Worauf es bei LEDs ankommt

In den letzten Jahren haben LEDs beim Homegrowing zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dabei ist es oft schwierig, den Überblick über die neuen technischen Entwicklungen zu behalten, viele sind von der Fülle der Informationen regelrecht überfordert. Hier ein kurzer Überblick, worauf es bei LED-Leuchten eigentlich ankommt.

Es gibt viele Möglichkeiten, LEDs in Pflanzenleuchten anzuordnen. Daraus folgt, dass nicht jede Lampe für die Beleuchtung von Pflanzen geeignet ist. Am Markt gibt es hier aktuell vor allem zwei Varianten: "chip on board" (COB) und "single chip LEDs". In COB-Modulen sind die LED-Chips direkt aufgelötet, dadurch ist es möglich, viele LEDs auf engem Raum zu platzieren, was zu einer hohen Lichtausbeute führt. Der Vorteil: Viel Licht für verhältnismäßig wenig Geld, aber die Technologie hat auch ihre Probleme - schließlich wird das ganze COB-Modul aus einer einzigen Stromquelle gespeist. Dadurch bekommt jeder LED-Chip die gleiche Spannung ab, obwohl unterschiedliche Lichtwellenlängen (Farben) eigentlich individuelle elektrische Spezifikationen brauchen. Das Dilemma der Hersteller liegt darin, dass sie sich entscheiden müssen: Entweder werden einige LEDs überlastet (um die Leuchte auf Leistung zu trimmen) oder manche LEDs werden mit weniger Spannung als optimal betrieben (um Ausfälle oder Überhitzungen zu vermeiden). Das wirkt sich dann nachteilig auf die Leistung aber positiv auf die zu erwartende Lebensdauer aus. Wenn ein Chip dauerhaft überlastet wird, kann er die (zu) hohe Spannung nicht mehr verarbeiten und brennt durch. In einem COB-Schaltkreis wirkt ein kaputter Chip wie ein elektrischer Widerstand, der Wärme erzeugt. Diese Wärme strahlt in die Umgebung ab, was die Überhitzung benachbarter Chips zur Folge hat - und so weiter. Eine langsame Kettenreaktion, die zum Totalausfall des Leuchtmittels führt.

Bei den Single-Chip-LEDs unterscheidet sich die Anordnung stark von COB-LEDs: Die Abstände sind größer und da jede LED ihren eigenen Chip hat, sind für alle Farben (meist weiß, rot und blau) die optimalen Stromspannungen garantiert. Keine LED wird über- oder unterlastet, was zu weniger Ausfällen führt und sicherstellt, dass die Leuchte die höchstmögliche Lichtausbeute bringt und auch lange hält. Wenn doch mal ein Chip ausfällt, sind die benachbarten Chips nicht davon betroffen und die Leuchte kann den Ausfall normalerweise gut verkraften. Und in Sachen Lichtverteilung bestrahlen Single-Chip-LEDs ganz klar die größere Oberfläche - COBs wirken dagegen eher wie Scheinwerfer, sind dafür aber deutlich günstiger. Man muss also immer gewisse Kompromisse eingehen.

Bei COBs muss der Benutzer einen größeren Abstand zwischen der Leuchte und den Pflanzen sicherstellen, um eine breitere Lichtverteilung zu erzielen - denn wenn dies schlecht umgesetzt wird, mischt sich das emittierte Licht nicht richtig. Dies führt zu einer nicht einheitlichen Lichtverteilung auf der Anbaufläche.

Einige Hersteller versuchen, beide Beleuchtungsarten (COBs und Single-Chip-LEDs) in einer einzigen Leuchte zu kombinieren. Das Problem dabei ist, dass sich das abgestrahlte Licht erst mischt, wenn ein gewisser Abstand zu den Pflanzen gewährleistet ist. Der Hersteller gibt meist die höchstmögliche Ausgangsleistung der Lampe an (gemessen in einem Abstand von beispielsweise 30 cm), aber nach der Entfernung, die das Licht überwinden muss, um sich schließlich pflanzenfreundlich zu vermischen, kann die hohe Ausgangsleistung nicht mehr gemessen werden. Oft ist das Licht dann auch nur in der Mitte der Anbaufläche (wo alle Abstrahlungen zusammenkommen) gleichmäßig gemischt. An den Außenseiten bzw. den Rändern der Anbaufläche liegen dagegen ganz unterschiedliche Licht-Intensitäten und -Spektren vor. Das kann zu ungünstigen Ergebnissen beim Pflanzenwachstum führen. Rotes und blaues Licht sind zum Beispiel wichtig, um eine gesunde Pflanzenentwicklung zu gewährleisten. Die perfekte Mischung unterscheidet sich jedoch abhängig von der Pflanzenart und der Anwendung. Während rot und blau eine wichtige Rolle bei der Produktion gesunder Pflanzen spielen, verbessern andere Farbbereiche ihre Entwicklung und den Ertrag noch weiter. Vor allem ein Spektrum mit dunkelroten Anteilen ist für die Blüte bestimmter Arten äußerst vorteilhaft.

