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LED-Licht speziell für Pflanzen ist ein Wachstumsmarkt. Mögliche Anwendungen sind vielfältig. Allerdings müssen die LED-basierten Leuchten passgenau auf die Anwendung abgestimmt werden.
Gewächshäuser, grüne Fassaden, Innenraum-Begrünung von Geschäftsgebäuden, Flughäfen und Konferenzzentren, Urban Farming sowie Spezialanwendungen, die beispielsweise Algenwachstum fördern oder verhindern – die Einsatzmöglichkeiten für Pflanzen-Beleuchtungssysteme wachsen von Jahr zu Jahr.
Damit steigt auch das Anforderungsspektrum an die für die verschiedenen Anwendungsfelder geeigneten Spezifika der verschiedenen Beleuchtungen. Dazu gehören Bestrahlungsstärken, Wellenlängen bzw. Farbspektren, Abstrahlwinkel oder Steuerungsmöglichkeiten.
Die Pflanzen benötigen für die Photosynthese überwiegend blaues Licht mit einer Wellenlänge von rund 400 bis 490 nm und rotes Licht mit rund 640 bis 700 nm. Zusätzlich haben sie Absorptionsbanden für tiefrotes Licht im Bereich von 730 nm. Erzeugt man Licht künstlich in den für Pflanzen optimieren Wellenlängen, um das Pflanzenwachstum zu fördern oder zu kontrollieren, werden die Farbkomponenten des gemischten Lichts vom menschlichen Auge als die typische pinkfarbene Aura wahrgenommen, die man aus dem sogenannten Horticulture Lighting kennt. Dabei haben verschiedene Faktoren der Beleuchtung Einfluss auf das Pflanzenwachstum:
Lichtmenge: Die Lichtmenge beeinflusst den Prozess der Photosynthese in der Pflanze. Dieser Prozess ist eine photochemische Reaktion innerhalb der Chloroplasten der Pflanzenzellen, in der CO2 unter dem Einfluss der Lichtenergie in Kohlenhydrate umgewandelt wird. Zusätzliches Licht kann somit beispielsweise durch die Produktion von zusätzlichen Kohlehydraten in Form von Fruchtzucker die Größe und Süße von Früchten fördern oder auch den Vitamingehalt von Obst und Gemüse steigern.
Lichtqualität: Nicht jedes Licht eignet sich für Pflanzen. Die spektrale Zusammensetzung der verschiedenen Wellenlängen blau, grün, gelb, rot, tiefrot bis hin zu ultravioletter und infraroter Strahlung ist wichtig für das Wachstum, die Form, die Entwicklung und die Blüte der Pflanze. Die Gesamtheit wird als Photomorphogenese bezeichnet. Gezielte Lichtmischung in den passenden Wellenlängen kann nicht nur das Wachstum fördern, sondern steuert, in welcher Größe und Form Pflanzen wachsen und wie die Inhaltsstoffe gezielt beeinflusst werden.
Leuchtdauer: Die für den Zeitpunkt der Blütenbildung erforderliche Länge von Tag und Nacht wird als sogenannte Photoperiode bezeichnet. Das Verhalten ist genetisch bedingt und wird vererbt. Zudem gibt es je nach Pflanzenart starke Unterschiede im Verhalten: teilweise reicht schon ein einzelner Tag mit passender Tageslänge, um die Pflanze zum Ausbilden von Blüten anzuregen. Andere Pflanzen benötigen hingegen bis zu 25 aufeinander folgende Tage zur hormonellen Umstellung. Auch diese kann durch Lichteinwirkung gezielt beeinflusst werden.
Aufgrund ihres genau definierten Farbspektrums und der flexiblen Möglichkeiten, diese zu steuern, eignen sich LEDs besonders gut für den Einsatz im Horticulture Lighting oder Allgemein auch für den Gartenbau.
Bei der Planung einer LED-Beleuchtung speziell für Pflanzen gibt es verschiedene Ansätze: Das sogenannte Toplighting ist die älteste und gängigste Variante. Die Pflanzen werden großflächig von Leuchten beleuchtet. Hier hängen die Leuchten an der Gewächshaus- oder Zimmerdecke. Die bisher im Gartenbau häufig verwendeten Hochdruck-Natriumlampen (HPS-Leuchten) haben jedoch neben einem hohen Energieverbrauch auch den Nachteil, dass sie sehr viel Hitze entwickeln. Daher erfordern sie einen großen Abstand zwischen der Lichtquelle und den Pflanzen. Aber auch bei diesem System eignen sich LED, die den Energieverbrauch senken und mehr Flexibilität bei der Positionierung der Beleuchtungslösung ermöglichen.
Durch den Einsatz von LED kann die Beleuchtungslösung wesentlich näher an den Pflanzen angebracht werden, teilweise sogar zwischen den Pflanzen oder deren Blättern. Diese Methode nennt sich Interlighting. Damit wird beispielsweise auch die Schattenbildung durch die Blätter verringert, die bei der Beleuchtung von oben auftritt. So kann auch die Blüten- und Fruchtbildung in den unteren Regionen der Pflanze oder dichter am Stamm oder Stengel unterstützt werden.
Werden die Leuchten näher an der Pflanze angebracht und dank flächiger Verteilung einer LED homogen beleuchtet, dann ist das Voraussetzung für den Einsatz in der sogenannten Multilayer Cultivation oder Vertical Farming. Es ermöglicht den Pflanzenanbau auf mehreren Ebenen, was die benötigte Grundfläche insgesamt verringert. Gerade in Zeiten der Urbanisierung und dem Trend zu Megacities ein zunehmend wichtiger Faktor. Dabei spielt es keine Rolle wo die Pflanzen angebaut werden: in Gewächshäusern, in vertikal angeordneten Gärten, beim Urban Farming, in Kombination mit Hydrokulturen oder in Reinraumumgebungen, dem sogenannten Controlled Environment Farming.
Ergänzt man das natürliche Licht der Sonne mit dem künstlichen Licht einer LED spricht man vom sogenannten Supplemental Lighting. Damit lässt sich die Photosynthese sowie das damit verbundene Wachstum und die Qualität der Pflanzen in Gewächshäusern verbessern. Eine zusätzliche Beleuchtung wird neben dem Anbau von Pflanzen auch in verglasten und begrünten Innenräumen angewandt. Das können beispielsweise Flughäfen, Geschäftsgebäude oder Hotels sein. Von der photoperiodischen Beleuchtung spricht man, wenn das Licht in einem bestimmten Zeitraum aktiv ist und damit Lichtperiode gesteuert wird. Damit lässt sich eine bestimmte Tageslänge simulieren und das Blütenwachstum auslösen. Üblicherweise wird das über die Verlängerung der natürlichen Tageslänge mit künstlichem Licht im professionellen Pflanzenanbau ausgelöst.
Worauf bei LED-Auswahl und Thermomanagement zu achten ist
Geringer thermischer Widerstand und ein Lichtstrom von 460 Lumen
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