LED s Das Lichtsystem der Zukunft

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Nora Solberg
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2 LED s Das Lichtsystem der Zukunft 04. November 2009 in Quedlinburg Dr. Dirk Ludolph, LVG Ahlem Kompetenzzentrum Zierpflanzenbau / Norddeutsche Kooperation

3 Der LED-Hype:

4 Vakblad, 45/2007

5 Die Technik: LED = Light Emitting Diode = Leuchtdioden: Leuchtdioden sind Halbleiterdioden, die nach Anlegen der Durchlassspannung aus der Sperrschicht Licht heraus emittieren. Der Emissionsvorgang setzt voraus, dass das Atom zu Beginn in einer angeregten Stufe ist. 400 nm = 3,10 ev 500 nm = 2,48 ev 555 nm = 2,23 ev 600 nm = 2,07 ev 700 nm = 1,77 ev Quelle:

6 Die Technik: bedrahtet 5mm LED LED direkt auf der Platine (COB) High-Flux LED Gold Wire Bond LED Chip Reflector Cup Epoxy Dome Lens Plastic Lens Anode Lead LED Chip Body Cathode Lead Cathode Lead Anode Lead Slug Quelle: philips-lighting

7 Die Technik: Fast alle Farben sind möglich: InGaN AlInGaP AlGaAs Quelle: philips-lighting

8 Die Technik: Weißlicht LED: 1. RGB-LED 2. Lumineszenzkonversions-LED Blaue LED mit Lumineszenzfarbstoff kombiniert Blue Peak Green Peak (nm) Red Peak Lichtmischung Rot,Grün,Blau (RGB) Phosphor Emission Combined Spectrum Blue LED Spectrum (nm) Phosphor Beschichtung Blau -> weiß Quelle: philips-lighting

9 LED-Systeme für den Gartenbau:

10 LED-Systeme für den Gartenbau:

11 LED-Systeme für den Gartenbau: The Led-it-groW lamp consumes only 90 watts of power! This new technology grow light produces very low heat and is equipped with three thermostatically-controlled whisper quiet fans to keep the LED lamps cool. Tests have shown that the Led-itgroW lamp gives your plants greater light intensity and growth rates than a standard 400W HPS grow light, yet uses only 15% of the electricity!

12 LED-Systeme für den Gartenbau: Philips Green Power LED

13 Einsatzbereich Mehrlagenkultur / Klimaräume

14 Einsatzbereich Mehrlagenkultur / Klimaräume

16 LED mit Schraubfassung: Einsatz zur Langtagbelichtung - spezifisches Rotlicht - Ersatz für Glühlampen (16 W LED = 100 W Glühlampe) Lemnis Oreon COMBI 16W/E27

17 Ludolph

18 Kriterien für den Einsatz von LED zur Assimilationsbelichtung 1. Licht- bzw. Strahlungseffizienz 2. Lebensdauer 3. Pflanzenspezifisches Spektrum 4. Geeignete Armaturen (Leuchten)

19 1. Licht- bzw. Strahlungseffizienz: Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges = Bewertungskurve des Luxmeters

20 1. Licht- bzw. Strahlungseffizienz: Spektrum Natriumdampf-Hochdrucklampe

21 1. Licht- bzw. Strahlungseffizienz:

22 1. Licht- bzw. Strahlungseffizienz: PAR-Fühler (mikromol pro m² x sec)

23 1. Licht- bzw. Strahlungseffizienz: Licht bzw. PAR - Strahlungseffizienz: Lampentyp Natriumdampf- Hochdrucklampe Lichtausbeute lm/w PAR-Ausbeute µmol/w ,8 Leuchtstofflampen ,3 Halogenglühlampen bis 35 Allgebrauchsglühlampen Hochleistungs-LED ,6 (2,0) OLED ,4

24 1. Licht- bzw. Strahlungseffizienz: Hortifair Oktober 2009

25 2. Lebensdauer Lampentyp Lebensdauer (h) Natriumdampf- Hochdrucklampe Leuchtstofflampen Kompaktleuchtstofflampe Allgebrauchsglühlampen Hochleistungs-LED ( ??)

26 2. Lebensdauer Problem: Wärme!!!

27 2. Lebensdauer Wasserkühlung!!

28 2. Lebensdauer

29 2. Lebensdauer

30 3. Pflanzenspezifisches Spektrum

31 3. Pflanzenspezifisches Spektrum Spektrale Verteilung des Lichtes einer LED-Leuchte (LED1-6) Abstand 1 m, 1 h Betriebszeit, elektrische Leistungsaufnahme 81 W 0,12 PAR (spektral, 400 bis 700 nm) = 3, 5 W/m² 0,1 Bestrahlungsstärke, W/(m² nm) 0,08 0,06 0,04 0, Wellenlänge, nm (BGT, Uni Hannover, )

32 3. Pflanzenspezifisches Spektrum Photosynthetisch aktive Strahlung = nm!

