Künstliche Beleuchtung
| Künstliche Beleuchtung |
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | Inhalt:
AllgemeinesPflanzen benötigen Licht, damit in den Blättern die Photosynthese ablaufen kann. Bei zu niedriger Lichtintensität werden nicht genügend Nährstoffe gebildet und die Pflanze verhungert. Es ist daher sehr wichtig, daß am Standort jeder Pflanze auch im Winter tagsüber eine ausreichend hohe Lichtintensität vorherrscht. Wenn das natürliche Licht nicht reicht, kann man die zu niedrige Beleuchtungsstärke recht einfach mit künstlichen Mitteln erhöhen. Doch bevor Sie sich eine sogenannte "Pflanzenlampe" andrehen lassen und dann denken, damit sei alles gut, lesen Sie hier, worauf es wirklich ankommt.
GrundlagenDie Sonne ist -wie es so schön wissenschaftlich heißt- in erster Näherung ein Temperaturstrahler mit ungefährAn dieser Stelle "über die Natur des Lichtes" (A. Einstein) d.h. die Dualität von Welle und Teilchen, die Lichtgeschwindigkeit und andere auf den ersten Blick merkwürdigen Verhaltensweisen zu berichten, wäre aufgrund der komplizierten Materie völlig fehl am Platze. Damit befassen sich schließlich ganze Zweige der Physik. Auch auf die Farbenlehre möchte ich hier nicht tiefer eingehen. Für das Verständnis der Beleuchtungsproblematik reicht folgende, zugegebenermaßen sehr einfache Sichtweise absolut aus: Sogenanntes weißes Licht, wie es die Sonne abstrahlt, kann man mit einem Prisma in langwelliges rotes Licht, kurzwelliges blaues Licht und grünes Licht mit mittlerer Wellenlänge zerlegen, wobei die einzelnen Lichtfarben stufenlos ineinander übergehen, wie Sie es von einem Regenbogen, der durch natürliche Prismen (Wassertröpchen in der Luft) gebildet wird, her kennen. Von diesem Lichtangebot absorbieren Pflanzen sowohl rotes als auch blaues Licht in einem relativ engen Wellenlängenbereich.  Bild 2: Wellenlängeverteilung Sonne und Glühlampe Im obigen Bild ist quantitativ die Strahlungsintensität der Sonne (blaue Kurve) sowie einer Glühlampe (rote Kurve) in Abhängigkeit von der emittierten Wellenlänge dargestellt. Unter dem Diagramm befindet sich ein Balken mit den korrespondierenden Lichtfarben. Alles links von violett ist ultraviolett und rechts von rot ist infrarot. Beides kann das menschliche Auge nicht wahrnehmen. Chlorophyll, das in Pflanzen in 2 unterschiedliche Varianten vorkommt, nutzt zur Photosynthese blaues und rotes Licht. Die Absorptionsmaxima liegen bei ca. 430 und 660 nm (Chlorophyll a) bzw. 450 nm und 640 nm (Chlorophyll b), siehe Bild 3. Grünes Licht hingegen wird so gut wie garnicht absorbiert sondern im wesentlichen reflektiert. Daher erscheinen Pflanzen grün, wenn man sie mit weißem Licht anstrahlt, und nahezu schwarz unter rotem oder blauen Licht.  Bild 3: Absorptionsspektrum des Chlorophylls Das Wachstum der Pflanzen hängt einerseits von der Beleuchtungsstärke, also der Intensität des Lichtes, und andererseits vom Verhältnis von blauem und rotem Licht ab. Eine Pflanze wächst grob gesagt umso mehr in die Länge bzw. Höhe, je geringer die Beleuchtungsstärke und/oder je höher der Rotanteil ist. Leider handelt es sich in beiden Fällen nicht um gesundes Wachstum. Vielmehr werden monströse Triebe gebildet, die zudem so labil sind, daß sie oft ihr eigenes Gewicht nicht tragen können und abknicken. Die Pflanze