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LEDs für Gewächshäuser und vertikale Gärten

Mit LEDs lässt sich Pflanzenwachstum gezielt beeinflussen. Samsung hat eine LED mit sehr großer Photonenwirksamkeit vorgestellt.

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Samsung hat eine neue, besonders effiziente LED vorgestellt, die sich insbesondere für die Aufzucht von Pflanzen in Innenräumen eignet. Die LED LM301H erreicht eine hohe Photonenwirksamkeit und eine ungewöhnlich hohe Effizienz. Die in einem 3×3 mm kleinen Gehäuse untergebrachte Diode soll die Photosynthese anregen und so das Pflanzenwachstum beschleunigen. Außerdem lässt sich in ihrem weißen Licht (alle Farbanteilen respektive Wellenlängen sind vorhanden) besser erkennen, ob es gegebenenfalls einen Pflanzenbefall gibt.

Horticulture, also Anbau von Pflanzen in Gewächshäusern und vertikalen Gärten, ist ein großer Wirtschaftszweig. Über das Pflanzenwachstum im Indoor-Bereich entscheidet wesentlich das künstliche Licht. Dabei geht es allerdings nicht nur um besonders helle Lampen. Um die Wirkung des LED-Lichts auf das Pflanzenwachstum zu bemessen, wurden für den Bereich Horticulture eigene Kenngrößen eingeführt. Zwei sind hier besonders wichtig: Der photosynthetischer Photonenfluss und die Photonenwirksamkeit.

Der photosynthetische Photonenfluss (PPF) umfasst die Gesamtmenge der Photonen im Spektralbereich zwischen 400 und 700 nm. Er ist ein Maß für die Pflanzenphotosynthese und wird in Mikromol pro Sekunde angegeben (μmol/s). Die zweite wichtige Größe, die sogenannte Photonenwirksamkeit (PE), beschreibt die Lichtausbeute der Pflanzenphotosynthese, also die Effizienz der LEDs bezogen auf das Pflanzenwachstum. Die Effizienz wird in Mikromol pro Joule (μmol/J) angegeben.

Samsungs LED LM301H erreicht eine Photonenwirksamkeit von 3,03 μmol/J und damit eine für weiß leuchtende Mid-Power-LED (0,3 bis 1 W) ungewöhnlich hohe Effizienz. Erreicht hat dies der Hersteller durch eine verbesserte lichtemittierende Schicht und geringere Lichtverluste am Chip. Ähnliche Werte lassen sich derzeit nur mit LEDs mit einem schmaleren Wellenlängenspektrum erzielen, vor allem mit roten LEDs. Der Photonenfluss der breitbandigen LM301H liegt bei 0,54 μmol/s, ihre Farbtemperatur bei 6500 Kelvin.

Abhängig von der Wellenlänge dringt Licht unterschiedlich tief in die Blattstruktur ein: Blau bleibt an der Oberfläche, Rot dringt tiefer ein, Grün gelangt durch das Blatt.

(Bild: Samsung)

Dank der größeren Photoneneffizienz sollen Indoor-Farm-Besitzer das Pflanzenwachstum, die Qualität sowie die Erträge maximieren können, verspricht Samsungs Senior Vice Präsident des LED-Bereichs, Un Soo Kim. Dank der hohen Photonenausbeute sollen die Leuchtenhersteller die Anzahl der LEDs pro Leuchte um 30 Prozent gegenüber dem Vorgängermodell der LM301H verringern können – das erlaubt kompaktere Leuchten. Alternativ lässt sich die Lichtausbeute pro Leuchte bei gleicher LED-Anzahl um mindesten vier Prozent steigern, verspricht Samsung. Das wiederum hilft den Farmern, Energiekosten zu senken.

Samsung hat mit der LM301H außer der Photonen-Effizienz der auch die Zuverlässigkeit der LEDs verbessert: Zum einen setzt der Hersteller auf Flip-Chip-Technik ohne Bonddrähte – die dünnen Drähte sind eine der Sollbruchstellen am Chip. Außerdem soll eine Titandioxidschicht um den LED-Chip die Lampe widerstandsfähiger gegenüber landwirtschaftlichen Chemikalien machen. Ende April will Samsung die Massenproduktion der LM301H aufnehmen. Zu Preisen äußerte sich der Hersteller noch nicht. (uk)