Die ersten LEDs wiederum wurden Ende der 1970er Jahre für Forschungsprogramme im Zusammenhang mit der Raumfahrt verwendet. Doch erst die Erfindung der hocheffizienten blauen LED im Jahr 1993 war dann der entscheidende Wendepunkt für eine breitere Anwendung, denn jetzt konnte sie die gleiche Lichtintensität wie eine HPS-Lampe bieten.
Um die Bedeutung dieses technologischen Entwicklungssprungs speziell für die Pflanzenbeleuchtung besser zu verstehen, hilft ein kleiner Exkurs in die Pflanzenbiologie. Für Pflanzen ist Licht eine lebensnotwendige Grundvoraussetzung, ohne Licht keine Photosynthese und kein Wachstum. Einfach zusammengefasst:
Kohlenstoffdioxid + Wasser + Licht = Glucose + Sauerstoff.
Die LED als Technologie in der Pflanzenbelichtung ist sehr wirksam und kann deutlich bessere Ergebnisse erzeugen als mit einer herkömmlichen HPS-Pflanzenlampe. Die LED kann dazu Energie sparen und sehr gezielt auf Wachstumsphasen eingehen. Das zeigen sowohl wissenschaftliche Untersuchungen als auch die Versuche in der Praxis. Allerdings kommt es darauf an, Pflanze und Anbau-Umgebung genau zu analysieren. Dann gilt es, die Zielsetzung bei einer Umstellung oder Neu-Installation der Pflanzenbelichtung mit dem Erzeuger abzustimmen und möglichst über Pilot-Installationen mit wissenschaftlicher Begleitung die Umsetzung vor dem Rollout zu prüfen.
Ausgewogenes Licht bedeutet, dass nicht nur die richtige Lichtintensität im Wachstumszyklus eine Rolle spielt, sondern auch das richtige Farbspektrum. Licht ist ein Teil einer elektromagnetischen Strahlung, die zwischen 200 und 2.500 Nanometern (nm) liegt. Der Mensch nimmt Licht zwischen 400nm und 700nm visuell war. Unsere Sehzellen nehmen Farben unter 450nm (Violett) und 660nm (Dunkelrot) kaum war. Am besten sehen wir Gelb-Grün bei 550 nm.
Licht besteht aus Photonen. Bei Pflanzen nehmen lichtempfindliche Pigmente diese Photonen auf und nutzen sie für biologische Prozesse. Jedes dieser Pigmente hat eine eigene Absorptionskurve. Folglich entspricht das optimale Lichtspektrum für Pflanzen der Schnittmenge der Absorptionskurven der lichtempfindlichen Pigmente.
Insbesondere dort, wo Menschen Licht am besten wahrnehmen – bei ca. 550 nm benötigt die Pflanze nur wenig Photonen dieses Farbbereiches. Da jedes Pigment eine eigene Rolle in der Pflanzenentwicklung spielt, ist es besonders wichtig, dass diese auch entsprechend aktiviert werden – also dass die richtige Menge von richtigen Photonen zum richtigen Zeitpunkt im Wachstumszyklus zur Pflanze gelangen.
Ein gutes Beispiel ist das Pigment Chlorophyll, das die Photosynthese steuert.
Das ideale Licht für Chlorophyll liegt hauptsächlich im blauen (425 oder 450 nm) und im roten Spektralbereich (660nm). Grün und Gelb werden nur in sehr geringer Menge absorbiert. Legt man nun das typische Spektrum einer HPS-Lampe für professionelle Pflanzenbelichtung über die Absorptionskurve des Chlorophylls, lässt sich leicht erkennen, dass es nur sehr wenige Bereiche gibt, in denen das Chlorophyll das von der HPS-Lampe ausgestrahlte Licht absorbieren kann.
Um diesen Mangel an Präzision auszugleichen, müssen HPS Lampen eine extrem hohe Lichtintensität (also Photonendichte) liefern, damit die Pflanze ausreichend Lichtenergie absorbieren kann. Mangelnde "Lichtqualität" wird beim HPS Einsatz also über exzessive "Lichtquantität" ausgeglichen, mit den bekannten "Risiken und Nebenwirkungen" wie hoher Stromverbrauch, starke Wärmeentwicklung, etc.
(Bild: Pubmed.gov)
LED - eine Revolution in der Pflanzenbeleuchtung
Mehr als 90% aller wissenschaftlichen Veröffentlichungen rund um Pflanzen und Licht wurden nach 1993 publiziert. Mit dem Einzug von LED nahm die Forschung richtig Fahrt auf – und es wurden weitere Funktionen von Pigmenten erforscht. Warum hat die LED so viele Forschungen und Entdeckungen über Pflanzen ausgelöst?
LEDs ermöglichen es erstens, fast jedes gewünschte Lichtspektrum zu erzeugen. Im Gegensatz zu früheren Technologien, die nur ein festes Spektrum emittieren, können LEDs im Gegensatz dazu so kombiniert werden, dass man jedes gewünschte Lichtspektrum erzeugen kann. So entwickelten Wissenschaftler maßgeschneidert auf die Rolle des Chlorophylls und sein Lichtabsorptionsspektrum (siehe oben) die ersten LED-Gartenbauleuchten die nur blaues und rotes Licht emittierten.
Weitere Forschungen insbesondere zur Rolle der Carotinoide als Förderer der Photosynthese, führten zur nächsten Generation von Pflanzenlicht. Diese so genannten "Vollspektrum-LEDs" (die neben blau und rot für Chlorophyll zusätzlich auch grün für die Carotinoide emittieren) hatten den Vorteil, dass sie kostengünstig in der Herstellung waren, sie basierten nämlich auf den weit verbreiteten Beleuchtungsprodukten für "menschliche" Anwendungen.
