot

Wie bereits gezeigt, reagiert die Pflanze auf verschiedene Art und Weise auf die Belichtung mit verschiedenen Spektren. Ebenso wurde aufgezeigt, wie das rote und tiefrote Spektrum das Verhalten der Photochromen reguliert, welche die Blüte auslösen. Bei einer Belichtung mit der Wellenlänge von 730nm kann somit die Blüte einfach gesteuert werden, was wie folgt funktioniert.

Der Zyklus von Pr zu PFr wird von rotem Licht mit einer Wellenlänge von 660nm angestoßen, welche Tageslicht repräsentiert. Während der Nacht wird Pfr wieder zu PR umgewandelt. Diese Rückwandlung kann ebenso aktiv durch 730nm tiefrotes Licht beeinflusst werden. Dadurch wird die perfekte Kontrolle über den Zeitpunkt der Blüte, unabhängig von Jahreszeiten, ermöglicht.

Kontrolle der Blüte durch Beeinflussung der kritischen Nachtlänge mit jedem Licht

Kontrolle der Tag-Nacht Verhältnisse zur Beeinflussung der Blüte

Wie in der Illustration zu sehen gibt es verschiedene Arten von Pflanzen: diese die kurze Tage und jene die lange Tage bevorzugen.
Durch den Einfluss der Pr und Pfr Verhältnisse kann die Blüte kontrolliert werden um beispielweise saisonale Nachfragen erfüllen zu können.

Die gelb/grauen Balken stellen den Anteil von Licht und Dunkelheit innerhalb der Dauer von 24 Stunden dar. Die dargestellten „Short-Day“ Pflanzen beginnen die Blüte, wenn eine lange Dunkelphase vorliegt. (beispielsweise 6 Stunden Licht, 18 Stunden Dunkelheit) Diese kann verhindert werden indem der Pflanze über eine kurze Dauer Störlicht zugeführt wird.  Somit kann die vegetative Phase länger beibehalten werden.

Die „Long-day“ Pflanzen hingegen beginnen ihre Blüte nicht, wenn die Zeit der Belichtung kurzgehalten wird, sie bevorzugen kürzere Nächte. Die Blütephase kann eingeleitet werden, wenn eine zusätzliche Belichtungsperiode während der Dunkelperiode eingeführt wird.

Somit ist es möglich die Pflanzen je nach Bedarf zur bestimmten Zeit in die Blüte zu bringen und diese aktiv durch Belichtung zu steuern.

Weitere Wellenlängen

Sind PAR Werte die beste Möglichkeit die Leistung einer LED Leuchte zu übermitteln?

Die kurze Antwort auf diese Frage wäre: Vielleicht nicht wirklich.

Das Problem, das zustande kommt, wenn man mit PAR Werten arbeitet, ist dass das gesamte Spektrum gleichermaßen gemessen wird, indem man die Photonen in der photosynthetisch aktiven Region (PAR) (µmol/s*m²) betrachtet.

Photonen- und Energiemessung

Was bedeutet das also nun?

Alle Photonen, die eine Wellenlänge zwischen 400nm und 700nm werden gleichermaßen zu der von der Pflanze nutzbaren Energie gezählt. Beispielsweise ein „grünes Photon ~550nm“ zählt genau so viel wie ein „rotes Photon ~660nm“ Pflanzen können jedoch nicht gleich viel Energie aus den verschiedenen Quellen ziehen. Das grüne Licht wird zum Großteil reflektiert, was auch der Grund ist, dass sie für das menschliche Auge grün sind.

Eine bessere Möglichkeit wäre es die Emission der Lichtquelle mit der Spektralempfindlichkeitskurve der Pflanze zu messen (plm/W). Diese Kurve leitet sich vom Chlorophyll-Absorptionsspektrum unter Anbetracht des internen Energietransferprozesses der Pflanze und ihrer Blätter ab. Das bedeutet, dass das „grüne Photon“ für die Pflanze nicht so gut zu nutzen ist, wie das „rote Photon“. Dies führt ebenso zu der Annahme, dass tiefrotes Licht mit einer Wellenlänge von 730nm auch nützlich ist.

Was zu beachten ist

Die PAR Werte sind relativ neu auf dem Markt und noch nicht jeder versteht das Konzept.

Einen neuen Wert auf dem Markt zu etablieren kann mehr Schaden bringen als nützlich zu sein, wenn es die Nutzer verwirrt und Vergleiche verschiedener Leuchten schwerer gestaltet. Trotz alledem: sobald sich die Anwender an den neuen Wert gewöhnen kann es der Richtige Schritt sein.

Absorptions- und Photosyntheseraten in Relation zur Wellenlänge

Ein Blick auf verschiedene Wellenlängen zeigt, auf welche Wart und Weise sie der Pflanze von Nutzen sind. Es gilt jedoch zu beachten, dass verschiedene Pflanzen oder Züchtungen unterschiedlich auf bestimmte Wellenlängen reagieren.

Verschiedene Wellenlängen und Ihre Auswirkungen auf Photosynthese und Pflanzen

Der UV (Ultraviolett) und IR (Infrarot) Schwindel

Oftmals werden Dinge angepriesen wie LEDs mit „UV Spektrum“ oder andere Werbungen bezüglich UV und Infrarot Spektren in einer LED Leuchte. Ja, es gibt LEDs, welche UV Licht ausgeben, jedoch sind diese nicht in den LED Leuchten verbaut, die Sie kaufen wollen.

