Vollständiger Leitfaden für LED-Wachstumslampen

Was ist eine LED-Wachstumslampe? Was ist der Unterschied zwischen einem normalen LED-Licht und einem LED-Wachstumslicht?

Die Antwort ist, dass Pflanzen eine viel höhere Lichtintensität benötigen, um Pflanzen effektiv wachsen zu lassen, als Menschen für das Sehen benötigen. Die für den Anbau von Pflanzen erforderliche Mindestlichtintensität ist mindestens 30-mal höher als beispielsweise für die menschliche Beleuchtung in einer Büroumgebung erforderlich.

Eine hohe Lichtintensität ist erforderlich, um die Photosynthese anzutreiben, die das Pflanzenwachstum erzeugt. Photosynthese findet statt, wenn Lichtphotonen die Pflanzenblätter erreichen und eine Reaktion hervorrufen, die Pflanzenwachstum erzeugt. Das Maß der Lichtintensität für das Pflanzenwachstum wird Photosynthetically Active Radiation oder PAR genannt und umfasst Photonen mit Wellenlängen von 400 nm bis 700 nm oder von tiefblau bis tiefrot. Es ist ungefähr der gleiche Wellenlängenbereich wie der Sehbereich des Menschen.

LED-Wachstumslampen sind so konzipiert, dass sie der hohen Luftfeuchtigkeit in einem Zuchtraum standhalten und in der Lage sind, Kondenswasser zu widerstehen, das auf die Wachstumslampe tropft. Die LEDs sind oft mit einer Silikon- oder Acrylbeschichtung geschützt und die Anschlüsse und Kabel sind als Ingress Protection (IP) eingestuft, sodass sie in feuchten Umgebungen funktionieren können.

Was ist eine LED?

Eine Leuchtdiode (LED) ist ein Halbleiterbauelement, das Licht einer bestimmten Wellenlänge (Farbe) aussendet. Ein Chip, der Licht emittierende Teil der LED, ist in einem Kunststoff- oder Keramikgehäuse eingeschlossen. Das Gehäuse kann einen oder mehrere Chips enthalten. Wenn die LED in Vorwärtsrichtung vorgespannt oder eingeschaltet ist, können Elektronen mit Löchern innerhalb des Geräts rekombinieren und Energie in Form von Photonen freisetzen. Dieser Effekt wird als Elektrolumineszenz bezeichnet.

Arten von LED-Verpackungen

LEDs sind in einigen gängigen Formaten verpackt.

Chip-on-Board oder „COB“ bezieht sich auf die Montage eines nackten LED-Chips in direktem Kontakt mit einem Substrat (z. B. Siliziumkarbid oder Saphir), um LED-Arrays herzustellen. Diese Arrays können Hunderte von einzelnen LEDs enthalten, die in einem kleinen Quadrat oder Kreis verpackt und auf einer Aluminium- oder Keramikbasis montiert sind. Sie reichen typischerweise von 20 bis 150 Watt und haben je nach angegebener Phosphorbeschichtung eine große Auswahl an Farbtemperaturoptionen.

COB-LEDs haben eine Reihe von Vorteilen gegenüber älteren LED-Technologien, wie z. B. SMD-LEDs (Surface Mounted Device). Vor allem ermöglicht die COB-Technologie eine viel höhere Packungsdichte des LED-Arrays oder das, was Lichtingenieure als verbesserte "Lumendichte" bezeichnen. Dies kann nützlich sein, wenn Sie eine kleine Leuchte wünschen oder Linsen oder Reflektoren verwenden möchten, um das Licht in einem schmalen Strahl zu lenken.

COB-Optik

Sowohl Reflektoren als auch Linsen können verwendet werden, um das Licht von der LED zu lenken und den „Überschuss“ von Licht, der Verschwendung ist, zu reduzieren. Manchmal wird eine Kombination aus Linse und Reflektor verwendet.

Im Allgemeinen ist die Aufhängungshöhe umso geringer, je breiter die Lichtstreuung ist, aber die Streuung ist weniger gleichmäßig. Ein schmalerer Lichtkegel bedeutet, dass die Aufhängungshöhe relativ hoch sein muss, aber die Lichtverteilung gleichmäßiger ist.

Reflektoren

Reflektor ist ein optisches Element, das die Lichtverteilung von der Leuchte durch Reflexion reguliert. Es gibt verschiedene reflektierende Oberflächen, wie z. B. eine Spiegelreflexion, eine diffuse Reflexion und eine gemischte Reflexion.

