Lichtsystemen: led- versus HPS-verlichting

Binnenteelt heeft de manier veranderd waarop kwekers van alles telen. Door binnen in een kas te telen heb je de volledige controle over het groeimedium, de beschikbaarheid van licht, water, de vochtigheidsgraad en de temperatuur. Hierdoor kunnen hobbytuinders en plantkundigen het gehele jaar door telen zonder de beperkingen van de seizoenen.

Een van de belangrijkste aspecten van binnenteelt is de verlichting. Omdat binnenteelt steeds populairder is geworden, is de verlichting belangrijker geworden. Hoe creëer je met kunstlicht hetzelfde spectrum als bij natuurlijk licht? De verlichtingsindustrie heeft de technologie voor allerlei verlichtingsscenario’s ontwikkeld, waaronder verschillende kleuren en spectrums.

Laten we de verschillende soorten verlichting eens analyseren en bekijken hoe ze het beste kunnen worden toegepast bij binnenteelt in een kas. Daarnaast gaan we het hebben over wanneer verschillende spectrums gebruikt zouden kunnen worden, en de verschillende manieren waarop dit de oogst kan beïnvloeden.

Wat zijn HPS-, led- en leplampen?

• HPS-lampen geven licht door een stroomstoot met een hoog voltage door een kwartsbuis te leiden die onder druk is gevuld met natriumgas en andere elementen, zoals xenon en kwik.

Wanneer de gassen warm worden, geven ze licht. Natrium geeft een intens geeloranje licht. Dit kan worden getemperd door xenon en kwik, die beide licht geven aan de blauwe kant van het spectrum. Daardoor ontstaat een witter eindresultaat.

• Ledlampen (light-emitting diode) zijn halfgeleiders, die doorstroming van elektrische energie mogelijk maken met weinig weerstand in de ene richting en enorm veel in de andere, over een zogeheten ‘pn-overgang’.

Aan de ene zijde van de overgang bevindt zich materiaal dat is behandeld met extra elektronen, terwijl aan de andere zijde materiaal zit dat is behandeld zodat de elektronen ontbreken. Wanneer voltage wordt toegepast, steken de extra elektronen de overgang over om de ‘elektronengaten’ aan de andere zijde op te vullen.

Hierdoor wordt licht afgegeven, waarvan de kleur afhankelijk is van het materiaal dat wordt gebruikt. Fosfiden en nitriden van gallium, aluminium, zink en silicone zijn de meestgebruikte materialen.

• Leplampen (light-emitting plasma) werken vrijwel identiek aan HPS-lampen. Maar in plaats van een hoog voltage door een kwartskamer met gas te sturen, wordt elektrische energie door een magnetron gestuurd en geconverteerd in een radiofrequentieveld, voordat het door de kamer gaat. HPS- en leplampen maken gebruik van dezelfde gasmengsels.

De efficiëntie van verschillende lichtsystemen

De lichtefficiëntie van lichtsystemen kan worden uitgedrukt in een simpele vergelijking: uitgangsvermogen (lumina) gedeeld door het totaalaantal stroomverbruikeenheden (watt). Verlichting met een hoge efficiëntie heeft in het algemeen een uitgangsvermogen van ten minste 90 lumina per watt (lm/W) en sommige lampen halen een efficiëntie van 150 lm/W of zelfs nog meer. Steeds vaker worden groeilampen ook gemeten in PAR-uitgangsvermogen (photosynthetically active radiation = fotosynthetisch actieve straling), uitgedrukt in µmol/s (het aantal fotonen dat per seconde op 1 m² plantoppervlak valt).

Voor tuinbouwverlichting wordt µmol/s steeds meer gezien als veruit de beste eenheid, want hij geeft aan hoeveel licht bruikbaar is voor planten. Lm/W geeft aan wat zichtbaar is voor het menselijk oog. We adviseren je dus om te leren hoe je het PAR-uitgangsvermogen kunt berekenen. Je kunt hier een handleiding over PAR vinden.

Op dit moment produceren de krachtigste HPS-lampen circa 150 lm/W. Zo produceren GE Lucalox 600-wattlampen 90.000 initiële lumina (‘initiële lumina’ slaat op het gemiddelde uitgangsvermogen gedurende de eerste 100 uur), terwijl de high-par 600-watt HPS-lampen van Lumatek er 92.000 produceren. Hoewel dat vroeger zelden het geval was, wordt het uitgangsvermogen van HPS-lampen tegenwoordig steeds vaker ook uitgedrukt in PAR. De 600-wattlampen van Lumatek hebben bijvoorbeeld een PAR-uitgangsvermogen van 1030 µmol/s.

