DLI (Daily Light Integral) – Automatisierte Lichtsteuerung

Kurzdefinition

Das Daily Light Integral (DLI) misst die kumulative Gesamtmenge photosynthesetisch aktiver Strahlung (PAR, 400-700 nm), die eine Pflanze in 24 Stunden empfaengt, ausgedrueckt in mol Photonen/m²/Tag. DLI-basierte Automatisierung passt Supplementarbeleuchtung dynamisch an natuerliche Lichtvariationen an: Bei Sonnenschein wird gedimmt; bei Bewoelkung wird aufgehellt. Ergebnis: 15-25% Energieeinsparung gegenueber statischen Zeitschaltuhren bei gleichzeitig stabilerem Ertrag.

Wissenschaftliche Beschreibung

Grundformel und Einheiten

DLI [mol/m²/Tag] = PPFD [µmol/m²/s] * Photoperiode [h] * 3,6 * 10⁻³

• PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density): Momentane Photonenstromdichte in µmol/m²/s
• mol/m²/Tag: Kumulierte Photonendosis; 1 mol = 6,022 * 10²³ Photonen

Rechenbeispiele: - 800 µmol/m²/s * 18h * 3,610⁻³ = 51,8 mol/m²/Tag (Vegetativ, LED-Vollbetrieb) - 800 µmol/m²/s * 12h * 3,610⁻³ = 34,6 mol/m²/Tag (Bluete, 12/12 Photoperiode) - 500 µmol/m²/s * 12h * 3,610⁻³ = 21,6 mol/m²/Tag* (Gruenlicht-Bereich Fruehblute)

DLI-Zielwerte fuer Cannabis

Achtung: Andere Quellen nennen fuer kommerzielle Indoor-Vollproduktion (Blute) 35-50 mol/m²/Tag bei PPFD 1.000-1.500 µmol/m²/s – abhaengig von CO₂-Niveau und Kultivar.

DLI-Regelkreis: Feedback-basierte Lichtsteuerung

1. PAR-Sensor (Quantumsensor, µmol/m²/s) misst PPFD kontinuierlich (Abtastrate 1-60 Sekunden)
2. DLI-Akkumulation: Klimacomputer summiert gemessenes PPFD × Zeitschritt ueber den Tag
3. Vergleich: Aktuelle DLI-Summe vs. Tages-DLI-Ziel
4. Stellgroesse: Dimmgrad der Supplementbeleuchtung (0-100%, 0-10V oder DALI-Signal)
5. Natuerliches Licht ausreichend → Supplementarbeleuchtung dimmen oder abschalten
6. Bewoelkung → Supplementarbeleuchtung erhoehen um DLI-Defizit zu kompensieren
7. Photoperioden-Grenze: LED schaltet aus bei Erreichen Tages-DLI-Ziel oder bei Ende der definierten Lichtphase (frueheres Ereignis)

Dimming-Strategie: LED-Leistungsmodulation

LED-Leuchten erlauben stufenlose Leistungsregulierung: - DALI (Digital Addressable Lighting Interface): Digitales Protokoll, jede Leuchte einzeln adressierbar, 0-100% in 256 Stufen - 0-10V Analog: Einfaches Proportionalsignal, breite Kompatibilitaet - PWM (Pulse Width Modulation): Digitales Dimming durch Taktverhaeltnis

Greenhouse-Hybridanbau (Tageslicht + Supplement): Dimming abhaengig von Solar-PPFD-Anteil. Bei 600 µmol/m²/s Tageslicht und DLI-Ziel 30 mol/m²/Tag → Supplementbedarf reduziert; bei bewoelktem Tag mit 200 µmol/m²/s → Supplement auf Maximum.

Photoperioden-Praezision: Kritikalitaet fuer Cannabis

Cannabis (Kurztagpflanze, autoflowering ausgenommen) bluht bei Fotoperiode ≤12 Stunden Dauerlicht: - Toleranz: ±5 Minuten fuer Dunkelperioden-Einhaltung - Lichtlecks oder vorzeitiges Einschalten koennen Revisionsblute ausloesen - Klimacomputer mit Echtzeituhr (RTC) und redundanter Zeitsteuerung bevorzugt - Alarme bei Schaltabweichung einrichten

DLI-Automationssysteme muessen Photoperiodenpraezision und DLI-Optimierung simultan sicherstellen – auch wenn DLI-Ziel noch nicht erreicht: Licht schaltet punktgenau ab.