Zunächst stellt sich die Frage: Was ist überhaupt UV Licht? UV Licht ist das Spektrum unter einer Wellenlänge von 400nm. Diese Breite von Wellenlängen teilt sich nochmals in verschiedene Teile.

Wellenlängen UV-Strahlung

Diese Liste zeigt einen sehr wichtigen Fakt:

UV- „Licht“ oder UV-Strahlung beginnt bei einer Wellenlänge unter 400nm. Wenn „UV“ über einer Wellenlänge von 400nm liegt, ist es schlicht und ergreifend blaues Licht.

UVB Licht

Die Atmosphäre der Erde filtert eine große Menge an Strahlung, welche von der Sonne abgegeben wird. Dies beinhaltet auch den Großteil der UVB Strahlung. Nichtsdestotrotz ist die UVB Strahlung besonders in heißen Sommertagen sehr präsent und kann Organismen schaden. Proteine, DNA und RNA können Schäden durch die Strahlung erleiden. Bei vorhandener UVB Strahlung, auf welche Pflanzen sehr empfindlich reagieren, produzieren Pflanzen einen natürlichen Schutz, welcher sich mit Sonnencreme vergleichen lässt. Dieser Schutz besteht aus speziellen Pigmenten und anderen Stoffwechselprodukten. Die Blätter und Blüten der Pflanzen produzieren intensivere Farben aufgrund dieser verstärkten Pigmentation. Außerdem wird der Wuchs der Pflanzen und die Produktion von Ölen in Kräutern gesteigert. Die UVB Rezeptoren sind am empfänglichsten für Wellenlängen von 280 bis 330nm mit einem Hoch bei 290nm.

Blaues und UVA Licht

Pflanzen verfügen über eine Menge blaue Lichtrezeptoren, welche in Cryptochrome und Phototropine unterschieden werden können. Phototropine beeinflussen den zellulären Prozess ohne Genveränderungen vorzunehmen. Die Cryptochrome hingegen funktionieren auf die andere Art, indem sie Gene verändern. Beide reagieren auf die blauen und die UVA-Regionen des Spektrums. Zudem werden Cryptochrome durch grünes Licht deaktiviert.

Pflanzen, welche ohne jegliches blaues Licht wachsen neigen dazu zu „vergeilen“ und lassen ihre Blätter hängen.

⚠ Achtung⚠

WICHTIG: Die Nutzung von UVB Licht kann Sonnenbrand und Hautkrebs verursachen!

WENN SIE MIT UV LICHT ARBEITEN, TRAGEN SIE IMMER SCHUTZBEKLEIDUNG FÜR HAUT UND AUGEN!

LEDs mit UVB Strahlung sind im Moment noch sehr kostspielig. Wenn Die Strahlung jedoch explizit gewünscht ist, kann mit Zusatzbelichtung durch Leuchtstoffröhren, wie sie in Bräunungsstudios eingesetzt werden, eine effiziente Ersatzlösung

UV-Licht wird oftmals verwendet um spezifische Pflanzen zur Produktion von Ölen anzuregen, es gibt also einen klaren Nutzen dafür. LED Leuchten jedoch können dieses Spektrum nicht generieren ohne dass es sich in einem erheblichen preis niederschlägt. Preise für einen UV-LED Chip mit hoher Intensität liegt bei rund 23€ und hat eine Lebenserwartung von durchschnittlich 2000 Stunden. Wenn man eine günstige und verlässliche UV Quelle braucht kann man ebenso mit einer Bräunungslampe für 5€ arbeiten, welche mehr als ausreichend ist. Dies gilt im Übrigen für jede Lichtquelle, auch für die chinesischen „10.000k finishing lamps“ Das Licht ist nicht ultraviolett, wenn die Wellenlänge über 400nm liegt.

⚠ Achtung⚠

Gewöhnliche Polycarbonat Abdeckungen oder Linsen sind nicht für Langzeitbelichtung mit UV-Licht geeignet
(Dies betrifft sowohl Sonnenstrahlung, als auch die LED als Quelle).

Das Polycarbonat muss beschichtet oder chemisch stabilisiert sein um diese Form der Bestrahlung auszuhalten.

Infrarot Licht (IR)

Dies ist lediglich ein weiterer Werbespruch um an das Geld Kunden zu kommen. Wir betrachten zunächst was IR Wellenlängen sind:

Wellenlängen Infrarot

Die „tiefste rot“ Wellenlänge in einer Gartenbau LED kann verlässlich 730nm (Far Red) produzieren. Dazu kommt, dass dies in der sichtbaren ROT Umgebung liegt, nicht im infraroten Bereich. Wenn Sie dieses Licht benötigen, können HPS Lampen diese für einen viel günstigeren Preis produzieren.

Brauchen Sie weitere Informationen oder professionellen Rat?

Wir bei Lux Light Internationel sind Experten im Gebiet der professionellen Pflanzenbelichtung.

Wenn Sie noch weitere spezifische Fragen haben, zögern Sie nicht uns zu kontaktieren.

Mit über 25 Jahren Erfahrung helfen wir Ihnen gern das optimale Setup für Ihr Projekt zu erreichen.

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Web: www.luxlight.de
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