versucht nämlich mit äußerster Kraftanstrengung, durch Längenwachstum das überlebenswichtige Sonnenlicht zu erreichen, wozu sie in der Natur meistens andere Pflanzen überragen muß. Man spricht hierbei von Vergeilung. Beleuchtet man hingegen ausschließlich mit blauem Licht ausreichender Intensität, richtet dies zwar keinen Schaden an, jedoch ist das Längenwachstum dann minimal. Wichtig ist daher ein ausgewogenes Verhältnis zwischen blauem und rotem Licht mit passender Wellenlänge. Grünes und/oder gelbes Licht schadet der Pflanze nicht, ist aber unnötig und mindert bei künstlicher Beleuchtung zumindest theoretisch den Gesamtwirkungsgrad. Wenn Pflanzen im Wohnraum künstlich beleuchtet werden, ist es jedoch sinnvoll, wenn dieses Licht keine auffällige und daher störende Färbung besitzt, d.h. im richtigen Maß auch grüne und gelbe Anteile vorhanden sind, damit es zur restlichen Wohnraumbeleuchtung paßt. Übersicht verschiedener LichtquellenDa Pflanzen an Sonnenlicht angepaßt sind, sind alle künstlichen Lichtquellen, die ein ähnliches Spektrum aussenden, für Pflanzen naturgemäß bestens geeignet. Es besteht jedoch ein gewisses Optimierungspotential: Grünes Licht darf hierbei komplett fehlen, da Zimmerpflanzen es nicht benötigen; es wird ja einfach reflektiert anstatt absorbiert. Wichtig ist vor allem ein ausgewogenes Verhältnis von rotem zu blauem Licht. Bei zuviel rotem Licht vergeilen Pflanzen, d.h. sie wachsen monströs mit instabilen Neuaustrieben, die sich selbst nicht tragen können. Nachfolgend sind verschiedene Lichtquellen mit Angaben zu ihrer Tauglichkeit als Pflanzenleuchten aufgelistet. Wer nicht lange lesen will: Vergessen Sie alles außer LED-Lampen oder LED-Pflanzenlampen.
GlühlampenBei Glühlampen wird ein Draht unter Sauerstoffabschluß durch Stromfluß so erhitzt, daß er mehr oder minder hell glüht. Wie die Sonne sind Glühlampen Temperaturstrahler. Während die Sonne aber eine Oberflächentemperatur von etwa 5600 K besitzt, erreicht der Glühdraht nur 2700 bis 2800 K. Damit wird sehr viel rotes und infrarotes aber kaum blaues Licht erzeugt. Halogen-Glühlampen arbeiten prinzipiell genauso, nur daß bei ihnen die Temperatur der Glühwendel wenige hundert Kelvin höher ist; üblich sind 3000 bis 3200 K, bei speziellen Fotoleuchten mit einer Lebensdauer von nur 15 Stunden auch 3400 K.Vor der Verwendung von Glühlampen zur Pflanzenbeleuchtung kann man nur eindringlich warnen: Sie produzieren viel zu viel rotes und infrarotes Licht, das Pflanzen zuverlässig vergeilen läßt, d.h. die Pflanzen fangen an, monströs zu wachsen und bilden Triebe aus, die unter ihrem eigenen Gewicht leicht abknicken. Zudem ist der Wirkungsgrad so gering, daß man mit hohen Leistungen arbeiten und zudem die Lampen sehr dicht über den Pflanzen aufstellen müßte. Letzteres scheitert aber an der beträchtlichen Wärmeentwicklung und der großen Menge an abgestrahltem Infrarotlicht, wodurch die Pflanzen sehr leicht geschädigt weden können. Falls Sie sich dafür interessieren, wie Glühlampen funktionieren, können Sie unter hierzu unter  Thermische LampenLeuchtstofflampenLeuchtstoffröhren bestehen aus einer Glasröhre, die auf der Innenseite mit einem fast immer weißlichen Leuchtstoff beschichtet ist. An den Enden befindet sich jeweils ein Glühdraht wie bei einer Glühbirne. Die Röhre selbst ist