Pflanzenwuchs unter Led Beleuchtung

Moderator: T.Hoffmann

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John.S
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Do, 04.03.10, 16:46

Wie berechnest du die Phytolumen? Ich zweifele den Wert an, weil zum Beispiel auch grünes Licht relativ gut genutzt wird. Zwar werden etwa 30% vom grünen Licht vom ersten Blatt nach oben reflektiert und gut 40% transmittiert, 30% werden aber absorbiert und mit durchschnittlich 70-80% Quanteneffizienz auch verwertet, also als chemische Energie gespeichert. Die verbleibenden 40%, die von der ersten Blattschicht transmittiert wurden, werden von der zweiten Blattschicht wiederum zu etwa selben Anteilen wie oben beim ersten Blatt verwertet. Es werden also gut 40% transmittiert und 30% nach oben gestrahlt, 30% absorbiert. Das heisst, 12% der Anfangsintensität werden von der 2. Blattschicht nach oben, zur ersten reflektiert, die wiederum ~30% absorbiert und 40% transmittiert. Ees werden nur <35% (30% Anfangsintensität + 0,4*12%= 34,8%) der Anfangsintensität nach oben gestrahlt und sind damit nicht verwertbar. [/b]
Bleiben also nur noch <20% der Anfangsintensität für die dritte Blattschicht übrig und das, bei der schlechtesten Wellenlänge, also monochromatisch grünem Licht, bei ~530nm. Kaltweißes Licht besteht aber nur zu maximal 30% aus grünem Licht, daraus folgt also, die obigen 35% sind in Wirklichkeit eher 10-20%, die vom weißen Spektrum nicht genutzt werden können.
Das korreliert auch wunderbar mit dem Albedowert für eine grüne Pflanzendecke:

http://de.wikipedia.org/wiki/Albedo
Albedowerte verschiedener Oberflächen: Wald: 0,05–0,18
Und deswegen denke ich auch nicht, dass ich da einen Denkfehler habe.

Beste Grüße,


John.S
Zuletzt geändert von John.S am Do, 04.03.10, 17:03, insgesamt 4-mal geändert.
Loong

Do, 04.03.10, 16:50

Hallo Eugen,
John.S hat geschrieben:Wie berechnest du die Phytolumen?
Das weißt Du doch schon lange :wink:...
Ich zweifele den Wert an, weil zum Beispiel auch grünes Licht relativ gut genutzt wird.
Gut, auf wieviel Phyto-Lumen pro Watt kommst Du für eine weiße LED und für eine Mischung rot+blau, und wie hast Du das berechnet?

Viele Grüße
Robert
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John.S
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Do, 04.03.10, 16:53

Loong hat geschrieben:Du vergisst dabei, daß die roten LEDs Licht in einem Spektralbereich ausstrahlen, der von den Pflanzen besonders gut verwertet werden kann. Deshalb ist Deine Aussage in Bezug auf die Wuchslichtausbeute schlicht und ergreifend falsch.

Viele Grüße
Robert
Tue ich nicht. :wink:

http://www.u-helmich.de/bio/stw/reihe4/ ... icht01.htm

Bild

Man sieht, die Quantenausbeute beträgt im grünem Bereich etwa zwischen 70%, während der Maximalwert 90% sind. Wenn wir dann noch berücksichtigen, dass kalweißes Licht nur zu max. 30% aus grünem Licht besteht, folgt doch daraus, dass ein rotes Spektrum einem kaltweißen, kaum überlegen ist. :wink:
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John.S
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Do, 04.03.10, 16:59

Loong hat geschrieben:Hallo Eugen,
John.S hat geschrieben:Wie berechnest du die Phytolumen?
Das weißt Du doch schon lange :wink:...
Ich zweifele den Wert an, weil zum Beispiel auch grünes Licht relativ gut genutzt wird.
Gut, auf wieviel Phyto-Lumen pro Watt kommst Du für eine weiße LED und für eine Mischung rot+blau, und wie hast Du das berechnet?

Viele Grüße
Robert
Hallo Robert,

habe mir schon gedacht, dass du der Robert von Herinspaziert.de bist. :wink:

Deine Rechnungen sind solide, aber leider beziehen sie sich auf eine falsche Schlussfolgerung, und die ist, dass sich das Absorbtionsspektrum eines einzigen Blattes, auf eine ganze Pflanze übertragen lässt. Da wird aber das Lambert- Beersche Gesetz nicht berücksichtigt. Eine ganze Pflanze mit vielen Blattschichten hat nichtmehr das schöne Absorbtionsspektrum, mit dem riesen Tal im grünem Bereich. Deswegen ist ja auch der Albedowert für eine Vegetationsdecke mit 5-18% so niedrig. Eine kleine Ausnahme ist da der Rasen, aber der besteht ja auch nicht aus vielen horizontalen Blattschichten, sondern nur aus einigen Centimern, senkrecht stehender Halme.

