by Seshata on 16/06/2015 | Anbau

Beleuchtungssysteme: HPS, LEDs, & LEPs

Natriumhochdrucklampen (HPS = High Pressure Sodiumlights) waren jahrzehntelang die unbestrittenen Stars auf dem Gebiet der Beleuchtung, und anderen Beleuchtungssystemen ist es kaum gelungen, diese Vorherrschaft in Frage zu stellen. Hier möchten wir die Unterschiede zwischen den Systemen einmal genauer unter die Lupe nehmen und erläutern, was die Grower von dem jeweiligen Typ erwarten können.


Natriumhochdrucklampen (HPS = High Pressure Sodiumlights) waren jahrzehntelang die unbestrittenen Stars auf dem Gebiet der Beleuchtung, und anderen Beleuchtungssystemen ist es kaum gelungen, diese Vorherrschaft in Frage zu stellen.  Hier möchten wir die Unterschiede zwischen den Systemen einmal genauer unter die Lupe nehmen und erläutern, was die Grower von dem jeweiligen Typ erwarten können.

Was versteht man eigentlich unter HPS-, LED- und LEP-Lampen?

Hortilux stellt qualitativ hochwertige HPS-Lampen her, einschließlich einiger Modelle mit doppeltem Lichtbogen
Hortilux stellt qualitativ hochwertige HPS-Lampen her, einschließlich einiger Modelle mit doppeltem Lichtbogen

HPS-Lampen emittieren Licht, indem sie einen Stromstoß mit Hochspannung durch eine unter Druck stehende Quarzröhre leiten, die mit verdampftem Natrium und mit anderen Elementen wie Xenon und Quecksilber gefüllt ist. Wenn die Gase sich erhitzen, geben sie Licht ab. Natrium erzeugt ein intensiv gelb-orangefarbenes Licht, das durch Xenon und Quecksilber ausgeglichen werden kann. Denn diese geben beide Licht am blauen Ende des sichtbaren Spektrums ab, wodurch das Licht weißer erscheint.

LED (Licht-emittierende Diode)-Lampen sind Halbleiter, die es ermöglichen, dass die elektrische Energie mit geringem Widerstand in die eine Richtung und mit überwältigendem Widerstand in die andere Richtung fließt, und zwar über einen „pn-Übergang“. Auf einer Seite des Übergangs befindet sich Material, dem mithilfe einer Spezialbehandlung Elektronen hinzugefügt wurden; auf der anderen Seite befindet sich Material, dem aufgrund einer Spezialbehandlung Elektronen fehlen. Wenn die Spannung angelegt wird, bewegen sich die zusätzlichen Elektronen über den Übergang, um die „Elektronenlöcher“ auf der anderen Seite zu füllen. Hierdurch wird Licht abgegeben, dessen Farbe je nach dem verwendeten Material unterschiedlich ausfällt. Die am häufigsten verwendeten Materialien sind Phosphide und Galliumnitride, Aluminium, Zink und Silikon.

LEP (Licht-Emittierende Plasma)-Lampen funktionieren ganz ähnlich wie HPS-Lampen, nur wird hier keine Hochspannungsentladung durch eine mit Gas gefüllte Quarzkammer geleitet, sondern elektrische Energie wird durch ein Magnetron (dieselbe Vorrichtung versorgt Mikrowellen mit Strom) geführt und dann in ein Hochfrequenzfeld umgewandelt, bevor sie durch die Kammer geleitet wird. Für HPS- und LEP-Lampen werden ähnliche Gasmischungen verwendet.

