Led-licht

 

LED (Light-Emitting Diodes)

LED’s produceren licht volgens een ander natuurkundig principe als de gangbare lichtbronnen. Gloeilampen geven licht af door middel van een gloeiende draad. TL-lampen en natriumlampen geven licht af door middel van gasontladingen, er wordt een elektrische stroom door een gasmengsel gestuurd en dit gas gaat gloeien. Bij LED’s is het lichtgevende element een halfgeleiderchip.

 

Een LED geeft licht als er stroom door een kristal wordt geleid waaraan een nauwkeurig bepaalde hoeveelheid halfgeleidermateriaal is toegevoegd. Wanneer een elektrische stroom door de een LED loopt, vloeien elektronen en ‘gaten’ (de afwezigheid van een elektron) in tegengestelde richting. Als ze elkaar tegenkomen, kunnen ze recombineren, d.w.z. dat het elektron de plek van het gat inneemt. De energie die daardoor vrijkomt, wordt als lichtflits van bepaalde golflengte (dus kleur) weergegeven. (Bron: Ruiter JAF de, 2004, Verkenning van het perspectief van LED’s voor gewasbelichting in de glastuinbouw)

 

Kleuren

De kleur van het opgewekte licht is afhankelijk van de materialen waaruit de LED is opgebouwd. Om de rode kleur te krijgen, wordt bijvoorbeeld GaAs (Gallium-Arsenide) gebruikt en voor de blauwe kleur GaN (Gallium-Nitride). Door middel van een speciale coating op de binnenzijde van het transparante ‘huis’ van een (blauwe of UV-)LED kan wit licht worden verkregen. (Bron:www.wikipedia.nl)

 

Assimilatiebelichting

Assimilatiebelichting neemt in de Nederlandse glastuinbouw een steeds belangrijkere plaats in. Assimilatiebelichting is een grootverbruiker van energie en stoot veel licht uit. Om het energieverbruik, de energiekosten en de lichtuitstoot te verminderen, is het nodig de assimilatieverlichting te verbeteren. De meeste belichtingsinstallaties zijn tegenwoordig van hogedruknatriumlampen, die geeloranje licht uitstralen. In de toekomst worden van hogedruknatriumlampen nog slechts marginale verbeteringen verwacht. Daarom dient gezocht te worden naar een nieuwe lichttechnologie met doorbraakpotentieel. LED-licht (Light-Emitting Diodes) lijkt dit potentieel te hebben. Recentelijk zijn op het gebied van LED-techniek grote vooruitgangen geboekt in lichtopbrengst en efficiëntie. De lichtbronnen die vroeger eigenlijk alleen als signaallampjes werden gebruikt, beginnen nu de conventionele lichtbronnen te verdringen. (Bron: Ruiter JAF. de, Dueck TA., Steenhuizen J., 2006, Gewasbelichting met hoogfrequent pulserende LED’s)

 

Bij assimilatiebelichting gaat het voornamelijk om het aantal lichtdeeltjes (fotonen) dat per tijds- en oppervlakte-eenheid op het gewas valt. De golflengte van het licht dient in het voor de fotosynthese actieve golflengtegebied van 400-700 nanometer (PAR- gebied) te liggen. De kleur van het licht blijkt voor de assimilatie van ondergeschikt belang te zijn. De rode fotonen kunnen in principe met minder energie geproduceerd worden dan andere kleuren en zijn dus uit energetisch oogpunt het meest aantrekkelijk. (Bron: Ruiter JAF. de, Dueck TA., Steenhuizen J., 2006, Gewasbelichting met hoogfrequent pulserende LED’s)

 

Voordelen van LED

Een aantal voordelen ten opzichte van de bestaande assimilatiebelichting voor dit moment en voor de toekomst:

 

  • hoog omzettingsrendement;
  • zeer lange levensduur (50.000 - 100.000 uur, afhankelijk van uitvoering en belasting);
  • lichtkleur kan optimaal worden afgestemd op de behoefte van de plant;
  • LED’s zenden koud licht uit (er zit geen warmtestraling in het licht);
  • warmteproductie kan relatief gemakkelijk worden opgevangen;
  • schokbestendig;
  • door lagere temperatuur van het lichtgevende element is de kans op brandgevaar laag;
  • zeer veel mogelijkheden voor vormgeving armaturen;
  • het lichtniveau van LED’s is eenvoudig regelbaar met behoud van het hoge omzettingsrendement;
  • LED’s zijn klein waardoor er goede mogelijkheden zijn deze componenten op slimme wijze in armaturen en mogelijk in kasconstructies te verwerken.

