Natriumdampf vs LED
Wir haben einen Gewinner
Vor allem im Erwerbsgartenbau, aber auch bei semiprofessionellen bestehenden Zuchträumen, wird oft der Ersatz der klassischen 600W Natriumdampfleuchte durch unsere LED Technik verlangt. In diesem Blog Beitrag analysieren wir, wie 600W Natriumdampfleuchten kostengünstig durch unsere SANlight EVO Serie ersetzt werden können.
Vor einigen Jahren war die Herausforderungen groß, klassische Natriumdampfleuchten (NDL) durch die LED Technik ökonomisch sinnvoll zu ersetzen. Das hochgesteckte Ziel war, ähnliche Belichtungsintensitäten und Lichtverteilungen über die Fläche zu erreichen, ohne dabei das Budget des Kunden zu sprengen. Doch spätestens mit der Markteinführung der SANlight EVO lautet die Devise Maximierung, nicht Substitution. So liefern die von uns empfohlenen Belichtungssetups, siehe den Blogpost PAR Test und PPFD Plot, durchschnittlich 50% mehr Lichtmenge bei deutlich homogenerer Lichtverteilung. Die eingesetzte elektrische Leistung ist trotzdem noch 25% geringer. Im Vergleich zur „alten“ Technologie lassen sich damit Erträge produzieren welche vor wenigen Jahren noch als unmöglich galten. Ernten von bis zu 0,9kg pro Quadratmeter sind mit unseren Leuchten realistisch erreichbar.
Nichtsdestotrotz gibt es Kunden, welche einfach ihre Natriumdampfleuchte 1 zu 1 ersetzen möchten. Bei der reinen Substitution von Natriumdampfleuchten geht es darum möglichst kostengünstig und einfach die Natriumdampfleuchte zu ersetzten. Im Betrieb soll das Energiesparpotential voll ausgeschöpft werden, ohne dabei auf Qualität und Quantität der Ernte zu verzichten.
Substitution von Natriumdampfleuchten, die Grundlagen
Grundlage der Substitution der Natriumdampf Leuchte durch unsere EVO-Serie ist es, denselben Output (PPFe) zu erreichen. Untenstehende Tabelle zeigt welches Modell der EVO-Serie eingesetzt werden kann, um entsprechende NDLs zu ersetzten.
| HPS Leuchte | PPFe | Leistung | Led-Ersatz | PPFe | Leistung | Bemerkung |
| 400W | 560µmol/s | 425W | EVO4-XXX | 696µmol/s | 250W | 41% Energieeinsparung
24% mehr PPFe |
| 600W | 840µmol/s | 640W | EVO5-XXX | 870µmol/s | 320W | 50% Energieeinsparung
4% mehr PPFe |
Vorteil Lichtlenkung bei der SANlight EVO-Serie
Das Licht, welches ein Natriumdampf Leuchtmittel generiert, wird in einem 360° Winkel abgestrahlt. Um diese Photonen zu den Pflanzen zu lenken muss ein Reflektor eingesetzt werden. Dieser lenkt das Licht nach unten. Durch einen Reflektor kann das Licht der NDL jedoch nur bedingt gelenkt werden. Somit entstehen in offenen Räumen große Verluste, da ein großer Teil des Lichts an unbepflanzte Flächen verloren geht. Durch die Sekundäroptik, welche in unserer EVO-Serie verwendet wird, können diese Verluste an nicht bepflanzte Flächen deutlich reduziert werden da die Lichtlenkung sehr präzise ist.
Vergleich Abstrahlcharakteristik NDL vs. SANlight EVO-Serie
1 zu 1 Replacement bei 1m tiefen Pflanztischen
Wie verhält sich die Lichtverteilung der Leuchten, wenn größere Flächen mit mehreren Leuchten beleuchtet werden? Um diese Frage beantworten zu können, wurden Räume mit den Maßen von 6×3,5x2m simuliert. In den Räumen wurden zwei Tischreihen an den Wänden positioniert mit einer Tiefe von einem Meter und der Länge des Raums. Pro Pflanztisch wurden 5 Stück 600W HPS Leuchten (Gavita Pro 600e) verwendet. Die fünf HPS-Leuchten pro Pflanztisch, wurden klassisch mit einem Abstand von 120cm zueinander angeordnet. Auf dem 2ten Tisch wurden 5 Stück EVO 5-100 an derselben Stelle positioniert.
