Effizienz von LED Grow Lights

Definition von Effizienz bei Pflanzenleuchten

Effizienz beschreibt das Verhältnis von Ausgangsleistung (Lichtoutput) zu Eingangsleistung (Leistungsaufnahme). In anderen Worten gibt diese Zahl Aufschluss wie viel Licht pro Joule (Watt pro Sekunde) generiert wird. Neben anderen Faktoren bestimmt dieser Wert wie hoch die Stromrechnung pro produzierten Ertrag ist.

Verwendung unterschiedlicher Einheiten

Licht kann sowohl als Welle (radiometrisch) als auch als Lichtteilchen „Photon“ betrachtet werden. Wird das Licht als Welle betrachtet so kann der Lichtoutput einer Leuchte in Watt angegeben werden. Bei der Betrachtung von Licht als Photon betrachtet man Mikromol. Bei Leuchten für den Gartenbau wird nicht der gesamte Spektralbereich gemessen, vielmehr die Wellenlängen zwischen 400-700nm, der sogenannte PAR Bereich. Da aber auch andere Wellenlängen, wie UV und Fern Rot Einfluss auf das Pflanzenwachstum haben, setzt sich zunehmend ein erweiterter Betrachtungsbereich zwischen 380 – 780nm durch.

Wird der in diesen Bereichen vorhandene Lichtoutput ins Verhältnis zur Eingangsleistung der Leuchte gesetzt, spricht man von Effizienz. Je nach Betrachtungsweise ist die Einheit Watt/Joule oder µmol/Joule.

Wenn wir die Lichtleistung in Watt angeben, ergibt sich der Vorteil, dass der Wirkungsgrad der Leuchte errechnet werden kann. Ein Modul der EVO-Serie generiert bei einer Leistungsaufnahme von 60W 37W an Licht. Wir können also von einem Wirkungsgrad (optische Ausgangsleistung/elektrischer Eingangsleistung) von 62% sprechen. In der Praxis bedeutet das, dass 62% des Stroms auch tatsächlich zu Licht werden.

Dasselbe EVO Modul generiert 180µmol/s Lichtoutput. Um die Effizienz zu erhalten, muss diese Lichtleistung durch die Eingangsleistung dividiert werden. Als 180µmol/s durch 60. Das Resultat ergibt die Effizienz des EVO Moduls von 3µmol/J.

Unterschiedliche Betrachtungen

Bei einer Leuchte können unterschiedliche Werte zur Betrachtung der Effizienz angegeben werden. Es können Moduleffizienz oder Systemeffizienz betrachtet werden.

Moduleffizienz = Effizienz des Leuchtmittels

Effizienzangaben bei Natriumdampf Leuchtmitteln beziehen sich auf das Leuchtmittel an sich. Hierbei wird von Moduleffizienz oder Effizienz des Leuchtmittels gesprochen. Verluste, welche durch den Treiber bzw. das Vorschaltgerät sowie Reflektoren, Abdeckungen oder Linsen entstehen, sind hierbei nicht eingerechnet.

Ein Standard Natriumdampf Leuchtmittel hat eine Effizienz von 1,7µmol/J. D.h. bei einer Eingangsleistung von 600W generiert das Leuchtmittel einen Output von 600W x 1,7µmol/J = 1020µmol/s. Bei LED Leuchten finden wir die Angaben zur Moduleffizienz meist bei DIY Kits. Bei z. B. Quantumboards wird oft die Effizienz das Leuchtmittels (somit der LED) an sich angegeben. Die Verluste durch den Treiber kommen zusätzlich hinzu.

Verwirrende Angaben zur Effizienz bei LED

Desto niedriger die LED bestromt wird, desto höher die Effizienz. Vor allem bei DIY Kits werden Effizienz Angaben bei unterschiedlichen Betriebsströmen gemacht. Dies ist im Allgemeinen nicht falsch. Jedoch sollte dem Betrachter bewusst sein, dass die angegebenen Effizienz Werte auch bei der angegebenen Leistung zählen. Zum Beispiel emittiert eine gute Midpower LED ca. 3µmol/J an Licht, wenn diese mit 65mA bestromt wird. Die LED wird in diesem Fall mit 0,2W betrieben. Wird dieselbe LED mit z. B. 130mA bestromt, fällt die Effizienz auf ca. 2,8µmol/J ab.

Was ist Systemeffizienz?

Wie die Bezeichnung bereits andeutet, umfasst Systemeffizienz den Wert des gesamten Belichtungssystems. Somit werden alle Komponenten der Leuchte mit einbezogen. Anhand von drei Bespielen wird die Thematik verdeutlicht.

Beispiel 1: Natriumdampfleuchte 600W
Effizienz des Leuchtmittels: 1,7µmol/J
Effizienz des Vorschaltgeräts: 94%

Um das Natriumdampf-Leuchtmittel mit 600W zu versorgen nimmt das Vorschaltgerät eine höhere Leistung auf.
In unserem Fall liegt die Leistungsaufnahme des Vorschaltgeräts bei 638W und es werden 600W an das Leuchtmittel abgegeben.
Die restlichen 38W verpuffen als Wärme.

Effizienz des Reflektors: 85%

Da Natriumdampf-Leuchtmittel im 360° Winkel abstrahlen benötigen diese einen Reflektor.
Auch die besten Reflektoren arbeiten nicht verlustfrei und ein Teil des Lichts wird nicht zu den Pflanzen gelenkt sondern geht verloren.
Mit oben genannten Angaben könne wir nun die Systemeffizienz einer Natriumdampfleuchte berechnen:

Moduleffizienz  x  Effizienz des Vorschaltgeräts / 100  x  Effizienz des Reflektors/100  =  Systemeffizienz
1,7µmol/J          x                                94/100                     x               85/100                          = 1,358µmol/J

Bei einer Leistungsaufnahme von 638W generiert eine Natriumdampfleuchte 638W x 1,358µmol/J = 866µmol/s Output.

Beispiel 2: DIY Kit Quantumboard
Quantumboard bestehend aus 288 Midpower Leds (Samsung LM301)
Effizienz = 2,9µmol/J
Treiber Meanwell XLG = Effizienz = 93%

Moduleffizienz  x  Effizienz des Vorschaltgeräts / 100  =  Systemeffizienz
2,9µmol/J          x                 93/100                                    =  2,697µmol/J