Licht und Spektrum – Basiswissen rund um Grow Lampen

In diesem Beitrag vermitteln wir euch Grundwissen rund um die Eigenschaften von Licht und das entsprechende Transferwissen auf Grow Lampen und LEDs im Detail, damit ihr auch bei den Top-Marken wie SANlight das richtige Hintergrundwissen habt. 

Einleitung

Licht ist bekanntermaßen eine treibende Kraft für das Leben. Es fördert das Wohlbefinden, die Gesundheit und lässt uns Atmen – da es auch die Pflanzen dazu bringt, Zucker und Sauerstoff zu produzieren. Doch Licht ist nicht gleich Licht. Besonders wenn es um Photosynthese geht, denn Pflanzen benötigen Licht bestimmter Wellenlängen, um photosynthetisch aktiv zu werden. Die Gesamtheit, also das Spektrum dieser Wellenlängen wird als PbAR bezeichnet. (Photosynthetic biological active radiation), welche als Erweiterung zum bekannten PAR-Spektrum auch einige UV- und Infrarot-Strahlen mit einbezieht.

Was ist Licht?

Licht besteht bekanntlich aus Photonen. Das Energielevel eines Photons bestimmt sein Zittern, die Eigenschwingung. Da es mit Lichtgeschwindigkeit fliegt, bildet sich dabei eine Wellenform. Der Abstand einer Schwingung wird als Wellenlänge bezeichnet und meist in Nanometern gemessen. Hat das Photon viel Energie, wird es schneller schwingen und die Wellenlänge verkürzt sich entsprechend, daher gilt: je kürzer die Wellenlänge, desto höher ist die Energie des Photons. Sich bewegende Photonen werden auch als Strahlung bezeichnet. Zum Beispiel die, die die Sonne produziert. Ihr Licht erscheint so hell und grell, da sie unterschiedlich energetisierte Photonen im gesamten Spektrum auf einmal sendet, sich somit alle Lichtfarben überlagern. Einige dieser Photonen sind für uns Menschen sogar sichtbar und erscheinen uns einzeln betrachtet als Farben, die meisten sind es jedoch nicht. Sichtbar wird es für uns, wenn die Photonen Wellenlängen zwischen 400nm und 780nm haben. Diese Wellenlängen entsprechen optisch den Farben des Regenbogens, wobei höherfrequentes Licht (kurze Wellenlänge) als blau erscheint und niederfrequentes Licht rot erscheint. 

Was macht Licht mit Pflanzen?

Das Chlorophyll und weitere Photopigmente wie Carotenoide und Anthocyane innerhalb der Pflanzenzellen können diese Wellenlängen ebenfalls registrieren und sie mit ihren Antennenkomplexen effektiv einfangen. Verbildlicht dargestellt wirken diese Antennenkomplexe wie Baseballhandschuhe, die verschieden stark energetisierte Photonen leichter einfangen können. Die Photopigmente und Antennenkomplexe können jeweils Photonen bestimmter Wellenlängen (=Energielevel) einfangen und diese Energie für sich durch die Photosynthese nutzbar machen. Dabei wird Wasser gespalten, CO2 als Fruchtzucker gebunden und Sauerstoff produziert.

Das Absorptionsspektrum

Die Gesamtheit der eingefangenen Wellenlängen bilden das Absorptionsspektrum der Blätter, auch PAR (Photosynthetic active radiation)-Spektrum genannt. Dieses Spektrum reicht von ca. 300nm – 750nm und umfasst somit auch einen Teil UV-Licht und Infrarot-Licht. Wichtig zu erwähnen ist, dass dieses Absorptionsspektrum auf die Häufigkeit und das Verhältnis der Photopigmente in verschiedenen Pflanzengattungen zurückzuführen ist. Grafisch dargestellt erkennt man Täler und Hügel, wobei die Hügel die Absorptionsmaxima beschreiben – also diejenigen Wellenlängen, die am effektivsten absorbiert werden können. 