Wie im PPFDe Plot (rechts) ersichtlich, erreichen beide Belichtungssysteme eine annähernd identische und sehr gute Homogenität der Lichtverteilung von über 70%. Allerdings erreicht die 600W HPS Variante lediglich eine durchschnittliche Beleuchtungsintensität von 400µmol/m²/s wohingegen die EVO 5-100 Variante eine Intensität von 539µmol/m²/s erzielt. In diesem Beispiel bringt das Set Up mit EVO5-100 Leuchten 35% mehr Licht, bei annähernd gleicher Homogenität auf die Pflanzfläche. Während in den Randbereichen der Pflanzfläche unter den Natriumdampfleuchte nur noch 287µmol/m2/s vorhanden sind, erreicht das EVO5-100 Set Up hier 395µmol/m2/s. Die Energieeinsparung liegt bei 50%.
2D PPFDe Plot, NDL vs. SANlight EVO, Anordnung längs, Tischbreite 1m
| 600W HPS | EVO 5-100 | ||
| Durchschnittliche Intensität | Em | 400 µmol/m²/s | 539 µmol/m²/s |
| Minimale Intensität | Emin | 287 µmol/m²/s | 395 µmol/m²/s |
| Maximale Intensität | Emax | 456 µmol/m²/s | 651 µmol/m²/s |
| Homogenität | Emin/Em | 72% | 73% |
Bei der Betrachtung des dreidimensionalen PPFD Plots über die Länge fällt auf, dass beide Varianten das Licht homogen über die Länge des Tisches verteilen. Die EVO-Serie ist hier geringfügig im Vorteil. Hervorzuheben sind jedoch die um Ø 35% höheren PPFD Werte, welche mit der SANlight EVO-Serie erreicht werden.
Um den Vergleich zu vervollständigen, wurden in einer weiteren Simulation die Leuchten (NDL und EVO 5-100) um 90° gedreht. Dadurch soll überprüft werden, ob dies positive Auswirkungen auf die Lichtverteilung hat. Sowohl die Natriumdampfleuchten, als auch die SANlight EVO Leuchte, verfügen über eine asymmetrische Abstrahlcharakteristik, was Einfluss auf die Lichtverteilung hat. Alle restlichen Parameter wurden beibehalten, so dass der Abstand zwischen Leuchte und Pflanzfläche immer noch bei 60cm liegt.
Im Vergleich zur vorherigen Simulation ist die durchschnittliche Beleuchtungsintensität bei der HPS-Leuchte um über 100µmol/m²/s gestiegen, wenngleich sich die Uniformität von >70% auf knapp 50% reduziert hat. Während die minimale Intensität mit 262µmol/m²/s etwas geringer ausfällt als vorher, hat sich die maximale Intensität auf fast 697µmol/m²/s erhöht. Dies ist eine Steigerung um über 240µmol/m²/s. Die richtige Anordnung der Leuchte beeinflusst die Beleuchtungsintensität sowie die Lichtverteilung bei der NDL stark, und ist auf die asymmetrische Abstrahlcharakteristik zurück zu führen.
Bei der EVO Leuchte hat die Drehung eine marginale Absenkung des Ø PPFDe 539µmol/m²/s auf 528µmol/m²/s zur Folge. Der maximale PPFD hat sich durch die andere Positionierung der EVO Leuchten ebenfalls etwas erhöht. Jedoch reduzieren sich zeitgleich auch die min. PPFDe Werte. Die Homogenität bleibt auf der Seite der EVO Leuchten von der gedrehten Anordnung weitestgehend unberührt. Die Auswirkungen der Orientierung der Leuchten ist bei der EVO-Serie gering.