Leuchtstärke

Die Leuchtstärke (oder „Lichtausbeute“) der Beleuchtungssysteme kann in einer grundlegenden Gleichung ausgedrückt werden: Output (Lumen) dividiert durch die gesamten Einheiten des Stromverbrauchs (Watt). Bei Hochleistungs-Lampen wird im Allgemeinen von einem Output (Leistung) von mindestens 90 lm/W ausgegangen, wobei einige Lampen Leuchtstärken von 150 lm/W oder sogar noch höher erreichen. Pflanzenbeleuchtungen werden auch zunehmend nach der PAR (photosynthetically active radiation = photosynthetisch aktive Strahlung)-Leistung klassifiziert, die in µmol/s (Zahl der Photonen, die pro Sekunde auf 1 m² Pflanzenmaterial fallen) gemessen wird.

Mmol/s wird immer häufiger als in jeder Hinsicht überlegene Leistung für Gartenbaubeleuchtung betrachtet, da es sich um eine Lichtmessung handelt, die von Pflanzen genutzt werden kann und anders als Im/W für Menschen nicht sichtbar ist. Es ist also ratsam, sich über alle Einzelheiten der PAR-Leistungsmessung zu informieren. Allerdings ist das Konzept zu kompliziert, um es hier im Detail zu erklären; eine exzellente Erläuterung finden Sie hier.

Die Platinum P450 LED-Pflanzenlampe bietet eine Technologie mit 11 Spektralfrequenzen
Die Platinum P450 LED-Pflanzenlampe bietet eine Technologie mit 11 Spektralfrequenzen

Heute erzeugen die leistungsfähigsten HPS-Lampen rund 150 lm/W. Zum Beispiel produzieren GE Lucalox 600W-Lampen 90.000 Anfangslumen (mit der Bezeichnung „Anfangslumen“ ist die Leistung der ersten 100 Stunden gemeint), während die High-Par 600W-HPS-Lampen von Lumatek 92.000 Anfangslumen erzeugen. Und zu neueren HPS-Lampen gehören nun auch PAR-Leistungsbewertungen, was früher nur selten der Fall war. Beispielsweise verfügen die 600W-Lampen von Lumatek über eine PAR-Leistung von 1.030 µmol/s.

Bei LED-Pflanzenlampen ist Im/W nach allgemeiner Meinung weniger bedeutsam als die PAR-Leistung. Und zwar aufgrund der Tatsache, dass rot-blaue Systeme für gewöhnlich einen geringeren Im/W-Anteil besitzen – da sie nur die wichtigsten Frequenzbereiche für die Photosynthese zur Verfügung stellen, die Abgabe von „unnötiger“ Lichtenergie kann vermieden werden.

Dennoch nutzen neuere LED-Lampen mehrere Frequenzbereiche, um ein komplexeres, effektives Vollspektrum zu erzeugen, das als zuträglich für das Pflanzenwachstum betrachtet wird, und sie verwenden oft weiße, individuelle LEDs zusammen mit einigen roten und lilafarbenen. Diese neuen Vollspektrum-LEDs geben nicht immer Im/W-Bewertungen an. Doch die meisten angesehenen Anbieter nennen zumindest die PAR-Leistung.  Beispielsweise gibt das 410W Vollspektrum-LED-System des britischen Unternehmens Budmaster (das „Budmaster II 675 G.O.D“) die PAR-Leistung bei verschiedenen Abständen an (bei zunehmendem Abstand vermindert sich die PAR-Leistung, da weniger Photonen auf einen Quadratmeter fallen). Bei 1 Fuß (0,31 m) wird die PAR-Leistung mit knapp über 2.000 µmol/s angegeben.

Theoretisch sollte die Leuchtstärke der LEPs eine HPS-Quelle um 15-20 % überschreiten, da kein Strom für die Erhitzung der Elektroden verbraucht wird. In der Praxis reicht die Leuchtstärke von LEP- (auch „HEP“ (hoch-effizientes Plasma) oder einfach „Plasma“genannt) Pflanzenlampen von 80 bis 100 lm/W.

