LED vs. HPS Effizienz
Kurzdefinition
Die Photosynthetische Photoneneffizienz (PPE, Einheit: µmol/J) ist der Industriestandard zum Vergleich von Pflanzenlichtern. Moderne LEDs erreichen 2,0–3,23 µmol/J, klassische 1.000-W-HPS-Brenner nur 1,7 µmol/J — ein Faktor von bis zu 1,9×. Die Differenz wird durch stark reduzierte Wärmeentwicklung bei LEDs weiter verstärkt, was den HVAC-Aufwand senkt.
Wissenschaftliche Beschreibung
PPE-Vergleich: Messwerte nach Fixture-Typ
| Leuchtentyp | PPE (µmol/J) | Wattage | Wärmeanteil | Quelle |
|---|---|---|---|---|
| 400W SE HPS (magnet. Ballast) | ~0,9 | 400 W | ~2/3 als Wärme | [GPNMag] |
| 1.000W DE HPS (elektr. Ballast) | ~1,7 | 1.000 W | ~2/3 als Wärme | [GPNMag] |
| Standard LED (2024) | 2,0+ | 400–800 W | ~1/3 als Wärme | [FOHSE] |
| FOHSE A3i Pro | 2,91 | ~1.500 W | ~1/3 als Wärme | [FOHSE] |
| FOHSE Cobra | 3,23 | ~1.000 W | ~1/3 als Wärme | [FOHSE] |
| Theoretisches LED-Maximum | 4,6–5,1 | — | — | [GPNMag] |
| Praxisziel LED (~2030) | ~3,5 | — | — | [GPNMag] |
Der 1.000-W-DE-HPS mit elektronischem Vorschaltgerät stellt die effizienteste HPS-Konfiguration im Cannabisanbau dar und bildet die Baseline für Effizienzvergleiche.
Wärme-Mechanismus: Doppelter Einsparvorteil von LED
HPS-Leuchten konvertieren ca. zwei Drittel ihrer Eingangsenergie in Wärme (Infrarotstrahlung, Konvektion), nur ca. ein Drittel wird als nutzbare PAR-Strahlung abgegeben. Bei LEDs ist das Verhältnis umgekehrt: ca. ein Drittel Wärme, zwei Drittel nutzbare Strahlung.
Konsequenz: Ein LED-Upgrade spart nicht nur direkte Beleuchtungsenergie, sondern reduziert gleichzeitig die HVAC-Kühlast erheblich. Dieser Multiplikatoreffekt macht LED zur Maßnahme mit dem höchsten Return on Investment im Indoor-Betrieb:
- Direkte Beleuchtungseinsparung: 50 %+ gegenüber veralteten HPS-Systemen
- Indirekte HVAC-Einsparung durch reduzierten Wärmeeintrag: 20–30 % der HVAC-Energie
- Gesamte Stromeinsparung Betrieb: typisch 30–50 % bei Full-Retrofit
Spektralqualität und Cannabinoidsynthese
LEDs erlauben eine präzise spektrale Steuerung. Erhöhter UV-B-Anteil (280–315 nm) und gezielter Rotanteil (620–700 nm) können die THC- und CBD-Synthese stimulieren. HPS-Lampen erzeugen ein festes Spektrum mit hohem Gelbanteil (589 nm), das für die Photosynthese suboptimal ist. Aktuelle Studien zeigen, dass LED-optimierte Spektren den Cannabinoidgehalt um 5–15 % steigern können — ohne zusätzlichen Stromeinsatz.
Hitzebelastung der Pflanzen (Heat Stress)
Unter einer 1.000-W-HPS-Leuchte sind Oberflächentemperaturen am Blattwerk von 28–35 °C keine Seltenheit; die Strahlungswärme erfordert Mindestabstände von 40–60 cm. LED-Panels erzeugen deutlich weniger Strahlungswärme — die Canopy-Temperatur liegt bei LED ca. 5–10 °C niedriger unter der Leuchte. Das reduziert Hitzestress und erlaubt engere Montageabstände (Interlighting-Systeme).
Wirtschaftlichkeit: Payback-Periode
Für Betriebe mit: - Betriebsstunden: ≥ 2.000 h/Jahr - Strompreis: ≥ 0,12 USD/kWh
ergibt sich eine Amortisationszeit von 2–3 Jahren für LED-Upgrades. Utility-Förderprogramme (z. B. Colorado CROP, SaveOnEnergy Ontario) verkürzen diesen Zeitraum weiter. Bis 2024 wurden in Neubauten über 70 % der Installationen mit LED realisiert (Marktentwicklung US/Kanada).
Anbau-Relevanz
Ein typischer Wechsel von 1.000-W-HPS auf eine gleichwertige LED-Lösung (~600 W bei vergleichbarer PPFD): - Direkteinsparung Licht: ~400 W pro Leuchte (40 %) - Reduzierte Abwärme: von ~660 W auf ~200 W je Leuchte - Entlastung Kühlaggregat: rechnerisch ca. 460 W weniger Wärmelast pro Leuchte - Bei 52 Leuchten Gesamteinsparung HVAC: ~24 kW Kühlleistung
Marktführer PPE (Stand 2024): Samsung, Fluence, Gavita, FOHSE, Heliospectra. Der Wettbewerb um µmol/J treibt die Entwicklung; 3,5 µmol/J gelten als erreichbares Nahziel.
Verwandte Begriffe
- hvac-energieanteil-indoor — HVAC-Last wird durch Wärmeabgabe der Leuchten direkt bestimmt
- kwh-pro-kg — Beleuchtungseffizienz ist Haupttreiber der kWh/kg-Kennzahl
- gramm-pro-kwh-effizienz — Mehr µmol/J = mehr g/kWh
- energieoptimierung-indoor — LED-Upgrade ist Maßnahme Nr. 1 im Optimierungspaket
Quellen
- FOHSE (2024). LED vs. HPS: An In-Depth Comparison for Growers. https://fohse.com/led-vs-hps-grow-lights-which-is-better-for-cannabis-cultivation/
- GPN Magazine (o.J.). Plant Lighting Efficiency and Efficacy: µmols per joule. https://gpnmag.com/article/plant-lighting-efficiency-and-efficacy-%CE%BCmol%C2%B7j-%C2%B9/
- SaveOnEnergy/CEATI (o.J.). Energy Management Best Practices for Cannabis Cultivation Facilities. https://saveonenergy.ca/-/media/Files/SaveOnEnergy/Industry/IESO-Cannabis-Report.pdf
- Mills, E. (2012). The Carbon Footprint of Indoor Cannabis Production. Energy Policy, Vol. 46. DOI: 10.1016/j.enpol.2012.03.023. LBNL.
- MIGRO Light (o.J.). Why upgrade from HPS to LED grow lights? https://migrolight.com/blogs/grow-light-news/why-upgrade-from-hps-to-led