Reflektortypen umfassen konische Reflektoren mit vier Grundgeometrien – elliptisch, zonal, hyperbolisch und parabolisch.

Linsen

Das von LEDs abgegebene Licht kann mit einer Linse in engen oder breiten Strahlen gelenkt werden. Weitwinklige Linsen werden typischerweise verwendet, um das Licht weit zu streuen und eine niedrige Aufhängehöhe zu ermöglichen, dh einen geringen Abstand von der LED zum Pflanzendach. Engwinkelobjektive werden verwendet, wenn die Lichtquelle hoch über dem Zielbereich aufgehängt wird.

Sekundärlinse

Die Sekundärlinse ist nicht Teil des LED-Pakets, wird aber über den LEDs montiert. Die Linsen verengen den Lichtstrahl und verbessern die Systemeffizienz und sind dabei im Allgemeinen effizienter als die Primärlinse. Sie sind jedoch sperriger und teurer. Die Linsen können aus Acryl oder Glas sein.

Die Linse bietet auch Schutz für die LED und kann das Abdichten der Leuchte gegen Schmutz und Feuchtigkeit erleichtern.

SMD

SMD steht für Surface Mounted Diode und diese LEDs sind klein und werden typischerweise mit weniger als einem halben Watt betrieben, weshalb viele von ihnen für eine Leuchte mit hoher Wattleistung benötigt werden. Sie sind normalerweise in Arrays auf Aluminiumplatten angeordnet, um die Lichtquelle zu verteilen und eine effiziente Wärmeableitung zu ermöglichen.

SMDs, die über lange LED-Leisten oder rechteckige Platten verteilt sind, ermöglichen auch eine gleichmäßigere Lichtverteilung über dem Pflanzendach und reduzieren die erforderliche Aufhängehöhe und das Potenzial für Hotspots im Vergleich zu COB-LED-Leuchten.

Primäre Linse

Eine Primärlinse wird direkt auf die LED montiert und ist Teil des LED-Pakets. Die Primärlinse verbessert die Systemeffizienz, indem sie den Lichtstrahl verengt, sodass mehr Licht auf das Pflanzendach gelenkt wird. Die Linse ist jedoch nicht perfekt und absorbiert einen Teil des Lichts, ist aber eine kostengünstige Linsenlösung.

Weiße LEDs

Der am häufigsten verwendete LED-Typ zur Erzeugung von weißem Licht besteht darin, einfarbige LEDs (meist blaue LEDs aus InGaN) mit Phosphor zu beschichten, um weißes Licht zu erzeugen. Diese LEDs werden als weiße LEDs auf Phosphorbasis bezeichnet. Die von der High-Brightness-LED emittierten „blauen“ Photonen passieren entweder die Phosphorschicht unverändert oder werden in der Phosphorschicht in die „gelben“ Photonen umgewandelt . Die Kombination von „blauen“ und „gelben“ Photonen führt zu weißem Licht.

Die von der High-Brightness-LED emittierten „blauen“ Photonen passieren entweder die Phosphorschicht unverändert oder werden in der Phosphorschicht in die „gelben“ Photonen umgewandelt . Die Kombination von „blauen“ und „gelben“ Photonen führt zu weißem Licht

Weiße LEDs - Farbtemperatur

Die Farbtemperatur oder CCT einer Lichtquelle ist die Temperatur eines idealen Schwarzkörperstrahlers (Festkörper mit bestimmten Eigenschaften, der bis zum Glühpunkt erhitzt wird), der Licht mit einem vergleichbaren Farbton wie die Lichtquelle ausstrahlt, und seine Temperatur wird ausgedrückt in Kelvin (K). Wenn ein schwarzer Körper heißer wird, schreitet die Wellenlänge des emittierten Lichts durch eine Abfolge von Farben von Rot nach Blau fort

Eine Erhöhung der Phosphorbeschichtung auf der blauen LED führt zu mehr Phosphoreszenz und erhöht das Verhältnis von „Gelb“ zu Blau. Dies führt zu einem „wärmeren“ oder orangefarbeneren Licht mit einer niedrigeren korrelierten Farbtemperatur (CCT) von beispielsweise 3000 K

Eine Verringerung der Phosphorbeschichtung hat den gegenteiligen Effekt und der Anteil der emittierten blauen Photonen ist größer und das Licht ist ein „kühleres“ Lichtspektrum mit einer niedrigeren korrelierten Farbtemperatur (CCT) von beispielsweise 5000 K.

Hoher CRI

Weiße LEDs mit höherem CRI „glätten“ die Spektralkurve, sodass die Wellenlängen über den PAR-Bereich gleichmäßiger verteilt sind. Es erhöht jedoch nicht die photosynthetische Effizienz des Lichtspektrums.

