LED-Leuchten nachmessen: Wie sich die Lichtleistung verändern kann und wie man PPFD misst

Wie LED-Leuchten altern

LED-Leuchten können ihre Lichtabgabe beziehungsweise ihren Photonenfluss über die Betriebszeit verändern; ein plötzlicher Ausfall ist davon zu unterscheiden. L70 bezeichnet die Betriebszeit, nach der der Lichtstrom nach der jeweiligen Bewertungsmethode noch 70 Prozent des Ausgangswerts beträgt. Die zitierte Übersichtsarbeit nennt 50.000 Stunden als typischen L70-Wert für LED-Leuchten.[1] Das ist ein typischer Literaturwert, keine Zusage für jede Leuchte.

Solche Angaben beruhen nach der Übersichtsarbeit auf Dauertests der LEDs und werden hochgerechnet. Die Hochrechnung darf danach höchstens das Sechsfache der Testdauer betragen: Für eine Angabe von 60.000 Stunden müssen die LEDs mindestens 10.000 Stunden getestet worden sein.[1]

Nach der zitierten Arbeit liegt die Temperatur am LED-Chip in Leuchten typischerweise bei etwa 85 °C. Für den Bereich von 25 bis 85 °C wird ein Rückgang des Wirkungsgrads um rund 10 Prozent genannt; bei roten LEDs fällt er nach der Arbeit stärker aus als bei blauen. Die Arbeit beschreibt außerdem einen weiteren Einfluss des Alters und eine stärkere Alterung bei höheren Temperaturen.[1]

Auch Treiber und Abdeckungen beeinflussen die Gesamtleistung der Leuchte. Die zitierte Arbeit nennt für Treiber Wirkungsgrade von 85 bis 95 Prozent und für eine Glasabdeckung eine Photonen-Durchlässigkeit von bis zu 92 Prozent.[1] Diese Werte beschreiben Verluste im Aufbau, keine Alterungsrate.

Was Q90 bedeutet

Pflanzen nutzen für die Photosynthese vor allem Licht zwischen 400 und 700 Nanometern. Das DesignLights Consortium (DLC), eine nordamerikanische Organisation, die Leuchten nach festgelegten Anforderungen listet, stellt für Gartenbauleuchten eigene Anforderungen auf.[2]

Q90 bezeichnet hier eine in den DLC-Prüfanforderungen verwendete Lebensdauerangabe: Nach 36.000 Betriebsstunden soll der Photonenfluss nach der dortigen Prüfmethode noch mindestens 90 Prozent des Ausgangswerts erreichen. Die genannten DLC-Anforderungen enthalten außerdem Vorgaben zur Lebensdauer von Treibern und Lüftern (jeweils mindestens 50.000 Stunden) sowie zur Mindesteffizienz: in Version 3.0 mindestens 2,30 µmol/J, in der seit April 2025 geltenden Version 4.0 mindestens 2,5 µmol/J.[2]

Bei zwölf Stunden Licht pro Tag entsprechen 36.000 Betriebsstunden rechnerisch rund 8,2 Jahren. Das ist nur eine Umrechnung der Betriebsstunden und keine Prognose für die tatsächliche Lebensdauer im Verein. Ob eine bestimmte Leuchte diese Anforderungen erfüllt, ergibt sich aus Datenblatt oder DLC-Listung; für nicht gelistete Leuchten sagt die Anforderung nichts aus.

Schmutz auf Abdeckung und Kühlkörper

Wie stark Staub auf Growleuchten den Photonenfluss mindert, wurde in der ausgewerteten Literatur nicht gefunden. Die folgenden Werte werden in der ausgewerteten Sekundärquelle unter Bezug auf Gewächshausdaten berichtet: Staub und Schmutz auf Gewächshausabdeckungen senkten die Lichtdurchlässigkeit nach drei Monaten um etwa 8 Prozent, zusammen mit Kondenswasser um 9 bis 15 Prozent; Waschen brachte 7 bis 11 Prozent zurück.[6] Diese Werte lassen sich nicht direkt auf Leuchten übertragen.

Höhere Temperaturen können den Wirkungsgrad von LEDs senken.[1] Ob und wie stark Staub auf dem Kühlkörper die Temperatur einer konkreten Leuchte erhöht, lässt sich aus den ausgewerteten Quellen nicht ableiten.