LEDs ermöglichen zweitens eine präzise Steuerung der Lichtintensität. Es ist also sehr einfach, genau eine bestimmte Lichtmenge zu erzeugen. Diese Eigenschaft ermöglicht es Wissenschaftlern äußerst präzise Experimente in der Grundlagenforschung durchzuführen. In der Anwendung können Grower dann auf den Forschungsergebnissen aufbauend die Lichtintensität an die tatsächlichen Bedürfnisse der Pflanzen anpassen.
Drittens strahlen LEDs aus sehr kleinen Bereichen (dem LED-Chip) und in eine sehr präzise Richtung. Durch die Verwendung von Linsen kann das Licht noch gebündelt werden. Bei entsprechend optimierter Anordnung erhalten alle Pflanzen das gleiche Spektrum mit der gleichen Intensität. Das ermöglicht es Züchtern, planbar eine stabile Qualität und einen stabilen Ertrag in ihrer Produktion zu erzielen, ein wesentlicher Faktor zum Beispiel beim Anbau von medizinischem Cannabis (Hanf).
Energieoptimiertes Vollspektrum für industrielle Pflanzenbelichtung
Bei der Entwicklung des Spektrums von ModuLED, der LED-Belichtungslösung von Ledon, wurde darauf geachtet, dass die größte Schnittmenge der Pigment-Absorptionskurven mit ausreichend Photonen versorgt wird. Basierend auf wissenschaftlichen Erkenntnissen wurde eine LED Absorptionskurve entwickelt, die in den einzelnen Farbbereichen auch die Lichtintensität ausreichend berücksichtigt. Da die Pflanze auch Licht außerhalb von PAR aufnimmt, wurden auch tiefblaue und tiefrote LED eingesetzt. Das Bild unten zeigt, wie das ModuLED-Spektrum von Plantlife Technologies mit dem Chlorophyll-Lichtabsorptionsspektrum verglichen wird.
Das ModuLED-Spektrum weist sowohl im blauen als auch im roten Bereich Spitzenwerte auf, die mit den Absorptionsspektren des Chlorophyll-Pigments übereinstimmen. Im blauen Bereich wird die Wirkung des Lichts mit dem Faktor 1,7 multipliziert, da blaue Photonen Faktor 1,7 stärker sind als rote Photonen. Das Licht der LED-Leuchten wird vollständig vom Chlorophyll absorbiert. Dies ermöglicht eine bessere Effizienz bei geringerem Energieaufwand.
LED-Lösung für lichthungrige Pflanzen
Bereits heute kann in Europa nicht so viel medizinisches Cannabis angebaut werden, wie benötigt wird. Der Anbau selbst ist in bestimmten Ländern nur mit einer Lizenz erlaubt und findet meist in geschlossenen Räumen statt. Beim finalen Produkt, der getrockneten Cannabisblüte, kommt es auf das Trockengewicht (Quantität) und die Inhaltsstoffe (Qualität) an. Gleiches gilt für die Herstellung von CBD Blüten.
Mit ModuLED Pro ist es möglich,
- das bestmögliche Lichtspektrum abzugeben und somit eine
- optimale Photosynthese (50% Blau - 100% Rot) und
- keine Entwicklungsbeschränkungen (<25 % Grün) zu erzeugen.
- So gibt es einen geringeren Bedarf an Zucker in der Pflanze (Gelb <25%) und
- einen perfekten Auslöser für die Blüte (Far-Red >5%). - Das Licht wird in herausragender Homogenität abgestrahlt, so dass alle Pflanzen das gleiche Spektrum mit der gleichen Intensität erhalten.
- Die Steuerung der Lichtintensität in den Wachstumsphasen erfolgt durch einen voll linearen Dimmer mit digitaler Anzeige, der eine Steuerung aller angeschlossenen Pflanztische ermöglicht.
HPS oder LED – was funktioniert denn wirklich besser?
Bei Ledon wurden ModuLED Pro einem Vergleichstest mit HPS-Belichtung unterzogen. Mit einem lizensierten Hersteller von medizinischem Cannabis konnten in einem Gewächshaus ein durchgängig kontrolliertet Wachstumstest von ModuLED Pro gegen das installierte HPS System durchgeführt werden.
Der Test begann am 10. Februar, als sich die Pflanzen in der frühen Vegetationsphase befanden. Am 3. März wurde die Blütephase eingeleitet, also die Lichtdauer von 18 auf 12 Stunden reduziert. Am 6. April waren die unter ModuLED angebauten Pflanzen erntereif, nicht aber die unter HPS gewachsenen Pflanzen.
Am 20. April, als die HPS-Blüten fertig waren, wurden alle Pflanzen geerntet. Die mit ModuLED Pro erzeugten Blüten waren zweimal größer als die unter HPS angebauten. Nach dem Trocknen der gesamten Ernte lieferten die unter ModuLED Pro angebauten Pflanzen durchschnittlich 24,5 g verwertbare Trockenmasse, während die unter HPS angebauten Pflanzen nur 11,8 g verwertbare Trockenmasse lieferten.
Die Ergebnisse von ModuLED Pro übertreffen die Resultate, die mit HPS erzielt wurden deutlich. Nicht nur die erzeugte Trockenmasse, sondern auch die mögliche Verkürzung des Wachstumszyklus und der um mehr als 40% geringere Energieverbrauch bringen dem Erzeuger klare Vorteile.
Verfasser der Studie:
- Plantlife Technologies ist die Marke für Pflanzenbelichtung des LED Pioniers Ledon GmbH, Österreich
- Verfasserin: Andrea Bergerhoff / CEO Ledon GmbH & Plantlife Technologies
