Beleuchtung von Zimmerpflanzen – Der komplette Guide

Ähnlich wie wir haben auch unsere Pfleglinge bestimmte Grundbedürfnisse, die in Qualität und Quantität erfüllt sein müssen, um ein gesundes Wachstum zu ermöglichen. Neben dem richtigen Substrat, Feuchtigkeit und Nährstoffen ist dies vor allem das richtige Licht. Pflanzen sind photoautotrophe Organismen, d.h. dass sie ihren Energiebedarf ausschließlich über das eingefangene Licht decken. Gibt es nicht genug Licht, stagniert das Wachstum, die Pflanze kann dann noch eine Weile von z.B. eingelagerter Stärke überleben bis sie schließlich verhungert.

Wir müssen also sicherstellen, dass das unseren Pflanzen zur Verfügung stehende Licht dauerhaft deren Energiebedarf decken kann. Eine diffuse Raumbeleuchtung ist dafür in der Regel nicht ausreichend, selbst was für unsere Augen vermeintlich hell erscheint, reicht meist nicht für Pflanzenwachstum.

Wie viel wir am Ende wirklich brauchen, wie man dabei Kosten sparen kann und worauf bei der Qualität der Pflanzenlampe noch zu achten ist, soll in diesem Artikel behandelt werden.

Lampen sollten ausreichend dimensioniert gewählt werden, kosten aber eben auch Geld in der Anschaffung und im Betrieb. Man wird also oft in einem Kompromiss irgendwo dazwischen liegen. Der tatsächliche Lichtbedarf hängt von den gepflegten Pflanzen ab und wird am einfachsten in Lux angegeben. Lux setzt sich aus den Si-Einheiten Lumen/Quadratmeter zusammen und lässt sich daher sehr einfach berechnen. Lumen ist immer eine Gesamtmenge abgegebenen Lichts, in diesem Fall unserer künstlichen Leuchtquellen und befindet sich als Angabe auf der Verpackung.

Beispiel:
Das Regalbrett einer Milsbo Vitrine (66 x 36 cm) soll mit einer Lampe mit 1400 Lumen beleuchtet werden: 1400 Lumen / 0,24 m2 = 5830 Lux

Doch ist das nun viel oder wenig? Ein paar Beispiele:

Sonne bei klarem Himmel: > 100.000 Lux
Bedeckter Himmel im Sommer: 10-20.000 Lux
Bedeckter Wintertag: ~2-5.000 Lux
Trop. Regenwald im Unterholz: ~2.000 Lux*
Bürobeleuchtung: 500 Lux
Mondlicht: ca. 0,1 Lux

*nach Becek & Salim 2017

Unbeschattete Sonnenstrahlung in Äquator-Nähe kann bis zu 200k Lux erreichen (Eigene Messung). Solche extremen Werte werden wir aber nie nachahmen müssen, da selbst an Starklicht angepasste Pflanzen nicht mehr als ~50k Lux verwerten können. Für die meisten unserer typischen Pfleglinge wie Alocasia, Philodendron oder Begonia reichen aber auch schon deutlich geringere Werte. Tatsächlich würden sie bei dauerhaft so viel Licht verbrennen oder ausbleichen. Für einen konkreten Überblick dient die folgende Abbildung.

Die ~5000 Lux aus der Beispielrechnung liegen also im Mittelfeld und sind für viele bekannte Zimmerpflanzen gut geeignet. Für Anthurien oder Begonien dürfte es z.B. auch etwas weniger sein, für Leuchterblumen oder Wüstenrosen mehr. Natürlich kann diese Darstellung nur als Richtwert dienen und ist in vielen Fällen auch eher als Minimum-Wert gedacht. Die notwendige Lichtmenge ist weiterhin auch vom Spektrum und der Beleuchtungsdauer abhängig, bei einem gut abgestimmten Spektrum der Lampe kann etwas an den Lux gespart werden. Bei einer kurzen 8h-Photoperiode ist hingegen vergleichsweise mehr Lichtstärke notwendig, als bei 12h.

