Die erforderliche Anzahl an Pflanzenleuchten lässt sich nicht allein anhand der Bodenfläche, Wattzahl oder der beworbenen Abdeckung einer Leuchte bestimmen. Sie hängt von Kultur und Entwicklungsphase, der Ziel-PPFD oder DLI, der Photoperiode, den Abmessungen des Pflanzenbestands, dem Tageslichtanteil, dem Photonenstrom der Leuchte, Montagegeometrie, Lichtverteilung, Verlusten und der erforderlichen Gleichmäßigkeit ab.
Verwenden Sie die folgende Methode, um eine anfängliche Leuchtenanzahl zu bestimmen, und prüfen Sie das Layout anschließend mit einer modellspezifischen Simulation oder PPFD-Karte sowie Messungen auf der Pflanzenebene. Behandeln Sie jede Zahl als Eingabe mit Quelle, nicht als allgemeines Rezept.
Mit Kultur und Produktionsziel beginnen
Definieren Sie Kultur, Sorte, Wachstumsphase, Vermehrungs- oder Produktionsziel, Umweltstrategie und eine qualifizierte Quelle für das Ziellichtniveau. Verschiedene Kulturen und Stadien reagieren unterschiedlich auf Intensität, Photoperiode, Spektrum, Temperatur, Kohlendioxid, Bewässerung und andere Bedingungen.
Eine allgemeine Tabelle, die allen Sämlingen, allen vegetativen Pflanzen oder allen blühenden Pflanzen einen PPFD-Bereich zuweist, verdeckt diese Unterschiede. Das Ziel sollte aus kulturspezifischer Forschung, dem validierten Rezept eines erfahrenen Anbauers oder einem für die Anlage geeigneten kontrollierten Versuch stammen.
Dokumentieren Sie, ob das Ziel ist:
- augenblickliche PPFD im Pflanzenbestand;
- durchschnittliche PPFD über der Produktionsfläche;
- minimale PPFD an jedem akzeptierten Punkt;
- ein Gleichmäßigkeitsverhältnis;
- gesamte DLI aus Tageslicht und elektrischem Licht;
- zusätzlicher DLI ausschließlich aus elektrischem Licht.
Dies sind unterschiedliche Planungsanforderungen. Ein Layout kann einen Durchschnittswert erreichen, während Pflanzen am Rand unter dem Mindestwert bleiben.
PPF, PPFD und DLI verstehen
Der Standard ANSI/ASABE S640 von ASABE definiert die pflanzenstrahlungsbezogenen Größen und Einheiten, die in dieser Berechnung verwendet werden. Der photosynthetische Photonenfluss (PPF) beschreibt die Rate der von einer Leuchte innerhalb des definierten photosynthetischen Bereichs emittierten Photonen und wird in Mikromol pro Sekunde angegeben. Es handelt sich um eine Größe des Leuchtenlichtstroms.
Die photosynthetische Photonenflussdichte PPFD beschreibt die Photonenrate, die auf einer Flächeneinheit der Pflanzenebene ankommt, und wird in Mikromol pro Quadratmeter und Sekunde ausgedrückt. Sie hängt von Leuchtenlichtstrom, Optik, Abstand, Höhe, Raumflächen, Hindernissen und Messposition ab.
Das tägliche Lichtintegral oder DLI ist die über einen Tag akkumulierte Photonenexposition pro Quadratmeter. Ist PPFD während der elektrischen Beleuchtungszeit konstant:
DLI = PPFD × Beleuchtungsstunden × 3600 ÷ 1,000,000
Beispielsweise ergeben konstante 250 Mikromol pro Quadratmeter und Sekunde über 16 Stunden 14,4 Mol pro Quadratmeter und Tag. Diese Rechnung sagt nicht, dass 250 für eine Kultur richtig ist; sie rechnet nur eine festgelegte PPFD und Dauer in DLI um.
Wenn Tageslicht oder Dimmung im Zeitverlauf variieren, integrieren Sie den gemessenen oder modellierten PPFD über den Tag, anstatt einen einzelnen Momentanwert zu verwenden.
Den Bedarf an ergänzendem Licht berechnen
In einem vollständig geschlossenen Raum ohne Tageslicht liefert das elektrische Beleuchtungssystem die geplante DLI. In einem Gewächshaus füllt elektrisches Licht normalerweise eine variable Lücke zwischen Kulturziel und durchgelassenem Tageslicht auf Bestandshöhe.