LEP-Lampen können ihre Leuchtstärke auch in µmol/s angeben. Zum Beispiel hat die LEP-Lampe Luxim GRO-75-01 ein Anfangslumen von 45.000, einen Stromverbrauch von 500W (somit beträgt die Leuchtstärke 90 lm/W) und eine PAR-Leistung von 550 µmol/s. Die Stray Light 400W Greenhouse Luminaire produziert 72 lm/W und gibt ihre PAR-Leistung nicht in µmol/s an.

Spektrum

Zwar wurden bei der HPS-Licht technologische Fortschritte erzielt, doch in Bezug auf die Nachbildung des Tageslichts wird sie nach wie vor als weniger leistungsfähig betrachtet als andere moderne Beleuchtungssysteme. Ohne die Zugabe von Xenon oder Quecksilber strahlt Natriumdampf ein intensives rotgelbes Licht ab. Dennoch gibt es heute neue „Vollspektrum“- Lampen, die oftmals aus einem doppelten Lichtbogensystem bestehen, das sowohl eine Halogen-Metalldampf- als auch eine HPS-Komponente umfasst. Zum Beispiel umfasst die Hortilux Super Blue HPS/MH-Lampe einen Lichtbogen aus einer 600W-HPS-Lampe und einer 400W-Halogen-Metalldampflampe. Dadurch erreicht sie Anfangslumen von 110.000 und eine weit korrektere Tageslichtwiedergabe als eine HPS-Lampe alleine.

Die Pflanzenbeleuchtung Greenhouse LEP von Stray Light ahmt Tageslicht sehr gut nach.
Die Pflanzenbeleuchtung Greenhouse LEP von Stray Light ahmt Tageslicht sehr gut nach.

LEDs sind in diesem Stadium wohl die stärksten Rivalen in Bezug auf das Spektrum, denn ihre neueren Vollspektrum-Modelle bieten bis zu 11 Frequenzen von Lichtwellenlängen, die Pflanzen am meisten benötigen. Beispielsweise bietet die Platinum P450 274W LED-Pflanzenlampe aus den USA (die der Angabe zufolge gleichbedeutend mit einer 600W HPS-Lampe ist) 11 Frequenzen, die vom Ultraviolett- bis zum Infrarotspektrum reichen.

LEPs werden häufig als Vollspektrum-Lampen und als beste Annäherung ans Tageslicht im Vergleich zu allen anderen Indoor-Lampen verkauft, aber das Spektrum ist durch die Zusammensetzung der Gase in der Kammer begrenzt. Es dauerte mehrere Jahrzehnte, bis die LEP-Technologie ihr Frühstadium überwand und erste Fortschritte erzielte, weil sie eine ausgesprochen schlechte Farbwiedergabe besaß, bei der die roten Bereiche des Spektrums kaum abgedeckt wurden.  Durch die genaue Abstimmung von Variablen wie den verwendeten Gase, den Beschichtungen (zum Beispiel Salze aus Metallhalogenen) und sogar des Kammerdrucks kann das Tageslicht heute wesentlich präziser nachgeahmt werden (ein weiterer Vorteil ist, dass auch Licht im UV-Spektrum abgegeben wird), aber es ist noch nicht entschieden, ob LEP-Systeme den „Vollspektrum“-LED-Systemen tatsächlich überlegen sind.

Kommentar Abschnitt

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uehl1952

Hallo Seshata,
ich möchte mich doch gerne einmal bedanken für die informativen und hilfreichen Beiträge.
Bin sehr gespannt auf Teil 2 :
Beleuchtungssysteme: HPS, LEDs, & LEPs !!!

Mit herzlichen Grüßen und "Keep on Truckin`"

Heiko

28/06/2015

Hermy

Ich kann den zweiten Teil nirgends finden :/

02/07/2015

uehl1952

Hi Hermy,
ich bin auch sehr gespannt auf Teil 2, wie es scheint ist der aber noch nicht fertig und deshalb auch noch nicht zu finden.
Grüße
uehl1952

07/07/2015

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Hoppla, sieht so aus als hätten Sie etwas vergessen.
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