Dass das natürliche Sonnenlicht in unseren Breitengraden nicht nur in der Intensität, sondern auch in der Dauer oft unzureichend ist, zeigt die folgende Darstellung aus unserem Gewächshaus. Aufgenommen ist die Intensität der Sonneneinstrahlung an einem durchschnittlichen Tag im November 2023 hinter Doppelglas (Ähnlich Fensterglas) auf horizontaler Fläche ohne Beschattung. Ab ca. 8 Uhr findet nennenswerte Beleuchtung statt und erreicht mittags noch teilweise über 5000 Lux, nach 15 Uhr ist für die Pflanzen aber praktisch schon Nacht. Pflanzenlampen können die fehlende Intensität und/oder Dauer gut supplementieren.

Abb. 2: Sonneneinstrahlung in Lux in unserem Gewächshaus in Herten, West-Deutschland an einem leicht bewölktem Tag in November 2023. Messung unter Doppel-Glas, horizontale Oberfläche ohne Beschattung.

Pflanzen hatten seit Millionen von Jahren immer nur eine Lichtquelle – Die Sonne. Dementsprechend hat die Evolution dafür gesorgt, dass eben genau dieses Licht möglichst effizient genutzt werden kann. Man kann also grundsätzlich wenig falsch machen, wenn man zur künstlichen Beleuchtung ein möglichst sonnenähnliches d.h. weißes Licht benutzt. Aufgrund verschiedener Effekte der Absorptionseigenschaften der Pigmente im Pflanzengewebe und der Optoelektronik zur Nachahmung des gewünschten Lichts ergeben sich aber auch viele Möglichkeiten zur Optimierung des Spektrums.

Abb. 3: Vergleich des photosynthetischen Wirkungsspektrums nach McCree, K. J., 1972 (Verändert) mit Markierung der PAR-Strahlung und Gewichtung von Lumen

Die graphische Darstellung des Spektrums der Lichtquelle ist zur Beurteilung notwendig. Es beschreibt schlicht die Helligkeit der Lichtquelle in den unterschiedlichen Farben, angegeben in Nanometer der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. Photosynthese findet im Bereich von ca. 400 – 700 nm statt (PAR), was tatsächlich auch ziemlich genau mit unserer Sehfähigkeit übereinstimmt. Kurzwelliger d.h. <400 nm ist UV-Strahlung, die für die Photosynthese direkt keine Bedeutung hat, aber durchaus die Ausbildung von Sekundärmetaboliten unterstützen kann. Bei Pflanzen können das z.B. Schutzpigmente (Anthocyane) sein, die Blätter rötlich färben. Hier wird in der privaten Kultur aber meistens drauf verzichtet. Nach UV kommt violette und dann bis ca. 500 nm blaue Strahlung. Blaues Licht ist unabdingbar für die Photosynthese, Chlorophyll hat Absorptionsmaxima bei ca. 430 und 450 nm. Zwischen 500 und 600 nm liegt grün bis gelb, auch dieser Bereich ist wichtig für die Photosynthese. Pflanzen erscheinen zwar grün, da anteilig ein etwas größerer Teil des grünen Lichts reflektiert wird, durch Carotinoide und weitere sogenannte Antennenpigmente des Lichtsammelkomplex höherer Pflanzen wird aber doch der Großteil der Strahlung genutzt. Grüne Strahlung dringt außerdem tiefer durch die obere Blattschicht (Bugbee, B., 2016). Über 600 nm Wellenlänge kommt orange und über 650 nm rot, diese Strahlung ist ebenfalls unabdingbar für die Photosynthese, Chlorophyll hat wieder Absorptionsmaxima bei ca. 640 und 660 nm. Über 700 nm fängt Nah-Infrarot Strahlung an, dieses Licht können wir nicht mehr sehen. Auch wird es vom Chlorophyll nicht mehr aufgenommen, trotzdem kommen diesem Licht wichtige Funktionen zu (Dazu später mehr).