Ich habe mir noch nie konkrete Phytolumen ausgerechnet, sondern nur die Lichtleistungen und die Photonenzahl im PAR Bereich. Ich werde es mal demnächst machen und es hier reinschreiben.
Gruß,

Eugen
Loong

Do, 04.03.10, 17:39

Hallo Eugen,
John.S hat geschrieben:http://www.u-helmich.de/bio/stw/reihe4/ ... icht01.htm

Bild

Man sieht, die Quantenausbeute beträgt im grünem Bereich etwa zwischen 70%, während der Maximalwert 90% sind.
Ja. Da hast Du Dir aber auch ein Spektrum rausgesucht, das Dir besonders gut in den Kram passt :wink:. Im Original stammt es von Elgersma/McCree aus dem Philips-Labor von anno 1972:

Bild

Ich bevorzuge jedoch das weitgehend Anerkennung genießende von Shinji TAZAWA aus dem Artikel "Effects of Various Radiant Sources on Plant Growth". Es wurde aus der bisher größten Anzahl untersuchter Pflanzen gewonnen und ist deutlich aktueller (1999):

Bild

Daneben gibt es noch das aus der DIN 5031 "Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik", Teil 10 "Photobiologisch wirksame Strahlung" vom März 2000:

Bild

Von dem bin ich aber nicht ganz so begeistert, weil es schwer danach aussieht, als hätte die DIN-Kommission lediglich ein paar Absorptionsspektren verwurschtet und verkauft uns das nun als Aktionsspektrum. Dabei hat eins mit dem anderen nicht direkt was zu tun. Diesem Fehler sitzt Du übrigens auch auf:
Deswegen ist ja auch der Albedowert für eine Vegetationsdecke mit 5-18% so niedrig.
Ja. Dabei vergisst Du aber, daß manche Wellenlängenbereich eben nicht aktiv zur Photosynthese beitragen, sondern lediglich die Pflanze erwärmen.
Wenn wir dann noch berücksichtigen, dass kalweißes Licht nur zu max. 30% aus grünem Licht besteht, folgt doch daraus, dass ein rotes Spektrum einem kaltweißen, kaum überlegen ist. :wink:
Genau das folgt daraus eben nicht. Oder wie erklärst Du Dir denn, daß für den kommerziellen Pflanzenbau blau-rote LED-Leuchten verkauft und mit großem Erfolg eingesetzt werden?

Viele Grüße
Robert
Zuletzt geändert von Loong am So, 03.04.11, 11:10, insgesamt 1-mal geändert.
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John.S
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Do, 04.03.10, 18:15

Loong hat geschrieben:Hallo Eugen,
John.S hat geschrieben:


Man sieht, die Quantenausbeute beträgt im grünem Bereich etwa zwischen 70%, während der Maximalwert 90% sind.
Ja. Da hast Du Dir aber auch ein Spektrum rausgesucht, das Dir besonders gut in den Kram passt :wink:. Im Original stammt es von Elgersma/McCree aus dem Philips-Labor von anno 1972:



Ich bevorzuge jedoch das weitgehend Anerkennung genießende von Shinji TAZAWA aus dem Artikel "Effects of Various Radiant Sources on Plant Growth". Es wurde aus der bisher größten Anzahl untersuchter Pflanzen gewonnen und ist deutlich aktueller (1999):



Daneben gibt es noch das aus der DIN 5031 "Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik", Teil 10 "Photobiologisch wirksame Strahlung" vom März 2000:



Von dem bin ich aber nicht ganz so begeistert, weil es schwer danach aussieht, als hätte die DIN-Kommission lediglich ein paar Absorptionsspektren verwurschtet und verkauft uns das nun als Aktionsspektrum. Dabei hat eins mit dem anderen nicht direkt was zu tun. Diesem Fehler sitzt Du übrigens auch auf:
Deswegen ist ja auch der Albedowert für eine Vegetationsdecke mit 5-18% so niedrig.
Ja. Dabei vergisst Du aber, daß manche Wellenlängenbereich eben nicht aktiv zur Photosynthese beitragen, sondern lediglich die Pflanze erwärmen.
Wenn wir dann noch berücksichtigen, dass kalweißes Licht nur zu max. 30% aus grünem Licht besteht, folgt doch daraus, dass ein rotes Spektrum einem kaltweißen, kaum überlegen ist. :wink:
Genau das folgt daraus eben nicht. Oder wie erklärst Du Dir denn, daß für den kommerziellen Pflanzenbau blau-rote LED-Leuchten verkauft und mit großem Erfolg eingesetzt werden?

Viele Grüße
Robert
Hi,

ich glaube, du hast mich falsch verstanden. Ich wollte damit nicht sagen, dass die Absorbtion der wichtigste Punkt ist, eher dass man die Quanteneffiziens nehmen sollte. :wink:
Mir war bei dem Tazawa Spektrum nicht ganz klar, inwiefern die Absorbtion da eine Rolle spielt. Deswegen habe ich mich nicht darauf bezogen.

Die kommerziellen Lampen erkläre ich mit dem DIN Spektrum. :mrgreen: Spass beiseite, ich meine natürlich den Gedankengang: "Pflanzen sind grün? Ah, dann muss man es weglassen. " UNd praktisch alle Diagramme, die man zu Photosynthese findet, sehen dem DIN Diagramm sehr ähnlich.