Tiefrote LEDs

Obwohl sie pro Watt teurer sind, sind die tiefroten LEDs mit einer Wellenlänge von etwa 660 nm elektrisch sehr effizient und werden Pflanzenlampen hinzugefügt, um die Systemeffizienz zu erhöhen.

Typischerweise wird in den meisten Vollspektrum-LED-Wachstumslampen eine kleine Anzahl von 660-nm-Rottönen verwendet, und die Spitze bei dieser Wellenlänge ist auf dem Diagramm des Wachstumslichtspektrums sichtbar

UVA- und weitrote LEDs

Einige Wachstumslampen enthalten auch UVA-LEDs mit etwa 380 nm und Far Red-LEDs mit einer Wellenlänge von 730 nm. Diese liegen nicht im Standard-PAR-Bereich, sodass das zusätzliche UVA- oder Fernrotlicht mit einem PAR-Sensor nicht erfasst wird. Diese Wellenlängen erzeugen jedoch Photosynthese und tragen zu Wachstum und Ertrag bei.

LED-Treiber

LEDs werden mit Gleichstrom (DC) betrieben, aber die Netzspannung ist Wechselstrom (AC). Um LEDs mit Strom zu versorgen, benötigen wir ein Gerät, das die Netzwechselstromversorgung in Gleichstrom umwandelt, und wir nennen es einen LED-Treiber.

Der LED-Treiber bietet auch einen elektrischen Schutz für die LEDs, um Schäden durch Spannungsspitzen, Überhitzung usw. zu vermeiden.

Es gibt Haupttypen von LED-Treibern:

Constant Current (CC) - LEDs sind meistens in Serie geschaltet und der LED-Treiber liefert einen genauen Stromwert. Ideal zum Dimmen.

Konstantspannung (CV) - LEDs werden meist parallel geschaltet, ideal für Zierstreifen, die auf die gewünschte Länge geschnitten werden können. Nicht zum Dimmen empfohlen.

Eigenschaften des LED-Treibers

Nennstrom/-spannung – vordefinierter Ausgangsstrom oder -spannung, um die Anzahl der LEDs zu bedienen, die es versorgen wird, und wie hart sie angesteuert werden.

Nennleistung - Ausgangsleistung des Treibers. Ausgangsspannung x Ampere = Nennleistung

Effizienz - Das Verhältnis zwischen Ausgangsleistung und Eingangsleistung in %.

Qualitativ hochwertigere Treiber sind in der Regel effizienter, laufen kühler und halten länger.

LED-Treiber-Effizienz

LED-Treiber haben einen Wirkungsgrad von etwa 80 % bis 95 %. Der Wirkungsgrad ist ein Maß für die Leistungsabgabe/Leistungsaufnahme und gibt an, wie viel Leistung verloren geht. Zum Beispiel verliert ein Treiber mit 90 % Wirkungsgrad 10 % der Energie, die er verbraucht, um zu heizen. Um ein effizientes und effektives Wachstumslicht zu haben, muss es einen guten LED-Treiber mit hoher Effizienz haben. Ein LED-Treiber gilt als effizient, wenn er mindestens 90 % effizient ist.

Zuverlässigkeit des LED-Treibers

Der häufigste Fehler einer LED-Leuchte sind nicht die LEDs selbst, sondern der LED-Treiber. Die Treiber neigen dazu, aufgrund hoher Betriebstemperaturen auszufallen, die die Kondensatoren in den Schaltkreisen austrocknen und der Treiber aufhört zu arbeiten. Ein qualitativ hochwertiger und hocheffizienter LED-Treiber ist notwendig, damit eine Wachstumslampe zuverlässig ist.

Dimmen

Es gibt zwei Hauptmethoden zum Dimmen von LED-Leuchten: Pulsweitenmodulation (PWM) und analog.

PWM: Im Gegensatz zu herkömmlicher Beleuchtung wie Glühlampen ist diese Methode des LED-Dimmens nicht auf Spannung angewiesen, um die Helligkeit zu beeinflussen. Stattdessen wird ein 'Ein- und Aus'-Zyklus verwendet. Dieser Zyklus läuft innerhalb von Millisekunden ab, sodass Sie mit bloßem Auge nicht bemerken, dass sie sich ein- und ausschalten.

Wenn Sie beispielsweise Ihre Beleuchtung auf 30 % gedimmt haben, werden sie für 30 % der Zeit „an“ und für die restlichen 70 % „aus“ geschaltet. Dies erzeugt einen optimalen Dimmeffekt, ohne dass die Spannung erhöht oder verringert werden muss, die das Licht erreicht.

