Ein kleiner Ausflug in die Lichttechnik für Pflanzenbeleuchtung

Wer sich mit Pflanzenbeleuchtung beschäftigt, der kommt leider nicht darum herum, sich ein wenig mit der physikalischen Größe Licht auseinanderzusetzen.
Immer wieder werden Sie auf Begriffe wie Beleuchtungsstärke, Lichtstrom, Lichtausbeute, Lux, Lumen, Kelvin, usw. treffen, die irgendwelche Größen ausdrücken und damit entscheidende Hinweise auf die Benutzung eines Leuchtmittels geben.

...und schon befinden wir uns mittendrin und so beginne ich mit:

einer kurzen Erklärung zu den wichtigsten Begriffen der Lichttechnik:

  • Assimilationslicht:
    Das Wort Assimilation kommt aus dem Lateinischen und heißt soviel wie Angleichung, Eingliederung. Gemeint ist damit ein Prozess, bei dem in unserem Fall Pflanzen Stoffe aus ihrer Umwelt aufnehmen und dann umbauen zu einer Substanz, die in den eigenen Organismus eingegliedert oder verwertet werden kann. Bei Der Pflanzenbeleuchtung ist mit der Assimilation die Photosynthese der Pflanze gemeint. Vereinfacht ausgedrückt nimmt die Pflanze dabei Lichtenergie von außen auf, um mit ihrer Hilfe Kohlendioxid und Wasser zu Kohlenhydraten zu synthetisieren. Pflanzen benötigen also ein bestimmtes Licht, um Photosynthese betreiben zu können. Dieses Licht nennt man auch Assimilationslicht.

  • Beleuchtungsstärke:
    Die Beleuchtungsstärke gibt das Verhältnis des auffallenden Lichtstroms zur beleuchteten Fläche an und wird in der Einheit Lux (lx) angegeben. Trifft das Licht einer Lichtquelle senkrecht auf die Fläche, so lässt sich die Beleuchtungsstärke mit folgender Formel berechnen:

    1 lx = 1 lm / m²
    Ein Beispiel:
    Ein Leuchtmittel beleuchtet mit einem Lichtstrom von 10 000 lm eine Fläche von 5 m². Man rechnet also 10000 lm / 5 m² = 2000 lx. Würde man mit der gleichen Lampe nur 2 m² beleuchten, so erhielte man eine Beleuchtungsstärke von 5000 lx. Daraus läßt sich folgern, dass die Beleuchtungsstärke einer Lampe abnimmt, je weiter sie von einer Fläche beziehungsweise einer Pflanze entfernt ist. Deswegen werden Pflanzenlampen sehr nah über der Pflanze angebracht, um möglichst eine hohe Beleuchtungsstärke zu nutzen.

  • Belichtung:
    Im Falle der Pflanzenbeleuchtung ist Belichtung ein anderes Wort für Assimilationslicht. Der Gärtner spricht oft von der Belichtung, wenn er von der künstlichen Beleuchtung der Pflanzen spricht und meint dann das Wachstumlicht oder Zusatzlicht in der Pflanzenzucht beziehungsweise bei der Pflanzenüberwinterung.

  • Bestrahlungsstärke:
    Man misst die Bestrahlungsstärke in Watt pro Quadratmeter (W/m²). Gemeint ist die Leistung einer Strahlung, die auf eine bestimmte Fläche auftritt.

  • Kelvin (K):
    Der Farbeindruck einer Lichtquelle, auch Farbtemperatur genannt, wird mit der Masseinheit Kelvin (K) gemessen. Kelvin ist ein Vergleichswert mit dem der Farbeindruck eines sogenannten Temperaturstrahlers ins Verhältnis gesetzt und damit benannt werden kann. Wie ist das zu verstehen?
    Die meisten Lichtquellen sind Temperaturstrahler. Nimmt man beispielsweise den Glühfaden einer Glühlampe, so lässt sich folgendes beobachten: Je heißer der Faden wird desto mehr verändert sich die Lichtfarbe und desto heller wird das Licht. Der Faden sendet elektromagnetische Strahlen aus, die bei geringer Temperatur im langwelligen Bereich des Spektrums beginnen (rotes Licht) und mit dem ansteigen der Temperatur sich immer mehr in den kurzwelligen Bereich verschieben. Das heißt, die Farbtemperatur ändert sich von rot, nach gelb, nach weiß bis hin zu blau.