Nutzen Sie nach Möglichkeit saisonale und stündliche Daten. Ein Dach-Sensorwert ist nicht automatisch der Wert auf der Pflanzenebene, weil Verglasung, Konstruktion, Schirme, Pflanzen und Geometrie die Transmission beeinflussen. Definieren Sie, ob das Projekt für einen durchschnittlichen Tag, einen lichtarmen Auslegungstag, ein Monatsziel oder eine dynamische Steuerungsstrategie ausgelegt ist.
Wenn der erforderliche zusätzliche DLI und die verfügbaren Beleuchtungsstunden bekannt sind, berechnen Sie den erforderlichen durchschnittlichen zusätzlichen PPFD:
Zusätzliche PPFD = zusätzliche DLI × 1,000,000 ÷ (Stunden × 3600)
Die gewählte Photoperiode muss innerhalb der Kultur- und Produktionsgrenzen bleiben. Eine Verlängerung der Stunden ist kein unbegrenzter Ersatz für Intensität.
Die wirksame Fläche des Pflanzenbestands definieren
Verwenden Sie den Pflanzenbestand, der Licht erhalten muss, und nicht automatisch den Raumfußboden oder die Leuchtenfläche. Schließen Sie Gänge nur aus, wenn das Design sie bewusst ausschließt. Berechnen Sie für Bänke oder mehrstöckige Regale jede beleuchtete Ebene getrennt.
Dokumentieren Sie Länge, Breite, Form, Lücken, Beetabstand, Ebenenabstand, Pflanzenhöhe und die erwartete Bestandsentwicklung. Ein kleiner Bestand im Frühstadium und ein ausgewachsener geschlossener Bestand können unterschiedliche Abfang- und Gleichmäßigkeitsverhalten zeigen.
Unregelmäßige Grenzen sollten in Zonen aufgeteilt werden. Unterschiedliche Kulturen, Stadien, Tageslichtexpositionen oder Montagebeschränkungen können getrennte Beleuchtungsgruppen statt eines anlagenweiten Durchschnitts erfordern.
Fordern Sie modellspezifische Leuchtennachweise an
Fordern Sie für jede Kandidatenleuchte an:
- geprüfter PPF und Eingangsleistung;
- PPE, berechnet als Photonenlichtstrom pro Joule unter den angegebenen Prüfbedingungen;
- spektrale Quantenverteilung;
- Photonenintensitäts- oder Verteilungsdaten;
- modellspezifische PPFD-Karten mit Prüfgeometrie;
- Abmessungen, Masse, Montage, Eingang, Dimmung und Steuerungsgrenzen;
- durch Nachweise gestützte thermische und umgebungsbezogene Bewertungen;
- Informationen zu Sicherheit, EMV, Zuverlässigkeit und Wartung;
- Berichtsnummer, Labor, Muster-Modell, Revision und Datum.
Die Horticultural Technical Requirements V4.0 des DesignLights Consortium (DLC) bieten einen aktuellen Rahmen für Qualifikation und Berichterstattung zu Pflanzenleuchten, einschließlich Informationen zu Photonenlichtstrom, Effizienz, Verteilung und Steuerbarkeit innerhalb des Programmumfangs. Die Qualifikation ist eine Eingabe für den Produktvergleich; die Lichtabgabe an der Pflanzenebene hängt weiterhin von Modell, Betriebszustand und installierter Geometrie ab.
Leiten Sie PPF nicht aus der Wattzahl ab, es sei denn, ein verifizierter PPE-Wert gilt für die genaue Betriebsbedingung. Leiten Sie die PPFD-Abdeckung nicht allein aus PPF ab, weil Verteilung und Geometrie bestimmen, wo Photonen auftreffen.
Die anfängliche Leuchtenanzahl schützen
Eine anfängliche Photonenbudgetschätzung kann verwenden:
Erforderliche Photonenrate am Pflanzenbestand = angestrebte durchschnittliche PPFD × Fläche des Pflanzenbestands
Dann:
Anfängliche Leuchtenanzahl = erforderliche Photonenrate am Pflanzenbestand ÷ (PPF der Leuchte × Nutzungsfaktor)
Runden Sie auf und testen Sie anschließend ein physisches Layout. Der Nutzungsfaktor stellt den Anteil des emittierten PPF dar, der voraussichtlich den definierten Pflanzenbestand erreicht. Er berücksichtigt Photonen, die außerhalb der Kulturfläche auftreffen oder an anderer Stelle abgefangen werden. Er ist keine universelle Konstante.