Voor ledkweeklampen wordt lm/W over het algemeen als minder veelzeggend beschouwd dan het PAR-uitgangsvermogen. Dat komt door het feit dat rood-blauwsystemen over het algemeen een veel lagere lm/W-verhouding hebben. Omdat ze alleen de meest noodzakelijke bandbreedtes voor fotosynthese leveren, kunnen de kosten van ‘onnodige’ lichtenergie worden vermeden.

Nieuwere ledlampen gebruiken echter meerdere bandbreedtes om een meer complex, volledig lichtspectrum te produceren. Er wordt gedacht dat dit de plantengroei ten goede komt en moderne ledlampen gebruiken vaak wit naast het rood en paars van het zichtbare spectrum. Voor deze nieuwe volspectrum leds wordt soms ook de lm/W-indicatie vermeld. Het wordt echter algemeen aanvaard dat de beste verkopers zowel het lm/W- als het PAR-uitgangsvermogen geven.

Zo vermeldt Kind LED uit Californië bij al zijn producten de PAR-waarden op verschillende plekken in een kweekruimte. Onder een enkele lamp kan de PAR-waarde van de plek direct onder de lamp aanzienlijk verschillen van de waarde aan de rand van het bereik van de lamp. Bij de LumiGrow-lamp van Kind LED is de PAR in totaal 1856 µmol/s, waarbij de hoogste waarde recht in het midden van de gemeten vierkante meter wordt gemeten.

Theoretisch zou de lichtefficiëntie van lep die van een HPS-bron met 15-20% moeten overtreffen omdat geen vermogen wordt verkwist aan het opwarmen van elektroden. In de praktijk ligt de lichtbronefficiëntie van lepgroeilampen (ook wel ‘HEP’ genoemd (high-efficiency plasma) of gewoon ‘plasma’) tussen 80 en 100 lm/W.

Het lichtspectrum en daglicht nabootsen

Hoewel de HPS-verlichtingstechnologie is verbeterd, wordt deze over het algemeen nog steeds als minder goed beschouwd voor het reproduceren van daglicht dan andere moderne lichtsystemen. Zonder de toevoeging van xenon of kwik geeft natriumdamp een intens roodgeel licht.

Inmiddels bestaat er echter een ‘volspectrumlamp’, die vaak een systeem met twee lichtbogen bevat met zowel een metaalhalide- als een HPS-component. De Hortilux Super Blue HPS/MH-lamp bevat bijvoorbeeld een 600 watt HPS- en een 400 watt metaalhalidelichtboog, die 110.000 initiële lumina produceren en het daglicht veel beter imiteren dan HPS alleen.

Leds lopen op dit moment waarschijnlijk voorop wat spectrum betreft, met nieuwere volspectrummodellen die wel 11 bandbreedtes produceren van de lichtgolven die planten het dringendst nodig hebben. De Platinum P450 274W ledgroeilamp uit de VS (waarvan wordt aangegeven dat hij het equivalent geeft van een 600-watt HPS) biedt bijvoorbeeld 11 bandbreedtes, variërend van ultraviolet tot infrarood.

Leps worden vaak verkocht als volspectrummodellen die van alle binnenlampen het daglicht het dichtst benaderen, maar het spectrum is door de samenstelling van de gassen in de kamer beperkt. Het duurde tientallen jaren voordat de leptechnologie van de grond kwam, juist om de reden dat de kleurweergave ervan zo matig was, met weinig bereik in de rode gebieden van het spectrum.

Tegenwoordig kan, door het nauwkeurige afstemmen van variabelen als de gebruikte gassen, de coatings (zoals metaalhalidezouten) en zelfs de druk van de kamer, het daglicht veel exacter worden nagebootst. Bijkomend voordeel is dat de lampen ook wat uv-licht uitzenden. Het is echter nog niet duidelijk of deze technologie daadwerkelijk beter is dan volspectrumledsystemen.

Hoe verlichting de oogst kan beïnvloeden

Aangezien licht een van de twee meest basale voedingsmiddelen voor een plant is (water is de andere), heeft het uiteraard grote invloed op de uiteindelijke oogst. Jaarlijks bloeiende soorten volgen een zeer strikt patroon van temperatuur, dag- en lichturen en lichtspectrum.

