Bau einer LED-Pflanzenbeleuchtung für die Tomatenaufzucht oder anderes Gemüse. Zum Auflegen auf Aussaatkästen oder zum Aufhängen.


21.03.2015

LED-Pflanzenbeleuchtung

Hier sieht man die finale LED-Beleuchtung auf den noch spärlich wachsenden Tomaten
LED-Beleuchtung auf Aussaatkasten

Es war mal wieder so weit, das im Frühjahr das Aussähen von Tamaten auf dem Programm stand.

Aufgrund mangelnder Helligkeit und im Verhältnis zu warmer Raumtemperaturen, wurden die Pflänzchen mal wieder eher mickrig und dünn. Also auf die Schnelle eine LED-Pflanzenbeleuchtung mit alten CD-Hüllen als Träger und ein paar kalt-weißen LEDs samt Widerständen zusammen gelötet. (Was anderes als CD-Hüllen war gerade nicht greifbar)

Als Netzteil wurde irgendein 12-Volt Netzteil verwendet das irgendwo unnütz in der Bastelkiste gelegen hat.

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1. Materialsuche

Als erstes sucht man sich passende Materialien:

Materialliste:
1. Träger für die LEDs Ich habe alte CD-Hüllen (die flachen) verwendet. Was anderes hatte ich gerade nicht zur Hand.
2. Ultrahelle LEDs in Kaltweiß und oder warmweiß Ich habe kaltweiße (ca. 6500 Kelvin) 3mm LEDs verwendet. (Tageslicht ist ja auch kaltweiß.)
3. Ein Netzteil mit Gleichspannung am Ausgang Ich habe ein altes 12 Volt Netzteil verwendet. Von einem alten Router oder so.
4. Je nach Spannung des Netzteils passende Vorwiderstände für die LEDs Wie man das berechnet steht weiter unten.
5. Draht für die Verkabelung Kann man so ziemlich alles verwenden was man findet.
6. Falls verfügbar einen kleinen Stecker und Kupplung z.B. für 3,5mm Klinkenstecker, oder Stiftleisten mit Kupplungen Ich hatte keinen zur Hand und habe alles fest verdrahtet.

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2. LED-Vorwiderstände berechnen

Die Ultrahellen LED die ich verwendet habe, haben eine Durchlass-Spannung von 2,8 bis 3,8 Volt (Typisch 3,3 Volt) und dürfen mit maximal 25mA (0,025A) bestromt werden.

Bei meinem 12Volt Netzteil können wir also drei LED in Reihe schalten (3,8V+3,8V+3,8V=11,4) und haben noch 0,6Volt die wir am Widerstand vernichten müssen. (12V-11,4V =0,6V)

Nehmen wir aber an die LEDs haben die minimale Durchlass-Spannung von je 2,8 Volt dann haben wir (2,8V+2,8V+2,8V=8,4V) und müssen 3,6Volt am Widerstand vernichten. (12V-8,4V=3,6V)

Da die LEDs keinen Strom über 0,025Ampere abkönnen, gehen wir von der unteren Durchlass-Spannung aus, da hier ja der größte Strom fließt. Um auf den benötigen Widerstandswert zu kommen, teilen wir nun die zu vernichtende Spannung durch den Strom der durch die LEDs soll. (3,6V/0,025A=144Ohm)

Der Vorwiderstand muss also mindestens 144 Ohm haben, damit auch bei LEDs mit geringer Durchlass-Spannung nicht mehr als 25mA (0,025Ampere) Strom fließen.

Im ungünstigsten Fall (falls jede LED 3,8Volt benötigt) fließen nur 4,16mA (0,00416Ampere).

Fließen, wie maximal angenommen, die 25mA bei den genannten 3,6Volt wird vom Widerstand nur die Energiemenge von 0,09Watt verbraten. (3,6Vx0,025A=0,09W) Es kann also ein einfacher 1/4Watt Widerstand verwendet werden um je drei LEDs in Reihe zu versorgen.

Diese Ketten aus je einem Widerstand (gerundet 150 Ohm) mit drei LEDs können beliebig parallel gehangen werden.

Es dürfen aber nie einzelne LED oder ganze LED-Ketten ohne einzelnen Widerstand parallel geschaltet werden. Denn hat LED (Kette) A eine geringere Durchlass-Spannung als LED (Kette) B fliesst der komplette Strom statt sich durch beide Ketten aufzuteilen komplett durch Kette A und überlastet diese.

Also jede LED oder LED-Kette benötigt einen eigenen Widerstand!!!