Leuchtdioden sind nach aktuellem Stand allen anderen künstlichen Leuchtquellen in der Effizienz und Lichtqualität deutlich überlegen, andere Technologien wie HID, Leuchtstofflampen etc. brauchen für Growlights also nicht mehr in Betracht kommen. LEDs geben erstmal immer nur ein monochromatisches d.h. einfarbiges Licht mit einer Bandbreite von ca. 10 nm ab z.B. 660 nm +-5 nm. Das wird bei Blau und Rot auch direkt so verwendet, um hier bei den stärksten Absorptionspeaks der Pflanzenpigmente das meiste Licht zu bieten.

Bleibt man dabei, bekommt man das von vielen „Pflanzenlampen“ bekannte violette Licht. Das sah sehr charakteristisch aus und war daher ein einfaches Marketing-Argument, dass Pflanzen eben solche Lampen bräuchten. Mindestens seit den 1970ern mit den Messungen von McCree weiß man das aber schon besser. Die Information hält sich trotzdem.

Weiße LEDs erzeugen Licht durch die Umwandlung blauen Lichts von 450 nm in alle anderen Wellenlängen mittels einer gelben Phosphorschicht. Die Qualität der blauen Basis-LED und der Phosphor-Mischung entscheidet dabei über die Werte wie Effizienz, Farbtemperatur oder Farbwiedergabe (CRI).

Neben der Qualität des Lichts wollen wir natürlich auch auf die bereits angesprochene Lichtstärke kommen. Je effizienter die Lampe arbeitet, desto weniger Strom müssen wir dabei verbrauchen.

Je nach Hersteller können dabei verschiedene Werte angegeben sein. Am bekanntesten ist Lumen, was auch die Grundeinheit für die Einheit Lux bildet. Das ist meist ein guter Richtwert, allerdings ist es ein stark gewichteter Wert, wie in Abb. 3 zu sehen ist. Lumen orientiert sich an der Empfindlichkeit des menschlichen Auges, die bei 555 nm am höchsten ist. Hier bekommen bereits kleine Intensitäten große Lumenwerte, obwohl diese Strahlung für Pflanzen eigentlich etwas weniger effizient ist. Vergleicht man ähnliche Lichtquellen miteinander, kann man aber trotzdem auch gut mit Lumen/Lux vergleichen. Manchmal schummeln Hersteller aber eben bei der Helligkeit, indem Sie für hohe Lumenwerte extra mehr grün einmischen.

Die Effizienz der Lampe wird angegeben in Lumen/Watt.
Beispiel: Jungle Lux 1400 Lumen / 9 Watt = 155 Lumen/W (Inkl. Netzteil)
Falls ein externes Netzteil für den Betrieb benötigt wird, muss man dafür nochmal ca. 10% bei den Watt hinzufügen.
(Der Verbrauch von Far Red oder UV Dioden müsste theoretisch von den Watt abgezogen werden, das machts aber etwas zu kompliziert)

Ein unabhängigerer Wert ist der PAR-Wert, der als µmol/s (Gesamtlicht wie Lumen) oder µmol/Joule (Effizienz wie Lumen/W) angegeben wird, aber als Angabe bei vielen Lampen fehlt. Die Einheiten der Werte sehen zwar ziemlich abstrakt aus, haben aber ähnliche Aussagen wie die bekannteren Lumen, nur eben aus der Sicht von Pflanzen. Leider lässt aber auch dieser Wert keinen Rückschluss auf die Qualität des Spektrums zu. Z.B. kann eine rein rote Lampe einen sehr hohen PAR-Wert haben, ist aber nutzlos, wenn die anderen Spektren fehlen. Bei bekanntem, ausgeglichenen Spektrum ist der PAR-Wert aber eine sinnvolle Angabe.
Der sogenannte PPFD Wert ist für die Effizienz kaum zu deuten, da er vom Messabstand und vor allem vom Gehäuse der Lampe abhängt.

Aus dem Beispiel der Jungle Lux entsprechen die 1400 Lumen etwa 21 µmol/s bzw. die 155 Lumen/W etwa 2,2 µmol/J, höhere Werte sind besser, niedrige schlechter. Auch hier sind weder UV noch Infrarot-Werte mitberücksichtigt.