Vollständiger Leitfaden für LED-Wachstumslampen

Was ist der Unterschied zwischen einem normalen LED-Licht und einem LED-Wachstumslicht?

Pflanzen benötigen für ihr effektives Wachstum eine viel höhere Lichtintensität als Menschen zum Sehen. Die für das Pflanzenwachstum erforderliche Mindestlichtintensität ist mindestens 30-mal höher als die für die Beleuchtung durch Menschen beispielsweise in einer Büroumgebung erforderliche Lichtintensität.

LED-Wachstumslampen sind darauf ausgelegt, eine sehr hohe Lichtintensität zu liefern

Für die Photosynthese, die das Pflanzenwachstum erzeugt, ist eine hohe Lichtintensität erforderlich. Photosynthese findet statt, wenn Lichtphotonen die Blätter der Pflanze erreichen und eine Reaktion auslösen, die das Pflanzenwachstum erzeugt.

LED-Wachstumslampen geben die für das Pflanzenwachstum erforderlichen Lichtfarben oder das erforderliche Lichtspektrum ab

Das Maß für die Lichtintensität für das Pflanzenwachstum wird als photosynthetisch aktive Strahlung oder PAR bezeichnet und umfasst Photonen mit Wellenlängen von 400 nm bis 700 nm oder von Dunkelblau bis Dunkelrot. Dies entspricht ungefähr dem Wellenlängenbereich des menschlichen Sehvermögens. LED-Wachstumslampen strahlen Licht im Photosynthesebereich ab, also im Lichtspektrum , das für gesundes Pflanzenwachstum erforderlich ist.

LED-Wachstumslampen sind so konzipiert, dass sie der hohen Luftfeuchtigkeit in einem Wachstumsraum standhalten und kondensiertem Wasser standhalten, das auf die Wachstumslampe tropft. Die LEDs sind oft mit einer Silikon- oder Acrylbeschichtung geschützt und die Anschlüsse und Kabel sind nach Schutzart (IP) zertifiziert, sodass sie auch bei feuchten Bedingungen funktionieren.

Was ist eine LED?

Eine Leuchtdiode (LED) ist ein Halbleiterbauelement, das Licht einer bestimmten Wellenlänge (Farbe) aussendet. Ein Chip, also der Teil der LED, der Licht aussendet, ist in einem Kunststoff- oder Keramikgehäuse untergebracht. Das Gehäuse kann einen oder mehrere Chips enthalten. Wenn die LED in Durchlassrichtung betrieben oder eingeschaltet wird, können sich Elektronen mit Löchern im Bauelement rekombinieren und Energie in Form von Photonen freisetzen. Dieser Effekt wird Elektrolumineszenz genannt.

Verpackungsarten für LED-Wachstumslichter

LEDs werden in einigen gängigen Formaten verpackt.

Chip-on-Board oder „COB“ bezeichnet die Montage eines nackten LED-Chips in direktem Kontakt mit einem Substrat (wie Siliziumkarbid oder Saphir), um LED-Arrays herzustellen. Diese Arrays können Hunderte einzelner LEDs enthalten, die in einem kleinen Quadrat oder Kreis verpackt und auf einem Aluminium- oder Keramiksockel montiert sind. Sie haben normalerweise eine Leistung von 20 bis 150 Watt und bieten je nach angegebener Phosphorbeschichtung eine große Auswahl an Farbtemperaturoptionen.

COB-LEDs haben eine Reihe von Vorteilen gegenüber älteren LED-Technologien, wie z. B. SMD-LEDs (Surface Mounted Device). Vor allem ermöglicht die COB-Technologie eine viel höhere Packungsdichte des LED-Arrays oder das, was Lichttechniker als verbesserte „Lumendichte“ bezeichnen. Dies kann nützlich sein, wenn Sie eine kleine Leuchte wünschen oder Linsen oder Reflektoren verwenden möchten, um das Licht in einem schmalen Strahl zu lenken.

LED-COB-Optik

Sowohl Reflektoren als auch Linsen können verwendet werden, um das Licht der LED zu lenken und den Lichtüberschuss zu reduzieren, der Verschwendung darstellt. Manchmal wird eine Kombination aus Linse und Reflektor verwendet.

Generell gilt: Je breiter die Lichtstreuung, desto geringer die Hängehöhe, aber die Streuung ist weniger gleichmäßig. Ein schmalerer Lichtstrahl bedeutet, dass die Hängehöhe relativ hoch sein muss, aber die Lichtstreuung ist gleichmäßiger.

LED-Wachstumslichtreflektoren

Ein Reflektor ist ein optisches Element, das die Lichtverteilung der Leuchte durch Reflexion reguliert. Es gibt verschiedene reflektierende Oberflächen, wie z. B. eine Spiegelreflexion, eine diffuse Reflexion und eine gemischte Reflexion.