    Kelvin-Skala
    Hier eine Auflistung einiger Lichtsituationen mit Ihren Kelvin-Werten als praktisches Beispiel zum besseren Verständnis:
    Lichtquelle Farbtemperatur
    Rotglut 500 K
    Kerze 1500 K
    Glühbirne 40 W 2680 K
    Glühbirne 100 W 2800 K
    Glühbirne 200 W 3000 K
    Halogenlampe 3200 K
    Spätabendsonne vor Dämmerung 3500 K
    Leuchtstoffröhre (kaltweiß) 4000 K
    Morgen- und Abendsonne 5000 K
    Vormittags- und Nachmittagssonne 5500 K
    Mittagssonne 5500 - 5800 K
    Blitzlichtaufnahme 6000 K
    Bedeckter Himmel 6500 - 7500 K
    Nebel 8000 K
    Blauer Himmel im Schatten 9000 - 12000 K
    Nördliches Himmelslicht 15000 - 25000 K



    Für diejenigen, die heute das erste Mal über Farbtemperatur und Kelvin stolpern, gibt es nun noch einen sehr guten externen Link, der ausführlich und sehr gut erklärt wie diese Grössen zustandekommen:
    Definition:Farbtemperatur


  • Lampen:
    Das Wort Lampe bezeichnet im Bereich der Pflanzenbelichtung das Leuchtmittel. Also die Natriumdampflampe, die Leuchtstoffröhre oder die Energiesparlampe, je nach dem, was als künstliche Lichtquelle gewählt wurde. Mit Lampe ist also nur das Leuchtmittel, aber nicht die Fassung, das Gehäuse oder der Reflektor gemeint.

  • Leuchten:
    Etwas verwirrend, aber der Profi meint mit Leuchte all das, was das Leuchtmittel drumherum braucht, um zu funktionieren. Also das Gehäuse mit der Fassung, mit und ohne Reflektor, mit und ohne elektrische Betriebsgeräte.

  • Lichtausbeute:
    Die Lichtausbeute ist das Maß für die Wirtschaftlichkeit einer Lampe. Sie wird mit der Maßeinheit Lumen pro Watt (lm/W) angegeben und sagt aus wie hoch der Lichtstrom ist, der von einem Watt aufgenommener Leistung erzeugt wird. Eine Glühlampe mit 100 Watt erzeugt beispielsweise nur 14 lm/W. Würde man mit ihr eine Fläche von 1 m² beleuchten, so würde sie nur eine Beleuchtungsstärke von 1400 Lux produzieren. Eine Metallhalogendampflampe mit 100 Watt schafft hingegen ca. 90 lm/W und würde damit auf der gleichen Fläche eine Beleuchtungsstärke von 9000 Lux erzeugen. Die Lichtausbeute wäre damit bei einer Metallhalogendampflampe um ein sechsfaches höher wie bei einer Glühlampe bei gleicher Leistung.

  • Lichtstrom:
    Der Lichtstrom bezeichnet die gesamte von einer Lichtquelle in den Raum abgegebene Strahlungsleistung. Er wird in Lumen (lm> angegeben und ist ein sehr wichtiger Faktor in der Pflanzenbeleuchtung zur Berechnung der Beleuchtungsstärke und der Wirtschaftlichkeit einer Lampe.

  • Lumen (lm):
    Lumen ist die Maßeinheit des Lichtstroms einer Lampe.

  • Lux (lx):
    Lux ist die Maßeinheit der Beleuchtungsstärke einer Lampe auf eine bestimmte Fläche.