 

Pulserend LED-licht

Licht wordt door planten geabsorbeerd door middel van chlorofyl (bladgroen). De energie uit licht wordt in het fotosyntheseproces gebruikt in de vorm van fotonen. De fotonen komen terecht in het reactiecentra van het chlorofyl en worden na enige tijd weer doorgegeven aan de chemische verbindingen van het fotosynthese proces (ATP en NADPH).

 

De reactiecentra in het chlorofyl kunnen pas weer een nieuw foton opnemen zodra de vorige is doorgegeven. In deze fase is er een bepaalde periode dat geen nieuwe fotonen kunnen worden opgenomen. In deze periode hoeven in principe ook geen fotonen te worden aangeboden (de lamp kan dus even uit). Door de belichting achter elkaar snel aan en uit te schakelen, wordt een pulserende belichting verkregen die dezelfde mate van fotosynthese (en drogestofproductie) geeft als continue belichting, maar met een lager energieverbruik. Uit onderzoek kwam naar voren dat de fotosynthese zowel per Watt elektriciteitsverbruik als per eenheid PAR-licht het meest efficiënt verloopt bij korte pulsen (bij ‘duty-cycles’ van 20 tot 40%). Hierbij wordt circa 50 tot 80% energie bespaard ten opzichte van continue belichting. Dit onderzoek is uitgevoerd in een klimaatcel. Een vervolgonderzoek met pulserende LED’s als aanvullende belichting in een uiteindelijke toepassing moet nog plaatsvinden. (Bron: Ruiter JAF. de, Dueck TA., Steenhuizen J., 2006, Gewasbelichting met hoogfrequent pulserende LED’s)

 

LED’s tot nu toe

Diverse leveranciers leveren armaturen. De bekendste leveranciers van LED’s in de glastuinbouw zijn momenteel (2008) Lemnis, Flowmagic en Lioris. De armaturen zien er per leverancier verschillend uit: LED’s achter elkaar in strips of langwerpige blokken, of gebundelde LED’s in blokvormige armaturen zodat ze net als hogedruknatriumlampen in verband opgehangen kunnen worden.

 

De aanschaf van LED-verlichting voor de kasteelten is op dit moment (2008) ongeveer 2,5 keer zo duur als de nu gebruikte belichting met hogedruknatriumlampen. Door verschillende denkwijzen over het aspect hoe planten het lichtspectrum benutten, zijn leveranciers terughoudend met het geven van lichtopbrengsten. De theorie van enkele leveranciers van LED-lampen is echter dat de planten voor hun fotosynthese alleen gebruikmaken van die delen van het specifieke rode en blauwe kleurenspectrum, die door hen toegepaste LED’s afgeven. Veel plantfysiologen menen dat het tussenliggende deel van het spectrum evengoed een bijdrage levert. Andere pigmenten in het blad vangen deze fotonen volgens hen op en dragen ze dan over aan het fotosyntheseproces.

 

Onderzoeken

De echte doorbraak van LED’s in de glastuinbouw moet nog komen. Iedereen die met LED’s bezig is, is ervan overtuigd dat er meer kennis opgedaan moet worden. De kennis wordt gezocht door middel van onderzoeken met LED’s in onder andere tomaat, paprika, komkommer, roos, chrysant, Gerbera en een aantal potplanten. In deze onderzoeken wordt onder andere gezocht naar de bruikbaarheid van LED’s, de gewenste kleuren van de gewassen en de intensiteit van de LED’s. De proeven met LED’s in het seizoen 2007/2008 worden door de gehele glastuinbouw gevolgd. Naar de uitkomsten wordt uitgekeken.