Analog: Ein geradlinigerer Ansatz zum Dimmen. Analog beruht auf der Steuerung des Stroms, um die Lichter entweder zu dimmen oder aufzuhellen. Durch Verringern des Stroms wird das Licht gedimmt, und am anderen Ende wird durch Erhöhen des Stroms ein helleres Licht erzeugt.

Andere LED-Treiberfunktionen

Die meisten guten LED-Treiber haben auch andere Sicherheitsmerkmale wie:

• Überstromschutz
• Übertemperaturschutz
• Kurzschlussschutz

Eigenschaften von LED-Zuchtlampen

Lebensspanne

Die Lichtleistung aller Arten von Beleuchtungskörpern nimmt mit der Zeit ab. Pflanzenlampen werden etwa 12 bis 20 Stunden pro Tag verwendet. Bei durchschnittlich 15 Stunden pro Tag betragen die Betriebsstunden pro Jahr 365 x 15 = 5.475 Stunden. Typischerweise sollten Wachstumslampen ersetzt werden, nachdem sie auf 80 % ihrer ursprünglichen Leistung reduziert wurden. Dies bedeutet, dass Metallhalogenidlampen nach 6 Monaten und Natriumdampf-Hochdrucklampen nach 1 Jahr ausgetauscht werden müssen. LEDs müssen erst nach ca. 4 Jahren Gebrauch ausgetauscht werden

Glühlampen und HID-Lampen emittieren Licht in alle Richtungen und daher muss das Licht in Richtung des Zielpflanzendachs zurückreflektiert werden. Das gesamte Licht wird nicht zurückreflektiert und geht in Form von Wärme verloren.

LEDs geben Licht nur in eine Richtung ab und müssen daher weniger Licht reflektieren und haben somit einen Effizienzvorteil.

LED-Wachstumslampen können verschiedene weiße LEDs verwenden, die von warmweiß bis kaltweiß reichen, wodurch der Prozentsatz von Blau im Spektrum angepasst wird. Es können auch tiefrote, UVA- und weitrote LEDs hinzugefügt werden, um das Spektrum nach Bedarf des Züchters zu ändern und zu „erweitern“.

Eine höhere Effizienz hat zwei Vorteile:

• Reduzierter Stromverbrauch - reduzierte Betriebskosten
• Reduzierte Heizleistung

LEDs sind viel effizienter als jede andere Beleuchtungstechnologie und ermöglichen es den Züchtern, die Betriebskosten und das Wärmeniveau im Anbaubereich zu reduzieren. Die Amortisationszeit für hocheffiziente LEDs beträgt weniger als 2 Jahre.

Die reduzierte Wärmeabgabe von LEDs ermöglicht es den Züchtern auch, die Lichtintensität in den Anbaubereichen bei gleichem oder geringerem Stromverbrauch zu erhöhen und die Raumtemperatur aufrechtzuerhalten.

Sowohl LEDs als auch LED-Treiber halten länger, je kühler sie laufen. Um die Lebensdauer des LED-Treibers zu maximieren, können Sie ihn in einem kühlen Bereich außerhalb des Growzeltes aufstellen und aufhängen, damit der Luftstrom um ihn herum optimiert wird.

Die LED-Leisten oder -Panels haben Kühlkörper auf der Rückseite. Stellen Sie sicher, dass über und um den Kühlkörper genügend Platz ist, damit sich die Luft frei bewegen und die Wärme abführen kann. Wenn Sie Abluftventilatoren betreiben, können Sie den Luftstrom über die Oberseite der LED-Wachstumslampe leiten, um den Luftstrom zu erhöhen und die LED-Temperatur zu minimieren.

LED-Wartung

Die neueste Generation von LED-Leuchten hat keine beweglichen Teile, aber Sie können den Kühlkörper und die Leuchten sauber halten, um die Effizienz des Kühlkörpers zu erhalten und die Betriebstemperaturen niedrig zu halten. Viele LED-Leuchten haben keine Linsen oder Abdeckungen über den LEDs und sie können zuerst oder Feuchtigkeit anziehen. Viele LEDs haben jedoch entweder eine Acryl- oder eine Silikonbeschichtung. In diesem Fall können Sie die LED-Oberfläche reinigen. Schalten Sie das Licht aus und reinigen Sie es vorsichtig mit einem feuchten Tuch. Verwenden Sie keine Reinigungsmittel, da diese die LED-Oberfläche beschädigen können.