In den letzten Jahren haben LED-Leuchten beim Indoor-Anbau unserer Lieblingspflanzen immer mehr an Bedeutung gewonnen. Die neue Technologie entwickelt sich rasant und die Hersteller überfluten den Markt mit immer neuen Produkten. Dabei ist es oft schwierig, den Überblick über all die neuen Entwicklungen zu behalten – und viele Grower sind von den zur Verfügung stehenden Informationen auch schlichtweg überfordert. In diesem Zweiteiler wollen wir Euch einen detaillierten Überblick darüber verschaffen, worauf es bei LED-Leuchten wirklich ankommt und was diese aufregende neue Technologie so alles leisten kann.
Im ersten Teil unserer Artikelserie wollen wir einen genauen Blick auf die LED-Technologie und die verbauten Einzelteile werfen, deren Bedeutung erklären und darauf hinweisen, worauf man beim Kauf besser achten sollte. Schließlich statten verschiedene Hersteller ihre Produkte auch ganz verschieden aus – daraus folgen positive wie negative Eigenschaften, die wir ebenfalls beleuchten wollen. Anschließend werden wir uns dem Lichtspektrum (wichtig für den Prozess der Photosynthese) widmen und erklären, worauf man hier achten muss.
Wir wollen Euch dabei helfen zu verstehen, wie LED-Lampen Euren Grow konkret verbessern und Euren Ertrag steigern können. Dabei ist es auch in einem zweiteiligen Artikel praktisch unmöglich, auf wirklich jedes Detail einer komplexen Technologie wie der LED-Beleuchtung umfassend einzugehen. Daher werden wir uns hier auf die wichtigsten Aspekte beschränken und gehen davon aus, dass bei Euch bereits ein rudimentäres Grundwissen vorhanden ist und Ihr nun noch etwas mehr über diese Technologie erfahren wollt.
Betrieb der Leuchte
LEDs benötigen in der Regel einen Treiber. Diese Komponente ist vergleichbar mit einem elektronischen Vorschaltgerät, das eine Natriumdampf-Hochdrucklampe mit Strom versorgt. Insofern ist es wichtig, auch bei LED-Treibern auf ein möglichst hohe Qualität zu achten, da billige Treiber oft dazu neigen, schnell zu überhitzen. Dank asiatischer Onlineplattformen ist es heute tatsächlich relativ einfach möglich,
Zugriff auf verschiedenste Treiberkomponenten aus Asien zu bekommen. Auf den ersten Blick scheint hier ein niedriger Preis oft ein Vorteil zu sein, da die einzelnen Komponenten meist sehr günstig zu bekommen sind und die Hersteller dabei oft sogar eine Garantie von fünf Jahren gewähren.
Die Wahl des richtigen Treibers ist immer auch Vertrauenssache. Wie bei jeder elektronischen Steuervorrichtung kann auch hier gesagt werden: je mehr Funktionen ein Treiber bietet, desto größer die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls. Einige wenige LED-Leuchten funktionieren zwar auch ganz ohne Treiber, aber das Problem ist dabei, dass diese Leuchten dann auf der Frequenz des Stroms (50 – 60 Hz) ein Flimmern erzeugen – und das mögen Pflanzen gar nicht.