Man kann die Frage ja auch umdrehen und fragen: Wieso baut Philips, Osram und co. keine Metalldampflampen, die nur im blauen und rotem Spektrum strahlen? Wären doch die perfekten Lichtquelle, für die Photosynthese. Stattdessen nimmt man Na-Dampf, dessen Strahlung mit einer guten Quanteneffizienz verwertet wird. Zumindest laut dem Mcree Diagramm, aus dem Philips Labor.
Das erkläre ich mir so, dass es da keinen großen Unterschied in der Photosynthese Leistung gibt, und dass Natriumdampflampen viel einfacher herzustellen sind, auch kostet das Natrium fast nichts.

Aber bevor ich weiterrede, werde ich das Tazawa Diagramm integrieren und mit einigen Spektren verrechnen. :wink:


Beste Grüße

Eugene
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NanoM
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Fr, 05.03.10, 01:41

Nabend zusammen !
John.S hat geschrieben: Man kann die Frage ja auch umdrehen und fragen: Wieso baut Philips, Osram und co. keine Metalldampflampen, die nur im blauen und rotem Spektrum strahlen? Wären doch die perfekten Lichtquelle, für die Photosynthese. Stattdessen nimmt man Na-Dampf, dessen Strahlung mit einer guten Quanteneffizienz verwertet wird. Zumindest laut dem Mcree Diagramm, aus dem Philips Labor.Das erkläre ich mir so, dass es da keinen großen Unterschied in der Photosynthese Leistung gibt, und dass Natriumdampflampen viel einfacher herzustellen sind, auch kostet das Natrium fast nichts.
Unter elektrischer Spannung stehende Metalldämpfe (Plasmen) bzw deren Ionen verhalten sich thermodynamisch völlig anders als fixierte Halbleiteratome. Plasmaionen sind frei beweglich, daher das breite Emissionspektrum mit einem stoff- und temperaturabhängigem Emissionsgrad. Die Ionen bewegen sich chaotisch, ihre Impulse ändern sich ständig, also unterliegt das abgegebene Licht dem Dopplereffekt. Jedes einzelne Ion für sich genommen emittiert grundsätzlich bei den eigens charakteristischen Emissionslinien, allerdings verschiebt sich durch die thermische Bewegung letztendlich die Wellenlänge jedes emittierten Photons, und zwar abhängig von der Relativbewegung entweder zum Blauen oder zum Roten hin.
Die Emissionslinien sind wie gesagt stofftypisch, daher hat die Wahl der Metalldampfart sehr wohl einen Einfluss auf "Phytolumen".

Dass die Chlorophylle jeweils zwei Absorptionsmaxima im Blau und Rot aufweisen, sprich dass das Licht in diesen Spektren mit einer viel höheren Quantenwirksamkeit aufgenommen wird als dazwischen, liegt an der elementaren Struktur der Moleküle. Grundsätzlich werden die Antennenpigment-Elektronen von allen Lichtquanten mehr oder weniger beeinflusst, wobei aber durch die hohe Trägheit des Atomkerns das Elektron in seinem Bestreben "springen zu wollen" unverzüglich gedämpft wird, die Energie geht also auf das ganze Atom (Molekül) über, was dann nichts weiter als eine Erwärmung zur Folge hat. Nur bei bestimmten Wellenlängen wird das Elektron so angeregt, dass die Harmonie zwischen seiner Eigenfrequenz und der Kernfrequenz ausreichend hoch gestört ist, damit es auf ein höheres Niveau springen kann.

Na-Dampf hat schon einen gewissen Vorteil in seinem Emissionsverhalten, weil sich die Bandbreite in beide Bereiche (rot + blau) fast gleichermaßen erstreckt, was bei anderen Stoffen nicht so gegeben ist. Die kommerzielle Argumentation ist deswegen auch völlig ok.
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NanoM
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Fr, 05.03.10, 10:41

Ich kann mich noch gut an einen Begriff aus dem Matheunterricht erinnern: " w.z.b.w."

-> ich werde einen Vegetationsversuch nur mit grünen zum Vergleich starten.

Gruß, Tobi
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John.S
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Sa, 06.03.10, 14:22

@NanoM

Du hast recht, meine Argumentation mit der Metalldampflampen macht hier nicht wirklich viel Sinn. :lol:
Naja, ich habe jetzt ein bischen rumgerechnet und komme auf die folgenden Werte:

relative photosynthetische Nutzbarkeit nach Tazawa:


XR-E Royalblue 455nm: 50%
XR-C Red 635nm: 96 %
XP-G Kaltweiß: 66 %
Edison 1LC4 red 660nm: 97 %


Phytowirkungsgrad bei 350mA ( (Lichtleistung*Nutzbarkeit)/ Ledleistung )

XR-E Royalblue Group 14 455nm: 17,3%
XR-C Red 635nm: 26,2%
XP-G R4 Kaltweiß: 25,1%
Edison 1LC4 red 660nm : 20,8%
K2 red 635nm: 19,2%

Was sagt ihr zu den Werten? Ist da irgendwo ein Fehler? Die Royalblaue schneidet zum Beispiel nicht so gut ab, kein Wunder bei der Tazawa Kurve, wo Grün besser als Blau abschneidet. :wink: Die roten Led kranken aber am schlechten Wirkungsgrad, der hier jedoch ohne die Erwärmung des Chips berechnet wurde.Mit Erwärmung würde es noch schlechter ausfallen. Blaue Leds sollte man nach Tazawa eher gar nicht nutzen, sondern eher weiß+rot. Oder habe ich da einen Denkfehler?