  • Photoperiodismus:
    Das Licht dient der Pflanze nicht nur zum Photosynthese betreiben und damit als eine Art Energiequelle, sondern es arbeitet zusammen mit einer Art innerer Uhr.
    Pflanzen sind wie alle Lebewesen einem Lebenszyklus unterworfen, der mit dem Keimling beginnt und sich fortsetzt mit der Wachstumsphase, der Blütephase und der Fruchtbildung. Blüte- und Fruchtphase stellen die Fortpflanzung der Pflanze dar. Für viele Pflanzen endet der Lebenszyklus nach der Reproduktion. Die meisten gehen jedoch in eine Ruhephase und beginnen danach wieder von vorne mit Wachstum, Blüte und Frucht. Das Licht ist dafür verantwortlich, dass die Pflanze weiß, welche Lebensphase gerade ansteht. Denn je nachdem wie lang die tägliche Belichtungsdauer abhängig von der Jahreszeit ausfällt, beginnt die Pflanze mit einer bestimmten Phase.
    Diese Fähigkeit oder auch Abhängigkeit nennt sich Photoperiodismus. Natürlich lässt sich das wunderbar im Erwerbsgartenbau ausnutzen, in dem man die Belichtungsdauer künstlich beeinflusst und die Pflanze dadurch unabhängig von der wirklichen Jahreszeit zum Wachsen oder Blühen bringen kann. Genauso wichtig wie die Länge der Belichtungsphase ist übrigends auch die Länge der Dunkelphase. Außerdem gibt es wiederum verschieden Gruppen von Pflanzen, die jeweils andere Bedingungen brauchen, um beispielsweise zu blühen. Manche blühen erst, wenn die belichtungsdauer eine bestimmte Länge überschreitet und andere, wenn die Belichtungsdauer unter eine bestimmte Länge sinkt. Man nennt diese Pflanzen dann entweder Langtag- oder Kurztagpflanen. Wie sollte es anders sein gibt es dann auch noch solche, denen die Belichtungslänge völlig egal ist, die sogenannten tageszeitneutralen Pflanzen.

  • Phototropismus:
    Dieser Begriff bezeichnet die Fähigkeit von Pflanzen ihre Wachstumsrichtung der Richtung der einfallenden Lichtstrahlen anzupassen. Ist wenig Licht vorhanden, kann geradezu ein Konkurrenzkampf unter den verschiedenen Pflanzen entstehen, um möglichst viel Licht abzubekommen.

  • Spektralfarben:
    Die Sonne ist unsere natürliche Lichtquelle. Das Licht, das sie ausstrahlt wird als "weißes" Licht empfunden und bezeichnet. Dieses Licht ist elektromagnetische Strahlung, die in Wellenlängen mit der Einheit Nanometer (nm) angegeben wird. Der für das menschliche Auge sichtbare Teil dieser elektromagnetischen Strahlungen kann mit Hilfe eines optischen Prismas in die einzelnen Spektralfarben gebrochen werden. Diese sind Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett.
    Jede dieser Farben beansprucht einen bestimmten Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung und lässt sich darüber genau definieren. Alle Farben zusammen ergeben wieder das weiße Licht.

    Spektralfarben und ihre Wellenlängen

    Farbe Wellenlänge
    rot ~ 700 - 630 nm
    orange ~ 630 - 590 nm
    gelb ~ 590 - 560 nm
    grün ~ 560 - 490 nm
    blau ~ 490 - 450 nm
    violett ~ 450 - 400 nm

  • Stromverbrauch:
    Für das Erzeugen der ausreichend hohen Beleuchtungsstärke braucht manteilweise Lampen mit sehr hoher Leistung. Da sollte dann auch ein Augenmerk darauf gerichtet werden mit welchen Zusatzkosten eine künstliche Pflanzenbeleuchtung zu Buche schlägt. Die Berechnung der Stromkosten ist ganz einfach. Hier ein Beispiel:

    Sie möchten ihre Pflanzen täglich für 10 Stunden mit einer Lampe bestrahlen, die 600 W in der Stunde benötigt bei einem Strompreis von 0,20 € pro kW/h, dann sieht die Rechnung wie folgt aus:
    0,6 kW * 10 h * 0,20 € = 1,20 € am Tag und damit 36 € zusätzlich im Monat.

  • Watt (W):
    Das Watt ist eine Masseinheit für die Leistung oder auch Energie, die für einen Vorgang benötigt wird. 1000 W = 1 kW. Bei elektrischen Geräten wird häufig die gebrauchte Energie pro Zeiteinheit angegeben mit der Maßeinheit Kilowatt-Stunde (kWh).