Die Kunst des Kunstlichts – Vollspektrum LEDs

Wie in der Natur auch benötigen Pflanzen, die unter Kunstlicht wachsen, Licht im gesamten Absorptionsspektrum, um ein gesundes Wachstum aufzuweisen. Das wird auch Vollspektrum genannt, da es das volle photosynthetisch aktive Spektrum der Sonne versucht nachzuahmen. Eine LED Grow Lampe Vollspektrum erfüllt genau diese Aufgabe, indem sie die notwendigen Wellenlängen emittiert, die auf die Absorptionsmaxima der Chlorophylle und Carotinoide treffen. Diese LED Lampen sind ideal, um Pflanzen eine gleichmäßige und effiziente Lichtquelle zu bieten, die das Wachstum in allen Phasen unterstützt – von der Keimung bis zur Blüte.

LEDs – Grow Lampen im Detail

LEDs sind kleine Leuchtdioden, die in der Lage sind, die sich im Allgemeinen an technischen Grenzen orientieren. Grundsätzlich kann eine Grow LED nur eine einzige spezielle Wellenlänge emittieren, da es sich im Endeffekt um einen gerichteten Lichtstrahl einer Diode handelt, der durch ein eingebautes Halbleiterelement verändert wird. Der Halbleiter verändert spezifisch das Energielevel der emittierten Photonen und somit verschiebt sich die Wellenlänge spezifisch, was sich in einer Farbänderung der LED äußert. Durch die Kombination verschiedener LEDs ist es daher möglich, ein ausreichendes Kunstlicht zu imitieren.

Hier werden die oben angesprochenen Hügel wieder interessant, da man diese Peaks mit ausreichend Dioden bedienen muss. Die dominantesten sind dabei die 6 Peaks der Chlorophylle und Carotinoide, die sich in blau-violetten und rot-orangenen Spektralbereichen befinden.

Es muss ein effektiver Misch aus LEDs verschiedener Farben – also verschiedener Wellenlängen – gefunden werden, die dem Absorptionsspektrum der Pflanzen entspricht. Nach neuesten Studien trägt Infrarotstrahlung einen enormen Teil am reibungslosen Ablauf des Prozesses der Wasserspaltung innerhalb der Photosynthese bei und sollte möglicherweise ebenfalls integriert werden. Ergänzend zum sichtbaren Licht bietet sich daher das Einhängen von seperaten InfraRot-LEDs an, denn ihre Lebensdauer wird kürzer bewertet als die von implementierten LEDs. 

Zudem muss die Anordnung der LEDs so konzipiert sein, dass eine gleichmäßige Strahlungsfläche beleuchtet wird, damit die Pflanzen überall gleich viel Licht bekommen. Natürlicherweise ist die Strahlungsleistung Nahe den LEDs am höchsten und nimmt mit zunehmendem Abstand ab. Daher muss ein gewisser Mindestabstand zwischen Lichtquelle und den Triebspitzen der Pflanzen herrschen. Andernfalls werden die Pflanzen in einen phototoxischen Bereich kommen, in dem die Chlorophylle überlastet werden. Durch diesen Lichtstress kommt es dann vermehrt zu Mutationen und Hormonreaktionen in ungesund hohem Maße, was die Pflanze und das gesamte Wachstum nachhaltig schädigen. Zudem sind die erhöhten Temperaturen nahe der Lichtquelle ebenfalls nicht vorteilhaft für die Pflanzen und das Pflanzenwachstum. Im Falle von Cannabis kann es durch eine ungünstig positionierte oder eingestellte Lampe zu “Foxtailing” durch zu hohe Temperaturen und zu “Photobleaching” durch übermäßige Strahlungsleistung kommen. 

Das Ziel von Lampenherstellern wie SANlight stellt es also dar, die verschiedenen LEDs so anzuordnen, dass auf die gesamte Strahlfläche die Strahlleistung (Photonenmenge) und das Spektrum (Mischung von Photonen verschiedener Wellenlängen) gleichmäßig abgebildet wird, sodass die Pflanzen überall nahezu die selben Lichtbedingungen haben.

Einige Hersteller können hier besonders mit Ergebnissen überzeugen: Bsp. Die SANlight Lampen besitzen ein bemerkenswert ausgeglichenes Strahlungsfeld und sind durch eine hohe Strahlungsausbeute/Joule günstig im Betrieb, was den Geldbeutel freut. Sie sind zudem via Bluetooth oder Magnetdimmer dimmbar und besitzen neben europäischer Fertigung auch ein intelligentes Design, wobei integrierte Kühlrippen die Latenzwärme der LEDs im Zelt minimieren.