PPFD messen

Die Lichtstärke für Pflanzen wird als PPFD angegeben, in Mikromol Photonen pro Quadratmeter und Sekunde (µmol/m²/s).

• Quantensensor: In der älteren Vergleichsstudie wichen die untersuchten PPF-Quantensensoren unter allen geprüften Lichtquellen außer roten LEDs um weniger als 7 Prozent ab; unter roten LEDs lag der Fehler über 18 Prozent.[3] Neuere Herstellerangaben nennen für bestimmte Sensoren unter LED-Licht einen spektralen Fehler von unter 4 Prozent.[4]
• Luxmeter: Lux beschreibt die Helligkeit, wie das menschliche Auge sie wahrnimmt. Das Auge ist für Grün am empfindlichsten, Pflanzen nutzen auch Rot und Blau. Ein Umrechnungsfaktor von Lux auf PPFD gilt deshalb nur näherungsweise und nur für ein bestimmtes Spektrum.
• Günstige Sensoren und Apps: Ein in einer Untersuchung getesteter günstiger Spektralsensor zeigte gegenüber einem Referenzsensor ohne Kalibrierung rund 22 Prozent höhere und nach der dort vorgenommenen Kalibrierung rund 9 Prozent höhere Mittelwerte; die Prozentangaben sind eigene Berechnungen aus den berichteten Mittelwerten.[7] Zur Genauigkeit von Smartphone-Apps wurde in der ausgewerteten Literatur keine begutachtete Studie gefunden.

Die Ertragsversuche aus Guelph haben die Lichtstärke an der Pflanzenspitze gemessen.[5] Für zeitliche Vergleiche kann der Verein ebenfalls in einer festgelegten Messhöhe, an festgelegten Punkten und bei gleicher Dimmstufe messen. Sinnvoll ist außerdem, vor jeder Messung dieselbe Einlauf- beziehungsweise Stabilisierungszeit der Leuchte einzuhalten, damit die Werte vergleichbar bleiben.

Was ein Lichtverlust ausmachen kann

Im ersten Guelph-Versuch stieg der Blütenertrag bei Lichtstärken von 120 bis 1.800 µmol/m²/s linear an, ohne Sättigung.[5] Ein zweiter Versuch mit 600, 800 und 1.000 µmol/m²/s zeigte ebenfalls einen gleichmäßigen Anstieg.[8] Überträgt man die in diesen Versuchen berichteten linearen Zusammenhänge rechnerisch auf eine Verringerung der Lichtstärke um 10 Prozent, ergibt sich unter diesen Versuchsbedingungen ein rechnerischer Rückgang des Ertrags von etwa 7 bis 10 Prozent. Das ist eine eigene Rechenübertragung und keine Prognose für andere Anlagen: Die Versuche liefen mit jeweils einer Sorte, ohne zusätzliches CO₂ und unter Umgebungsluft. In beiden Versuchen wurde innerhalb der untersuchten Bedingungen keine entsprechende Änderung des Cannabinoidgehalts pro Gramm berichtet.[5][8]

UV-Zusatzmodule: Was die Studien zeigen

UV-Module werden als Zusatz zur LED-Leuchte angeboten, meist mit dem Versprechen höherer Wirkstoff- oder Terpengehalte. Zwei Versuchsreihen mit Cannabis haben das geprüft. In Guelph veränderten zusätzliche UV-Anteile (UV-A und UV-B) weder den Ertrag noch den Cannabinoidgehalt.[8] An der Humboldt-Universität zu Berlin wurden drei UVA-zu-UVB-Verhältnisse (67:33, 94:6 und 99:1) bei Bestrahlungsstärken von 1,81 bis 8,36 W/m² über die gesamte Kultur getestet.[9] Der hohe UVB-Anteil senkte Ertrag und Pflanzenhöhe und verringerte den THC-Gehalt; die höchste Stufe des 99:1-Verhältnisses senkte das Gewicht der Hauptblüte. Nur die schwächste Stufe (1,81 W/m², 99:1) hielt den Ertrag konstant und erhöhte den Linaloolgehalt signifikant; weitere Terpenanstiege waren nicht signifikant. Die Autoren halten allein diese schwächste Variante für praxistauglich und weisen darauf hin, dass die Wirkung von der Genetik abhängt.[9]