Noch eine Anmerkung: Ich habe nur das Intervall 400-700nm berücksichtigt, weil wenn ich mich nicht irre, nur Bakteriiochlorophyll über 700nm hinaus Photosynthese ermöglicht. Bei Landpflanzen liegt der energetisch tiefste Bereich jedoch auf dem Niveau von 700nm Photonen, ergo können keine Photonen höherer Wellenlänge für die Photosynthese verwertet werden. Man könnte jetzt meinen, eine rote Led die nur bis max 700nm emittiert, ist hier im Vorteil. Das stimmt aber nicht, denn man braucht auch immer eine gewisse Leistung zwischen 700-760nm, um das Phytochromsystem anzuregen. Bei monochromatisch roten Leds, müsste man dieses also noch separat hinzufügen.
Bei der Luxeon K2 635nm habe ich angenommen, dass diese das selbe Spektrum wie eine XR-C mit 635nm dominanter Wellelänge hat. Das wird wohl nicht der Fall sein, aber die Abweichung ist hier eigentlich auch absolut vernachlässigbar.

Jetzt müsste man aus der Strahlungsleistung noch den Photonenstrom machen, damit es realistischer ist. Dann wird die Blaue aber noch schlechter abschneiden, wegen der kürzeren Wellenlänge.



Beste Grüße
Eugene
Ragnar Roeck
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Mo, 08.03.10, 22:44

Unabhängig davon, ob Du richtig gerechnet hast, oder nicht: rot/weiß (3/2) ist die Mischung wie ich sie verwendet habe und es läuft, wie ich es mir erhofft hatte. Kommt wohl so hin :D
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NanoM
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Di, 09.03.10, 22:11

Nabend JohnS.
John.S hat geschrieben:
relative photosynthetische Nutzbarkeit nach Tazawa:


1.) XR-E Royalblue 455nm: 50%
2.) XR-C Red 635nm: 96 %
3.) XP-G Kaltweiß: 66 %
4.) Edison 1LC4 red 660nm: 97 %
zu 1.) Das Spektrum zwischen 440 und 475 bedient die Carotinoide (Absorptionsgrad ca 60%), die ausserdem einen Peak bei 500 (ebenfalls ca 60%), Tazawa liegt also nicht daneben. Wird die Photosyntheserate für eine Royalblaue mit einer carotin-armen Pflanze bestimmt , dann .... :wink:
zu 2.) 96% erscheinen mir ein wenig hoch, 635 entspricht dem Chlorophyll-b -Peak, -> C.-b absorbiert gegenüber C.-a weniger E
3.) müsste stimmen, da ein Großteil der 455nm "verlagert" sind
4.) 1LC4 = falsch ... -> 1LS4

aber egal, Samstag mittags sollte man auch als Bioxperte ruhend auf dem Sofa verbringen, die Woche über isses schon hart genug, nich wahr ?! :mrgreen:

zu dem Phytowirkungsgrad:
- kann es sein, dass sich Tazawa explizit auf die Photosynthese bezieht? Das würde das schlechte Abschneiden der blauen erklären, denn der größte Teil des Blau wird auf dem Weg zum Reaktionszentrum stufenweise über mehrere Moleküle ans Phytochromsystem abgezweigt, wodurch am Ende für die reine Photosynthese nicht mehr viel übrig bleibt (wenn das stimmt, was in meinem Büchlein erklärt ist :wink: )
- dass die Cree nunmal eine höhere Lichtleistung als die K2 bei gleicher Stromstärke hat .... ???
- ansonsten stimmen die Werte, wenn man die Absorptionsgrade der Chlorophylle und Carotinoide mit berücksichtigt. Die Edison liegt genau auf dem a-Peak, komisch dass die dann so schlecht abschneidet.

Tazawa empfiehlt keine blauen? - ich weiß nicht, gabs 1999 noch keine LED für 430nm und 480nm ?

Gruß, Tobi
jn1480
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Mi, 10.03.10, 08:14

Ich habe versucht dieses interessante Thema im thread zu verstehen. Es gelang jedoch nur teilweise. Es war mir viel zu viel Theorie dabei. Ich bin eher der Praktiker. Kann mir jemand im Foto eine Lampe zeigen, die nach den letzten Erkenntnissen gebaut wurde und die erfolgreich im Einsatz ist?
Ich möchte Gemüsepflanzen und Blumen beleuchten.

Danke im voraus.
jn
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Mi, 10.03.10, 19:32

@ jn1480

Jupp, die Theorie hat´s in sich, keine Frage. Das ist etwas komplexer, als ne CFL aufzuhängen. Du kommst nicht drum herum, dich mit der Theorie im Vorfeld auseinander zu setzen. Eine Eigenschaft der LED-Technologie ist die Variationsvielfalt, auch im Pflanzenbereich. Eine Lampe, die z.B. für Aquarien geeignet ist, kann sich bei Gemüsepflanzen unter Umständen als Enttäuschung heraus stellen. Die Zusammenstellung und das Verhältnis der ausgewählten Wellenlängen sind entscheidend.
Nu ja, ich selbst bin auch noch in der Anfangsphase. Um zu schauen, ob sich LED überhaupt eignen, hatte ich probehalber eine Mini-grow-box mit kaltweissen Spots installiert, was meine Erwartungen mehr als erfüllt hat. Also geht´s jetzt weiter mit HP-LEDs.

