Strategien für die Gewächshausbeleuchtung: Menge, Intensität und Spektrum des Lichts

Die Entwicklung einer Beleuchtungsstrategie für ein Gewächshaus kann zunächst überwältigend erscheinen. Wie viel zusätzliches Licht benötigt das Gewächshaus? Spielt die Lichtintensität eine Rolle? Was ist mit dem Lichtspektrum? In diesem Artikel werden wir einige dieser komplexen Fragen beantworten. Insbesondere werden wir uns mit folgenden Punkten befassen:

Menge des Lichts definieren

Photosynthetische Photonendichte (PPFD), Tageslichtintegral (DLI) und Lichtperiode

Berücksichtigung des Lichtspektrums

Wir werden die Grundlagen der Gewächshausbeleuchtungsanforderungen behandeln, damit Sie sich bei der Installation und dem Betrieb Ihrer zusätzlichen Beleuchtung sicher fühlen. Das Ziel ist sowohl Kosteneinsparungen als auch eine bessere Qualität der Ernte.

Obwohl die Berücksichtigung des Spektrums, also der Qualität des Lichts, für Ihre Pflanzen wichtig ist, kommt 90% der Gesundheit und Entwicklung Ihrer Pflanze von einer ausreichenden Menge an Licht, die mit anderen Umgebungsparametern (z.B. Wasser, Nährstoffe, Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit usw.) ausgeglichen ist.

Definition der Lichtmenge

Die Menge an Licht wird oft als Tageslichtintegral (DLI) beschrieben, das als die Anzahl der Photonen definiert ist, die eine Quadratmeter große Blätterdachfläche in einem bestimmten Zeitraum (normalerweise die Lichtperiode) erreichen.

Das DLI hängt von zwei Dingen ab: der Intensität (oder Menge der Photonen) und der Zeit zur Sammlung dieser Photonen (auch bekannt als Lichtperiode).

Um das DLI besser zu verstehen, verwenden wir eine Analogie zur Regenwassersammlung. Stellen Sie sich vor, dass Ihr Blätterdach ein Regentank ist und dass Regentropfen Photonen des Lichts sind. Wenn wir darüber nachdenken, was es braucht, um einen Tank zu füllen, dann haben wir zwei Überlegungen: wie viel Regen fällt und wie schnell. Ein 10-minütiger starker Regenfall könnte einem 3-stündigen leichten Regenfall entsprechen, wenn es darum geht, den Tank zu füllen.

Die Frage ist also, ob es darauf ankommt, wie schnell der Tank gefüllt wird. Die Antwort ist ja, denn obwohl das DLI gleich sein könnte, gibt es andere Faktoren zu berücksichtigen, wie die Lichtperiode und die Intensität. Ein Verständnis für das Zusammenspiel all dieser Elemente hilft Ihnen bei der Entscheidung, wie viele Leuchten Sie kaufen, welche Art von Leuchten Sie wählen und wie sie platziert werden. Im nächsten Abschnitt werden wir einige Szenarien durchgehen, um dies besser zu verstehen.

Wie stelle ich die richtige Lichtmenge sicher?

Sie können die Menge an Licht, die Ihre Pflanzen erhalten, mit einem Sensor für Photo Active Radiation (PAR) verfolgen. Wenn Sie keinen PAR-Sensor haben, wird ein grundlegendes Verständnis dafür, wie schnell bestimmte Kulturen wachsen, Ihnen sagen, ob Ihre Pflanzen genug Licht erhalten.

Fast alle Kulturen benötigen im Winter etwas zusätzliches Gewächshauslicht, obwohl dies je nach Kultur variiert. Blattgemüse benötigt beispielsweise viel weniger Licht als Tomaten.

Angenommen, die Lichtperiode ist gleich, könnte die Lichtintensität für verschiedene Kulturen variieren, um den «Regentank» zu füllen. Zum Beispiel sind die DLI-Anforderungen, oder die Größen der Tanks, für Salat und Tomaten jeweils 17 mol/m²/Tag und 35 mol/m²/Tag. Daher benötigen Tomaten etwa doppelt so viel Lichtintensität wie Salat, wenn sie im gleichen Zeitraum angewendet wird.

Wenn Sie wirklich daran interessiert sind, die genaue Menge an Licht zu kennen, die Sie Ihren Pflanzen geben sollten, müssen Sie die Intensität kennen, die Ihre künstliche Beleuchtung liefert. Diese Intensität wird als photosynthetische Photonendichte (PPFD) bezeichnet und wird in µmol/m²/s ausgedrückt. Sie wird durch Pakete von Mikromol Photonen definiert, die eine Fläche von einem Quadratmeter in einer Sekunde erreichen. Mit der Regen-Analogie könnte man es als die Anzahl der Wassertropfen verstehen, die während einer Sekunde auf die gleiche Fläche fallen.

Die mathematische Formel, die die Beziehung zwischen DLI und PPFD definiert, lautet wie folgt:
DLI (mol/m²/Tag) = PPFD (µmol/m²/s) * Zeit (in Stunden) * 60 * 60 / 1.000.000

Die folgende Tabelle zeigt die optimalen DLI-Anforderungen und entsprechenden PPFD-Werte für verschiedene Pflanzenarten für eine 16-stündige Lichtperiode:
*Annahme: Die PPFD bleibt über den Zeitraum von 16 Stunden konstant.