Für den Verein folgt daraus zweierlei. Ein UV-Modul ist kein Ersatz für eine ausreichende PPFD im sichtbaren Bereich, und ein spürbarer UVB-Anteil kostet nach beiden Versuchsreihen eher Ertrag, als dass er Wirkstoff bringt. Wer UV einsetzt, sollte die Bestrahlungsstärke kennen und dokumentieren; UV-Strahlung wird von üblichen Quantensensoren nicht erfasst, dafür braucht es ein eigenes UV-Messgerät. Beim Arbeiten unter UV-Lampen gilt außerdem der Schutz von Augen und Haut nach Herstellerangabe.

Was die Quellen nicht zeigen

Langzeitmessungen an Growleuchten im Praxisbetrieb wurden in der ausgewerteten Literatur nicht gefunden. Die Lebensdauerangaben beruhen auf Labortests und Hochrechnungen. Zur Verschmutzung gibt es nur Gewächshausdaten zu Abdeckungen, nicht zu Leuchten. Ein allgemein geltendes Prüf- oder Reinigungsintervall für Gartenbauleuchten ergibt sich aus den ausgewerteten Studien und den genannten Prüfanforderungen nicht.

Was das für den Verein bedeutet

• Beim Vergleich von Leuchten können Angaben zum Photonenfluss (PPF), zur Effizienz in µmol/J und – soweit einschlägig – zu Q90 herangezogen werden. Watt oder Lumen allein beschreiben diese Eigenschaften nicht vollständig.
• Der Verein kann die PPFD in einem selbst festgelegten Intervall mit einem Quantensensor messen – an festen Messpunkten, in gleicher Höhe, bei gleicher Dimmstufe und nach gleicher Einlaufzeit – und die Werte mit Datum dokumentieren. Erst wiederholte Messungen unter gleichen Bedingungen zeigen, ob sich die PPFD an diesen Punkten verändert.
• Bei derselben Gelegenheit kann eine Sichtprüfung von Abdeckung und Kühlkörper auf Staub und Verschmutzung erfolgen.
• Leuchten und Kühlkörper nach Herstellerangaben sauber und ausreichend belüftet halten; erhöhte Temperaturen können den Wirkungsgrad und die Alterung beeinflussen.
• Abdeckungen nach Herstellerangabe reinigen.

LED-Leuchten nachmessen

Ob mehr Blauanteil im Spektrum den Ertrag steigert, untersuchte das Labor von Bruce Bugbee an der Utah State University: Bei gleicher PPFD sank der Trockenblütenertrag mit steigendem Blauanteil linear um rund 12 Prozent; THC- und CBD-Gehalt blieben unverändert. Die Studie ordnet die Leuchteneffizienz von 1,7 bis 2,5 µmol/J für eine kosteneffektive Produktion als wichtiger ein als das Spektrum.[10]

Häufige Fragen

Welche Lebensdauerangaben gibt es für LED-Leuchten? Die Übersichtsarbeit nennt 50.000 Stunden als typischen L70-Wert für LED-Leuchten.[1] Für gelistete Gartenbauleuchten enthalten die DLC-Anforderungen außerdem einen Q90-Wert von mindestens 36.000 Stunden.[2] Das sind unterschiedliche Kennwerte und keine Garantie für jede Leuchte. Wärme kann die Alterung beeinflussen.

Kann man PPFD mit einem Luxmeter messen? Nur näherungsweise und nur bei bekanntem beziehungsweise vergleichbarem Spektrum. Für belastbarere PPFD-Messungen ist ein geeigneter Quantensensor grundsätzlich besser geeignet.[3]

Wie misst man PPFD? Mit einem geeigneten Quantensensor. Für Vergleiche über die Zeit sollte unter möglichst gleichen Bedingungen gemessen werden, etwa an festgelegten Punkten, in gleicher Höhe und bei gleicher Dimmstufe.

