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Alles, was Du über LED-Lichtmessung wissen solltest

2. September 2019
Patric Domin

Ohne Licht geht gar nichts. Aber „Hauptsache Licht, egal welches“ ist auch die falsche Herangehensweise, denn wie man das bei der LED-Pflanzenbeleuchtung beobachten kann, können die exakt abgestimmten Lichtverhältnisse Wachstumswunder wirken. Wie weiß man nun aber, ob die Lichtverhältnisse auch richtig eingestellt sind. Hier kommt die Lichtmessung ins Spiel.

Einsatz von Lichtmessung

Die Lichtmessung wird auch Photometrie genannt (altgr. φῶς phos ‚Licht‘ und μετρεῖν metrein ‚messen‘) und ist auf diversen Gebieten unerlässlich. Allen voran die Photographie verlässt sich bei der Einstellung von Blende, Verschlusszeit und Co. gerne auf die Werte ihrer Lichtmessungen.

Aber auch bzgl. Arbeitsschutz wird Lichtmessung am Arbeitsplatz durchgeführt, um zu wissen, ob das Licht im Büro keine Augenschäden, Kopfschmerzen oder ähnliches verursacht.

Neben diesen beiden Haupteinsatzgebieten der Lichtmessung spielt sie selbstverständlich auch in der Pflanzenbeleuchtung eine wichtige Rolle. Nicht nur wird das Licht der Leuchtmittel im Vorfeld genauestens unter die Lupe genommen, damit den Kunden kaufentscheidende Informationen geliefert werden können. Diese können dann beim Einsatz der LED-Pflanzenlampen selbst noch direkt an ihrem individuellen Set-up Feinmessungen durchführen, um die Lampen ideal einzustellen.

Messparameter – Lux, Candela und Lumen

Was wird aber nun genau gemessen und was bedeuten die Angaben? Licht besteht bekanntlich aus Partikeln, die in Form von Wellen ausgestrahlt werden. Nun kann man messen, wie viel dieser Strahlung in alle Richtungen ausgestrahlt wird, wie viel davon auf eine bestimmte Fläche trifft und wie dieses Licht etwa aussieht. Im Detail schlüsselt sich das ganze folgendermaßen auf und gibt Auskunft über ominöse Angaben, wie Lumen, Watt, Candela und Co.

 Der Lichtstrom einer Leuchtquelle
Die Anzahl des Lichtstroms (Lumen) gibt an, wie hoch die Menge an Licht ist, die von einer Leuchtquelle ausgesandt wird.

Lichtstrom (Lumen)

Der Lichtstrom ist die Menge an Licht, das in alle Richtungen von der Leuchtquelle ausgesandt wird. Sie wird mittlerweile als genauere Angabe über die Helligkeit einer Lampe gehandelt, während die reine Watt-Angabe weniger aussagekräftig ist.

Außerdem kann man die Lumenanzahl noch durch die Wattanzahl dividieren, was Auskunft über die Effektivität bzw. den Wirkungsgrad des Leuchtmittels gibt.

Strahlungsleistung (Watt)

Mit der Strahlungsleistung in Watt wird bei einer Lampe nur angegeben, wie groß die Energiemenge ist, die durch die elektromagnetischen Wellen ausgesandt werden. Je nach Zusammensetzung und Aufbau der Lampe kann ein und dieselbe Energiemenge unterschiedlich intensive Lichtströme ergeben. Dadurch ist die Wattanzahl nur aussagekräftig, wenn es sich um Leuchtmittel derselben Kategorie handelt.

Umrechnung Lumen – Watt

Wie bereits erwähnt, ist das Verhältnis von Lumen zu Watt vom Leuchtmittel und seiner Effizienz abhängig. Die Glühlampe mit 25 W beispielsweise erzeugt einen Lichtstrom von etwa 230 lm. Eine Halogenlampe schafft bei gleicher Leistung einen Lichtstrom von 300 lm. Bei der Energiesparlampe sind weit weniger Watt, nämlich nur 5 W für 180 lm notwendig und die LED-Lampe schafft bei 5 W sogar 400 lm. Eine einfache Formel zum Umrechnen von Lumen auf Watt gibt es leider nicht.