Wie sich das ganze entwickelt, kann man bei www.led-growing.de verfolgen. Mit dem zugehörigem Forum haben ich/wir eine Plattform bereit gestellt, die sich ausschliesslich mit LED-Pflanzenbeleuchtung beschäftigt. Ich glaube, die Zeit ist auch reif dafür, eben weil das Thema so komplex und variabel ist.

Gruß, Tobi
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John.S
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Mi, 10.03.10, 20:35

NanoM hat geschrieben:Nabend JohnS.
John.S hat geschrieben:
relative photosynthetische Nutzbarkeit nach Tazawa:


1.) XR-E Royalblue 455nm: 50%
2.) XR-C Red 635nm: 96 %
3.) XP-G Kaltweiß: 66 %
4.) Edison 1LC4 red 660nm: 97 %
zu 1.) Das Spektrum zwischen 440 und 475 bedient die Carotinoide (Absorptionsgrad ca 60%), die ausserdem einen Peak bei 500 (ebenfalls ca 60%), Tazawa liegt also nicht daneben. Wird die Photosyntheserate für eine Royalblaue mit einer carotin-armen Pflanze bestimmt , dann .... :wink:
zu 2.) 96% erscheinen mir ein wenig hoch, 635 entspricht dem Chlorophyll-b -Peak, -> C.-b absorbiert gegenüber C.-a weniger E
3.) müsste stimmen, da ein Großteil der 455nm "verlagert" sind
4.) 1LC4 = falsch ... -> 1LS4

aber egal, Samstag mittags sollte man auch als Bioxperte ruhend auf dem Sofa verbringen, die Woche über isses schon hart genug, nich wahr ?! :mrgreen:

zu dem Phytowirkungsgrad:
- kann es sein, dass sich Tazawa explizit auf die Photosynthese bezieht? Das würde das schlechte Abschneiden der blauen erklären, denn der größte Teil des Blau wird auf dem Weg zum Reaktionszentrum stufenweise über mehrere Moleküle ans Phytochromsystem abgezweigt, wodurch am Ende für die reine Photosynthese nicht mehr viel übrig bleibt (wenn das stimmt, was in meinem Büchlein erklärt ist :wink: )
- dass die Cree nunmal eine höhere Lichtleistung als die K2 bei gleicher Stromstärke hat .... ???
- ansonsten stimmen die Werte, wenn man die Absorptionsgrade der Chlorophylle und Carotinoide mit berücksichtigt. Die Edison liegt genau auf dem a-Peak, komisch dass die dann so schlecht abschneidet.

Tazawa empfiehlt keine blauen? - ich weiß nicht, gabs 1999 noch keine LED für 430nm und 480nm ?

Gruß, Tobi
Abend,

der Vorteil der Tazawa Kurve ist ja, dass sie über 60 Pflanzenarten abdeckt, also auch den Caratinoidanteil. Darum braucht man sich also nicht zu kümmern. Ich habe eher den Verdacht, dass Tazawa den unterschiedlichen Energiegehalt der Photonen schon mit eingerechnet hat. Jedes Photosystem setzt sich ja aus den Antennenpigmenten (etwa 300 Chl a+b und Caritinoid Moleküle) und einem speziellen Chl a Molekül als Reaktionszentrum zusammen, welches beim Photosystem 1 bei 700nm maximal absorbiert und beim 2. bei 680nm. Das heißt wiederum, dass jedes absorbierte Quant, den Energiebetrag von 174 kJ/mol liefert, egal ob das Photon vorher Blau oder Rot war.
Das heisst also das Blau dadurch einen Teil ihrer Energie verlieren, rote aber kaum bis gar nicht, wenn sie das Absorbtionsmaximum des Photosystems treffen. Das heisst also, dass der Primärwirkungsgrad linear zur Wellenlänge steigt, bis man bei dem Maximalwert angekommen ist, der bei 680nm liegen müsste. Das könnte die starke Steigung der Kurve richtung rot, erklären. Das erklärt auch,. warum der Wirkungsgrad dort bei 680nm 100% erreicht, und dadrüber hinaus wieder absinkt, weil dann das Photosystem 2 nicht mehr arbeiten kann.

Vieleicht weiß Robert aka Loong was genaueres dazu.

Aufjedenfall, da ich die Tazawa Kurve verrechnet habe, lass uns erstmal auch bei der Tazawa Kurve bleiben und nicht andere Spektren heranziehen. Sonst wird das alles hier noch verwirrender, als es für Außenstehende ohnehin schon ist. :lol: :wink:

Ansonsten habe ich es so berechnet: Das Tazawa Spektrum in Excel integriert und auf 5nm breite Intervalle aufgeteilt. Bei den Ledspektren genau dasselbe. Dann habe ich die relative Led Intensität, mit dem Photosynthese Wirkungsgrad nach Tazawa in dem 5nm breiten Intervall mutlipliziert. Anschliessen habe ich alles aufsummiert und durch die Summe der relativen Intensitäten der Led, dividiert. Wenn du dir die jeweilige Durchschnittshöhe der Tazawa Kurve bei den jeweiligen Wellenlängen anguckst, sieht du schon per Augenmaß, dass diese ziemlich gut mit meinen Werten übereinstimmen.

