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LED-Pflanzenlampen zum Selberbauen

Pflanzenlampen selbst zu bauen muss gar nicht so schwierig sein
frisch produzierte COBs

LED-Pflanzenlampen sind in der Anschaffung etwas teurer, als herkömmliche Pflanzenbeleuchtung. Sie versprechen zwar einen günstigeren Betrieb, nichtsdestotrotz kommt es vor, dass der höhere Preis Interessierte vom Kauf abhält. Hat man nicht viel Geld, dafür aber etwas Zeit zur Verfügung, liegt die Entscheidung, die Lampe selbst zu bauen nicht fern. Dabei lässt sich die Lampe ganz den eigenen Bedürfnissen anpassen und im Falle eines Defekts weiß man selbst am besten, wie dieser zu beheben ist.

Für alle, die leicht von Technik abgeschreckt werden oder schlicht nicht so viel Zeit zur Verfügung haben, die zueinander passenden Komponenten zu recherchieren, gibt es fertige Bausätze auf dem Markt. Diese lassen sich einfach montieren und sind günstiger, als fertige Plug-and-Play-Modelle.

Hier erfahren sie, wie worauf es bei der Wahl der Bauteile ankommt und wie sie verschaltet werden.

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Was benötigt wird, um selbst Hand anzulegen

Eine LED-Pflanzenlampe besteht in der Regel aus drei Hauptkomponenten:

was noch gebaucht wird:

  1. COB-Halter passend zu den COBs am besten mit Anschlüssen, sonst muss gelötet werden
  2. Reflektor oder Linsen, um das Licht zu lenken
  3. Wärmeleitpaste, um die thermische Schnittstelle zwischen den COBs und dem Kühlkörper zu verbessern
  4. Lüsterklemmen
  5. Schmirgelpapier oder zumindest Stahlwolle, um die Montagefläche des Kühlkörpers zu behandeln und so vor Oxidation zu schützen
  6. Optional Politur und Reinigungsalkohol, um den Kühlkörper zu reinigen und die maximale Wärmeleitfähigkeit zu gewährleisten
  7. Bohrmaschine mit Metallbohrer
  8. Schrauben

Der Bedarf an zusätzlichem Material und Werkzeugen variiert je nach Montageart.

Ampere

Ampere, abgekürzt ‘A’ ist die Einheit der elektrischen Stromstärke. Es gibt an, wie viel Strom durch etwas fließen kann. Bei LED ist die Stromstärke dafür verantwortlich, wie hell die LED leuchten. Allerdings sinkt mit mehr Ampere pro LED die Effizienz der LED. Mehr Chips, die mit geringer Stromstärke betrieben werden sind also effizienter, d.h. produzieren mehr Licht im Verhältnis zu Abwärme.

Ampere= Volt/Watt

Volt

Volt, abgekürzt ‘V’ ist die Einheit für elektrische Spannung. Die elektrische Spannung ist dafür verantwortlich, dass Strom fließt. Der Ladungsunterschied an zwei Polen bewirkt den Stromfluss.

Volt= Ampere/Watt 

Watt

Watt wird ‘W’ abgekürzt und steht für Leistung, ist also Energie in einer bestimmten Zeitspanne. Mit der Leistung von einem Watt kann bei einem Volt ein Ampere Strom durch einen Ohmschen Widerstand fließen.

1 W=VA 

COB

COB steht für Chip on Board und steht für eine LED-Technologie, bei welcher viele LED Chips sehr nah beieinander direkt auf eine Platine montiert werden. Versiegelt wird es mit einer Phosphorschicht, die den COBs ihre gelbe Farbe verleiht. COBs sind in der Produktion günstiger als herkömmliche SMD-LED, sie können mit mehr Strom angesteuert werden, produzieren mehr Licht pro Quadratzentimeter und weniger Abwärme.

Durchlassspannung

Die Durchlassspannung gibt an, wie viel Spannung in Volt mindestens vorhanden sein müssen, um die LED in Durchlassrichtung betreiben zu können. Sie wird auch Schwellenspannung genannt. LED sind als Dioden also auch in Durchlassrichtung erst ab einer bestimmten Spannung durchlässig.

Photon

Ein Photon ist ein Lichtteilchen, welches Wechselwirkungen mit seiner Umgebung eingehen kann. Photonen werden für die Photosynthese benötigt.