Lichtstärke (Candela)

Bei der Angabe der Lichtstärke wird nicht mehr die ausgesandte, sondern sozusagen die empfangene Lichtmenge gemessen. Hier werden beim Lichtstrom die Richtung und Streuung mit einbezogen, was durch das Verhältnis von Lumen zu Abstrahlwinkel ausgedrückt wird. Diese Angabe wird etwa bei der Lichtmessung von Fahrradleuchten berücksichtigt.

Leuchtdichte (Candela pro m2)

Die Leuchtdichte ist nichts anderes als die Lichtstärke auf die beleuchtete Fläche umzurechnen. Man erfährt dadurch, wie viel vom abgestrahlten Licht auf einen Quadratmeter auftrifft. Bildlich gesprochen gibt das also Auskunft über die Dichte der auf deine Fläche treffenden Lichtstrahlung.

Beleuchtungsstärke (Lux)

Lux ist neben Lumen eine der häufigsten Angaben für Leuchtmittel für den Privatgebrauch. Im Gegensatz zum Lichtstrom misst man bei der Beleuchtungsstärke wieder das Licht, dass auf eine bestimmte Fläche trifft (wie bei der Leuchtdichte). Die Entfernung und der Winkel werden miteinbezogen. Lux ist bei der Beleuchtungsstärke übrigens nicht die einzige Einheit. Sie wird außerdem in Footcandles (fc, Lumen pro Quadratfuß) oder Phots (Lumen pro Quadratzentimeter) angegeben.

Berechnet wird die Luxangabe ganz simpel mit der Lumenanzahl pro Quadratmeter.

Lichtfarbe (Kelvin, u.a.)

Kelvin ist eine der Einheiten, mit der sich die Lichtfarbe angeben lässt. Genauer gesagt, erfährt man durch die Kelvinangabe die Farbtemperatur (etwa warmweiß, neutral, kaltweiß) während auch der Farbwiedergabeindex oder ein ausführliches Spektrogramm über die Lichtfarbe Auskunft geben.

Angaben speziell für die LED-Pflanzenbeleuchtung (PPFD u.a.)

Neben den zahlreichen Angaben, die für Straßen-, Raum-, Fahrrad-, und sonstige Beleuchtung von Nutzen sind, kennt die Pflanzenbeleuchtung ihre eigenen Einheiten. Um herauszufinden, ob eine Lichtquelle dem Wachstum der Pflanzen zuträglich ist, muss man andere Dinge als Leuchtdichte und Beleuchtungsstärke messen.

Im Falle der Pflanzenleuchten wird genauer gemessen, und zwar werden hier nur die Photonen gezählt, die in einem Spektrum liegen, das von den Pflanzen verarbeitet werden kann (Wellenlängenbereich 400-700nm). Darüber gibt die Photonenflussdichte (PPFD) Auskunft. Außerdem sind die Wellenlängen äußerst wichtig, die idealerweise mithilfe eines Spektrogramms dargelegt werden. All das ist wichtig zu wissen, da man so herausfindet, ob das jeweilige Licht das richtige ist, um die Photosynthese der Pflanze zu triggern.

Messmethoden – verschiedene Photometer in der Lichtmessung

Gut, dass wir nun wissen, was wir am Licht alles messen können, aber eine große Frage steht noch im Raum: Wie? Wie will man herausfinden, wie viel Licht die Lampe abstrahlt? Dazu sehen wir uns vor allem die Geräte und Verfahren an, mit denen Stärke, Dichte, Farbe und Co. des Lichts gemessen werden. Vorausgeschickt lässt sich aber bereits eins sagen: Nicht jedes Gebiet kann mit denselben Verfahren vorliebnehmen.