Nehmen Sie für ein hypothetisches Design einen Pflanzenbestand von 20 Quadratmetern, eine angestrebte durchschnittliche Zusatz-PPFD von 300, einen verifizierten Leuchten-PPF von 1.500 Mikromol pro Sekunde und einen vorläufigen Nutzungsfaktor von 0,75 an.
Die erforderliche Photonenrate auf Pflanzenebene beträgt 300 × 20 = 6,000 Mikromol pro Sekunde. Die geschätzten abgegebenen Photonen pro Leuchte betragen 1,500 × 0.75 = 1,125 Mikromol pro Sekunde. Der Quotient beträgt 5.33, daher liegt die anfängliche Anzahl bei sechs Leuchten.
Dies ist kein fertiges Design. Sechs Leuchten können weiterhin unzulässige Hotspots, dunkle Ränder, strukturelle Schatten oder Probleme mit Freiräumen verursachen. Die Nutzungsannahme und das Layout müssen überprüft werden.
| Durchgerechnete Schätzung | Wert | Berechnung oder Entscheidung |
|---|---|---|
| Bestandsfläche | 20 m² | Definierte produktive Pflanzenebene |
| Zielwert für die durchschnittliche ergänzende PPFD | 300 µmol/m²/s | Durch den qualifizierten Kulturplan festgelegt |
| Erforderliche Photonenrate im Pflanzenbestand | 6,000 µmol/s | 300 × 20 |
| Verifizierte PPF der Leuchte | 1,500 µmol/s | Genaues Modell und Betriebszustand |
| Vorläufige Nutzung | 0.75 | Projektannahme zur Validierung |
| Anfangsmenge | 6 Leuchten | 6,000 ÷ (1,500 × 0.75), aufgerundet |
Dieselbe Berechnung führt zu einem anderen Ergebnis, wenn sich die Grenze des Pflanzenbestands, das Ziel, der Leuchtenlichtstrom oder die Nutzung ändert. Zeigt eine PPFD-Karte, dass sechs Leuchten die Mindestanforderung oder Gleichmäßigkeitsanforderung nicht erfüllen, erhöhen Sie die Anzahl der Leuchten oder positionieren Sie sie neu, auch wenn das durchschnittliche Photonenbudget ausreichend erscheint. Zeigt die Karte einen Überschuss, prüfen Sie Abstände, Zonierung oder Dimmung, bevor Sie für die Randabdeckung erforderliche Ausrüstung entfernen.
Auf Gleichmäßigkeit auslegen, nicht nur auf durchschnittliche PPFD
Leuchtenabstand, Montagehöhe, optische Lichtverteilung, Überlappung, Raumreflexion und Form des Pflanzenbestands bestimmen die Gleichmäßigkeit. Eine einzelne Leuchte mit hoher Lichtleistung kann das Photonenbudget erfüllen, aber eine helle Mitte und einen schwachen Randbereich erzeugen. Mehrere Leuchten können die Überlappung verbessern, jedoch nur, wenn ihre Geometrie und Steuerung geplant werden.
Legen Sie fest, welche Gleichmäßigkeitskennzahl verwendet wird, etwa Minimum-zu-Durchschnitt oder Minimum-zu-Maximum der PPFD, und definieren Sie die akzeptierte Messfläche. Entfernen Sie niedrige Randwerte nicht nachträglich, wenn die Produktionsgrenze nicht formell geändert wurde.
Tragkonstruktionen, Bewässerungsleitungen, HLK-Geräte, Regale und Pflanzen können Schatten werfen. Beziehen Sie sie in Modell oder Pilotversuch ein. In Gewächshäusern kann das Tageslichtmuster weniger gleichmäßig als das elektrische Lichtmuster sein und sich über Tag und Jahreszeit ändern.
Montagehöhe als leuchtenspezifische Variable behandeln
Das Höhersetzen einer Leuchte verteilt die Photonen in der Regel über eine größere Fläche und senkt die Spitzen-PPFD; ein niedrigeres Anbringen konzentriert die Lichtleistung in der Regel. Das Ergebnis hängt von den Abmessungen der Leuchte, der Optik, der Lichtverteilung, benachbarten Leuchten und dem Pflanzenbestand ab.