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Die Leuchtdioden

Leuchtdioden, welche ihren Dienst tun gibt es viele. Wichtig bei der Planung einer eigenen LED-Pflanzenlampe sind das Lichtspektrum der LED und die Photonenflussdichte. Das Spektrum sollte von Pflanzen verwertbar sein und genug Photonen bei der Pflanze ankommen, damit diese Photosynthese betreiben kann.

Weitere wichtige Werte der LED sind die Durchlassspannung und die maximale Stromstärke. Der Treiber muss der Durchlassspannung der LED angepasst werden. Liefert der Treiber zu wenig Spannung, funktionieren die LED nicht. Ein Zuviel an Spannung richtet nichts aus.

Die Stromstärke in Ampere hingegen darf nicht zu hoch sein. Lässt der Treiber mehr Strom passieren und wird die maximale Stromstärke in Ampere überschritten, so gehen die LED kaputt.

Effizienz

Die Effizienz eine Lampe wird dadurch bemessen, wie viel Photonen im Verhältnis zu Wärme sie produziert. Mit LED ist es erstmals möglich mehr Licht als Wärme zu erzeugen. Ein Verhältnis von 60% Photonen zu 40% Wärme ist durchaus möglich. Die Effizienz von LED ist auch abhängig davon, mit wie viel Ampere sie bestromt werden. Je geringer die Stromstärke desto besser ist die Effizienz der COBs, doch steigt mit höherer Stromstärke in absoluten Zahlen auch der Photonenausstoß. Die Balance von guter Effizienz und hohem Photonenfluss zu finden ist wohl die Kunst des Eigenbaus.

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Der Cree CXB 3590 ist einer der leistungsstärksten COBs auf dem Markt

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Wie wählt man den richtigen Treiber?

Wozu ist ein Treiber nötig?

Damit LED mit konstant niedrigem Gleichstrom laufen können, muss ein Vorschaltgerät zwischen Steckdose und LED geschaltet werden, denn aus der Dose kommt nur Wechselstrom. Das Vorschaltgerät wird bezüglich LED oft Treiber genannt. Der Treiber reguliert also Spannung und Strom.

Die Wahl des Treibers

Bei der Wahl des Treibers sind verschiedene Werte zu beachten:

  1. Input: Es ist darauf zu achten, wie viel Eingangsspannung der Treiber aushält. Dabei wird oft eine Spanne angegeben. Die Spannung des jeweiligen Stromnetzes sollte innerhalb der angegebenen Spanne liegen.
  2. Output: die Voltzahl auf dem Treiber zeigt, wie viele COBs damit betrieben werden können.

Die Voltzahl des Treibers/ die Durchlassspannung der gewünschten COB= Anzahl der COBs; z.B.: 143V/36V = 3,9, hier können also drei COBs problemlos betrieben werden.

Meistens weicht die reale Durchlassspannung der LED vom angegebenen Wert ab und zwar meist nach unten. Das heißt, sehr wahrscheinlich können mit einem Treiber von 143V vier 36V-COBs betrieben werden.

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LED-Treiber von Meanwell

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Die richtige Kühlung

Aktive oder passive Kühlung

Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Arten von Kühlung für LED-Pflanzenlampen, die passive und die aktive.

Die aktive Kühlung wird durch einen kleinen Lüfter und daran angebrachte Kühlrippen besorgt. Meist braucht jeder COB seinen kleinen Lüfter. Eine aktive Lüftung ist die günstige Variante, da schlicht nicht so viel teures Aluminium gebraucht wird. Außerdem ist gerade für den Eigenbau und bei Unsicherheiten bezüglich der richtigen Ausmaße des Kühlkörpers die aktive Kühlung die sicherere Variante. Die aktiven Lüfter kühlen etwas mehr, als nötig, wodurch die Gefahr der Überhitzung minimiert wird.

Doch sind die Lüfter meist nicht so langlebig, wie die LED und bei Ausfall würden die LED unter der vermehrten Hitze leiden. Des Weiteren erzeugt der Lüfter Geräusche. Je nachdem, wo die Lampe später laufen soll, kann dies als störend empfunden werden.

Warum müssen LED gekühlt werden?

LED sind Halbleiter und wärmeempfindlich, weshalb sie gekühlt werden müssen, sollen sie den Leistungsanforderungen einer Pflanzenlampe gerecht werden. LED haben eine maximale Sperrschichttemperatur (ϑi) oder englisch junction temperature (TJ), die nicht überschritten werden darf. Die Sperrschichttemperatur ist die Temperatur in der Diode und wegen den Größenverhältnissen nur schlecht messbar. Sie beeinflusst die Lichtausbeute, Wellenlänge und Durchlassspannung der Diode. Ein Anstige über 10°C der Sperrschichttemperatur verringert die Lebensdauer einer LED um etwa die Hälfte.

