Würth Elektronik eiSos

LED – die Zukunft der Horticulture-Beleuchtung

16. Februar 2018, 12:00 Uhr | Nicole Wörner

Mit den immer leistungsfähigeren und feiner abstimmbaren LEDs erlangen Indoor-Gewächshäuser zunehmende Bedeutung. Worauf es bei der Auswahl der geeigneten Elektronik ankommt, erklären die Experten von Würth Elektronik eiSos.

Von Dr. Richard Blakey, Application Engineer von Würth Elektronik eiSos

Mit der wachsenden Weltbevölkerung und dem Trend zur Nachhaltigkeit wird eine einfache, aber dennoch hocheffiziente und standardisierte Nahrungsmittelproduktion immer wichtiger. Damit eröffnet sich ein potenziell riesiger neuer Landwirtschaftssektor, in dem Gewächshäuser eine bedeutende Rolle spielen. Während traditionelle Gewächshäuser bereits millionenfach im Einsatz sind, bahnen sich künstlich beleuchtete Gewächshäuser in geschlossenen Räumen zunehmend ihren Weg auf diesen Markt. Unter anderem durch die Fortschritte hinsichtlich Beleuchtung, Beheizung, Bewässerung und Steuerung lassen sich in diesen Anlagen im Vergleich zu konventioneller Landwirtschaft und Low-Tech-Gewächshäusern deutlich höhere Erträge erzielen.

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Einer der bedeutendsten Treiber für Indoor-Gewächshäuser…

...ist die Weiterentwicklung der LED-Technologie. Die mittlerweile doch recht kostengünstig herzustellenden Bauteile sind extrem robust und im Vergleich zu anderen Beleuchtungstechnologien klein und langlebig, haben einen niedrigen Energiebedarf und erzeugen weniger Wärme, wodurch sie besonders effizient sind. Dadurch sinken die Betriebskosten von großen Hallengewächshäusern erheblich. Der Hauptvorteil der sogenannten Horticulture-LEDs (Horticulture = Gartenbau) liegt jedoch in der Möglichkeit, nur bestimmte Wellenlängen des Lichts zu erzeugen, über die sich beispielsweise die verschiedenen Pflanzenentwicklungsstadien steuern lassen, um höhere Erträge zu erzielen oder die Wachstumszeiten zu verkürzen.

Pflanzen nutzen nur einen bestimmten Wellenlängenbereich…

...für das Wachstum und haben unterschiedliche Anforderungen bei unterschiedlichen Frequenzen. Es wäre höchst ineffizient, durch elektrische Energie Wellenlängen zu erzeugen, die die Pflanze nicht nutzen wird bzw. kann. Daher konzentrieren sich die Hersteller in der Regel auf LEDs mit Wellenlängen von 660 nm (rot) und 450 nm (blau). Neuere Untersuchungen haben aber gezeigt, dass es neben den roten und blauen Wellenlängen auch noch weitere Wellenlängen gibt, die auf die Entwicklung der Pflanze Einfluss nehmen.

Rotes Licht (630–660 nm) liefert die wichtigste Wellenlänge für die Photosynthese und ist wesentlich für das Längenwachstum verantwortlich. Diese Wellenlänge reguliert auch das Erblühen, die Ruhephase und die Keimung der Samen.
Blaues Licht (400–520 nm) ist eine weitere Schlüsselwellenlänge für die Photosynthese, muss aber sorgfältig kontrolliert und mit anderen Frequenzen gemischt werden, weil eine Überbelichtung bei dieser Wellenlänge das Wachstum hemmen kann. Diese Wellenlänge wird auch mit der Regulierung der Chlorophyllkonzentration, der Förderung des Seitenknospenwachstums und der Blattdicke in Verbindung gebracht.
Dunkelrotes Licht (engl.: far red light) (720–740 nm), das sich im IR-Spektrum befindet, beeinflusst die Keimung und kann die Blütezeit von Pflanzen verkürzen, aber auch das Längenwachstum fördern, im Rahmen der „shade avoidance response“.
Grünes Licht (500–600 nm) wurde einst als unwichtig für die Pflanzenentwicklung angesehen, doch neuere Untersuchungen haben ergeben, dass Pflanzen im Schatten anderer Pflanzen wiederum im Rahmen der „shade avoidance response“ besonders auf diese Wellenlänge ansprechen.
UV-Licht (280–400 nm) wird in der Pflanzenzucht noch eher experimentell eingesetzt und derzeit erforscht. Obwohl dieser Wellenlängenbereich zellschädigend ist, sind einige Pflanzen (z.B. Salat, Tomaten) dagegen viel widerstandsfähiger. Studien deuten darauf hin, dass diese Wellenlängen als Pilzbekämpfung bei unempfindlichen Arten eingesetzt werden können. Zusätzlich kann UV-Licht für die Bildung bestimmter Schutzmoleküle wie Antioxidantien und Polyphenole verantwortlich sein, die für die menschliche Ernährung wichtig sind.

Allerdings ist zu beachten, dass jede Pflanzenart unterschiedlich auf verschiedene Kombinationen von Lichtwellenlänge und Intensität reagiert. Darüber hinaus werden für verschiedene Pflanzenarten unterschiedliche physikalische Eigenschaften benötigt. Zum Beispiel ist es wünschenswert, dass Salatgemüse dünne, leichte Blätter hat, um die Konsistenz beim Verzehr zu verbessern, während bei Aloe Vera dicke Blätter wünschenswert sind, um mehr Latex zu produzieren. Deshalb suchen Gewächshausbetreiber und Hersteller von Beleuchtungsanlagen immer wieder nach neuen Wellenlängen-Kombinationen, die ein speziell abgestimmtes Lichtspektrum für bestimmte Arten und sogar Sorten (Unterarten) von Pflanzen erzeugen.

Spezifische Horticulture-LEDs

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, bietet Würth Elektronik die Serie WE-SMDC SMD Mono-color Ceramic LED Waterclear an. Das Spektrum von WL-SMDC wurde um die Wellenlängen von 450 nm (Deep Blue), 660 nm (Hyper Red) und 730 nm (Far Red) erweitert, die auf die Absorptionsspektren von photosynthetischen Pigmenten abgestimmt sind. Zusätzlich zu den bestehenden Produkten des Sortiments sind vielfältige Kombinationen möglich, die auf die Zielsorte abgestimmt werden können.