Zu den Reflektortypen gehören konische Reflektoren mit vier grundlegenden Geometrien – elliptisch, zonal, hyperbolisch und parabolisch.

Linsen für LED-Wachstumslichter

Das von LEDs ausgestrahlte Licht kann mit einer Linse in schmale oder breite Strahlen gelenkt werden. Weitwinkellinsen werden typischerweise verwendet, um das Licht breit zu streuen und eine niedrige Aufhängehöhe zu ermöglichen, d. h. einen geringen Abstand von der LED zum Pflanzendach. Engwinkellinsen werden verwendet, wenn die Lichtquelle hoch über dem Zielbereich aufgehängt wird.

Sekundärlinse für LED-Wachstumslicht

Die Sekundärlinse ist nicht Teil des LED-Pakets, sondern wird über den LEDs montiert. Die Linsen verengen den Lichtstrahl und verbessern die Systemleistung und sind dabei im Allgemeinen effizienter als die Primärlinse. Sie sind jedoch sperriger und teurer. Die Linsen können aus Acryl oder Glas bestehen.

Die Linse dient zudem als Schutz für die LED und kann dazu beitragen, die Leuchte gegen Schmutz und Feuchtigkeit abzudichten.

LED-Wachstumslicht Oberflächenmontierte Geräte SMDs

SMD steht für Surface Mounted Diode (Oberflächenmontierte Diode). Diese LEDs sind klein und verbrauchen normalerweise weniger als ein halbes Watt pro Stück. Daher werden viele davon für eine Leuchte mit hoher Wattzahl benötigt. Sie werden normalerweise in Arrays auf Aluminiumplatten angeordnet, um die Lichtquelle zu verteilen und eine effiziente Wärmeableitung zu ermöglichen.

Über lange LED-Leisten oder rechteckige Platten verteilte SMDs ermöglichen außerdem eine gleichmäßigere Lichtverteilung über dem Pflanzendach und verringern die erforderliche Aufhängehöhe sowie das Potenzial für Hotspots im Vergleich zu COB-LED-Leuchten.

Primärlinse für LED-Wachstumslicht

Eine Primärlinse ist direkt auf der LED montiert und ist Teil des LED-Pakets. Die Primärlinse verbessert die Systemleistung, indem sie den Lichtstrahl verengt, sodass mehr Licht auf das Pflanzendach gerichtet wird. Die Linse ist jedoch nicht perfekt und absorbiert einen Teil des Lichts, ist aber eine kostengünstige Linsenlösung.

LED-Wachstumslicht weiße LEDs

Der am häufigsten verwendete LED-Typ zur Erzeugung von weißem Licht besteht aus einer Beschichtung von LEDs einer Farbe (meist blaue LEDs aus InGaN) mit Phosphor, um weißes Licht zu erzeugen. Diese LEDs werden als phosphorbasierte weiße LEDs bezeichnet. Die von hochhellen LEDs emittierten „blauen“ Photonen passieren die Phosphorschicht entweder unverändert oder werden in der Phosphorschicht in „gelbe“ Photonen umgewandelt. Die Kombination von „blauen“ und „gelben“ Photonen führt zu weißem Licht.

Die von der Hochleistungs-LED emittierten „blauen“ Photonen passieren die Phosphorschicht entweder unverändert oder werden in der Phosphorschicht in „gelbe“ Photonen umgewandelt. Die Kombination von „blauen“ und „gelben“ Photonen führt zu weißem Licht.

Pflanzenlicht weiße LEDs - Farbtemperatur

Die Farbtemperatur oder CCT einer Lichtquelle ist die Temperatur eines idealen schwarzen Strahlers (fester Gegenstand mit bestimmten Eigenschaften, der bis zur Glühtemperatur erhitzt wird), der Licht mit einem ähnlichen Farbton wie die Lichtquelle ausstrahlt. Die Temperatur wird in Kelvin (K) angegeben. Wenn ein schwarzer Körper heißer wird, durchläuft die Wellenlänge des emittierten Lichts eine Farbfolge von Rot bis Blau.

Eine Erhöhung der Phosphorbeschichtung auf der blauen LED führt zu mehr Phosphoreszenz und einem höheren Verhältnis von Gelb zu Blau. Dies führt zu einem „wärmeren“ oder orangefarbeneren Licht mit einer niedrigeren korrelierten Farbtemperatur (CCT) von beispielsweise 3000 K.

Eine Verringerung der Phosphorbeschichtung hat den gegenteiligen Effekt: Der Anteil der emittierten blauen Photonen ist größer und das Licht ist ein „kühleres“ Lichtspektrum mit einer niedrigeren korrelierten Farbtemperatur (CCT) von beispielsweise 5000 K.