Bringt ein UV-Modul mehr Wirkstoff? In den ausgewerteten Versuchen nicht. Zusätzliches UV veränderte den Cannabinoidgehalt nicht oder senkte ihn bei hohem UVB-Anteil; nur eine sehr schwache UVA-Dosis blieb ohne Ertragsverlust und erhöhte einzelne Terpene.[8][9]

Was ist Q90? Q90 bezeichnet in den genannten Prüfanforderungen eine Angabe dazu, dass nach 36.000 Betriebsstunden noch mindestens 90 Prozent des ursprünglichen Photonenflusses nach der dortigen Prüfmethode erreicht werden sollen.[2]

Quellen

1. [1] · ÜBERSICHTSARBEITKusuma P, Pattison PM, Bugbee B: From physics to fixtures to food: current and potential LED efficacy. Horticulture Research 7:56, 2020. DOI 10.1038/s41438-020-0283-7Originalquelle ↗↑ zum Text
2. [2] · PRÜFANFORDERUNGDesignLights Consortium: Technical Requirements for LED-based Horticultural Lighting, Version 3.0 (gültig ab 31.03.2023, überarbeitet 13.05.2024), Abschnitte 4.2–4.3: https://designlights.org/wp-content/uploads/2024/05/DLC_HORT-Technical-Requirements-V3-0_FINAL_05132024.pdf · Version 4.0, Entwurf 1 (07.11.2024), Q90 ≥ 36.000 h unverändert, PPE ≥ 2,5 µmol/J: https://designlights.org/wp-content/uploads/2024/11/DLC_HORT-Technical-Requirements-V4-0_DRAFT1_11072024.pdfOriginalquelle 1 ↗Originalquelle 2 ↗↑ zum Text
3. [3] · FACHARTIKELBarnes C, Tibbitts T, Sager J, Deitzer G, Bubenheim D, Koerner G, Bugbee B: Accuracy of quantum sensors measuring yield photon flux and photosynthetic photon flux. HortScience 28(12):1197–1200, 1993. DOI 10.21273/HORTSCI.28.12.1197Originalquelle ↗↑ zum Text
4. [4] · HERSTELLERANGABECampbell Scientific: Quantum sensor comparison (2018). https://s.campbellsci.com/documents/eu/technical-papers/quantum-comparison_11-18.pdfOriginalquelle ↗↑ zum Text
5. [5] · FACHARTIKELRodriguez-Morrison V, Llewellyn D, Zheng Y: Cannabis Yield, Potency, and Leaf Photosynthesis Respond Differently to Increasing Light Levels in an Indoor Environment. Frontiers in Plant Science, 2021. DOI 10.3389/fpls.2021.646020Originalquelle ↗↑ zum Text
6. [6] · FACHARTIKEL (Sekundärzitat)Al-Helal I et al.: Applied Sciences 12:2709, 2022. DOI 10.3390/app12052709Originalquelle ↗↑ zum Text
7. [7] · FACHARTIKELStevens JD, Murray D, Diepeveen D, Toohey D: Adaptalight: An Inexpensive PAR Sensor System for Daylight Harvesting in a Micro Indoor Smart Hydroponic System. Horticulturae 8(2):105, 2022. DOI 10.3390/horticulturae8020105Originalquelle ↗↑ zum Text
8. [8] · FACHARTIKELLlewellyn D et al.: Indoor grown cannabis yield increased proportionally with light intensity, but ultraviolet radiation did not affect yield or cannabinoid content. Frontiers in Plant Science, 2022. DOI 10.3389/fpls.2022.974018Originalquelle ↗↑ zum Text
9. [9] · FACHARTIKELHuebner DS, Batarshin M, König L, Mewis I, Beck S, Ulrichs C: Influence of different UV spectra and intensities on yield and quality of cannabis inflorescences. Frontiers in Plant Science 15, 2024 (17.12.2024). DOI 10.3389/fpls.2024.1480876Originalquelle ↗↑ zum Text
10. [10] · FACHARTIKELWestmoreland FM, Kusuma P, Bugbee B: Cannabis lighting: Decreasing blue photon fraction increases yield but efficacy is more important for cost effective production of cannabinoids. PLoS ONE 16(3): e0248988, 2021. DOI 10.1371/journal.pone.0248988 (Fundstelle: Abstract – Blauanteil 4 % HPS bis 20 % LED, Ertragsrückgang ~12 %, 500–750 g/m², Effizienz 1,7–2,5 µmol/J, keine Änderung von THC/CBD)Originalquelle ↗↑ zum Text