evakuiert und enthält eine winzige Menge Quecksilber. Beim Startvorgang werden die Glühdrähte vom Strom durchflossen und heizen dadurch auf. Nach einem kleinen Moment unterbricht der Starter den Stromdurchgang durch die Glühdrähte. Die Vorschaltdrossel erzeugt dann für ganz kurze Zeit eine Spannung von mehr als 1000 Volt zwischen den beiden Elektroden sprich Glühwendeln. Da diese gut aufgeheizt sind, können Elektronen besonders gut aus dem Material austreten und durch die Röhre zur gegenüberliegenden Elektrode fliegen. In diesem Moment zündet die Röhre und es etabliert sich ein permanenter Stromfluß (wenn sich Elektroden in eine Richtung bewegen, nennt man das Strom). Bei ihrem Weg von einer Elektrode zur anderen, kollidieren die Elektronen mit Quecksilberatomen und geben dabei Energie an diese ab. Die dabei aufgenommene Energie geben die Quecksilberatome verlustfrei sofort wieder in Form von ultravioletten Licht ab. Dieses ultraviolette Licht wird von dem Leuchtstoff auf der Innenseite der Röhre absorbiert und in Form von sichtbarem Licht wieder abgestrahlt. Durch die Wahl des Leuchtstoffs kann man die Art d.h. die Farbe des abgestrahlten Lichts beeinflussen. Die Wirkungsweise hört sich möglicherweise kompliziert an, jedoch ist der Umgang mit Leuchtstoffröhren sehr einfach. Bild 4: Leuchtstofflampe Insgesamt kann man sagen, daß man mit den preisgünstigen Leuchtstoffröhren in der Summe der Eigenschaften normalerweise am besten bedient ist. Hierbei sollte man aber nur diejenigen mit der Lichtfarbe "kaltweiß" verwenden. Zufällig sind das diejenigen Röhren, die im Lieferumfang der in Baumärkten oft schon für zwischen 4 und Anmerkung: Vielfach wird umgangssprachlich der Begriff Neonröhre verwendet, obwohl damit eine Leuchtstoffröhre gemeint ist. Richtige Neonröhren kennen Sie sicherlich aus der Lichtreklame. Es handelt sich hierbei um in der Regel sehr dünne Glasröhren, die oft zu Buchstaben oder Symbolen gebogen sind und mit dem Edelgas Neon gefüllt sind. Sie besitzen keinen Leuchtstoff, weil Neon direkt rotes Licht abstrahlt, und auch keine Glühwendeln. Zum Betrieb ist Hochspannung von mehreren tausend Volt erforderlich. Falls Sie sich dafür interessieren, wie Leuchtstofflampen funktionieren, können Sie unter hierzu unter GasentladungslampenMetalldampflampenMetalldampflampen funktionieren ganz grob gesagt ähnlich wie Leuchtstoffröhren, d.h. auch hier fließt zwischen zwei Elektroden ein Strom, der Energie an Metallatome abgibt, die selbst wiederum diese Energie in Form von Licht anstrahlen. Im Gegensatz zu Leuchtstoffröhren sind diese Elektroden aber nicht weit voneinander entfernt, weshalb selbst sehr leistungsstarke Hochdrucklampen oft kleiner sind als handelsübliche Glühlampen. Niederdrucklampen sind größer, haben aber einen noch höheren Wirkungsgrad. Die Elektroden sind nicht als Glühwendeln ausgeführt. Außerdem wird unmittelbar sichtbares Licht abgestrahlt, so daß man auf den wirkungsgradvermindernden Leuchtstoff verzichten kann. Aus diesem Grund ist der Wirkungsgrad sehr hoch. Nachteilig ist, daß es beim Einschalten einige Minuten dauert, bis die maximale Helligkeit erreicht ist. Zudem kann man sie meist unmittelbar nach dem Ausschalten nicht erneut einschalten. Für eine Dauerbeleuchtung sind diese beiden Einschränkungen jedoch unerheblich.