Sunrise/Sunset-Simulation (Circadianer Rhythmus)

Graduelle Lichtrampen am Morgen und Abend: - Sonnenaufgang-Simulation: PPFD steigt in 30-60 Minuten von 0 auf Ziel-PPFD - Sonnenuntergang-Simulation: PPFD sinkt in 30-60 Minuten auf 0 - Biologische Wirkung: Synchronisiert phytochrombasierten circadianen Rhythmus; reduziert Stress durch abrupte Lichtaenderungen - Energieeffekt: Leichte DLI-Reduktion durch Rampen (kalkulierbar und kompensierbar)

Wetterprognose-Integration

Fortgeschrittene Systeme (Priva Connext, MPC-basiert) integrieren Wetterprognosedaten: - Sonnige Prognose am Morgen → Supplementarbeleuchtung spaeter einschalten; Energie sparen - Bewoelkungsfront prognostiziert → Supplementarbeleuchtung fruehzeitig auf Maximum - Integration mit meteorologischer API (solarstrahlung, Bewoelkungsgrad)

Energiesparpotenzial

Vergleich DLI-basiert vs. statische Zeitschaltuhr: - Statische Schaltuhr: LED laeuft unabhaengig von Tageslicht → Ueberlichtung an sonnigen Tagen - DLI-basiert: 15-25% Lichtstromenergieeinsparung dokumentiert (Fluence LED Case Studies) - HVAC-Synergieeffekt: LED produziert weniger Abwaerme als HPS → weniger Kuehlbedarf (ca. 40% weniger Strahlungswaerme) - Kombinierter Energiespareffekt Klima+Licht: 20-35% Gesamtenergiereduktion

Dedizierte Lichtsteuerung vs. Klimacomputer-Integration

Anbau-Relevanz

• PAR-Sensor Pflicht: DLI-Steuerung ohne kalibriertes PAR-Quantumsensor-Feedback ist Blindflug; Sensor-Kalibrierung alle 6-12 Monate empfohlen
• Photoperioden-Alarm einrichten: ±5 min Toleranz; redundante RTC im Controller
• DLI-Ziel nach Phase: Stecklinge bei 5-10 mol/m²/Tag belassen; zu viel PPFD in Klonphase hemmt Bewurzelung
• Greenhouse-Hybridbetrieb: Groeßtes Energiesparpotenzial (Tageslicht + Supplement); Indoor-Vollkontrolle profitiert weniger, da kein natuerliches Licht vorhanden
• Rampen-DLI kalkulieren: Sunrise/Sunset-Rampen reduzieren effektives DLI leicht – in der Zielsetzung einrechnen
• Energieabrechnung: LED-Dimmung auf Basis realer Stromentnahme (Wh/m²) protokollieren fuer Energiebericht und Compliance

Verwandte Begriffe

• klimacomputer — Steuerungsplattform fuer DLI-Automation
• setpoint-management-crop-steering — DLI als Licht-Sollwert im Gesamt-Crop-Steering
• pid-regler-klima — Analoge Regelkreislogik fuer Licht-Dimming-Regelung
• mpc-praediktive-klimaregelung — DLI als Variable im MPC-Optimierungshorizont

Quellen

• Introducing the Concept of DLI to the World. Fluence LED. https://fluence-led.com/commercial-cannabis/science/introducing-the-concept-of-dli-to-the-world/
• Calculating and Using Daily Light Integral (DLI). Virginia Cooperative Extension. https://pubs.ext.vt.edu/SPES/spes-720/spes-720.html
• Daily Light Integral: A Research Review and High Resolution Maps. HortScience 2018. http://journals.ashs.org/view/journals/hortsci/53/9/article-p1250.xml
• Energy-efficient greenhouse with smart energy management. Priva. https://www.priva.com/horticulture/energy-efficient-greenhouse

Quellen

• https://doi.org/10.1021/acs
• Wang CT et al. (2022): Air quality in cannabis cultivation facilities. Environ. Sci. Technol. doi:10.1021/acs.est.1c06372