Einsatz von LED Belichtung in Gewächshäusern. Dietmar Prucker Bayerdilling,

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1 Einsatz von LED Belichtung in Gewächshäusern hä Dietmar Prucker Bayerdilling,

2 Inhalt» 1 Licht und Pflanzenwachstum» 2 Messtechnik Licht und Strahlung» 3 Energetische Bewertung von LEDs» 4 Versuche mit LEDs an der FG GW Folie 2

3 1 Licht und Pflanzenwachstum Ultraviolettstrahlung UV C nm UV B nm UV A nm Globalstrahlung Sichtbare Strahlung Licht nm Infrarotstrahlung IR A nm IR B nm IR C 3000 nm 1 mm Folie 3

4 1 Licht und Pflanzenwachstum Licht ist die für das menschliche Auge sichtbare Strahlung Quelle Wikipedia: Electromagnetic spectrum c.svg; Urheber: Horst Frank / Phrood / Anony Folie 4

5 1 Licht und Pflanzenwachstum Einfluss des Lichts auf das Pflanzenwachstum 1. Photosynthese 2. Morphogenese 3. Photoperiodismus 4. Phototropismus Folie 5

6 1 Licht und Pflanzenwachstum Licht und Pflanze Was benötigt die Pflanze? Quantität > Intensität, Menge Qualität > Spektralbereiche Quantität Bestrahlungsintensität und Lichtmenge Folie 6

7 1 Licht und Pflanzenwachstum Qualität Absorptionsspektren von Chlorophyll Spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges Rel. Photosynthese in Abhängigkeit der Wellenlänge nach Wikipedia: Chlorophyll_spectrum.png; Urheber: AEGON Folie 7

8 2 Messtechnik Licht und Strahlung Messtechnik für Licht und Strahlung Übersicht Luxmeter PAR Messgerät Solarimeter/ Pyranometer Folie 8

9 2 Messtechnik Licht und Strahlung Spektrale Empfindlichkeit der Messverfahren Luxmeter PAR Messgerät Solarimeter/ Pyranometer spektrale Empfindlichkeit entspricht menschlichen Auge max. Empfindlichkeit bei 550 nm Beleuchtungsstärke in Lux PAR = photosynthetically active radiation Messbereich nm z.t. mit gewichteter Bewertung Photonenstromdichte (PPFD) in µmol/(m²*s) Globalstrahlung Messbereich nm für meteorologische Messungen Globalstrahlung in W/m² Umrechnung zwischen den Messwerten für natürliches Tageslicht und ausgewählten Lampenarten möglich nicht für LEDs Abbildungen: KTBL Arbeitsblatt 0658 Folie 9

10 1 Licht und Pflanzenwachstum Rel. Photosynthese in Abhängigkeit der Wellenlänge Wirkungsspektrum des Lichts auf die Photosynthese nach McCree (1972, links) und neueren Untersuchungen der Universität Wageningen (rechts) Quelle: Philips Künstl. Belichtung im Gartenbau Folie 10

11 2 Messtechnik Licht und Strahlung Spektrale Empfindlichkeit eines PAR Sensors Bewertung des PAR Sensors LI 190 der Firma Licor 1979 (links) und heute (rechts) Folie 11

12 2 Messtechnik Licht und Strahlung Spektralbereiche einer Hochdruck Na Dampflampe Die Strahlungsabgabe in den Spektralbereichen außerhalb der Kennlinie des Luxmeters werden bei der Messung nicht berücksichtigt Folie 12

13 2 Messtechnik Licht und Strahlung Beleuchtungsstärke und Bestrahlungsstärke Hochdruck Na Dampflampe und LED Beleuchtu ungsstärke [lx] Bestrahlungsstärke [µmol m -2 s -1 ] LED 1:1 LED 6:1 Na-Dampflampe 100 µmol PAR ~ 7500 lx Na Dampfl. ~ 1000 lx LED Folie 13

14 3 Energetische Bewertung von LEDs Aufbau und Funktion einer LED Aufbau eines LED Chips Beim Anlegen einer Spannung erfolgt ein Elektronenfluss von n (Elektronenüberschuss) nach p (Elektronenmangel). Dabei geben die Elektronen Energie in Form von Lichtblitzen ab. Die Wellenlänge des Lichts ist abhängig ggvom Halbleitermaterial. Aufbau einer bedrahteten LED und einer COB LED (Chip on board) Folie 14

15 3 Energetische Bewertung von LEDs Spektralverteilung von LEDs Lemnis Lightin. gb.v. Valoya Oy Lebensdauer Folie 15

16 3 Energetische Bewertung von LEDs Vergleich Hochdruck Na Dampflampe LED 1170 µmol/s 635 W 1,84 µmol/ws PPF (Photosynthetic Photon Flux) Leistungsaufnahme Strahlungsausbeute 230 µmol/s 100 W (115 W) 2,3 µmol/w (2 µmol/ws) + 25% (+9%) Folie 16

17 3 Energetische Bewertung von LEDs Beispiel für die Berechnung einer LED Belichtung Vorgabe: 1000W Na Lampe mit 2000 µmol/s ersetzen durch LEDs mit einem rot : blau Verhältnis von 8 : 1 LEDs: Rot (660 nm) > 2,84 µmol/ws Blau (450 nm) > 1,78 µmol/ws Ergebnis: Rot 1778 µmol/s > 626 W > 884 St. Blau 222 µmol/s > 124 W > 117 St. Gesamt > 750 W ( 25%) Folie 17

18 3 Energetische Bewertung von LEDs Beispiel für die Berechnung einer LED Belichtung Folie 18