LED-Leuchten können in drei verschiedene Kategorien eingeteilt werden: Leuchten ohne Abdeckung, Leuchten mit Kunststoffabdeckung (wie Silikon) und Optiken mit Glasabdeckung. Leuchten ohne Abdeckung verwenden nur die Linse der LED-Chips selbst. Diese Vorgehensweise ist in einigen Fällen besser als eine Kunststoffabdeckung, da man so kein Licht durch Absorption verliert - allerdings werden die LED-Chips so auch überhaupt nicht geschützt. Damit besteht z. B. das Risiko, dass man beim Reinigen die Chips beschädigt.

Kunststoffe sind die günstigste Methode, um eine Schutzabdeckung für LED-Chips herzustellen. Der Nachteil dieser Materialien ist, dass selbst neueste Kunststoffe (abhängig von der Qualität) immer noch einen Teil des emittierten Lichts absorbieren. Einige Kunststoffe, die zur Herstellung von LED-Abdeckungen verwendet werden, lassen sich nicht gut reinigen und werden mit der Zeit stumpf. Das zerstört im schlimmsten Fall die Schutzabdeckung und man muss sie (wenn möglich) austauschen oder sogar eine neue LED-Leuchte kaufen.

Die Verwendung von Glas ist der teuerste Weg, Abdeckungen für LED-Leuchten herzustellen - aber es ist auch der beste. Bei Verwendung von nicht reflektierendem Echtglas ist ein nur ganz minimaler Lichtverlust von nur einem Prozent oder weniger möglich. Zudem ist Glas leicht zu reinigen und für die meisten Reinigungsmittel geeignet, ohne dass die Gefahr einer schleichenden "Erblindung" wie bei Kunststoffen besteht. Der einzige Nachteil ist auch hier der höhere Preis, der durch die höhere Qualität bedingt ist.

Wie jedes elektronische Gerät erzeugen auch LED-Lampen Wärme, deshalb muss eine Kühlung vorhanden sein, um eine Überhitzung der Leuchte zu verhindern und die Funktionsfähigkeit der Chips zu gewährleisten. Eine Methode der Kühlung ist die Verwendung von Lüftern - das ist die verbreitetste aktive Methode. Durch verbaute Lüfter wird kühlende Luft (aktiv) durch das Gerät geleitet, um die Temperatur der eingebauten Komponenten zu reduzieren.

Es ist heutzutage sehr verbreitet, LED-Leuchten mit aktiver Kühlung zu bauen, da diese relativ einfach und günstig herzustellen sind und kaum spezielle bzw. hochpreisige Materialien wie Aluminium oder Kupfer benötigen. Die Leuchten sind somit auch leichter, da nur ein kleiner Lüfter und ein Kühler zur Regulierung der Wärme benötigt werden. Das aktive Kühlen mit einem Lüfter hat aber auch Nachteile, denn aktive Lüfter benötigen zusätzlichen Strom, der nicht in Licht umgewandelt werden kann - das senkt die Energieeffizienz der Leuchte spürbar. Ein weiteres Problem kann (neben einer gewissen Lärmbelästigung) die mit der Zeit einsetzende Verschmutzung sein, da ein Ventilator die Luft im Growbereich immer auch mit Staub- und Schmutzpartikeln belastet. Die verschmutzte Luft wird (zur Kühlung der Leuchte und der elektronischen Komponenten) in das Innere des Gehäuses angesaugt, wodurch sich besagte Staub- und Schmutzpartikel hier ablagern können. Dabei besteht unter Umständen auch die Gefahr, dass man seinen nach Schädlingsbefall gerade tipptopp gereinigten Grow-Room erneut infiziert, weil man nicht in der Lage ist, alle Komponenten der LED-Leuchte gründlich zu reinigen. Neben Wassermolekülen enthält die Luft auch Düngemittel und andere Zusatzstoffe, mit denen man seine Pflanzen normalerweise versorgt - auch diese Bestandteile werden vom Ventilator mit der Luft angesaugt und können sich im Inneren der Lampe auf den elektronischen Komponenten absetzen.

Einige LED-Leuchten arbeiten auch mit einer anderen Art der aktiven Kühlung: mit einer Wasserkühlung. In den meisten Fällen machen wassergekühlte Systeme einen guten Job und verhindern effizient eine Überhitzung der Lampe. Diese Art der aktiven Kühlung nimmt jedoch mehr Zeit bei der Installation in Anspruch und verbraucht zudem zusätzliche Energie - was die Energie-Einsparung, die LED-Lampen normalerweise bieten, deutlich reduziert. Neben der Gefahr einer undichten Stelle birgt diese Methode auch noch ein weiteres Risiko - denn sollte die Kühlung einmal ausfallen, ist die Lampe zum Überhitzen verurteilt.

