Lampeneffizienz (µmol/J) — LED vs. HPS vs. CMH
Kurzdefinition
PPE (Photosynthetic Photon Efficacy) gibt die pro Joule elektrischer Energie emittierten PAR-Photonen an (µmol m⁻¹ J⁻¹); moderne Horticulture-LEDs erreichen 3,0–4,8 µmol/J, gegenüber 1,0–1,7 µmol/J (HPS) und 1,5–1,9 µmol/J (CMH), was bei gleicher PPFD eine 2–3-fache Energieeinsparung mit LED ergibt — verbunden mit deutlich geringerer Wärmeabgabe und längerem Lebenszyklus.
Wissenschaftliche Beschreibung
PPE-Vergleich nach Lampentyp:
| Lampentyp | PPE (µmol/J) | Typische Wattage | Wärme | Lebensdauer | Spektrum |
|---|---|---|---|---|---|
| LED (modern, bar-style) | 3,0–4,8 | 100–800 W | Niedrig | 50.000+ h | Breit/schmalband, programmierbar |
| LED (ältere Modelle) | 1,8–2,5 | 100–600 W | Mittel | 30.000–50.000 h | Purpur/Rosa |
| HPS Double-Ended (DE) | 1,7–2,1 | 600–1000 W | Sehr hoch | 8.000–15.000 h | Gelb-orange-dominant |
| HPS Single-Ended (SE) | 1,0–1,7 | 250–1000 W | Sehr hoch | 10.000–24.000 h | Gelb-orange-dominant |
| CMH/LEC (315 W) | 1,5–1,9 | 315–630 W | Hoch | 8.000–15.000 h | Vollspektrum, UV-A-Anteil |
Quellen: Runkle & Bugbee (2017), LEDStar/Lumatek (2024).
Mechanismus des LED-Effizienzvorteils: HPS (High-Pressure Sodium) erzeugt Licht durch thermische Emission: Eine Natriumdampfentladung emittiert ~60 % der Energie als IR-Wärme und Licht außerhalb des PAR-Bereichs; nur ~20–30 % entfallen auf PAR. LEDs erzeugen Licht durch Elektrolumineszenz (Bandlücken-Übergänge in p-n-Halbleiterjunktionen): Samsung LM301H-Chips erreichen >70 % Wandlungseffizienz von Elektrizität → Photonen; durch gezielte Wellenlängenauswahl (450 nm, 660 nm) entfällt kaum Energie auf nicht-PAR-Bereiche.
PPE-Messung und DLC-Zertifizierung: DLC (DesignLights Consortium) zertifiziert LED-Fixtures mit PPE-Angaben nach standardisierten Prüfbedingungen (IES LM-79). Certified LED-Fixtures für Horticulture müssen PPE ≥ 2,2 µmol/J erreichen (Stand 2025). Top-Performer: Gavita Pro 1700e LED (2,6 µmol/J), Fluence Spydr 2p (2,6 µmol/J), Oslon Compact LED-Bars (> 3,0 µmol/J bei optimaler Treiberstromstärke).
CMH (Ceramic Metal Halide) / LEC: CMH-Lampen emittieren ein vollständiges Spektrum (350–800 nm) mit nennenswertem UV-A-Anteil (315–400 nm), was sie theoretisch attraktiv für Cannabinoid-Qualität macht. PPE liegt jedoch nur bei 1,5–1,9 µmol/J — nicht besser als DE-HPS. Hauptvorteil: besseres Spektrum + UV-A; Hauptnachteil: geringere Effizienz als LED, teurer Leuchtmittelersatz.
YPF und PPE-Korrekturfaktor für Far-Red: LEDs mit Far-Red-Anteil (730 nm) zeigen bei reiner PAR-Messung (400–700 nm) unterbewertete PPE: Far-Red-Photonen werden bei PPE nicht gezählt, tragen aber über den Emerson-Enhancement-Effekt zur Netto-Photosynthese bei. YPF-gewichtete Effizienzangaben berücksichtigen Far-Red anteilig. Für Praxis-Vergleiche: PPE (400–700 nm) als Standardmaßstab; Bei Far-Red-haltigen Spektren YPF oder ePPFD-Werte (400–750 nm) anfragen.
Kostenkalkulation (Beispiel, 1000 W HPS vs. LED): - HPS DE 1000 W (1,9 µmol/J): PPF = 1900 µmol/s; nach 50.000 h: 50.000 kWh × 0,30 €/kWh = 15.000 € Energiekosten + 4 Leuchtmittelwechsel × 80 € = 15.320 € gesamt - LED 600 W (3,5 µmol/J): PPF = 2100 µmol/s (mehr Photonen!); 50.000 h: 30.000 kWh × 0,30 €/kWh = 9.000 € + 0 Leuchtmittelwechsel = 9.000 € gesamt; Ersparnis ~6.000 €/Fixture + 10 % mehr PPFD
Biologische Auswirkungen
- Wärmeabgabe: HPS strahlt ~40–50 % der Leistung als IR-Wärme ab; bei 1000 W = 400–500 W Wärmelast ins Grow-Umfeld → Kühlung erforderlich; LED: < 20 % IR-Anteil, Rest Wärme im Kühlkörper → einfacheres Wärmemanagement
- Spektrum: HPS-dominantes Gelb-Orange-Spektrum suboptimal für Phytochrom- und Cryptochrom-vermittelte Morphogenese; CMH und LED bieten ausgeglichenere Spektren; LED programmierbar für phasenspezifische Optimierung
- PPFD-Gleichmäßigkeit: LED Bar-Systeme (horizontale Leuchten) bieten bessere PPFD-Verteilung über dem Kronendach als Punktquellen (HPS/CMH)
Anbau-Relevanz
- ROI-Entscheidung: Bei Neuinstallation ist LED (> 2,8 µmol/J) fast immer die ökonomisch bessere Wahl (Amortisation je nach Energiepreis in 1,5–4 Jahren)
- Retrofit HPS→LED: Umstieg lohnt sich, wenn Strompreis > 0,25 €/kWh; Altbestände können häufig gleichen Befestigungspunkten genutzt werden
- Dimmbeweglichkeit: LED-Fixtures sind in der Regel auf 0–100 % dimmbar (Treiber-PWM) → präzise PPFD-Steuerung ohne Lampentausch; ideal für phasenspezifische PPFD-Protokolle
- Mythos: "HPS-Licht ist besser für Terpene" — keine wissenschaftliche Evidenz; Terpene werden von JA/MYC2-Signalwegen und VPD reguliert, nicht von HPS vs. LED
Verwandte Begriffe
- par-ppfd-dli — PPFD-Einheitensystem
- ppfd-zielwerte-wachstumsphasen — Phasenspezifische PPFD-Sollwerte
- led-spektrum-optimierung — Spektraloptimierung mit LED
Quellen
- Runkle E & Bugbee B (2017) Plant Lighting Efficacy. GPN Magazine / Michigan State Univ.
- Eaves J et al. (2020) PLOS ONE 15:e0231662. DOI: 10.1371/journal.pone.0231662
- Lumatek/LEDStar (2024) Understanding Horticultural Lighting: LED vs HPS & CMH. lumatek-lighting.com
- DLC (DesignLights Consortium) Horticultural Lighting Standard v4.0 (2024). designlights.org