LED-Wachstumslicht - Hoher CRI

Weiße LEDs mit höherem CRI „glätten“ die Spektralkurve, sodass eine gleichmäßigere Verteilung der Wellenlängen über den PAR-Bereich hinweg erfolgt. Die photosynthetische Effizienz des Lichtspektrums wird dadurch jedoch nicht erhöht.

LED-Wachstumslicht, tiefrote 660 nm-LEDs

Obwohl sie pro Watt teurer sind, weisen die tiefroten LEDs mit einer Wellenlänge von etwa 660 nm einen hohen elektrischen Wirkungsgrad auf und werden zu Wachstumslampen hinzugefügt, um die Systemleistung zu erhöhen.

Typischerweise wird in den meisten Vollspektrum-LED-Wachstumslampen eine kleine Anzahl von 660 nm-Rottönen verwendet und der Spitzenwert bei dieser Wellenlänge ist im Spektrumdiagramm der Wachstumslampe sichtbar.

UVA- und Far-Red-LEDs für die Pflanzenbeleuchtung

Einige Wachstumslampen enthalten auch UVA-LEDs mit etwa 380 nm und Far-Red-LEDs mit einer Wellenlänge von 730 nm. Diese liegen nicht im Standard-PAR-Bereich, sodass das zusätzliche UVA- oder Far-Red-Licht nicht von einem PAR-Sensor erfasst wird. Diese Wellenlängen erzeugen jedoch Photosynthese und tragen zu Wachstum und Ertrag bei.

Treiber für LED-Wachstumslichter

LEDs laufen mit Gleichstrom (DC), aber der Netzstrom ist Wechselstrom (AC). Um LEDs mit Strom zu versorgen, benötigen wir ein Gerät, das die Wechselstromversorgung in Gleichstrom umwandelt. Wir nennen das einen LED-Treiber.

Der LED-Treiber bietet den LEDs außerdem elektrischen Schutz, um Schäden durch Spannungsspitzen, Überhitzung usw. zu verhindern.

Es gibt zwei Haupttypen von LED-Treibern:

Konstantstrom (CC) - LEDs sind meist in Reihenschaltung und der LED-Treiber liefert einen präzisen Stromwert. Ideal zum Dimmen.

Konstantspannung (CV) - LEDs sind meist parallel geschaltet, ideal für dekorative Streifen, die auf die gewünschte Länge zugeschnitten werden können. Nicht zum Dimmen geeignet.

Eigenschaften des LED-Treibers

Nennstrom/-spannung – vordefinierter Ausgangsstrom oder vordefinierte Ausgangsspannung zur Versorgung der Anzahl der mit Strom versorgten LEDs und der Stärke ihrer Belastung.

Nennleistung - Ausgangsleistung des Treibers. Ausgangsspannung x Ampere = Nennleistung

Wirkungsgrad - Das Verhältnis zwischen Ausgangsleistung und Eingangsleistung in %.

Treiber höherer Qualität weisen in der Regel eine höhere Effizienz auf, laufen kühler und halten länger.

LED-Treiber haben einen Wirkungsgrad von etwa 80 % bis 95 %. Der Wirkungsgrad ist ein Maß für die abgegebene Leistung/Leistungsaufnahme und gibt an, wie viel Leistung verloren geht. Ein Treiber mit einem Wirkungsgrad von 90 % verliert beispielsweise 10 % der aufgenommenen Leistung in Form von Wärme. Für eine effiziente und wirksame Wachstumslampe ist ein guter LED-Treiber mit hohem Wirkungsgrad erforderlich. Ein LED-Treiber gilt als effizient, wenn er einen Wirkungsgrad von 90 % oder mehr aufweist.

Zuverlässigkeit des LED-Treibers

Der häufigste Fehler einer LED-Lampe betrifft nicht die LEDs selbst, sondern den LED-Treiber. Die Treiber versagen häufig aufgrund hoher Betriebstemperaturen, die die Kondensatoren in den Schaltkreisen austrocknen und den Treiber zum Ausfallen bringen. Damit eine Wachstumslampe zuverlässig funktioniert, ist ein qualitativ hochwertiger und hocheffizienter LED-Treiber erforderlich.

Es gibt zwei Hauptmethoden zum Dimmen von LED-Leuchten: Pulsweitenmodulation (PWM) und analog.

PWM: Anders als bei herkömmlichen Beleuchtungssystemen wie Glühlampen ist diese Methode der LED-Dimmung nicht auf Spannung angewiesen, um die Helligkeit zu beeinflussen. Stattdessen wird ein „Ein- und Aus“-Zyklus verwendet. Dieser Zyklus läuft in Millisekunden ab, sodass Sie das Ein- und Ausschalten mit bloßem Auge nicht bemerken.