2D PPFDe Plot, NDL vs. SANlight EVO, Anordnung quer, Tischbreite 1m
| 600W HPS | EVO 5-100 | ||
| Durchschnittliche Intensität | Em | 517 µmol/m²/s | 528 µmol/m²/s |
| Minimale Intensität | Emin | 262 µmol/m²/s | 359 µmol/m²/s |
| Maximale Intensität | Emax | 697 µmol/m²/s | 658 µmol/m²/s |
| Uniformität | Emin/Em | 51% | 68% |
Auch die Betrachtung der dreidimensionalen PPFDe Plots zeigt kein überraschendes Ergebnis. Beide Systeme verteilen bei dieser Anordnung das Licht gleichmäßig über die Länge des Tisches. Werden beide vorangegangen Simulationen betrachtet kann gesagt werden, dass sich die Natriumdampfleuchte in diesem Beispiel deutlich empfindlicher auf ungünstige Positionierungen verhält.
In diesem realistischen Szenario konnten wir beweisen, dass sich 600W Natriumdampfleuchten durch SANlight EVO5 Led Leuchten 1 zu 1 ersetzen lassen. Folgende Vorteile ergeben sich für den Kunden durch diese Umrüstung:
- Energieeinsparung von mindestens 50%
- Homogenere Ausleuchtung
- Bis zu 35% mehr Licht bei 50% Energieeinsparung
- Weniger Abwärme der Led Leuchte
- qualitativ besseres Lichtspektrum der Led Leuchte
- längere Lebensdauer der Led Leuchte
1 zu 1 Replacement bei 1,2m tiefen Pflanztischen
Wieder wurde der Raum mit 6×3,5x2m simuliert. Diesmal mit zwei Tischreihen á 1,2x6m. Es wurden wieder je fünf 600W HPS-Leuchten sowie fünf EVO 5-100 über der Pflanzfläche positioniert. Der Abstand zwischen der Unterkante der Leuchten und den Pflanzen ist wiederum 60cm. Alle Parameter bis auf die Tiefe der Tische wurden beibehalten.
Im PPPDe Plot (rechts) ist ersichtlich, dass das Natriumdampf-Belichtungssystem die Fläche nur unzureichend ausleuchtet. Die durchschnittliche Belichtungsintensität liegt bei der mit NDL belichteten Fläche bei 385µmol/m²/s. Gut erkennbar ist, dass die EVO-Serie deutlich bessere Lichtwerte liefert. Mit einem Ø PPFDe von 508µmol/m²/s bietet die EVO-Serie in diesem Applikationsbeispiel klare Vorteile. Bei den Maximum- sowie den Minimumwerten liegt die EVO mit 661µmol/m²/s und 322µmol/m²/s vorne. Die Homogenität ist bei der NDL-Variante mit >70% etwas besser.
2D PPFDe Plot, NDL vs. SANlight EVO, Anordnung längs, Tischbreite 1,2m
| 600W HPS | EVO 5-100 | ||
| Durchschnittliche Intensität | Em | 385 µmol/m²/s | 508 µmol/m²/s |
| Minimale Intensität | Emin | 273 µmol/m²/s | 322 µmol/m²/s |
| Maximale Intensität | Emax | 455 µmol/m²/s | 661 µmol/m²/s |
| Uniformität | Emin/Em | 71% | 63% |
In den 3D PPFDe Plots ist die gute Lichtverteilung über die Tischlänge von beiden Systemen erkennbar. Beim Tisch, welcher mit Natriumdampfleuchten belichtet wird, ist aus dem 3D PPFDe Plot erkennbar, dass zu wenig Licht vorhanden ist. Die generative Phase von Kurztagpflanzen, wie z.B. Cannabis, wäre hier nur bedingt durchführbar.
Auch für die Tischbreite von 120cm haben wir die Leuchten um 90° gedreht um einen Eindruck der Veränderung zu bekommen. Da es sich um einen Tisch mit 120cm Tiefe handelt, wurde die EVO 5-120 Led Leuchte gewählt.