Die Kühlung
Wie jedes elektronische Gerät erzeugen auch LED-Lampen Wärme. Zwar deutlich weniger Wärme als herkömmliche Natrium- oder Metallhalogen-Hochdrucklampen – aber trotzdem Wärme. Deshalb muss eine Kühlung vorhanden sein, um eine Überhitzung der Leuchte zu verhindern und die Funktionsfähigkeit der LED-Chips zu gewährleisten. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Eine aktive Methode der Kühlung ist die Verwendung von Lüftern – das ist auch die verbreitetste aktive Methode der Kühlung. Durch verbaute Lüfter wird Luft hierbei aktiv durch das Gerät geleitet, um die Temperatur der eingebauten Komponenten zu reduzieren. Dies ist vergleichbar mit der aktiven Kühlung eines PCs oder eines Laptops. Es ist heutzutage die gängigste Art, LED-Leuchten mit aktiver Lüfterkühlung zu bauen, da diese relativ einfach und günstig herzustellen sind und kaum spezielle bzw. hochpreisige Materialien wie Aluminium oder Kupfer enthalten. Die Leuchte ist somit auch leichter, wenn eine aktive Kühlung eingebaut ist, da nur ein kleiner Lüfter und ein Kühler zur Regulierung der Wärme benötigt werden. Besonders größere LED-Systeme können von einer aktiven Kühlung durchaus profitieren, da es sich um sehr einfache Konstruktionen handelt – es braucht keine großen technischen Fähigkeiten, um einen Lüfter für die Wärmeregulierung einzubauen, was dazu führt, dass die meisten aktiv gekühlten LED-Leuchten häufig auf einem schwachen technischen Standard sind. Denn obwohl die Produktionskosten relativ niedrig sind, werden die Leuchten vom Hersteller oder Händler oft zu einem (zu) hohen Preis angeboten. Dabei hat das aktive Kühlen mit einem Lüfter auch seine Nachteile. Denn aktive Lüfter benötigen zusätzlichen Strom, der nicht in Licht umgewandelt werden kann, was die Energieeffizienz der Leuchte spürbar senkt. Ein weiteres Problem kann (neben einer gewissen Lärmbelästigung, denn Ventilatoren können auch sehr laut sein) vor allem die mit der Zeit einsetzende Verschmutzung sein, da ein Ventilator die Luft im Growbereich immer auch mit Staub- und Schmutzpartikeln belastet – Teile davon kommen aus dem Substrat und den Pflanzen selbst. Die verschmutzte Luft wird (zur Kühlung der Leuchte und der elektronischen Komponenten) in das
Innere des Gehäuses angesaugt, wodurch sich besagte Staub- und Schmutzpartikel hier ablagern können. Dabei besteht unter Umständen auch die Gefahr, dass man seinen nach Schädlingsbefall gerade tipptopp gereinigten Grow-Room erneut infiziert, weil man nicht in der Lage ist, alle Komponenten der LED-Leuchte gründlich zu reinigen. Das Innere der Lampe zu reinigen stellt unter anderem allein schon deshalb ein Problem dar, weil beim Öffnen des Gehäuses die Herstellergarantie erlischt. Da viele aktiv gekühlte LED-Leuchten noch relativ neu auf dem Markt sind, ist es schwierig, die genaue Anzahl der Ausfälle innerhalb der ersten Jahre festzustellen – aber es ist denkbar, dass sie nicht (wie erwartet) zwei bis fünf Jahre einwandfrei funktionieren werden.
Beim hydroponischen Anbau könnte möglicherweise der Eindruck entstehen, dass eine Verschmutzung durch Schmutz- und Staubpartikel hier kein Problem darstellen würde. Leider besteht das Problem und die Gefahr für die Lampen aber auch weiterhin, denn Wasser wird in warmer Umgebung immer auch teilweise verdunsten – und es kann dann auch wieder kondensieren. Neben Wassermolekülen enthält die Luft auch Düngemittel und andere Zusatzstoffe, mit denen man seine Pflanzen normalerweise versorgt – auch diese Bestandteile werden vom Ventilator mit der Luft angesaugt und können sich im Inneren
der Lampe auf den elektronischen Komponenten absetzen.
Einige LED-Leuchten arbeiten auch mit einer anderen Art der aktiven Kühlung: mit einer Wasserkühlung. In den meisten Fällen erledigen wassergekühlte Systeme einen guten Job und verhindern effizient eine Überhitzung der Lampe. Diese Art der aktiven Kühlung nimmt jedoch mehr Zeit bei der Installation in Anspruch und verbraucht zudem (wie auch ein Lüfter) zusätzliche Energie – was die Energie-Einsparung, die eine LED-Lampe normalerweise bietet, deutlich reduziert. Neben der Gefahr einer undichten Stelle birgt diese Methode aber auch ein weiteres Risiko – denn sollte die Kühlung einmal (aus welchen Gründen auch immer) ausfallen, ist die Lampe zum Tod durch Überhitzen verurteilt.
Wenn man sich nun im Vergleich einmal die passiv gekühlten LED-Leuchten ansieht, stellt man fest, dass diese entweder durch eine lineare Bauweise mit langen LED-Bars oder mit verschiedenen Lamellen ausgestattet sind. Dadurch wird die stark erweiterte Oberfläche des Gehäuses maximal ausgenutzt, um Wärme abzustrahlen und damit die Temperatur zu reduzieren. Anders als aktiv gekühlte LED-Leuchten haben passiv gekühlte Module überhaupt keine beweglichen Teile, sodass erst gar keine Lüfter ausfallen können und eine Überhitzung aufgrund von Kühlungsausfällen ausgeschlossen ist. Außerdem lassen sich passiv gekühlte LED-Leuchten (im Gegensatz zu Leuchten mit Lüftern) absolut lautlos betreiben.