Daher lässt sich eine allgemeine Empfehlung wie 12, 18, 24 oder 30 Zoll nicht auf verschiedene Produkte übertragen. Nutzen Sie die verifizierte Karte des Herstellers bei der angegebenen Höhe als Ausgangspunkt und prüfen Sie anschließend Abstand, thermische Bedingungen, Bewässerungseinwirkung, Zugang für Arbeitskräfte und das vollständige Raster auf Höhe des Pflanzenbestands.
Mit dem Pflanzenwachstum ändert sich der Abstand zum Bestand. Definieren Sie, wie Höhe, Dimmung oder Leuchtengruppen angepasst werden und wie die Änderung dokumentiert wird.
PPFD-Karten kritisch lesen
Eine aussagekräftige Karte sollte das genaue Leuchtenmodell und den Betriebszustand, die Montagehöhe, Rastergröße und Rasterabstände, Messebene, Raum- oder Zeltabmessungen, Oberflächenreflexion, Sensor, Stabilisierungszeit, Eingangsbedingung sowie die Verwendung einer oder mehrerer Leuchten ausweisen.
Vergleichen Sie Karten nur bei vergleichbaren Prüfbedingungen. Ein hoher Mittelwert auf einem kleinen Raster kann beeindruckend wirken und zugleich eine schlechte Randabdeckung verbergen. Ein Durchschnitt ohne Einzelpunkte verdeckt die Gleichmäßigkeit. Eine Karte innerhalb reflektierender Wände repräsentiert möglicherweise keine offene Anzuchtbank.
Digitalisierte Marketinggrafiken sind Planungshilfen und keine abschließenden Nachweise für die Inbetriebnahme. Fordern Sie zugrunde liegende Werte oder einen Bericht an, wenn das Projektrisiko dies rechtfertigt.
Ein repräsentatives Raster des Pflanzenbestands messen
Installieren Sie vor der vollständigen Umsetzung einen repräsentativen Bereich und messen Sie PPFD auf einem definierten Raster in der vorgesehenen Pflanzenebene. Verwenden Sie einen kalibrierten, zum Spektrum passenden Quantensensor und befolgen Sie dessen Anweisungen. ASABE führt ANSI/ASABE S642.1 SEP2025 als aktuelles Verfahren zur Messung und Prüfung elektromagnetischer Strahlungsquellen für Pflanzenwachstum und -entwicklung auf.
Dokumentation:
- Leuchtenmodell, Seriennummer oder Charge, Revision und Steuerungseinstellung;
- Montagehöhe und Abstand;
- Raumabmessungen, Oberflächen und Hindernisse;
- Rasterkoordinaten und Sensorausrichtung;
- Eingangsspannung, Stabilisierungszeit, Temperatur und Tageslichtbedingung;
- jeden Punktwert, Durchschnitt, Mindestwert, Höchstwert und die gewählte Gleichmäßigkeitskennzahl.
Trennen Sie elektrische Lichtmessungen von Tageslicht, wenn das Design dies erfordert. Eine Smartphone-App kann für eine grobe Erkundung nützlich sein, sollte jedoch kalibrierte Projektabnahmemessungen nicht ersetzen, sofern ihre Genauigkeit nicht für Gerät, Diffusor, Spektrum und Bereich validiert wurde.
Dimmung und Zonierung zur Steuerung von Abweichungen verwenden
Dimmung kann überschüssigen Lichtstrom verringern, Zonen ausgleichen, Wachstumsphasen unterstützen oder auf Tageslicht reagieren. Sie kann jedoch nicht in jedem Fall eine grundsätzlich schlechte Verteilung korrigieren. Bestätigen Sie für die exakte Leuchte die Beziehung zwischen Steuerungseinstellung, Eingangsleistung, PPF, Spektrum und PPFD.
Gruppieren Sie Leuchten nach Kulturzone, Tageslichteinfall, Ebene oder Entwicklungsphase. Dokumentieren Sie Mindestdimmniveau, Schrittweite, Reaktion, Fehlerzustand, Sensorplatzierung, Zeitplan und manuelle Übersteuerung. Prüfen Sie den Pflanzenbestand nach Änderungen bei der Inbetriebnahme erneut.
Die Energieplanung sollte gemessene oder geprüfte Eingangsleistung bei erwarteten Betriebszuständen und Zeitplänen verwenden, nicht nur die maximale Nennleistung.
Ein praktischer Auslegungsablauf
- Definieren Sie Kultur, Sorte, Entwicklungsstadium, Pflanzenbestand, Umgebung und Produktionsziel.
- Geben Sie den Ziel-PPFD/DLI und die Photoperiode anhand einer qualifizierten Kulturquelle frei.