19 3 Energetische Bewertung von LEDs Beispiel für die Berechnung einer LED Belichtung Vorgabe: 1000W Na Lampe mit 2000 µmol/s ersetzen durch NEU! 671 µmol/s LED Belichtung rot und blau LEDs: Rot (660 nm) > 2,84 µmol/ws Blau (450 nm) > 1,78 µmol/ws Ergebnis: Rot 596 µmol/s > 210 W > 297 St. NEU! Blau 75 µmol/s > 42 W > 75 St. Gesamt > 252 W ( 75%) Folie 19

20 4 Versuche mit LEDs an der FGW Versuche zum Einfluss verschiedener Lichtquellen Temperatur unter den Lichtquellen & Blatttemperaturen Folie 20

21 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung von Basilikum an der FGW Folie 21

22 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung von Basilikum an der FGW Folie 22

23 4 Versuche mit LEDs an der FGW Basilikum Kabine 2 rot : blau = 6 : 1 Zwischenauswertung µmol 75 µmol 120 µmol Kontrolle Endauswertung µmol 75 µmol 120 µmol Kontrolle Folie 23

24 4 Versuche mit LEDs an der FGW Basilikum Kabine 2 rot : blau = 6 : 1 Zwischenauswertung µmol 75 µmol 120 µmol Kontrolle Endauswertung µmol 75 µmol 120 µmol Kontrolle Folie 24

25 4 Versuche mit LEDs an der FGW 20 LED Belichtung von Basilikum Pflanzenhöhe Mittelwert aus jeweils 10 Töpfen Pflanzenhöhe e [cm] a a a' a' a'' b'' a''' b''' 0 Kontrolle 35 µmol m-2 s-1 75 µmol m-2 s µmol m-2 s-1 rot:blau = 6:1 rot:blau = 1:1 Folie 25

26 4 Versuche mit LEDs an der FGW 20 LED Belichtung von Basilikum Pflanzenhöhe Mittelwert aus jeweils 10 Töpfen Pflanzenhöhe e [cm] a b b b a'' a' b' b' b' b'' 0 rot:blau = 6:1 Kontrolle 35 µmol m-2 s-1 rot:blau = 1:1 75 µmol m-2 s µmol m-2 s-1 Folie 26

27 4 Versuche mit LEDs an der FGW 1,5 LED Belichtung von Basilikum Frischgewicht je Einzelpflanze Frischgewich ht [g] 1,2 0,9 0,6 a a a' a' a'' b'' a''' b''' 0,3 0,0 Kontrolle 35 µmol m-2 s-1 75 µmol m-2 s µmol m-2 s-1 rot:blau = 6:1 rot:blau = 1:1 Folie 27

28 4 Versuche mit LEDs an der FGW 1,5 LED Belichtung von Basilikum Frischgewicht je Einzelpflanze Frischgewich ht [g] 1,2 0,9 0,6 a b c d a'' a' b' c' c' b'' 0,3 0,0 rot:blau = 6:1 Kontrolle 35 µmol m-2 s-1 rot:blau = 1:1 75 µmol m-2 s µmol m-2 s-1 Folie 28

29 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung zur Verfrühung von Elatior Begonien Folie 29

30 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung zur Verfrühung von Elatior Begonien Folie 30

31 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung von Elatior Begonien Kabine 2 Versuchsendee Kabine 3 von links: LED Blau LED Rot Hochdruck Na Dampflampe Kompaktleuchtstofflampe Folie 31

32 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung von Elatior Begonien Frühzeitigkeit Kulturdauer bis zur ersten Blüte Kulturdauer bis erste e Blüte [d] c bc b 95%-GD Bonferroni-Test: 3,12 d Mittelwert: 75,88 d a 0 Energiesparlampe LED Blau LED Rot Na-Dampflampe Folie 32

33 Pflanzenhöhe [cm] Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung von Elatior Begonien 95%-GD Bonferroni-Test: 1,71 cm a a Mittelwert: 27,76 cm b b Pflanzenhöhe zum Versuchsende am Energiesparlampe LED Blau LED Rot Na-Dampflampe 35 95%-GD Bonferroni-Test: 1,42 cm Pflanzendurchmesser zum Versuchsende am Pflanzendurchmesser [cm] Mittelwert: 28,62 cm c bc ab a 0 Energiesparlampe LED Blau LED Rot Na-Dampflampe Folie 33

34 Frischgewicht Spross [g] 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung von Elatior Begonien 200 a Mittelwert: 141,38 g c 125 d %-GD Bonferroni-Test: 13,15 g b Frischgewicht Spross zum Versuchsende am Energiesparlampe LED Blau LED Rot Na-Dampflampe a 95%-GD Bonferroni-Test: 8,19 g a Frischgewicht Blüten zum Versuchsende am Frischgewicht Blüten [g] Mittelwert: 56,49 g c b 10 0 Energiesparlampe LED Blau LED Rot Na-Dampflampe Folie 34

35 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung von Elatior Begonien Kultur ohne natürlichem Tageslicht Folie 35

36 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung von Argyranthemum frutescens Pomponette (pink) von links: LED Blau LED Rot Hochdruck Na Dampflampe Kompaktleuchtstofflampe Folie 36

37 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung von Argyranthemum frutescens Pomponette (pink) Woche 06/2012 Kultur mit (links) und ohne (rechts) natürlichem Tageslicht von links: Kompaktleuchtstofflampe LED Blau LED Rot Hochdruck Na Dampflampe von links: LED Blau LED Rot Hochdruck Na Dampflampe Folie 37

38 4 Versuche mit LEDs an der FGW LED Belichtung von Argyranthemum frutescens Pomponette (pink) Woche 06/2012 Kultur ohne natürlichem Tageslicht von links: LED Blau LED Rot Hochdruck Na Dampflampe Folie 38

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Folie 39