Darüber hinaus sollte man bei passiv gekühlten Leuchten darauf achten, dass die elektronischen Komponenten versiegelt sind und die Leuchte eine Schutzklasse von IP65 oder höher aufweist, sodass selbst Unfälle während der Bewässerung keine Auswirkungen auf die Beleuchtung oder die Sicherheit haben können. Die Nachteile von passiv gekühlten LED-Leuchten sind die höheren Anschaffungskosten. Denn es ist viel schwieriger, große Mengen an LED-Leistung passiv zu kühlen, sodass für die Entwicklung und Produktion solcher Leuchten in der Regel eine höherentwickelte Technologie und mehr hochwertige Materialien erforderlich sind. Außerdem sind die Kühlkörper auch recht schwer, sodass passiv gekühlte Leuchten immer auch deutlich mehr Gewicht mitbringen, als Lampen mit aktiver Kühlung. Da jedoch höhere Qualität immer auch ihren Preis (und in dem Fall auch ihr
Gewicht) hat und sich ein Anwender normalerweise vor allem eine sichere Umgebung und einen minimalen Wartungsaufwand wünscht, kann man sagen, dass sich eine Investition in LED-Leuchte mit passiver Kühlung durchaus lohnen kann.
Optik und Abdeckung der LED-Chips
LED-Leuchten können in drei verschiedene Kategorien eingeteilt werden: Leuchten ganz ohne Abdeckung, Leuchten mit Kunststoff-Optik wie z.B. Silikon und Optiken aus Echtglas.
LED-Leuchten ohne Abdeckung verwenden nur die Linse der LED-Chips selbst. Diese Vorgehensweise ist in einigen Fällen besser als eine Kunststoffabdeckung, da man so kein Licht durch Absorption verliert – allerdings werden dabei die LED-Chips auch überhaupt nicht geschützt. Darüber hinaus besteht auch das Risiko, dass man beim obligatorischen Reinigen die Chips beschädigt.
Kunststoffe sind die günstigste Methode, um eine Schutzabdeckung für LED-Chips herzustellen. Der Nachteil dieser Materialien ist, dass selbst brandneue und klare Kunststoffe immer noch sechs bis acht Prozent des emittierten Lichts absorbieren (abhängig von der Kunststoff-Qualität). In einer Umgebung, die niemals zu 100 % sauber sein kann, muss man seine Leuchte auch gelegentlich mal reinigen können, um nicht immer mehr Licht einzubüßen.
Es kommt auch häufig vor, dass Lampen im Laufe der Zeit an der Unterseite verschmutzen – insbesondere, wenn sie gelegentlich mit harzigen THC-Knospen in Berührung kommen. Wasser reicht dann oft nicht aus. Einige Kunststoffe, die zur Herstellung von LED-Abdeckungen verwendet werden, lassen sich nicht gut reinigen und werden dann mit der Zeit stumpf. Das zerstört im schlimmsten Fall die Abdeckung und man muss sie dann (wenn möglich) austauschen oder im schlimmsten Fall sogar eine neue LED-Leuchte kaufen. Silikon neigt auch dazu, im Laufe der Zeit gelb zu werden – insbesondere, wenn es erhitzt wird. Dies kann zu Lichtverlust und Problemen mit der Stabilität des Lichtspektrums führen.
Die Verwendung von Glas ist der teuerste Weg, Abdeckungen für LED-Leuchten herzustellen – aber es ist auch der beste Weg. Bei Verwendung von nicht reflektierendem Echtglas ist ein minimaler Lichtverlust von nur einem Prozent oder weniger möglich. Zudem ist Glas leicht zu reinigen und für die meisten Reinigungsmittel geeignet, ohne dass die Gefahr einer schleichenden „Erblindung“ wie bei Kunststoffen besteht. Der einzige Nachteil ist auch hier der höhere Preis, der allerdings durch die höhere Qualität bedingt ist.