Zu der K2: Es liegt nicht nur an der höheren LIchtleistung der XP-G, nein die Luxeon K2 hat mit 3V bei 350mA eine sehr hohe Flussspannung, für eine rote Led und damit auch eine hohe Verlustleistung, die einer XP-G bei 350mA entspricht. Während eine rote Cree eher bei 2,1-2,3V bei 350mA liegt. Es lohnt sich also nicht, rote Luxeon Leds für Photosynthesezwecke zu nutzen.


Beste Grüße,

John.S
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Do, 11.03.10, 03:13

Moin Eugene,
Jedes Photosystem setzt sich ja aus den Antennenpigmenten (etwa 300 Chl a+b und Caritinoid Moleküle) und einem speziellen Chl a Molekül als Reaktionszentrum zusammen, welches beim Photosystem 1 bei 700nm maximal absorbiert und beim 2. bei 680nm. Das heißt wiederum, dass jedes absorbierte Quant, den Energiebetrag von 174 kJ/mol liefert, egal ob das Photon vorher Blau oder Rot war
Jupp, das heißt es ! Und zwar aus dem Blickwinkel der Protolyse, also das was Du mit "Primärwirkungsgrad" meinst, wobei man sich jetzt darüber streiten kann, was als primär und sekundär zu betrachten sei. Vom strukturellen Aufbau des Energietransports aus gesehen, würde ich die Photosynthese als sekundär einordnen, da das Reaktionszentrum an letzter Stelle steht.
Ich habe eher den Verdacht, dass Tazawa den unterschiedlichen Energiegehalt der Photonen schon mit eingerechnet hat.
Wenn er das gemacht hat, bezieht sich seine Kurve wirklich nur auf die Photosynthese. Ansonsten gäbe es im blauen Spektrum einen horizontalen Strich und keine Kurve, weil man dann ja den E-Überschuss der blauen Photonen theoretisch einfach nur zu subtrahieren bräuchte. Praktisch muss man sich aber fragen: Was geschieht mit dem Überschuss? bzw ->
Das heisst also das Blau dadurch einen Teil ihrer Energie verlieren, rote aber kaum bis gar nicht,
Wenn du mich fragst, "verliert" sich dieser Teil im Phytochromsystem, was ich weiter oben schon gemeint hab.
Was mich auch dazu anschliessend interessiert ist, wie Tazawa die Wellenbewertung durchgeführt hat. Wie wir wissen, schmeckt es der Pflanze überhaupt nicht, wenn nur ein schmales Lichtspektrum einstrahlt.

zu dem:
Das Tazawa Spektrum in Excel integriert und auf 5nm breite Intervalle aufgeteilt. Bei den Ledspektren genau dasselbe. Dann habe ich die relative Led Intensität, mit dem Photosynthese Wirkungsgrad nach Tazawa in dem 5nm breiten Intervall mutlipliziert. Anschliessen habe ich alles aufsummiert und durch die Summe der relativen Intensitäten der Led, dividiert. Wenn du dir die jeweilige Durchschnittshöhe der Tazawa Kurve bei den jeweiligen Wellenlängen anguckst, sieht du schon per Augenmaß, dass diese ziemlich gut mit meinen Werten übereinstimmen.
Vielleicht liegt´s an der Uhrzeit dass ich was übersehe oder du hast dich verkehrt ausgedrückt, aber ich sach ma so: bei nem 0,1nm Intervall müsste sich dein Ergebnis mit dem Tazawanischem fast decken. ;)

Wie auch immer, es gibt viel zu tun in Sachen praktischer Anwendung.

Gruß, Tobi
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Do, 11.03.10, 13:24

Auf Seite 13 ist wohl das letzte Foto einer LED-Lampe zu sehen.
Das war aber 2007. Welche und wieviele LEDs werden heute empfohlen??
Loong

Do, 11.03.10, 13:59

Hallo,

Tazawas Kurve ist "sein" Wirkspektrum der Photosynthese, aufgetragen über der Energie des einstrahlenden Photons. Steht ja auch ganz explizit da: "Relative value for unit incident energy". Und das ist auch gut so. Würde sich die Kurve auf etwas anderes als die Energie beziehen. wäre eine Bewertung nicht durchführbar, weil auch diese Energien zugrunde legt.

LEDs zur Pflanzenbeleuchtung wurden übrigens von Tazawas Kollegen schon früher vorgeschlagen, bald nach dem ersten Erscheinen blauer LEDs anno 1996, z.B. Okamoto et al., Development of plant growth apparatus using blue and red LED as artificial light source. In dem Artikel gibt's auch Bildchen von Salatpflanzen unter ausschließlich blauem LED-Licht, ausschließlich rotem und gemischtem.