Photometer – Geräte für die Lichtmessung

Der Überbegriff für die Reihe an unterschiedlichen Geräten für die Lichtmessung lautet Photometer. Je nach herauszufindenden Parametern und Einsatzzweck variieren die eingesetzten Messmethoden. Welche das sind und wofür sie am besten geeignet sind, sehen wir uns nun genauer an.

Luxmeter: als Handbelichtungsmesser und Apps für die Lichtmessung

Mit einem Luxmeter misst man die Beleuchtungsstärke, wie der Name schon sagt. Auch davon gibt es wiederum verschiedene Arten: als professionelles Lichtmessgerät etwa für Photographen, bis hin zur App, die sogar durch einen sogenannten Kalotten-Diffuser ergänzt werden kann, womit genaue Ergebnisse erzielt werden können.

Fotografie und Lichtverhältnisse
In der Photografie spielt die Licht- und Objektivmessung eine Rolle.

Licht- vs. Objektivmessung

Besonders in der Lichtmessung, die für die Photographie eine Rolle spielt, findet man so etwas wie ein Konkurrenzverhältnis zwischen Licht- und Objektivmessung.

Während erstere den Standpunkt des Motivs einnimmt und das dort hinfallende Licht misst, ist zweitere bei der Kamera positioniert und misst dort das Licht, das vom Motiv in Richtung Kamera reflektiert wird.

Welche nun die bessere ist, variiert von Situation zu Situation. Weniger aufwendig, flexibler und simpler ist bestimmt die Objektivmessung, während die Lichtmessung bessere Qualität liefert und vor allem bei starren Motiven etwa bei der Studiofotographie punktet.

Bei dieser Methode wird übrigens jeweils die Beleuchtungsstärke (Lux) gemessen.

 

 

Spektrometer

Wozu ein Spektrometer da ist, ist beinahe selbsterklärend. Es wird dazu verwendet, um das Spektrum von elektromagnetischer Strahlung zu messen, wozu Licht bekanntermaßen zählt. Das Spektrometer kann ausmessen auf welcher Wellenlänge die Teilchen mit welcher Energie und Frequenz abgestrahlt werden. Vereinfacht ausgedrückt bedeutet das, dass man die Wellenlängen und damit die Farbe des Lichts bis ins kleinste Detail bestimmen kann.

PPFD-Messgerät

Für uns in der Pflanzenbeleuchtung natürlich besonders wichtig: Messgeräte für die PPFD. Sie messen, wie viele von der Pflanze verwertbare Photonen aus einer bestimmten Entfernung (meist 35 cm und 40 cm) von einer Lichtquelle aus auf einem Quadratmeter Fläche landen. Damit kann eruiert werden, wie intensiv sich das Licht auf das Wachstum der Pflanze auswirkt.

Goniometer

Der Begriff Goniometer bezeichnet eigentlich ein Winkelmaß, doch wenn man genauer schaut, ist es auch genau das, was das Goniometer mit dem Licht macht. Die Sensoren des Goniometers fahren dabei kugelförmig um die Lichtquelle herum und messen die Winkel und Intensitäten des abgestrahlten Lichts, bis sich ein vollständiges Bild der Lichtverteilung bildet.

Ulbricht-Kugel

Die Ulbricht-Kugel erklärt sich gemeinsam mit ihrer Vorgehensweise beinahe von selbst. Es handelt sich um eine geschlossene Kugel, die innen weiß ist und somit das Licht der Lichtquelle, die in der Mitte positioniert wird, reflektiert. Der Messkopf empfängt dann alle abgestrahlten Wellen und kann schließlich nicht nur Auskunft über den Lichtstrom, sondern auch über die Lichtfarben geben.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Licht uns in vielen Bereichen, wenn nicht eben sogar in allen, begleitet. In manchen von ihnen ist es wichtig, das Licht auf seine Eigenschaften zu prüfen, so beispielsweise bei der Pflanzenbeleuchtung. Denn Pflanzen sind sensibel und benötigen neben Nährstoffen, Wasser und Substrat auch die richtige Lichtzusammensetzung, die man mithilfe der Lichtmessung eruieren kann.

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