Der Schutz des Gehäuses
Das Gehäuse sichert die gesamte Leuchte und verhindert Brände, Schäden an der LED-Leuchte selbst und Personenschäden bei der Bedienung. Wenn es um die Sicherheit elektronischer Geräte geht, ist es wichtig, auf die passende IP-Schutzklasse zu achten. Generell sollten Geräte, die in einem feuchten und schmutzigen Umfeld betrieben werden, eine Schutzklasse von mindestens IP 54 (Beständigkeit gegen Staub und Spritzwasser) haben. Als Faustregel gilt: Je höher die IP-Klasse, desto besser und beständiger ist ein Gerät gegen Verschmutzung geschützt. So ist sichergestellt, dass keine elektronischen Komponenten mit Wasser oder Schmutz in Berührung kommen, was das Risiko eines Ausfalls, eines Feuers oder eines tödlichen Unfalls erheblich reduziert.
Die LED-Chips – Herz und Seele der Leuchte
Zunächst ist es wichtig zu verstehen, dass LEDs in den Leuchten auf unterschiedliche Weise angeordnet werden können. Dies bedeutet, dass nicht jede Lampe ideal für die Beleuchtung von Pflanzen ist. Die beiden Hauptmethoden der Herstellung von LED-Leuchten sind Chip-on-Board- (COB) und Single-Chip-LEDs.
In COB-Modulen werden die LED-Chips direkt auf eine Aluminiumplatte gelötet. Dadurch ist es möglich, viele LEDs auf engstem Raum zu bündeln, was zu einer hohen Lichtkonzentration führt. Auch wenn dies eine gute Möglichkeit ist, Platz und Geld zu sparen und gleichzeitig viel Licht zu erzeugen, weist die COB-Technologie einige Probleme auf. Ein COB-Modul sieht ungefähr so aus wie auf dieser Abbildung:
In diesem Beispiel gibt es drei verschiedene Arten von LED-Chips (rot, blau und grün). Das gesamte COB-Modul wird von nur einer Quelle gespeist, sodass jeder LED-Chip die gleiche Spannung erhält. Das Problem dabei ist, dass Chips mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen auch unterschiedliche elektrische Spezifikationen bezüglich der optimalen Spannung benötigen. In diesem Sinne hat der Hersteller zwei Möglichkeiten, wenn er verschiedene Chips auf einer gemeinsamen Platine verarbeitet: Entweder werden einige LEDs überlastet (um die vom Hersteller gewünschte und benötigte Leistung zu erzielen) oder er versorgt andere LEDs auf dem COB mit weniger Strom (um Ausfallraten und eine Überhitzung zu vermeiden) – doch das führt letztendlich zu einer geringeren Lichtausbeute der Leuchte.
Und was passiert, wenn Chips überlastet werden? Erstens kann ein Chip, der überlastet wird, die zu hohe Spannung auf Dauer nicht verarbeiten und brennt schließlich durch. In einem COB-Schaltkreis wirkt der defekte Chip dann wie ein Widerstand, der Wärme erzeugt. Die Wärme strahlt um den Schaltkreis herum ab, was die Überhitzung benachbarter Chips zur Folge hat, was wiederum zu weiteren Ausfällen führt. Andere Chips versagen, wirken dann auch wie Widerstände und es beginnt eine unaufhaltsame Kettenreaktion, die zum Ausfall immer weiterer Chips führt. Um ihre Kunden in Sachen Leistungsparameter zufriedenzustellen neigen manche Hersteller leider tatsächlich dazu, ihre COBs lieber zu überlasten, um mit vermeintlich hoher Lichtleistung die Verkäufe zu steigern.
Die zweite Möglichkeit, LED-Chips in einer Leuchte anzuordnen, besteht in der Verwendung von Single-Chip-LEDs. Hier unterscheidet sich die Anordnung stark von der der COBs:
Typ aus (rot, blau und grün). Dies hat den Vorteil, dass nicht das gesamte Modul von nur einer Energiequelle gespeist wird, sondern die Spannung für jede LED-Reihe individuell angepasst werden kann. So erhält jede LED-Chip-Reihe die optimale Spannung – dabei wird keine LED über- oder unterlastet. Dieses Prinzip führt zu weniger Ausfällen und stellt sicher, dass die Leuchte die höchstmögliche Lichtausbeute bringt. Und wenn mal ein einzelner Chip ausfällt, sind die benachbarten LEDs nicht davon betroffen und die Leuchte kann den Ausfall des Chips normalerweise gut verkraften. In Sachen Lichtverteilung bestrahlen Single-Chip-LEDs eine größere Oberfläche – COBs wirken dagegen in der Regel eher wie Scheinwerfer. Die größere Oberfläche, die vom Licht einzelner LED-Chips bestrahlt wird, bietet große Vorteile in Bezug auf die Uniformität des Lichts auf der beleuchteten Fläche, was zu einer gleichmäßigen Entwicklung beim Wachstum und der Blüte führt. Der Nachteil von Single-Chip-LEDs liegt in einem aufwendigeren System mit höher entwickelter Technik und deshalb auch einem höheren Preis.