- Messen oder modellieren Sie gegebenenfalls den Tageslichtbeitrag.
- Berechnen Sie den erforderlichen zusätzlichen PPFD und die Photonenrate des Pflanzenbestands.
- Modellspezifische Nachweise zu PPF, Spektrum, Verteilung, Elektrik, Wärme und Steuerung einholen.
- Wählen Sie einen dokumentierten vorläufigen Nutzungsfaktor und berechnen Sie die anfängliche Anzahl.
- Ordnen Sie die Leuchten so an, dass die Anforderungen an Freiraum und Gleichmäßigkeit erfüllt werden.
- Simulieren oder prüfen Sie modellspezifische PPFD-Karten unter übereinstimmenden Bedingungen.
- Installieren Sie einen repräsentativen Bereich und messen Sie ein Raster im Pflanzenbestand.
- Passen Sie Anzahl, Abstand, Höhe, Zonierung oder Dimmung an und wiederholen Sie die Abnahmemessungen.
Prüfen Sie vor dem Vergleich von Leuchtenformen Arten von Pflanzenleuchten und die Grundlagenleitfaden für Pflanzenbeleuchtung. Käufer können auch die LED-Erntelampenfamilie als Ausgangspunkt für die Produktkategorie prüfen und anschließend Kontaktieren Sie New Lights mit Wachstumsphase, Bestandszeichnung, Tageslichtprofil, Ziel-DLI, Photoperiode, Umgebungsbedingungen und den erforderlichen Nachweisen für eine modellspezifische Layoutprüfung.
Häufig gestellte Fragen
Kann die Leuchtenleistung bestimmen, wie viele Pflanzenleuchten ich benötige?
Nein. Die Wattzahl ist die elektrische Eingangsleistung. Die Menge hängt außerdem vom verifizierten Photonenstrom, der Lichtverteilung, der Fläche des Pflanzenbestands, der Nutzung, dem Kulturziel, der Photoperiode, dem Tageslicht und der Gleichmäßigkeit ab.
Reicht der durchschnittliche PPFD aus?
Nicht allein. Prüfen Sie Minimum, Maximum, Verteilung, die gewählte Gleichmäßigkeitskennzahl und ob jeder Messpunkt innerhalb des definierten Produktionsbestands liegt.
Kann ich ein Abdeckungsdiagramm des Herstellers verwenden?
Verwenden Sie sie nur dann als Planungseingabe, wenn sie exaktes Modell und Prüfbedingungen identifiziert. Prüfen Sie wichtige Projekte mit passender Simulation oder Messungen im Raster der Pflanzenebene.
Welche Montagehöhe sollte ich verwenden?
Es gibt keine universelle Höhe. Verwenden Sie modellspezifische Verteilungsdaten, Freiraum- und Umgebungsgrenzen und messen Sie anschließend das tatsächliche Bestandsraster.
Wie verändert Tageslicht die Leuchtenanzahl?
Berechnen Sie bei ergänzender Gewächshausbeleuchtung die DLI-Lücke unter der gewählten saisonalen Auslegungsbedingung und Steuerungsstrategie. Der Tageslichtbeitrag muss auf Bestandshöhe gemessen oder modelliert werden.
Sollte ich zusätzliche Leuchten für eine spätere Erweiterung einplanen?
Planen Sie, wo begründet, modulare elektrische und Steuerungskapazitäten, installieren Sie jedoch keine willkürlich überschüssige Lichtleistung. Berechnen Sie neu und nehmen Sie erneut in Betrieb, wenn sich Fläche des Pflanzenbestands, Kultur, Ebene oder Ziel ändern.
Redaktionelle Quellen
- DesignLights Consortium, Technische Anforderungen für den Gartenbau V4.0: https://designlights.org/our-work/horticultural-lighting/technical-requirements/hort-v4-0/
- ASABE, ANSI/ASABE S640 JUL2017 (R2022), Mengen und Einheiten elektromagnetischer Strahlung für Pflanzen: https://elibrary.asabe.org/abstract.asp?aid=48303
- ASABE, Veröffentlichte Normen, einschließlich ANSI/ASABE S642.1 SEP2025: https://asabe.org/publications-standards/standards-development/national-standards/published-standards
- Paucek et al., Anwendungen und Entwicklung von LEDs als Zusatzbeleuchtung für Tomaten in unterschiedlichen Breitengraden: https://www.mdpi.com/2073-4395/11/5/835
