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LED Grow Light in der Gartenbaubeleuchtung

Messung von LED-Licht von künstlicher Pflanzenbeleuchtung im Gartenbau

App. 006

LED-Beleuchtung bietet dem Gartenbau viele potenzielle Vorteile, wie z. B. höhere Ernteerträge, verbesserte Produktqualität, Kontrolle bestimmter Pflanzeneigenschaften sowie die normalen Vorteile der Festkörperbeleuchtung (SSL) durch reduzierte Energie- und Wartungskosten. LED-Beleuchtung kann natürliches Sonnenlicht in Gewächshäusern ergänzen oder ersetzen, um die Obst-, Gemüse- und Blumenanbausaison zu verlängern oder ohne Sonnenlicht zu ermöglichen.
LEDs ermöglichen die Kontrolle der Menge und der spektralen Zusammensetzung des Lichts, die zur Steuerung der Wachstumsrate, Form und Blüte einer Pflanze verwendet werden können. LEDs können zudem viel näher am Blattwerk positioniert werden als herkömmliche Beleuchtungstechnologien, wie z.B. Natriumdampf-Hochdrucklampen, da sie keine Wärme abstrahlen.

Damit sind energieeffiziente LED-Wachstumslampen eine Schlüsseltechnologie für eine neue Form des Gartenbaus, bekannt als Stadtfarmen, wo Pflanzen in vertikal gestapelten Ebenen ohne natürliches Tageslicht angebaut werden. Es wird davon ausgegangen, dass das Konzept der Stadtfarmen eine wichtige Rolle bei der Ernährung der schnell wachsenden Bevölkerung unserer zunehmend urbanisierten Welt spielen wird.

Im Bereich des Gartenbaus mit künstlicher Beleuchtung wird aktiv an der Erforschung von Spektral- und Intensitätsmischungen, kurz als "Beleuchtungsrezepte" bezeichnet, gearbeitet, um das Wachstum und den Ertrag von Pflanzen mit LED-Beleuchtung zu optimieren. Die Entwicklung und Anwendung dieser "Beleuchtungsrezepte" im modernen Gartenbau erfordert spektrale Messdaten über die reinen und gemischten Farben von LED-Wachstumslampen. Dies erfordert eine neue Generation von Messgeräten als Ersatz für den herkömmlichen PAR-Sensor, ein Quantengerät, das keine spektralen Informationen liefert. Das MSC15 ist ein praktisches, kostengünstiges spektrales Lichtmessgerät, ideal für Routinemessungen von LED-Beleuchtung im Gartenbau. Die zusätzlichen Funktionen des spritzwassergeschützten BTS256-EF eignen sich für anspruchsvollere Messaufgaben in der Gartenforschung.

1972 demonstrierte K. McCree [1], dass die fotosynthetische Reaktion mit der Menge an Photonen korreliert. Siehe Technischer Artikel – Messung von PAR für eine ausführlichere Erklärung. Fotosynthetisch aktive Strahlung, PAR, ist ein beschreibender Begriff für Strahlung im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm (CIE Publikation 106) [2]. Die üblicherweise verwendeten quantitativen PAR-Begriffe sind:
• Fotosynthetischer Photonenfluss (PPF): Messung der Gesamtzahl von Photonen, die von einer Lichtquelle pro Sekunde im PAR-Wellenlängenbereich emittiert werden. Gemessen in μmol / s. Analog zu „Lumen“ für sichtbares, fotometrisch bewertetes Licht.
• Fotosynthetische Photonenflussdichte (Photon Flux Density, PPFD): Messung der Gesamtzahl von Photonen im PAR-Wellenlängenbereich, die pro Sekunde auf eine Fläche von einem Quadratmeter einfallen. Gemessen in μmol / m2 / s. Analog zu „Lux“ (lm/m²) für sichtbares, fotometrisch bewertetes Licht.

• Tageslichtintegral (DLI): kumulative Messung der Gesamtzahl von Photonen innerhalb des PAR-Wellenlängenbereichs, die während eines Zeitraums von 24 Stunden auf einer Fläche von einem Quadratmeter einfallen. Gemessen in mol / m² / d.
Neben der Optimierung der fotosynthetischen Reaktion bietet die LED-Beleuchtung weitere Möglichkeiten. Diese nutzen die Tatsache, dass Pflanzen auch über Fotorezeptoren verfügen, die auf UV- und tiefrote Strahlung ansprechen und damit die Pflanzenentwicklung beeinflussen.
Für diese Funktion hat die American Society of Agricultural and Biological Engineers, ANSI/ASABE S640 [3], zusätzliche Messgrößen eingeführt:

• Ultraviolette Photonenflussdichte (PFDuv) für den Wellenlängenbereich 280 nm bis 400 nm
• Tiefrote Photonenflussdichte (PFDfr), 700 nm bis 800 nm


Referenzen
[1] Ref 1 McCree, K.J., 1972. The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants. Agric. Meteorol. 9: 191-216.
[2] Definition PAR metric (CIE Publication 106, Section 8, 1993
[3] ANSI/ASABE S640 JUL2017 Quantities and Units of Electromagnetic Radiation for Plants