Anwendung von Beleuchtungsmathematik in Ihrer Anbaubetrieb

Jetzt, wo Sie das Verhältnis zwischen DLI, PPFD und Lichtperiode verstehen, lassen Sie uns einige reale Szenarien durchspielen, damit Sie wissen, wie Sie die Beleuchtungsformel auf Ihren Betrieb anwenden können.

Ein Salatanbauer benötigt 17 mol/m²/Tag. Während des Winters liefert die Sonne normalerweise etwa 7 mol/m²/Tag. Daher muss der Anbauer 10 mol/m²/Tag ergänzen. Es gibt eine unendliche Anzahl von Kombinationen von Lichtperiode und PPFD, um diese Zahl zu erreichen. Aber stellen Sie sich vor, dieser Anbauer hat Beleuchtungsausrüstung, die eine Intensität von 250 µmol/m²/s liefert. Wie lange muss er die Lichter laufen lassen, um 10 mol/m²/Tag zu erreichen?

Wir verwenden diese Formel, aber bewegen die Zeit auf die linke Seite der Gleichung:
Zeit (Stunden) = DLI * 1.000.000 / (PPFD*60*60) = 10 * 1.000.000 / (250 * 60*60)
Zeit (Stunden) = 11
Der Anbauer muss seine künstliche Beleuchtung 11 Stunden lang laufen lassen.

Ein Tomatenanbauer möchte künstliche Beleuchtung kaufen, um sicherzustellen, dass er optimal wächst und im Winter 35 mol/m²/Tag erreichen kann. Er weiß auch, dass er seine Lichter nicht länger als 16 Stunden pro Tag laufen lassen kann, um seinen Nachbarn nicht durch Lichtverschmutzung zu belästigen. Welche Intensität (PPFD) muss er also liefern?

Wieder müssen wir die Formel verwenden, um diese Frage zu beantworten, aber haben die PPFD auf der linken Seite:
PPFD = (1.000.000 * DLI) / (Zeit * 60 * 60)
An seinem Standort hat der Tomatenanbauer ein niedrigstes durchschnittliches DLI von 5 mol/m²/Tag. Daher muss er 35 – 5 = 30 mol/m²/Tag ergänzen.
PPFD = 1.000.000* 30 / ( 16 Stunden * 60 * 60)
PPFD = 520 µmol/m²/s
Der Anbauer muss ein künstliches Beleuchtungslayout kaufen und installieren, das eine Intensität von 520 µmol/m²/s liefert (über 16 Stunden angewendet).

Derselbe Tomatenanbauer hat ein weiteres Gewächshaus, in dem die Lichtperiode auf bis zu 20 Stunden verlängert werden kann. Der Beleuchtungsdesigner schlägt vor, diese längere Lichtperiode zu nutzen, um die Anfangskosten der künstlichen Beleuchtung zu senken. Denn wenn dieser Anbauer weniger Lichtintensität benötigt, braucht er nicht so viele Leuchten. Aber er muss immer noch die Intensität oder PPFD dem Beleuchtungslieferanten angeben. Und das DLI, das die Sonne liefert, beträgt immer noch nur 5 mol/m²/Tag.

PPFD = 1.000.000 * 30 / (20 Stunden * 60 * 60)
PPFD = 420 µmol/m²/s
Die Gesamtbeleuchtung in seinem zweiten Gewächshaus muss 420 µmol/m²/s erreichen (über 20 Stunden angewendet).

Was ist die beste Lichtperiode für mein Gewächshaus?

Es gibt zwei Hauptfaktoren, die bei der Diskussion über die Lichtperiode zu berücksichtigen sind.

Besseres Wachstum

Forschungen haben gezeigt, dass bei einem konstanten DLI-Ziel mehrere Kulturen wie Salat, Mizuna, Basilikum und andere besser bei einer niedrigeren PPFD über eine längere Lichtperiode photosynthetisieren.
Diese Erkenntnisse sind in diesem Video zusammengefasst, das von Marc Van Lersel präsentiert und vom GLASE-Konsortium gehostet wird. Das Bild unten zeigt den Unterschied zwischen verschiedenen Beleuchtungsbehandlungen bei konstantem DLI.

Niedrigere Kapitalausgaben:

Die Tatsache, dass Ihre Pflanzen von einer längeren Lichtperiode bei niedrigerer Intensität profitieren könnten, bedeutet, dass Sie möglicherweise weniger Beleuchtungsgeräte benötigen. Dies kann zu erheblichen Einsparungen bei den Anfangsinvestitionen führen. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die optimale Lichtperiode auch von der spezifischen Pflanzenart und den Umweltbedingungen abhängt.

Fazit

Die Entwicklung einer effektiven Beleuchtungsstrategie für Ihr Gewächshaus erfordert ein Verständnis der Menge, Intensität und des Spektrums des Lichts. Durch die Berücksichtigung dieser Faktoren können Sie sicherstellen, dass Ihre Pflanzen die optimale Menge an Licht erhalten, was zu gesünderen Pflanzen und höheren Erträgen führt. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Beleuchtungsanforderungen variieren können, abhängig von der spezifischen Pflanzenart und den Umweltbedingungen. Daher ist es immer ratsam, Ihre Beleuchtungsstrategie regelmäßig zu überprüfen und anzupassen, um sicherzustellen, dass sie den Bedürfnissen Ihrer Pflanzen am besten entspricht.