Handelsüblich sind Metalldampflampen (Hochdrucklampen), die ein dem Sonnenlicht sehr ähnliches Licht abstrahlen (Beispiel: Stadionbeleuchtung) und sogenannte Natriumdampflampen (Hochdruck- und Niederdrucklampen), die im Falle einer Niederdrucklampe nur gelbes Licht mit einer Wellenlänge von genau 589,0 und Falls Sie sich dafür interessieren, wie Metalldampflampen funktionieren, können Sie unter hierzu unter Gasentladungslampen Thermische LampenLED-LampenLED-Lampen, die weißes Licht emittieren, besitzen ein kontinuierliches Spektrum. Bis auf eine Strahlungsspitze im blauen Bereich emittieren Sie, sofern Sie eine Farbtemperatur von ca. 5000-6000 K besitzen, sonnenlichtähnliches Licht. Allerdings ist das Verhältnis der Strahlungsintensität zwischen blauem Licht und rotem Licht aufgrund des Peaks im blauen Bereich, der sich zudem ideal mit dem Absorptionsmaximum des Chlorophylls deckt, ziemlich hoch und damit ungünstig. Außerdem senden nicht alle LED-Lampen ausreichend langwelliges rotes Licht aus. Daher empfiehlt es sich, sich vor dem Kauf im Datenblatt, das man für einige Lampen online findet, die Strahlungsverteilung anzusehen und eine Lampe auszuwählen, die bei 450 nm nicht erheblich stärker strahlt als im Bereich 640-660 nm. Alles zwischen ca. 500 und 600 nm ist für Zimmerpflanzen vollkommen irrelevant. Fündig wird man oft bei LED-Lampen mit warmweißem Licht, weil bei ihnen der blaue Peak niedriger als bei kaltweißer Lichtfarbe ist. Verwendet man mehrere Lampen, was oft notwendig ist, um eine ausreichende Helligkeit zu erzielen, kann man auch unterschiedliche Typen verwenden, die sich in ihren Eigenschaften ergänzen.Solche ausgewählten Lampen sind für Pflanzen sehr gut geeignet, weil sie im Absortionsbereich des Chlorophylls relativ viel Licht aussenden. Zusätzlich besitzen LED-Lampen einen sehr hohen Wirkungsgrad, was sich positiv auf der Stromrechnung bemerkbar macht, und erzeugen vergleichsweise wenig Wärme. Für die Pflanzenbeleuchtung sind sie daher geradezu ideal. Die Farbwiedergabegüte (als Ra- oder CRI-Wert angegeben) ist hierbei im Gegensatz zu Lampen im Wohnbereich weniger wichtig, sodaß man problemlos sehr preisgünstige LED-Lampen mit einem Ra- bzw. CRI-Wert von lediglich 80 verwenden kann, wo es im Wohnbereich mindestens 90 sein sollten. Den Pflanzen ist das weitgehend egal, solange die LED-Lampen ausreichend Licht in den Wellenlängenbereichen ausstrahlen, die den Absorptionsmaxima des Chlorophylls entsprechen. Der relativ geringe Stromverbrauch macht es auch etwas leichter, ausreichend viele bzw. ausreichend leistungsstarke LED-Lampen zu montieren. Falls Sie sich dafür interessieren, wie LED-Lampen funktionieren, können Sie unter hierzu unter LED-LampenSpezielle PflanzenlampenIm Handel werden oft spezielle Pflanzenlampen angeboten. Hierbei muß man zwischen 4 Typen unterscheiden, wobei alle bis auf die LED-Pflanzenlampen ihre Bedeutung verloren haben:1. Pflanzenlampen auf Glühlampenbasis Hierbei handelt es sich um ganz normale Glühlampen, bei denen das Glas meist leicht violett gefärbt ist. Die Einfärbung vermindert den ohnehin schon miserablen Wirklungsgrad noch weiter, weil sie Licht schluckt, kann aber trotzdem nicht verhindern, daß viel zuviel rotes und vor allem infrarotes Licht abgestrahlt wird, blaues Licht aber weitgehend fehlt. Diese Lampen sind ohne Ausnahme alle absolut untauglich für die Pflanzenbeleuchtung, auch wenn sie explizit mit Eignung für die Pflanzenbeleuchtung beworben wurden. Aufgrund