Die Umgebungstemperatur muss etwas unterhalb der maximalen Sperrschichttemperatur liegen, damit Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Wärme fließt nämlich immer vom wärmeren zum kühleren Medium.

Ein Kühlkörper hilft durch seine größere Oberfläche und seine Wärmeleitfähigleit die Hitze schneller abzuführen.

Die maximale Sperrschichtemperatur findet sich in den Herstellerangaben. Ob diese in der Praxis eingehalten wird, kann leider nicht gemessen, aber mithilfe der gemessenen Gehäusetemperatur berechnet werden.

ϑi= Sperrschichttemperatur. Die maximale Sperrschichttemperatur sollte zur Sicherheit niedriger angesetzt werden, als vom Hersteller empfohlen.

ϑG= Gehäusetemperatur

P= die maximale Leistung am Halbleiter in Watt

RthG= thermischer Widerstand des Halbleiters

Berechnung des passenden Kühlkörpers

Die Leistung eines Kühlkörpers ist abhängig von seiner Masse, der Größe der Oberfläche, sowie der Wärmeleitfähigkeit des Materials. Aluminium ist hier der gebräuchlichste Werkstoff. All dies zusammen bestimmt den wichtigsten Wert des Kühlkörpers, dessen thermischen Widerstand. Der thermische Widerstand wird in Kelvin pro Watt angegeben. Er besagt, wie viel Wärme nicht abgeführt wird und ist das Gegenstück zur thermischen Leitfähigkeit. Je kleiner der thermische Widerstand, desto besser also die Leitfähigkeit.

Grob lässt sich sagen, dass alle thermischen Widerstände, angefangen beim Halbleiter, über das Gehäuse, die Montagefläche und schließlich des Kühlkörpers berücksichtigt werden müssen, um zu berechnen, wie viel Wärme schließlich abgeführt wird. Hier gehen wird davon aus, dass zu schon vorhandenen Komponenten, also LED mit Gehäuse und Montagematerial ein passender Kühlkörper gesucht wird. Der nötige Wärmewiderstand des Kühlkörpers lässt sich wie folgt berechnen. Die einzusetzenden Werte sind den Herstellerangaben zu entnehmen.

ϑu= Umgebungstemperatur in Grad Celsius. Diese steigt im laufe des Betriebs durch die zugeführte Abwärme und sollte etwa 20° höher angesetzt werden

RthM= thermischer Widerstand der Montagefläche. Dieser ist auch abhängig von der Montageart und den Herstellerangaben zu entnehmen. Mit Wärmeleitpaste und ohne Isolator beträgt der Wert zwischen 0,005 – 0,10 K/W und ist somit sehr niedrig.

Δϑ= Temperaturdifferenz in Kelvin, wobei eine Differenz von einem Kelvin einem Grad Celsius entspricht

Jeder Kühlkörper, dessen thermischer Widerstand kleiner als der errechnete Wert ist eignet sich zur Kühlung der Lampe. Wobei freilich noch auf Größe, Gewicht und Montageart zu achten ist. Einfluss auf die Funktionsfähigkeit haben noch die Variablen Luftzirkulation, Lage des Kühlkörpers und der gesamten Lampe, sowie wechselnde Umgebungstemperaturen.

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schwarzer, eloxierter Kühlkörper

ϑi= Sperrschichttemperatur

 

ϑG= Gehäusetemperatur

 

P= die maximale Leistung am Halbleiter in Watt

 

RthG= thermischer Widerstand des Halbleiters

 

ϑu= Umgebungstemperatur in Grad Celsius

 

RthM= thermischer Widerstand der Montagefläche

 

Δϑ= Temperaturdifferenz in Kelvin, wobei eine Differenz von einem Kelvin einem Grad Celsius entspricht

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Montage der COBs auf dem Kühlkörper

Vorbereitung der Fläche

Schließlich müssen die COBs auf der Montagefläche des Kühlkörpers montiert werden. Die Montagefläche sollte vor Anbringen der LED etwas angeraut und eventuell poliert werden, um die Wärmeleitfähigkeit der Schnittstellen zwischen COB und Kühlkörper zu verbessern und Oberflächenoxidation zu minimieren. Auch ist eine Säuberung des Kühlkörpers mit Reinigungsalkohol aus den gleichen Gründen empfehlenswert.