Die Effizienz der LED-Chips
Man kann sagen, dass der Wirkungsgrad von LED-Chips bei einer Ansteuerung mit höherer Leistung abnimmt. Wenn wir beispielsweise eine 120-Watt-Leuchte mit nur 60 Watt betreiben, ist der Wirkungsgrad (μmol/W) besser, als wenn wir sie mit 120 Watt betreiben. Es gibt jedoch auch ein Problem mit unterversorgten LEDs, denn das Verhältnis von Leistung zu Gerätepreis bleibt dabei oft auf der Strecke. Was aber, wenn man LEDs mit niedriger Leistung und guter Lichtintensität herstellen will? Dies würde zu einer riesigen LED-Leuchte mit ganz vielen LED-Chips führen – und diese Leuchte würde ein Vermögen kosten. Daher ist das letztendlich auch keine so gute Wahl.
Bei der Auswahl einer LED-Leuchte ist es also besser, nicht nur auf der Basis von μmol/W seinen Vergleich zu ziehen, sondern auch alle anderen Aspekte zu berücksichtigen – so zum Beispiel die Gesamtkosten der Leuchte im Verhältnis zu der (realistisch) zu erwartenden Lichtmenge, die auf eine bestimmte Anbaufläche abgestrahlt wird.
Mischen von Licht und Raum
Bei COBs muss der Benutzer einen größeren Abstand zwischen der Leuchte und den Pflanzen sicherstellen, um eine breitere Lichtverteilung zu erzielen – denn wenn dies schlecht umgesetzt wird, mischt sich das emittierte Licht nicht richtig. Dies führt dann zu einer nicht einheitlichen Lichtverteilung auf der Anbaufläche. Einige Hersteller versuchen, beide Beleuchtungsarten (COBs und Single-Chip-LEDs) in einer einzigen Leuchte zu kombinieren, was zum Beispiel wie auf diesem Bild aussehen kann:
Das Problem ist auch hier, dass sich das abgestrahlte Licht erst mischt, wenn ein gewisser Abstand zu den Pflanzen gewährleistet ist. An den Außenseiten befinden sich die COBs, während wir innen die einzelnen LED-Reihen haben. In Anbetracht der unterschiedlichen Strahlungsmuster tritt auch hier im Grow-Room eine nicht ganz gleichmäßige Beleuchtung auf. Der Hersteller gibt meist die höchstmögliche Ausgangsleistung der Lampe an (gemessen in einem Abstand von z.B. 30 cm) – aber nach der Entfernung, die das Licht überwinden muss, um sich schließlich pflanzenfreundlich zu vermischen, kann
die hohe Ausgangsleistung nicht mehr gemessen werden. Oft ist das Licht dann auch nur in der Mitte der Anbaufläche (wo alle Abstrahlungen zusammenkommen) gleichmäßig gemischt. An den Außenseiten bzw. den Rändern der Anbaufläche liegen dagegen ganz unterschiedliche Licht-Intensitäten und -Spektren vor. Das kann zu ungünstigen Ergebnissen beim Pflanzenwachstum führen.
Spezialfall weiße LEDs
Oft wird behauptet, dass eigentlich nur weißes Licht für den Anbau von Pflanzen benötigt wird, da dies als „Vollspektrum“ angesehen wird. Ausschließlich weiße LEDs können durchaus im vegetativen Stadium des Anbaus verwendet werden, in der Blütephase jedoch haben unsere Lieblingspflanzen auch darüber hinausgehende Bedürfnisse. LED-Leuchten haben hier den Vorteil und die Fähigkeit, dass ganz verschiedene Spektren ganz gezielt verwendet werden können – und davon sollte man auf jeden Fall Gebrauch machen.
Soweit der erste Teil unserer Reihe zum professionellen Anbau unter LED-Licht, der in Zusammenarbeit mit Lux Light International (seit 20 Jahren Experten für professionelle Gartenbau-Beleuchtung) entstand. Teil 2 könnt Ihr hier lesen.