des Glühlampenbverbots in der EU sind solche Lampen aber ohnehin höchstens noch als Restposten erhältlich. Es gibt auch winzige Leuchten auf Halogenlampenbasis, die nicht der Lichtversorgung der Pflanzen dienen, sondern dazu gedacht sind, die Pflanzen so anzustrahlen, daß sie abends visuell zur Geltung kommen. Dagegen ist nichts einzuwenden. Die Beleuchtungsdauer beträgt erstens nur wenige Stunden und zweitens ist die Intensität gering, so daß auch die Intensität des schädlichen roten Lichts sehr gering ist. Schon objektiv geringe Lichtintensitäten erscheinen dem Auge nämlich nachts als hell, wenn die Umgebung etwas dunkler ist. Pflanzen reagieren darauf hingegen nicht; für sie ist die objektive d.h. physikalische Beleuchtungsstärke entscheidend. 2. Spezielle Leuchtstofflampen für die Pflanzenbeleuchtung Bei diesem Typ handelt es sich um Leuchtstoffröhren, bei denen der Leuchtstoff so beschaffen ist, daß er nur wenig grünes Licht abstrahlt, das Pflanzen ja nicht verwerten können. Dies ist im Grunde eine gute Sache. Leider sind diese Röhren unverhältnismäßig teuer. Zudem schlägt sich das verminderte Aussenden grünen Lichts nicht in einem nennenswert höheren Lichtstrom an blauem und rotem Licht nieder. Im Gegensatz zu weißem/gelblichem Leuchtstofflampenlicht, das bei Einsatz in der Wohnung nicht stört, bewirkt die verminderte Intensität an grünem Licht die Lichtfarbe Magenta (=Purpur), was im Wohnraum ziemlich merkwürdig aussieht. Unter dem Strich ergibt sich daher kein Vorteil gegenüber den preisgünstigen Röhren mit kaltweißem Licht, insbesondere wenn es sich um wirkungsgradstarke Typen handelt. 3. Metalldampflampen Für die Heimanwendung bekanntestes Beispiel ist die Flora von Osram, bei der auf der Verpackung aber nicht sofort ersichtlich ist, daß es sich nicht um eine auf Glühlampen basierende Leuchte sondern um eine Metalldampflampe handelt. Hier gilt, wie auch bei für den Erwerbsgartenbau erhältlichen Lampen, uneingeschränkt das oben unter  Metalldampflampen4. LED-Pflanzenleuchten Wie bei den Pflanzenlampen auf Leuchtstofflampenbasis macht man sich auch bei LED-Pflanzenlampen zu Nutze, daß das Aussenden von Licht im Wellenlängenbereich zwischen ca. 470 und 620 nm überflüssig ist und nur den Wirkungsgrad reduziert. Daher gibt es LED-Pflanzenleuchten, die nicht mit Weißlicht-LEDs sondern mit blauen und roten LEDs bestückt sind. Dadurch, daß kein grünes bzw. gelbes Licht abgestrahlt wird, kann man zwar rein theoretisch einen höheren Wirkungsgrad erwarten, aber in der Praxis ist das nur bei hochwertigen LED-Pflanzenlampen so, die mit wirkungsgradstarken Leuchtdioden neuester Technologie bestückt sind. Wichtig ist, daß die blauen LEDs ihr Strahlungsmaximum bei ca. 430 und 450 nm und die roten LEDs bei ca. 640 und 660 nm besitzen. Bei guten Leuchten wird die Photonenausbeute (also der Anteil des Lichts, den das Chlorophyll verwerten kann) in der Einheit μmol/s/W angegeben, die angibt, wieviele μmol an CO2 vom Chlorophyll durch Einwirken des abgestrahlten Lichts pro Sekunde gebunden werden kann, wenn jedes Photon genutzt wird. Der angegebene Wert ist dabei bezogen auf eine elektrische Leistung von 1 W, was ihn quasi zu einer Angabe des effektiven Wirkungsgrads macht. Leuchtdioden in der althergebrachten Bauform mit 5 mm Durchmesser, die als Anzeige-LEDs gedacht sind, besitzen vor allem bei roter Lichtfarbe einen niedrigen Wirkungsgrad. Leuchten, die damit ausgestattet sind (erkennbar an den trotz niedriger Leistung