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LED-Lichtspektrum: Optimal dosiert für die Pflanzenzucht

| Autor / Redakteur: Richard Blakey * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Sollen Pflanzen ohne natürliches Sonnenlicht wachsen sowie die Früchte reifen, dann ist neben Wärme und Feuchte vor allem abgestimmtes und schmalbandiges LED-Licht notwendig.

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(Bild: Würth elektronik)

In einer Tiefe von 33 Metern unter den Straßen von London werden Salat und Kräuter angebaut. Zugegeben, ein Extrembeispiel, doch zeigt es, was mit aktueller LED-Technik möglich ist. Künstlich beleuchtete Gewächshäuser oder fensterlose Räume können durch einen platzsparenden vertikalen Aufbau zur Nahversorgung in Ballungsräumen beitragen oder als hoch effiziente Anzuchteinrichtung dienen. Ein Großteil der Gewächshäuser weltweit nutzt natürliches Licht. Doch dank des Fortschritts bei Lichttechnik, Beheizung, Bewässerung sowie Steuerung lohnt es sich, in geschlossenen Räumen, künstlich beleuchtete Gewächshäuser zu errichten.

Solche smarten Indoor-Gewächshäuser können im Vergleich zu konventioneller Landwirtschaft und Lowtech-Gewächshäusern bei geringerem Wasserverbrauch deutlich höhere Erträge auf derselben Anbaufläche erzielen. Dank gesunkener Preise und technischer Weiterentwicklung verdrängen LEDs andere Leuchtmittel. Ihr entscheidender Vorteil: Sie bieten die Möglichkeit, Licht spezifischer Wellenlängen zu emittieren. Bei Smart Horticulture bekommen Pflanzen nicht nur die genau richtige Menge Wasser und Dünger, sondern einen jeweils optimierten Lichtmix.

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Licht verschiedener Wellenlänge wirkt unterschiedlich auf Pflanzen. Pflanzen nutzen nur bestimmte Lichtfrequenzen für die Photosynthese. Diese Frequenzen stehen im Zusammenhang mit den Absorptionseigenschaften verschiedener Pigmente, die in den Chloroplasten genannten Zellorganellen eingebunden sind. Die meisten dieser Pigmente absorbieren Licht in den Wellenlängen, die den Farben Blau und Rot entsprechen. Deshalb erscheinen die meisten Blätter grün, da diese Wellenlängen zu einem geringen Teil absorbiert werden. Die wichtigsten Pigmente sind Chlorophyll A, Chlorophyll B und die Carotinoide. Interessanterweise kommt den einzelnen Pigmenten in verschiedenen Phasen der Pflanzenentwicklung eine unterschiedliche Bedeutung zu.

Rote und blaue LEDs liefern viel Energie für die Pflanzen

Ein wichtiger Begriff ist in diesem Zusammenhang ist Photosynthetically Active Radiation (PAR). Als photosynthetisch aktive Strahlung werden die vorwiegend absorbierten Wellenlängen bezeichnet. Die PAR umfasst ein Spektrum von 400 bis 700 nm. Darüber hinaus gibt es die Phytochrome, das sind Photorezeptoren, die in den Pflanzen Prozesse wie die Wachstumsrichtung oder die Blütenöffnung steuern. Die Phytochrome absorbieren Licht der Wellenlängen 660 und 730 nm. Hier liegt viel Potenzial für die Erforschung spezifischer Optimierungspotenziale. Der Grund: welche Wellenlänge was steuert, hängt von der Pflanzengattung ab. Sogar von Sorte zu Sorte gibt es Unterschiede, die man nutzen kann.

Die meiste Energie für Pflanzen liefern rote und blaue LEDs. Doch sollte man sich bei der Beleuchtung in einem Gewächshaus nicht auf die beiden Wellenlängen beschränken. Das dunkelrote Licht oder auch Far Red Light mit einer Wellenlänge von 720 bis 740 nm, befindet sich im Infrarotspektrum. Dieses Licht verkürzt beispielsweise Keimung und Blütezeit von Pflanzen. Zugleich fördert es aber auch im Zusammenhang mit der Schattenflucht das Längenwachstum. Allein dieses Beispiel zeigt: Wer für alle Spektren eigene LEDs hat und diese individuell steuern kann, hat die Möglichkeit, Pflanzen mithilfe spezifischer Lichtwellenlängen im Sinne der Ertragssteigerung zu beeinflussen.

SMT-bestückte LED-Familie

Für den Gartenbau ist es mit den üblichen Farben nicht getan. Würth Elektronik eiSos hat beispielsweise mit der LED-Familie Mono-Color-Keramik WL-SMDC, die zudem SMT-bestückbar ist, über die üblichen Farben Blau, Gelb, Grün und Rot hinaus ergänzt (Bild 2). Die Horticulture-LEDs bieten Wellenlängen mit 450 nm (Deep Blue), 660 nm (Hyper Red) und 730 nm (Far Red). Der Vergleich der Emissionsspektren der LEDs mit den Absorptionsspektren der Photosynthesepigmente zeigt: Die Leuchtmittel erfüllen die Bedürfnisse der Pflanzen. Die auf Gartenbau spezialisierten Hersteller von Beleuchtungsanlagen können immer wieder neue Wellenlängenkombinationen speziell für bestimmte Arten und sogar auf Sorten abstimmen.

Erforscht werden beispielsweise verschiedene Lichtmixturen, um das LED-Licht auf die gewünschten Eigenschaften von Pflanzen abzustimmen. Während Aloe vera möglichst fleischige Blätter haben soll, bevorzugt man bei Salatpflanzen natürlich dünne und leichte Blätter. Zierpflanzen sollen ihre Blüten so lange wie möglich erhalten.

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* Richard Blakey ist Applikation Engineer bei Würth Elektronik eiSos in Waldenburg.

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