Wenn man sich dagegen die passiv gekühlten LED-Leuchten ansieht, stellt man fest, dass diese entweder durch eine lineare Bauweise mit langen LED-Bars oder mit verschiedenen Lamellen ausgestattet sind. Dadurch wird die stark erweiterte Oberfläche des Gehäuses maximal genutzt, um Wärme abzustrahlen und damit die Temperatur zu reduzieren. Anders als aktiv gekühlte LED-Leuchten haben passiv gekühlte Module überhaupt keine beweglichen Teile, sodass erst gar keine Lüfter ausfallen können und eine Überhitzung aufgrund von Kühlungsausfällen ausgeschlossen ist. Außerdem lassen sich passiv gekühlte LED-Leuchten (im Gegensatz zu Leuten mit Lüftern) absolut lautlos betreiben. Darüber hinaus sollte man bei passiv gekühlten Leuchten darauf achten, dass die elektronischen Komponenten versiegelt sind und die Leuchte eine Schutzklasse von IP65 oder höher aufweist, sodass selbst Unfälle während der Bewässerung keine Auswirkungen auf die Beleuchtung oder die Sicherheit haben. Die Nachteile von passiv gekühlten LED-Leuchten liegen in den höheren Anschaffungskosten, denn es ist viel schwieriger, LEDs passiv zu kühlen, weshalb für die Entwicklung und Produktion solcher Leuchten meist eine höher entwickelte Technologie und hochwertigere Materialien erforderlich sind. Außerdem sind diese Kühlkörper auch recht schwer, sodass passiv gekühlte Leuchten immer auch deutlich mehr Gewicht mitbringen, als Lampen mit aktiver Kühlung. Da jedoch höhere Qualität immer auch ihren Preis (und damit auch mehr Gewicht) hat und sich Anwender normalerweise eine sichere Umgebung und einen minimalen Wartungsaufwand wünschen, kann man sagen, dass sich eine Investition in LED-Leuchten mit passiver Kühlung durchaus lohnt.

Der Schutz des Gehäuses ist auch ein wichtiger Aspekt, denn das Gehäuse sichert die gesamte Leuchte und verhindert Brände, Schäden an den LEDs selbst und Personenschäden bei der Bedienung. Wenn es um die Sicherheit elektronischer Geräte geht, ist es wichtig, auf die passende IP-Schutzklasse zu achten. Generell sollten Geräte, die in einem feuchten und schmutzigen Umfeld betrieben werden, eine Schutzklasse von mindestens IP 54 (Beständigkeit gegen Staub und Spritzwasser) haben. Als Faustregel gilt dabei: Je höher die IP-Klasse, desto besser und beständiger ist ein Gerät gegen Verschmutzung geschützt. So ist sichergestellt, dass keine elektronischen Komponenten mit Wasser oder Schmutz in Berührung kommen, was das Risiko eines Ausfalls, eines Feuers oder eines tödlichen Unfalls erheblich minimiert.

Auch wenn die Lebensdauer von LEDs in der Regel recht hoch ist, verlieren die Module aufgrund chemischer und physikalischer Veränderungen im Laufe der Zeit einen Teil ihrer Leuchtdichte. "L" bezeichnet diesen Prozess (auch bekannt als Degradation der Lichtemittierung), ein gemeinsamer Wert für "L" beträgt ungefähr 30 %. Folglich bleiben 70 % des anfänglichen Lichtstroms auch nach 50.000 Stunden (L70) noch erhalten. Der B-Wert ist direkt vom L-Wert abhängig und gibt an, wie viele Module (in Prozent) den L-Wert unterschreiten dürfen. Ein üblicher Wert ist B50, was bedeutet, dass 50 % aller Module nach 50.000 Stunden den L70-Wert unterschreiten können.

Wie wir in diesem Artikel hoffentlich deutlich gezeigt haben, können LED-Systeme viele Vorteile bringen, wenn sie gut entworfen und hergestellt wurden. LED-Leuchten sind vor allem energieeffizienter als andere Arten von Beleuchtungssystemen und bieten daher die Möglichkeit, den Energieverbrauch beim Heimanbau erheblich zu reduzieren. Die Nutzung der richtigen Lichtmischung kann zudem eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Pflanzen spielen. LED-Systeme bieten hier die Möglichkeit, die Photosynthese und die Pflanzenmorphologie effektiv zu steuern und zu fördern.

Wie wir sehen, können derzeit verfügbare LED-Leuchten die gleiche oder sogar eine größere Ernte produzieren als andere Beleuchtungssysteme. Und obwohl diese Systeme noch verhältnismäßig neu auf dem Markt sind, sind sie bereits weit verbreitet - gleichzeitig werden die Systeme auch immer besser und besser. Wegen dieser kontinuierlichen Weiterentwicklung und Verbesserung scheint auch die Zukunft der LED-Technologie sehr vielversprechend zu sein.