Wenn Sie Ihre Lichter beispielsweise auf 30 % gedimmt haben, sind sie 30 % der Zeit eingeschaltet und die restlichen 70 % ausgeschaltet. Dadurch wird ein optimaler Dimmeffekt erzielt, ohne dass die Spannung, die das Licht erreicht, erhöht oder verringert werden muss.

Analog: Ein direkterer Ansatz zum Dimmen. Analog beruht auf der Steuerung des Stroms, um die Lichter entweder zu dimmen oder heller zu machen. Eine Verringerung des Stroms dimmt die Lichter, und im Gegenzug erzeugt eine Erhöhung des Stroms ein helleres Licht.

Die meisten guten LED-Treiber verfügen auch über weitere Sicherheitsfunktionen wie:

• Überstromschutz
• Übertemperaturschutz
• Kurzschlussschutz

Eigenschaften von LED-Wachstumslampen

Die Lichtleistung aller Arten von Beleuchtungskörpern nimmt mit der Zeit ab. Pflanzenlampen werden etwa 12 bis 20 Stunden pro Tag verwendet. Bei einer durchschnittlichen Verwendung von 15 Stunden pro Tag beträgt die Betriebsdauer pro Jahr 365 x 15 = 5.475 Stunden. Normalerweise sollten Pflanzenlampen ausgetauscht werden, wenn sie auf 80 % ihrer ursprünglichen Leistung nachlassen. Dies bedeutet, dass Metallhalogenidlampen nach 6 Monaten und Natriumdampflampen nach 1 Jahr ausgetauscht werden müssen. LEDs müssen erst nach etwa 4 Jahren Verwendung ausgetauscht werden.

LEDs sind gerichtet

Glühlampen und HID-Lampen strahlen Licht in alle Richtungen ab und müssen daher zurück zum Zielpflanzendach reflektiert werden. Das Licht wird nicht vollständig reflektiert und geht in Form von Wärme verloren.

LEDs strahlen das Licht nur in eine Richtung ab, müssen daher nicht so viel Licht reflektieren und haben daher einen Effizienzvorteil.

Das Spektrum des LED-Wachstumslichts kann angepasst werden

LED-Wachstumslampen können verschiedene weiße LEDs verwenden, von warmweiß bis kaltweiß, wodurch der Blauanteil im Spektrum angepasst wird. Auch tiefrote, UVA- und fernrote LEDs können hinzugefügt werden, um das Spektrum nach Bedarf des Züchters zu ändern und zu „erweitern“.

LED-Wachstumslampen sind sehr effizient

Eine höhere Effizienz bietet zwei Vorteile:

• Reduzierter Stromverbrauch – geringere Betriebskosten
• Reduzierte Wärmeabgabe

LEDs sind viel effizienter als jede andere Beleuchtungstechnologie und ermöglichen es den Züchtern, die Betriebskosten und die Wärme im Anbaubereich zu senken. Die Amortisationszeit für hocheffiziente LEDs beträgt weniger als 2 Jahre.

Durch die geringere Wärmeabgabe der LEDs können Züchter außerdem die Lichtintensität in den Anbaubereichen bei gleichem oder geringerem Stromverbrauch erhöhen und gleichzeitig die Raumtemperatur konstant halten.

Betriebstemperatur der LED-Wachstumsleuchte

Sowohl LEDs als auch LED-Treiber halten länger, je kühler sie laufen. Um die Lebensdauer des LED-Treibers zu maximieren, können Sie ihn an einem kühlen Ort außerhalb des Gewächszelts aufstellen und aufhängen, damit die Luftzirkulation um ihn herum optimiert wird.

Die LED-Leisten oder -Panels haben auf der Rückseite Kühlkörper. Stellen Sie sicher, dass über und um den Kühlkörper herum genügend Platz ist, damit die Luft frei zirkulieren und die Wärme abgeleitet werden kann. Wenn Sie Abluftventilatoren verwenden, können Sie den Luftstrom über die Oberseite der LED-Wachstumslampe leiten, um den Luftstrom zu erhöhen und die LED-Temperatur zu minimieren.

Wartung von LED-Wachstumslampen

Die neueste Generation von LED-Leuchten verfügt über keine beweglichen Teile, Sie können jedoch den Kühlkörper und die Leuchten sauber halten, um die Effizienz des Kühlkörpers aufrechtzuerhalten und die Betriebstemperaturen niedrig zu halten.

Viele LED-Leuchten haben keine Linsen oder Abdeckungen über den LEDs und diese können Staub oder Feuchtigkeit anziehen.

Viele LEDs haben jedoch entweder eine Acryl- oder Silikonbeschichtung. In diesem Fall können Sie die LED-Oberfläche reinigen. Schalten Sie das Licht aus und reinigen Sie es vorsichtig mit einem feuchten Tuch. Verwenden Sie keine Reinigungsmittel, da diese die LED-Oberfläche beschädigen können.