Montage der COBs

Die Halterung der COBs besitzt vorgestanzte Montagelöcher, mit deren Hilfe die benötigten Schraublöcher auf der Montagefläche im richtigen Abstand vorgebohrt werden können. Danach können die COBs in den Halterungen festgesteckt werden.

Um den thermischen Widerstand der Schnittstelle weiter zu verbessern, sollte auf der Rückseite der festgesteckten COBs Wärmeleitpaste dünn verstrichen werden. Danach können die COBs vorsichtig in den vorbereiteten Löchern festgeschraubt werden.

Es gibt sehr gute Metallhalterungen, mit Anschlussstellen für die Kabel am Plus- und Minuspol. Die Kabel können hier einfach eingesteckt werden und kein Löten ist vonnöten. Bei Halterungen ohne Anschlussstellen, müssen die Kabel am Minus-und Pluspol des COB festgelötet werden.

Ideal-CoB-Holder

Eine Halterung für den CXB 3590 mit Anschlüssen

Arctic mx-4 Wärmeleitpaste
Aktuell für 4,90 €*
Wärmeleitpaste aus Kohlenstoff-Mikropartikeln
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Wir wird nun alles verkabelt?

Bei der Verkabelung der COBs ist die Reihenschaltung der Parallelschaltung unbedingt vorzuziehen. Denn bei der Paralleschaltung von LED kann es leicht zu thermischem Durchgehen kommen und so zum Ausfall der LED.

Reihenschaltung

Es wird vom positiven Pol des Treibers zum positive Pol des ersten COB verkabelt. Dann vom negativen Pol des COB zum positiven Pol des nächsten und so weiter. Der letzte COB wird an den negative Pol des Treibers angeschlossen.

Die maximale Spannung des Treibers muss größer sein, als die summierte Durchlassspannung der COBs. Hat man vier 36V COBs, so muss die maximale Spannung des Treibers größer sein, als 4X36= 144V sein.

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Eine gute Möglichkeit: Fertig zusammengestellte Bausätze

  DIY-M-Kit 100W

Nicht jeder ist ein Fan von Berechnungen und eventuell langwieriger Recherche. Dabei stellt sich auch die Frage, ob die investierte Zeit das eingesparte Geld wettmacht. Wer von beidem etwas sparen möchte, ist mit LED-Pflanzenlampen-Bausätzen gut beraten.

Diese erfordern nur ein Minimum an Geschick und Vorwissen. Man bekommt alle Komponenten, oft sogar das nötige Werkzeug geliefert und baut sie mithilfe einer Anleitung zusammen. Dabei bleibt freilich etwas Spielraum, Dinge anders zu machen, andere Komponenten hinzuzufügen oder sie anders zusammenzufügen. Die Vorauswahl der Komponenten und die Berechnungen sind in professioneller Hand, was einen verlässlichen Betrieb garantiert. Meist ist dies sogar wörtlich zunehmen, denn nicht selten gibt es eine Garantie auf die Bausätze. Es muss nicht mehr gebohrt werden und so beschränkt sich der Einsatz von Werkzeug auf ein Minimum.

Die Bausätze von Pro-Emit gibt es in verschiedenen Versionen, angefangen bei 60 Watt. Wobei die Kits beliebig erweiterbar sind. So kann erst klein angefangen und der Grow immer weiter ausgedehnt werden.

Ein besonderes Schmankerl im Sortiment ist die Black Edition. In ihr werden nur die besten Bins der Cree CXB 3590 verbaut. Diese lassen sich nicht gezielt produzieren,

  DIY-M-Kit Black Edition

sondern fallen nur zufällig bei der Produktion der COBs an, wodurch sie zu seltenem Gut werden. Die Chips liefern deutlich bessere Werte als die sowieso schon sehr guten DB-Bins der CXB 3590.

Des Weiteren bietet Pro-Emit ein Far-Red Bausatz zur Schlafinitiierung. Tiefrotes Licht hilft den Pflanzen ihren Stoffwechsel auf Nacht umzustellen, sich so besser zu erholen und umso aktiver in den Tag zu starten. Die Far-Red-Kits können als Erweiterung der anderen D.I.Y.-M-Kits  oder als Ergänzung zu einer anderen Lampe genutzt werden.

Pro-emit DIY-M-KIT 200W Bausatz
Pro-emit DIY-M-KIT 200W Bausatz

Die Bausätze von Pro-emit gibt es in verschiedenen Versionen

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