33 4. Geeignete Armaturen Problem: Abstrahlungswinkel

34 4. Geeignete Armaturen

35 4. Geeignete Armaturen

36 Wieviel können die Pflanzen nutzen? Versuch in der LVG Ahlem: Vergleich zweier LED mit Natriumdampf-Hochdrucklampe - LED der Firma LIORIS BV, NL 60 Dioden: 45 rot/15 blau und 52 rot/8 blau

39 Spektrale Verteilung des Lichtes einer LED-Leuchte (LED1-6) Abstand 1 m, 1 h Betriebszeit, elektrische Leistungsaufnahme 81 W 0,6 PAR (spektral, 400 bis 700 nm) = 18,0 µmol/(m² s) PAR (integrativ, LI-190) = 19,29 µmol/(m² s) 0,5 Photonenstrom, µmol/(m² s nm) 0,4 0,3 0,2 0, (BGT, Uni Hannover, ) Wellenlänge, nm

40 Messungen im Pflanzenbestand: 1,40 m direkt unter der Lampe Lampe Klx µmol/m²s Natriumdampf-HD LED 45 / 15 LED 52 /8 3,12 32,9 0,22 9,3 0,27 10,1

41 Belichtung 16 Stunden pro Tag ohne fotoperiodisch Assimilations- LED LED licht (SON-T) 45/15 52/8 Petunia `Tiny Tunia Pink`

42 Belichtung 16 Stunden pro Tag ohne fotoperiodisch Assimilations- LED LED licht (SON-T) 45/15 52/8 Petunia `Veranda Magenta`

46 Pflanzengröße in Abhängigkeit von der PAR-Strahlung Frischmasse (g/pfl.) 35 Natriumdampf- Hochdrucklampe (SON-T), ca. 2,1 klx Pelargonium zonale `Toska` Photonenstromdichte (µmol/m²s)

47 Bewertung Vergleich Natriumdampf-Hochdrucklampe und LED: Natriumdampf-HD SGR-160 K LED Lioris GL 80 Relativ Leistungsaufnahme PAR (ca. 1,4 m Abstand, direkt unter der Leuchte) 440 W 81 W 18 % 33 µmol/m²s 10 µmol/m²s 30 % Für die gleiche PAR-Strahlung im Bestand benötigt man 3 LED-Leuchten.

48 Bewertung Vergleich Natriumdampf-Hochdrucklampe und LED: Natriumdampf-HD SGR-160 k LED Lioris GL 80 Relativ Leistungsaufnahme ausgeleuchtete Fläche 440 W 81 W 18 % 8 m² ca. 4 m² 50 % Für die gleichmäßige Ausleuchtung des Bestandes benötigt man die doppelte Anzahl LED-Leuchten (dieser Bauart).

49 Bewertung Vergleich Natriumdampf-Hochdrucklampe und LED: Natriumdampf-HD SGR-160 K LED Lioris GL 80 Relativ Leistungsaufnahme Preis pro Leuchte 440 W 81 W 18 % % Für die gleiche Belichtung des Bestandes wie mit einer SGR-160 K benötigt man 4-6 LED-Leuchten der Bauart Lioris GL 80.

50 Zusammenfassung (Stand der Technik November 2009): Strahlungs-/Lichtausbeute von modernen LED: zur Zeit ähnlich hoch wie bei Natriumdampf- Hochdrucklampen (ca. 1,8 micromol pro Watt) Wärmeabgabe: ähnlich hoch wie bei einer NaHd-Lampe; Vorteil: keine Wärmeabgabe nach unten, daher geringere Aufhängehöhen möglich Spektrum: LED-Spektren besitzen keine spezifischen photosynthetischen Wirkungen ( Es gibt keine Wunderphotonen! )

51 Zusammenfassung (Stand der Technik November 2009): Spezifische pflanzenphysiologische Steuerungsmöglichkeiten sind für die Zukunft denkbar (Rotlicht, Blaulicht) Aufgrund der geringen Aufhängungshöhe sind LED besonders für Klimaräume geeignet, wenn das Problem der Wärmeabfuhr technisch einfach gelöst werden kann. Für die Assimilationsbelichtung von Zierpflanzen im Gewächshaus sind LED zur Zeit aber noch nicht geeignet!!!

52 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 04. November 2009 in Quedlinburg Dr. Dirk Ludolph, LVG Ahlem Kompetenzzentrum Zierpflanzenbau / Norddeutsche Kooperation

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