Licht in Zahlen

Diese Messgrößen für Pflanzenlampen solltest Du kennen

Diese Seite gibt einen Überblick über die wichtigsten Messeinheiten, die im Zusammenhang mit Licht für Pflanzen stehen. Bei der Recherche zu Pflanzenlampen wird man mit unzähligen Metriken und Abkürzungen konfrontiert – Watt, PAR, PPFD, PPF usw. sind nur einige der Zahlen, die zum Vergleich von Beleuchtungssystemen für den Gartenbau angeführt werden. Warum man Lumen nicht als Vergleichswert für Pflanzenlampen heranzieht, haben wir schon im Blog besprochen.

Verständlicherweise fällt es Kunden und Interessenten dabei schwer, verschiedene Produkte zu vergleichen und in den richtigen Kontext zu setzen. Deshalb soll diese Auflistung zeigen, welche Metriken für Pflanzenbeleuchtung relevant sind und wofür.

Wichtige Messgrößen für Pflanzenbeleuchtung

Welches Licht Pflanzen brauchen: Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR)

Es ist allgemein bekannt, dass der Hauptanteil der Photosynthese von Licht angeregt wird, das im Spektralbereich zwischen 400 und 700 nm liegt, also ziemlich genau der sichtbare Teil des Lichtspektrums. Genau das sagt photosynthetisch aktive Strahlung aus: Alle Photonen, die in diese Spanne fallen, werden gleich gewertet. Licht außerhalb dieses Bereichs ist bedeutungslos für die Metrik PAR.

Im Gegensatz dazu bildet die Messeinheit Lumen die Empfindlichkeit des Menschlichen Auges ab. Der Graph zeigt deutlich, warum Lumenwerte kaum als Benchmark für Pflanzenbeleuchtung taugen.

Pflanzenbeleuchtung PAR vs. Hellempfindlichkeit
Pflanzenbeleuchtung in Zahlen 1

Wie viel Licht Pflanzen brauchen: Tageslichtintegral – DLI

Die nötige Intensität leitet sich aus dem gesamten Lichtbedarf der Pflanze über den Tag ab. Ein Index für den unterschiedlichen Lichtbedarf ist das Tageslichtintegral, DLI (Daily Light Integral) genannt. Es beschreibt, wie viele Photonen in 24 Stunden auf eine bestimmte Fläche treffen.

Für verschiedene Pflanzenarten ist wiederum bekannt, wie viel Licht sie im Laufe eines Tages benötigen bzw. sinnvoll verwerten können.

Berechnung des DLI

PPFD in µmol/m²s [Anzahl der Photonen pro Sekunde pro m²] * 3600 [Anzahl der Sekunden einer Stunde] * t(h) [Anzahl der Lichtstunden eines Tages] / 1.000.000 = DLI in mol pro Tag

Wie viel Licht Pflanzenlampen ausstrahlen – PPF

Bei Pflanzenlampen sollte diese Angabe nicht fehlen: Wie viele Photonen im Bereich der photosynthetisch aktiven Strahlung werden emittiert? Das ist der photosynthetische Photonenfluss (PPF). Dies ist die wichtigste Metrik zum Vergleich von verschiedenen Lichtquellen, denn sie wird in einem genormten Testaufbau ermittelt (Ulbrichtkugel). Somit kann man objektiv beurteilen, wie gut die Lampe darin ist, Licht im PAR-Raum zwischen 400 und 700 nm zu erzeugen.

Wie effizient Pflanzenlampen sind – PPF/W

Bezogen auf den Photonenfluss kann man objektiv beurteilen, wie effizient und damit wirtschaftlich eine Beleuchtungssystem für Pflanzen ist. Dafür dividiert man den PPF durch die aufgewendete elektrische Leistung. Also PPF/W angegeben in der Einheit µmol/J.

Verschiedene Beleuchtungstechnologien im Überblick

Leuchtstofflampen: ca. 0,7 µmol/J
Aktuelle NDL 600W: ca. 1,8 µmol/J
Aktuelle NDL 1000W DE: ca. 2,1 µmol/J
Aktuelle LED: über 3 µmol/J

Was wirklich bei den Pflanzen ankommt – PPFD

Diese theoretischen Werte sind sehr gut, um sich zu informieren, was eine Lichtquelle an Photonen abgibt und wie effizient das funktioniert. Was wiederum bei den Pflanzen ankommt, lässt sich nicht mit theoretischen Werten bestimmen, sondern kommt auf das individuelle Nutzungsszenario an.

Die sogenannte photosynthetische Photonenflussdichte (PPFD) gibt an, wie viele Photonen des PAR-Bereichs auf einem Quadratmeter auftreffen. Dabei sollte man sich am Bedarf der Pflanzen (siehe DLI) orientieren sowie eine möglichst gleichmäßige Verteilung anstreben.

Probleme mit PPFD als Vergleichswert

Eigentlich ist PPFD also relevanter im Praxiseinsatz, als der reine Output, also PPF. Tatsächlich lässt sich gut messen, wie viel PAR bei den Pflanzen ankommt. Jedoch kann die PPFD nur in Bezug auf das konkrete Umfeld ermittelt werden. Hier spielen Abstand zu den Pflanzen (bzw. zum Sensor), Lichtlenkung (etwaige Reflektoren oder Optiken), die Reflexion der Wände und des Bodens usw. eine enorme Rolle. Sogar die Temperatur im Raum hat einen gewissen Einfluss auf die gemessenen Werte. Da diese Faktoren nicht genormt sind, ist die Messung in jedem Testszenario einzigartig. Herstellerübergreifende Vergleichbarkeit ist somit leider nicht gewährleistet. Um Fehlinterpretationen zu vermeiden, gehen wir bei unseren eigenen PPFD Tests so transperent wie möglich vor.

PPFD Messung von Pflanzenlampen
FLUXengine PPFD Testergebnis

Wie die Pflanzen Licht verwerten – Spektrum und YPF

Spektrum

So vielfältig wie die Flora und Faua auf unserem Planeten ist, so stark unterscheiden sich auch die Bedürfnisse von Pflanzen. Daher weicht die erforderliche Lichtqualität zwischen unterschiedlichen Gattungen und Entwicklungsstadien ab. Konsens ist dabei jedoch, dass gesunde Entwicklung von Pflanzen nur unter einem breitbandigen Spektrum möglich ist, das den PAR-Bereich abdeckt. In der Wachstumsphase ist ein erhöhter Blauanteil (z. B. Ab 4000K bei Weißlicht) , in der Blütephase ein erhöhter Rotanteil (z. B. Bis 3000K bei Weißlicht) vorteilhaft. Hinzu kommen noch verschiedene Wellenlängen, die auf Photomorphogenese (Bildung der Wuchsform) und Produktion von sekundären Pflanzenstoffen einwirken.

YPF

Umstritten ist, welche Wellenlängen am effektivsten zur Photosynthese beitragen. 1973 wurde von McCree das Wirkspektrum der Photosynthese anhand von 22 Spezies ermittelt. Die Messgröße YPF (Photonenflussausbeute – Yield Photon Flux) gewichtet das Licht verschiedener Wellenlängen anhand dieses Wirkspektrums, auch McCree-Kurve genannt. Da die Messungen jedoch in Kritik geraten sind, ist diese Metrik mit Vorsicht zu genießen. McCree hatte einzelne Blätter isoliert betrachtet, nicht die Pflanze als Ganzes. Zudem fanden die Messungen mit relativ niedrigen Beleuchtungsintensitäten statt.

Pflanzenbeleuchtung in Zahlen 2