Wanneer de zomer overgaat in de herfst, verandert het lichtspectrum, net als andere factoren die van invloed zijn op de bloei. Voor een maximale oogst moeten jaarlijks bloeiende planten daarom aan verschillende lichten worden blootgesteld tijdens de verschillende fasen van hun groeicyclus.

HPS-verlichting kan het beste tijdens de bloeifase van de plant worden gebruikt, omdat het uitgestraalde lichtspectrum de bloemproductie bevordert. Ledverlichting is ook ideaal voor de bloeifase, omdat deze veel lumina produceert. Bij de meeste jaarlijks bloeiende soorten wekt de zomer de bloei op, een tijd van het jaar met veel zonlicht. De lepverlichtingstechnologie ligt nog steeds ver achter op HPS en led en produceert niet zulke grote oogsten als andere lichtsystemen.

Telers beginnen een groeicyclus meestal met minder lampen, zodat de zaailingen en jonge planten niet verbranden door te veel licht en warmte. De teler kan de hoeveelheid lampen opschroeven naarmate de teelt vordert. Op deze manier is er ook voldoende licht wanneer de plant in omvang is toegenomen.

De kosten van verlichting

Afgezien van de aanvankelijke kosten om de lampen te kopen, moet de teler ook rekening houden met de elektriciteitskosten. De keuze tussen HPS- en ledlampen kan zelfs afhankelijk zijn van het continent waar je woont. In Europa is elektriciteit bijvoorbeeld duurder dan in de VS. Telers in de VS werken daarom vaak met 1000 watt-lampen, terwijl hun Europese collega’s liever lampen van 600 of zelfs 400 watt gebruiken.

Led- en HPS-lampen stralen weliswaar de meeste lumina uit, maar zijn ook het duurst in gebruik. Daarom gebruiken veel telers geen led- en HPS-lampen tijdens de eerste stadia van de plantengroei. Tijdens de eerste groei zijn fluorescerende lampen voldoende, omdat zaailingen en jonge planten veel minder licht gebruiken dan volgroeide planten. Een andere manier om de verlichtingskosten terug te dringen is, zoals al eerder gezegd, door te beginnen met minder lampen en het aantal op te schroeven wanneer de planten volwassen worden.

Telers die verschillende lichtsystemen combineren, maken hun kweekruimtes ingewikkelder, kunnen meer fouten maken en moeten met veel meer variabelen rekening houden. Het is belangrijk om dit in je achterhoofd te houden wanneer je de verlichting kiest. Voor ‘geen gedoe’ moet je één lichtsysteem kiezen. Wanneer je meer weet over de verschillende lichtsystemen en hun effecten, kun je gaan combineren.

De resultaten van onze Twitter-poll: led versus HPS

We hebben een Twitter-poll gehouden om te weten te komen hoe onze lezers verschillende lampen hebben gebruikt. Bekijk hieronder de resultaten!

1. Heb je wel eens ledlampen gebruikt om te kweken? 

• ja – 36%
• nee – 39%
• nee, maar ik wil wel – 21%
• nee, en ik wil dit ook niet – 4%

2. Heb je wel eens HPS-lampen gebruikt om te kweken? 

• ja – 73%
• nee – 18%
• nee, maar ik wil wel – 5%
• nee, en ik wil dit ook niet – 4%

3. Heb je wel eens een combinatie van led- en HPS-lampen gebruikt om te kweken?

• ja – 11%
• nee – 74%
• nee, maar ik wil wel – 11%
• nee, en ik wil dit ook niet – 4%

4. Was je tevreden over de resultaten met ledverlichting?

• ja, erg tevreden – 43%
• ja – 21%
• ja, maar had beter gekund – 21%
• nee – 15%

5. Was je tevreden over de resultaten met HPS-lampen? 

• ja, erg tevreden – 32%
• ja – 32%
• ja, maar had beter gekund – 21%
• nee – 15%

6. Wat telt voor jou het zwaarst bij aanschaf van een nieuw verlichtingssysteem? 

• oogst – 40%
• kosten – 20%
• elektriciteitsverbruik – 25%
• anders – 15%

7. Wat telt voor jou het minst bij aanschaf van een nieuw verlichtingssysteem?

• oogst – 22%
• kosten – 11%
• elektriciteitsverbruik – 50%
• anders – 17%

8. Als ledlampen hetzelfde kosten als HPS-lampen, zou je dan ledlampen kiezen?

• ja – 68%
• nee – 23%
• ik weet het niet – 9%

Welke ervaring heb jij met lichtsystemen en welk systeem heeft jouw voorkeur? We horen graag van je in het commentaar!