Die PPFDe Plots zeigen ein eindeutiges Ergebnis. Es ist erkennbar, dass die richtige Anordnung der Natriumdampfleuchten entscheidend für deren Verwendbarkeit ist. Im Vergleich zur Längs-Anordnung ist das System mit 90° gedrehten Natriumdampfleuchten deutlich brauchbarer. Der durchschnittliche PPFDe steigt von 385µmol/m2/s auf 478µmol/m2/s. Zeitgleich verschlechtert sich aber die Homogenität von 71% auf 45%. Auch auf der Seite der EVO hat das Drehen der Leuchten Auswirkungen auf den Ø PPFDe. Dieser fällt durch die Drehung von 508µmol/m2/s auf 466µmol/m2/s ab. Die Homogenität des Led Set Ups steigt jedoch auf 69%.
2D PPFDe Plot, NDL vs. SANlight EVO, Anordnung quer, Tischbreite 1,2m
| 600W HPS | EVO 5-120 | ||
| Ø Intensität (PPFDe) | Em | 478 µmol/m²/s | 466 µmol/m²/s |
| Minimale Intensität (PPFDe) | Emin | 213 µmol/m²/s | 322 µmol/m²/s |
| Maximale Intensität (PPFDe) | Emax | 693 µmol/m²/s | 584 µmol/m²/s |
| Uniformität | Emin/Em | 45% | 69% |
Die 3D PPFDe Plots zeigen uns, dass die Seite mit Natriumdampfleuchten bei dieser Anordnung einen deutlich höheren PPFDe Peak erreicht. Die Natriumdampfleuchte erzeugt ein Band mit hohen Lichtintensitäten mittig über die Länge des Tisches. Jedoch fallen diese Werte stark ab was zu sehr ungleichmäßigem Wuchs führen würde. Der 120cm tiefe Pflanztisch ist mit 5 x 600W Natriumdampfleuchten nur teileweise brauchbar. Die Led Seite liefert weniger hohe Maximalwerte, jedoch verteilt sich das Licht deutlich gleichmäßiger über die Fläche. Somit wäre hier der ganze Tisch verwendbar.
Fazit
Der vorangegangene Vergleich, welcher durch 4 unterschiedliche Simulationen durchgeführt wurde, hat folgende Ergebnisse erbracht:
- 1zu1 Ersatz einer 600W Natriumdampfleuchte durch ein Modell der EVO 5 Serie ist möglich
- mehr als 50% Energieeinsparung durch den Ersatz von 600W Natriumdampfleuchten durch EVO 5
- bessere Ø PPFDe Werte durch den Ersatz von 600W Natriumdampfleuchten durch SANlight EVO 5
- besserer Homogenität durch den Ersatz von 600W Natriumdampfleuchten durch SANlight EVO 5
- Orientierung der Natriumdampfleuchte (längs oder quer zum Pflanztisch) hat starken Einfluss auf die Lichtverteilung und den Ø PPFDe
- richtige Orientierung der Natriumdampfleuchte bringt bis zu 25% mehr PPFDe
- richtige Orientierung der Natriumdampfleuchte bring bis zu 26% bessere Homogenität
- Orientierung der EVO 5 Leuchten (längs oder Quer zum Pflanztisch) hat wenig Einfluss auf die Lichtverteilung und den Ø PPFDe
- richtige Orientierung der SANlight EVO 5 Leuchten bringt 9% mehr PPFDe
- richtige Orientierung der SANlight EVO Leuchten bring bis zu 6% bessere Homogenität
- Gleichmäßigere Ausleuchtung der bepflanzten Fläche durch SANlight EVO Leuchte
Kostenkalkulation
Im Vergleich zur hier verwendeten Natriumdampfleuchte (Gavita E-Series Pro 600) verursacht die SANlight EVO Serie ca. 35% höhere Initialkosten. Die Initialkosten für Endverbraucher pro Leuchte sind um € 140* höher. Bei einer durchschnittlichen Belichtungsdauer von 14h pro Tag und einem Strompreis von € 0,2 pro kWh* amortisieren sich die höheren Anschaffungskosten nach ca. 160 Tagen.
*Preise Stand 25.02.2022. Bei wechselnden Preisen variiert die Kostenamortisation.