Viele Grüße
Robert
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Fr, 09.04.10, 00:43

Schaun mer mal was dahinter steckt ...
goldnase21
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Mi, 02.06.10, 14:47

Hallo LED Anhänger..

Also zu erst mal ein großes Lob von mir an eure ausgesproche fleissige Arbeit am Thema Led, ich lese schon seid einiger Zeit im diesem Forum mit und bin total begeistert..

Dann mal zu meiner Frage: ich habe mir vor einiger Zeit ein LED Panel gekauft mit 225 eingebauten leds (ja ich bereue es für dieses mist ding geld ausgegeben zu haben:) Da das LED Panel nicht über genügend Leistung verfügt ist meine Überlegung an den beiden Seiten jeweils 2x Cree XP-G R5 weiß und 1xCree XP-E Q2 warmweiß dran zu hängen.

Was meint ihr sollte es dann mit der Kräutern funktionieren??

Gruß Christo
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Do, 03.06.10, 04:25

Moin goldnase,

bitte lass mich raten: bei ebay? als Grow-Wuchs-Lampe bezeichnet ? und kein Datenblatt dabei ?

Das Teil mit den 6 Cree´s zu pimpen, bzw die Cree´s mit dem Ding da zu vergleichen, ist fast so als wenn man bei nem Viertel-Meile-Rennen mit nem Fahrrad gegen ne 125er KTM antritt. :mrgreen:
Soll heissen: Die Cree´s bringen so viel Licht, dass es den Pflanzen kaum auffallen wird, ob die 225er-Paneele an ist oder nicht. Na ja, das kommt auch widerum auf die Pflanzen an, aber Du ziehst ja Gemüse und Kräuter ... und diese haben einen sehr hohen Anteil an Chlorophyll_a, welches genau die Wellenlängen braucht, die deine Lampe nicht hergibt.
Sorry.

Gruß, NanoM

PS: ich überlege grad, ob man nicht mal etwas gegen die falsche Produkt-Deklaration bei eaby und Konsorten unternehmen sollte. Das ist in meinen Augen Irreführung, solche Dinger als Pflanzen-Wuchs-Lampe anzupreisen.
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John.S
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Fr, 18.06.10, 11:48

Loong hat geschrieben:Hallo,

Tazawas Kurve ist "sein" Wirkspektrum der Photosynthese, aufgetragen über der Energie des einstrahlenden Photons. Steht ja auch ganz explizit da: "Relative value for unit incident energy". Und das ist auch gut so. Würde sich die Kurve auf etwas anderes als die Energie beziehen. wäre eine Bewertung nicht durchführbar, weil auch diese Energien zugrunde legt.

LEDs zur Pflanzenbeleuchtung wurden übrigens von Tazawas Kollegen schon früher vorgeschlagen, bald nach dem ersten Erscheinen blauer LEDs anno 1996, z.B. Okamoto et al., Development of plant growth apparatus using blue and red LED as artificial light source. In dem Artikel gibt's auch Bildchen von Salatpflanzen unter ausschließlich blauem LED-Licht, ausschließlich rotem und gemischtem.

Viele Grüße
Robert
Auch wenn es länger her ist, schreibe ich noch was dazu:

Das stimmt, steht tatsächlich da und ich habe es in meiner Eile überlesen. Jedoch folgt daraus, dass die DIn Kurve sich unmöglich auf die Photosynthese beziehen kann oder schlichtweg falsch ist. Denn durch den Energieverlust der Blauen Photonen, kann in dem Wellenlängenbereich unmöglich ein WIrkungsgrad nahe 100% erreicht werden.
Prinzipiell wären blaue Leds tatsächlich besser als weiße, da weiße Leds blaue Leds + Leuchtschicht darstellen. Aus einem blauen Photon kann höchstens ein rotes Photon werden und da der Wirkungsgrad der Wandlung bei etwa 75% liegt, hat man letzendlich weniger Photonen als vorher. Jedoch haben ausnahmslos alle blauen Leds die man kaufen kann, einen WIrkungsgrad der auf der Höhe der besten weißen Leds oder gar deutlich drunter liegt. Da aber eine weiße Led mit selber Strahlugnsleistung wie eine Blaue, mehr Photonen abstrahlt, ist diese vorzuziehen.
Bis Cree und co. endlich mal mit den besten blauen Led Chiops rausrückt, die sie haben.
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NanoM
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So, 20.06.10, 03:47

Verdamt, ich wollt grad in die Koje.