Da hier schon geringe Spannungsschwankungen der Stromversorgung erhebliche Stromänderungen zur Folge haben, sollte man das Netzteil lieber einmal ausmessen oder nach einem Probeaufbau mit drei LEDs den Strom einmal messen.
Prinzipiell den Strom lieber etwas geringer wählen. Die LEDs haben im dunkleren Bereich meist nicht nur eine längere Lebensdauer sondern auch einen besseren Wirkungsgrad. Das heißt also das wenn man den Strom bis ans Limit erhöht, erhält man nicht so viel mehr Licht wie man an Strom zusätzlich hindurch schickt. Also lieber ein paar LEDs mehr statt der vollen 25mA. Bei 10mA kommt bei den von mir verwendeten LED auch ordentlich Licht raus.

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3. LEDs montieren

Die Ausgedruckte Schablone für die Anordnung der LEDs wird mit einem Filzstift auf das CD-Cover übertragen.
Schablone für LED-Anordnung im CD-Cover
Hier werden die Löcher für die LEDs gebohrt. Ein Holz als Unterlage zum Bohren, damit das Cover nicht zersplittert.
Hier werden die Löcher entgratet, damit die LEDs besser in die Löcher passen und keine Kunststoff-Fransen das Loch blockieren.
Entgraten der Löcher
Hier sieht man das CD-Cover mit eingesetzten LEDs. Als nächstes müssen die Drähte umgebogen werden.
CD-Cover mit eingesetzten LEDs

Ich habe als Träger also einfach flache CD-Hüllen verwendet bei denen man den eigentlichen CD-Träger herausnehmen kann. Ich wollte etwas transparentes verwenden, damit das Tageslicht auch noch an die Pflanzen kommt und ich nicht so viel Strom für eine alleinige Beleuchtung durch LEDs verwenden muss.
Die LEDs habe ich so angeordnet das sich die Lichtkreise nach wenigen Zentimetern schon überschneiden. Der Vorteil der dichten Anordnung ist, daß man die LEDs direkt miteinander verlöten kann, da sich die Beinchen beim umbiegen schon berühren. Ich brauchte für die Verkabelung der LEDs also kaum Draht.

Als erstes habe ich eine Schablone gemacht, die ich mit einem Filzschreiber auf den Deckel des CD-Covers übertragen habe. Anschließend habe ich die Löcher gebohrt und mit einem dickeren Bohrer entgratet.

Die LEDs habe ich dann von "Innen" durch die Löcher im Cover gesteckt und von hinten mit einem Tropfen Heißkleber fixiert. ("Alleskleber" oder Sekundenkleber ist sicher stabiler)

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4. Verkabelung

Hier sieht man die Pflanzenbeleuchtung von oben. Es liegen hier aber zwei Cover versetzt übereinander, so das sich die LEDs genau überlappen. So ist es noch heller und durch den Versatz auch eine Reihe breiter.
LED-Pflanzenleuchte in Funktion (Nahaufnahme)

Die Drähte habe ich so gebogen, das ich die LEDs ohne zusätzliche Drähte zu Dreierketten verlöten konnte, die alle gemeinsam an Masse hängen. In die Zuleitung zu den Ketten dann jeweils einen Widerstand für jede 3er Kette. Ich habe je Cover 5 Dreierketten verwendet. Beim nächsten Mal würde ich aber mit den LEDs etwas mehr nach außen rutschen um bei den Saatkästen auch die Seiten besser auszuleuchten. Auf dem Bild habe ich zwei CD-Cover-Pflanzenleuchten versetzt übereinander gelegt.

Die Anschlussdrähte der LEDs in jedem Fall lang lassen, das ist gut für die Kühlung der LEDs, also für die Lebensdauer.

Die Zuleitung habe ich auch durch eine Bohrung geführt und im Innern einfach einen Knoten als Zugentlastung gemacht.

Ist alles fertig verkabelt, kann man das Cover einfach zuklappen und alles ist schön geschützt und isoliert.

Will man alles variabler haben, kann man in das Cover natürlich auch einen oder mehrere Steckverbinder einbauen, so kann man mehrere Cover einfach zu einem Streifen oder Cluster verbinden um die Leuchtfläche beliebig zu vergrößern.

Auf die Kapazität des Netzteils bitte achten, nicht das man das plötzlich überlastet.

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5. Inbetriebnahme

Ich habe das Teil dann mit einer Zeitschaltuhr versehen die die Beleuchtung Tagsüber als Unterstützung zum bei mir geringen Tageslicht einschaltet. Prinzipiell kann man das Licht aber auch 24 Stunden eingeschaltet lassen, da Tomaten keinen Schlaf brauchen und dann sehr schön stabil und schnell wachsen.