sehr vielen Leuchtdioden und dem vergleichsweise niedrigen Preis) erreichen entweder nicht den effektiven Wirkungsgrad von Weißlicht-LED-Lampen oder aber treffen nicht die 4 Absorptionsmaxima des Chlorophylls. Zudem ist der Lichtstrom solcher Leuchten aufgrund der geringen Leistung gering, weshalb sie wenig hilfreich sind. Inzwischen sind auch nahezu von der Bildfläche verschwunden. Gute LED-Pflanzenleuchten erkennt man abgesehen von einer ausreichend hohen Leistung, die Hochleistungs-LEDs zwingend notwendig macht, vor allem daran, daß für sie ein Datenblatt verfügbar ist, in dem die Photonenausbeute (Einheit μmol/s/W) angegeben wird. Wer sich ein wenig mit Elektronik auskennt und über Löterfahrung verfügt, kann sich leicht aus einigen LEDs passender Wellenlänge eine LED-Pflanzenlampe basteln. Hierfür bestens geeignet sind die leicht und preisgünstig erhältlichen 3-W-LEDs, die bereits auf einer sogenannten Star-Platine aufgelötet sind. Fazit: Am energieeffizientesten sind derzeitig LED-Pflanzenleuchten, deren Emissionsmaxima genau mit den Absorptionsmaxima des Chlorophylls übereinstimmen. Für Privatanwender (d.h. bei gelegentlichem Einsatz z.B. im Winterquartier) rechnen sie sich über die Stromersparnis wahrscheinlich nicht. Für den gleichen Effekt benötigen ganz normale LED-Lampen mit warmweißem Licht, wie sie für die Wohnraumbeleuchtung verwendet werden, nur wenig mehr Strom. Hierbei sollten Sie allerdings vor dem Kauf unbedingt ins Datenblatt schauen (s.o.), damit Sie eine Lampe auswählen können, die genügend langwelliges rotes Licht aussendet. Beleuchtungsintensität und -dauerEin wesentlicher Punkt ist die Beleuchtungsintensität. Es ist nicht damit getan, über seinen Pflanzen eine leistungsschwache Funzel zu installieren, und zu denken, damit kämen die Pflanzen klar. Auch im Winter muß man dafür sorgen, daß die Pflanzen entsprechend der Temperatur genügend Licht bekommen. Pflanzen, die im Herbst das ganze Laub abwerfen, brauchen natürlich überhaupt kein Licht, weil es keine Blätter gibt, in denen eine Photosynthese ablaufen könnten. Solche Pflanzen sollte man zudem sehr kühl bei idealerweiseMehr Licht schadet nie, sofern die Pflanze nicht aufgrund einer zu niedrigen Temperatur sozusagen in den Schongang geschaltet hat. Bekanntes Beispiel sind Citruspflanzen, die bei weniger als Auch die Beleuchtungsdauer ist nicht unkritisch. Es ist wohl klar, daß eine Stunde Licht pro Tag nicht ausreichend ist. Auf der sicheren Seite bewegt man sich, wenn man für 9 Stunden pro Tag eine ausreichend hohe Beleuchtung (egal ob natürlich oder künstlich) sicherstellt. Haben Sie aber geeignete Lampen installiert und stellen nun fest, daß die Beleuchtungsstärke doch ein wenig zu gering ist, dürfen Sie das durch eine verlängerte Beleuchtungsdauer ausgleichen. Sie können dabei linear rechnen: Z.B. 12 Stunden lang | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
  | |
Alle Angaben in Zusammenhang mit dieser Site wurden nach bestem Wissen und Gewissen gemacht. Trotzdem kann hierfür keine Haftung übernommen werden. Schadenersatzansprüche jeglicher Art sind grundsätzlich ausgeschlossen. Alle Bilder und Texte sind urheberrechtlich geschützt und Eigentum von Chr. Caspari (sofern nicht anders gekennzeichnet). Es gelten die allgemeinen  BenutzungsbedingungenMitteilungen über Fehler sind stets willkommen (Kontaktmöglichkeiten siehe Impressum). ForenLetztes Update dieser Seite: 01.10.2023 (Untergeordnete Seiten können aktueller sein) |