Moin Eugene,

Der DIN-Strich-Dingsda sieht schon sehr merkwürdig aus, hat irgendwie was "rauchiges" an sich ... so wie wenn mittendrin "Kein Bock mehr auf Rechnen und überhaupt ist die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten eine Gerade". :mrgreen:

Arbsorptions- und Aktions-Graphen hin oder her, man muss erstmal bezüglich Photosynthese grundsätzlich unterscheiden zwischen Quanteneffizienz und Energieeffizienz. Ein Absorp.-Maximum von x% sagt nur aus, dass von 100 Quanten dieser Wellenlänge maximal x absorbiert werden können. Inwiefern dann der jeweilige E-Betrag der Quanten weiter verwertet wird, ist die andere Geschichte. Das bedeutet: explizit auf die Photosynthese bezogen ist z.B. jedes blaue Photon gleichwertig jedem rotem. (Ich glaub, bis hierher sind wir uns erfahrungsgemäß auch einig)
Die DIN-Kurve beschreibt m.E. nur die Absorption. Es ist dabei aber die Frage offen, wie man das gemacht hat. Wenn Du z.B. den Reflexions- und Transmissionsgrad über das gesamte Spektrum misst, kommt in etwa die DIN-Kurve raus. Das ist dann aber leider etwas blöd, da z.B. Teilenergien einiger absorbierten Quanten in der Lumineszenz landen, was dadurch bei ner Reflexionsmessung völlig falsche Ergebnisse bringt, wenn man diese energetisch geteilte Remission als ungeteilte Reflexion annimmt.
Hinzu kommt, dass Blau fast vollständig absorbiert wird, zum großen Teil auch von den Carotinoiden <- Schutzfunktion, damit das Chlorophyll keinen Sonnenbrand bekommt.

Unter´m Strich ist die DIN-Kurve gerade :lol:
Loong

So, 20.06.10, 10:24

John.S hat geschrieben:Jedoch haben ausnahmslos alle blauen Leds die man kaufen kann, einen WIrkungsgrad der auf der Höhe der besten weißen Leds oder gar deutlich drunter liegt.
Das ist nicht richtig. Selbst die AFAIK beste weiße LED, die man derzeit kaufen kann, nämlich eine Cree XP-G, bleibt immer noch unter der Strahlungsleistung einer XP-E Royal Blue. Die Begründung, warum das so ist, hast Du Dir selber geliefert: Weil die Konversion vom blauen LED- zum gelben Sekundärlicht in der Leuchtschicht eben nicht verlustfrei abläuft.
Da aber eine weiße Led mit selber Strahlugnsleistung wie eine Blaue, mehr Photonen abstrahlt, ist diese vorzuziehen.
Genau das tut eine weiße LED eben nicht, Begründung siehe oben, und genau deshalb erzeugt eine Mischung aus blauen und roten LEDs deutlich mehr photosynthetisch wirksame Strahlung als selbst die beste weiße LED. Und zwar unabhängig davon, ob man DIN oder TAZAWA zur Bewertung heranzieht. Bitte rechne es Dir halt selber mal durch.

Viele Grüße
Robert
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John.S
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So, 20.06.10, 15:07

Loong hat geschrieben:
John.S hat geschrieben:Jedoch haben ausnahmslos alle blauen Leds die man kaufen kann, einen WIrkungsgrad der auf der Höhe der besten weißen Leds oder gar deutlich drunter liegt.
Das ist nicht richtig. Selbst die AFAIK beste weiße LED, die man derzeit kaufen kann, nämlich eine Cree XP-G, bleibt immer noch unter der Strahlungsleistung einer XP-E Royal Blue. Die Begründung, warum das so ist, hast Du Dir selber geliefert: Weil die Konversion vom blauen LED- zum gelben Sekundärlicht in der Leuchtschicht eben nicht verlustfrei abläuft.
Ich habe geschrieben, die käuflichen Modelle liegen deutlich zurück. Oder wo siehst du derart blaue Leds zu kaufen? Der beste käufliche Royalblue Bin den ich finden konnte, ist der Group 14, also mit einer mittlerer Strahlungsleistung von 387,5mW bei 350mA. Eine XP-G R5 emittiert aber im Mittel 142,5Lumen bei 350mA, was ~450mW entspricht. Demnach strahlt die XP-G bei selber Leistung deutlich mehr Photonen ab.
Selbst der Beste Bin (15) der XP-E im Binning Datenblatt wäre mit 462mW kaum besser als eine XP-G wenn es nach der Strahlungsleistung geht. Vom Photonenstrom aber immer noch schlechter. Erst ab Group 16 wäre es anders.
Loong hat geschrieben:[]Genau das tut eine weiße LED eben nicht, Begründung siehe oben, und genau deshalb erzeugt eine Mischung aus blauen und roten LEDs deutlich mehr photosynthetisch wirksame Strahlung als selbst die beste weiße LED. Und zwar unabhängig davon, ob man DIN oder TAZAWA zur Bewertung heranzieht. Bitte rechne es Dir halt selber mal durch.

Viele Grüße
Robert

Das habe ich oben getan, es sei den zu kannst mir blaue Leds mit dem selben oder besseren Wirkungsgrad zeigen, die man auch kaufen kann. :wink:


@Nano
Da sind wir einer Meinung.


Gruß,
John
Zuletzt geändert von John.S am So, 20.06.10, 21:39, insgesamt 2-mal geändert.
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So, 20.06.10, 16:32

Hi Eugene,

sorry, aber wenn ich kurz einwerfen darf:
XREC_RB_bin.jpg
Zugegeben, ich weiß nun nicht, ob Group 16 käuflich zu erwerben ist ?!? Aber mal davon ab, angenommen der 16er Chip wäre Grundlage für die XP-G, hätte die XP-G dann auch nen höheren Phyto-Wirkungsgrad als die XR-E-RoyalB ? :wink:


Gruß, Tobi
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