Hat man tagsüber genügend Licht kann man die Beleuchtung auch nur morgens und abends einschalten um die Tageslicht-phase zu verlängern.

Hier sieht man die finale LED-Beleuchtung auf den noch spärlich wachsenden Tomaten
LED-Beleuchtung auf Aussaatkasten
Hier sieht man wie dunkel es am Fenster bei mir ist. (Westfenster) Kein Wunder das die kleinen Tomaten zu wenig Licht zum wachsen haben.
Die Pflanzenbeleuchtung auf meiner dunklen Fensterbank

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6. Erfahrungen

Nachdem ich die Beleuchtung gebaut hatte, habe ich im Netz recherchiert und habe viele Diskussionen gefunden welche Lichtfarbe man nun verwenden sollte.
- Warmweiß
- Kaltweiß
- Blau+Rot
- verschiedene gemischt....

 

Ich habe mich damals für die kaltweißen entschieden weil unser Tageslicht nun mal auch kaltweiß ist. (Hoher Blauanteil)

Grundsätzlich benötigen Pflanzen wohl in erster Linie rotes und blaues Licht, während Sie Grünes nicht benötigen. Daher sehen die Pflanzen auch grün aus da sie das nicht benötigte grüne Licht eben nicht absorbieren, sondern reflektieren.
Der Blauanteil soll für kompaktes Wachstum förderlich sein, während der rote eher für das Längenwachstum relevant sein soll. (Getestet habe ich das aber nicht)

Viele versuchen nun eine Mischung aus roten und blauen LEDs zu verwenden, da es natürlich noch sparsamer ist nur die benötigten Licht-Wellenlängen zu erzeugen, statt wie bei weißen LEDs viele unbenötigte Lichtanteile mit zu produzieren. Zumal unsere weißen LEDs ja eigentlich blaues Licht erzeugen und nur durch einen eingebrachten gelben Farbstoff weißes Licht abgeben (Pseudo white LED).
Aus blauem und gelben Licht wird tatsächlich weiß (Aditive Farbmischung).
Dieser Umweg über den fluoreszierenden Farbstoff verringert aber den Wirkungsgrad der LEDs zusätzlich.
Da die meisten farbigen LEDs aber einen sehr engen Wellenlängenbereich abstrahlen kann man natürlich Pech haben und mit der Lichtfarbe genau neben dem von der Pflanze benötigtem Bereich liegen.

Bei professionell aussehenden Produkten für den Gärtnerei-bedarf, werden auch verschiedene Rot/Orange Töne mit blau gemischt, wenn man da Datenblätter mit Wellenlängenangaben findet, kann man sich daran natürlich orientieren.

Desweiteren ist die Frage wie lange die Leuchtdioden Ihre Helligkeit beibehalten. Bei meiner Beleuchtung LED-Pflanzenbeleuchtung V2 sind einige LED-Module mittlerweile nur noch halb so hell wie am Anfang, aber ich habe zumindest zeitweise auch zu viel Strom durch die LEDs geschickt.

Da die LED-Stripes (Streifen) immer billiger werden kann man auch schauen ob man hier was passendes findet. Ich bevorzuge allerdings engstrahlende LEDs da ich da nicht auf eine geringe Entfernung von den LEDs zu den Pflanzen angewiesen bin.

Pflanzenbeleuchtung auf Anzuchtkästen
Pflanzenbeleuchtung auf Anzuchtkästen
LED-Pflanzenbeleuchtung von nah.
Pflanzenbeleuchtung von nah.

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7. Und weiter...

Weiter gehts vielleicht mit der "LED-Pflanzenlampe V2". Denn wenn die Tomaten größer werden, brauchen sie auch mehr Platz und die Pflanzenleuchten sollten variabler sein.

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ACHTUNG:

Alle hier gezeigten Schaltungen, Platinenlayouts und Berichte, dienen ausschliesslich zu lern und Übungszwecken. Die Schaltungen sind nicht ohne weiteres für den produktiven Einsatz gedacht und sollten nur unter Aufsicht einer erfahrenen Person (Lehrer / Ausbilder usw.) in Betrieb genommen werden. Das gilt ganz besonders bei Schaltungen bei denen mit Netzspannung gearbeitet wird.

Ich übernehme keinerlei Garantie oder Haftung für Schäden die durch unsachgemässen Gebrauch der Schaltungen entstehen.
Bitte immer daran denken: Ich bin selber nur Hobbybastler und will einfach meinen Spass an der Sache teilen.


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