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topplus Nicht nur hell

Welche LED-Lampen sind am besten für den Hof?

Wir haben mit einem Lichtspezialisten diskutiert, wie man landwirtschaftliche Betriebe mit LED-Technik am besten beleuchtet und welche Effekte das Lichtspektrum auf die Tiere hat.

Lesezeit: 9 Minuten

Mit LED-Technik wird alles günstiger, besser und heller! Aber nach der Montage der neuen Lampen zeigt sich: Wo Licht ist, ist meist auch Schatten, und die Landwirte sind enttäuscht. Dabei liegt das oft nicht an der Technik. Vielmals verhindern Planungsfehler die endgültige Erleuchtung. Wir haben uns mit dem Techniker Stefan Kwetkat ausführlich über das Thema unterhalten. Er beschäftigt sich beim Unternehmen pacelum in Köln speziell mit LED-Licht für die Landwirtschaft.

Schon nach der ersten Viertelstunde Diskussion war uns klar: Licht ist mehr als nur hell. Es geht auch um seine biotische Wirkung. Die Wellenlänge des Lichts hat ganz entscheidenden Einfluss auf das Wohlbefinden der Tiere – und natürlich auch der Menschen. Nicht umsonst gibt es in Skandinavien im langen Polarwinter so genannte Lichtduschen. Trotzdem: Künstliche Beleuchtung kommt aktuell dem Sonnenlicht nicht wirklich nah. Denn das setzt sich aus vielen Spektralfarben zusammen – es ist multispektral – und ändert sich über den Tagesverlauf. Die unterschiedlichen Spektralfarben beeinflussen den circadianen Rhythmus, also den Schlaf-Wach-Rhythmus über 24 Stunden.

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Einfluss auf die Tiere

Die Ideen und Erkenntnisse, dass Lichtstärke und auch das Spektrum Einfluss auf die Tiere haben, sind nicht neu. Sie stammen aus den 70er und 80er Jahren. Früh stand fest, dass im Deckzentrum helleres Licht die Rausche der Sauen positiv beeinflusst.

Teils hat man auch versucht, durch anmalen von Leuchtstoffröhren „anderes“ Licht zu machen – mit überschaubarem Erfolg. Die LED-Technik bietet heute Möglichkeiten, die Spektralfarben anzupassen, teils auch dynamisch über den Tagesablauf.

Das geht aber nicht mit einer einzelnen LED. Denn jede LED hat ihre eigenen Spektralfarben. Ein Farbwechsel ist also immer ein Mix mehrerer LED, die entsprechend angesteuert werden. Je dichter das Ergebnis am Sonnenlicht sein soll, desto komplexer wird es. Hier sind dann normalerweise sieben bis elf einzelne LED in Kombination im Einsatz. Von außen sieht das Ganze aber wie eine einzelne Lampe aus. Ein alternativer Ansatz arbeitet mit einer Kombination von blauen LED und speziellen Leuchtstoffen, die unter Anregung mit blauem Licht gelblich, grünlich oder rötlich strahlen. Die Kombination ergibt ähnlich wie beim Fernseher „RGB“, also weißes Licht.

Nahe am Sonnenlicht

Wie gut eine Leuchte das Sonnenlicht imitiert, stellt der Farbwiedergabe-Index CRI dar. Bei einem CRI von 100 erscheinen alle Farben exakt wie im natürlichen Sonnenlicht – je geringer der CRI, desto verzerrter erscheinen die Farben. Eine Natrium-Dampf-Lampe, die in großen Ställen durchaus beliebt ist, erzeugt ein gelbes Licht, das hell erscheint. Es ist „schlechtes“, aber helles Licht. Der CRI der Natrium-Dampf-Lampe liegt nur bei 48 – Farben lassen sich kaum beurteilen. Deshalb sollte die Beleuchtung vor allem im Abkalbe-, Behandlungs- oder Melkbereich unbedingt einen höheren CRI erreichen.

Je höher der CRI, desto breiter ist das Lichtspektrum. Das führt aber auch dazu, dass es weniger hell wirkt. Ein kaltweißes Licht erscheint heller als ein warmweißes, auch wenn die Lichtintensität in Lumen (Abkürzung „lm“) bei beiden gleich ist. Im Innenraum sollte der CRI 80, bei hohen Anforderungen auch 90, erreichen. Draußen reichen meist 70, um „heller“ zu wirken. Eine vollständige Simulation des Sonnenlichts ist allerdings auch bei einem CRI von 100 nicht möglich, da hier weitere Lichtanteile wie z.B. UV- und Infrarot-Licht dazu kommen.

Die Farbtemperatur gibt die Wirkung des Lichts in Kelvin (K) an. Eine „gemütliche“ Kerze hat eine Farbtemperatur von 1500 K, das mittlere Sonnenlicht erreicht 5500 K. Im „warmen“ Farbspektrum überwiegt der langwellige Anteil im gelben und roten Farbspektrum, je höher die Farbtemperatur, desto höher ist der Anteil von blauem Licht. Gängige LED liegen zwischen 2700 und 8000 K.

Im Kuhstall lassen sich durch passendes Licht gute Wirkungen erzielen. Homogenes Licht ohne starke Schatten sorgt dafür, dass die Tiere besser sehen können. Der blaue Spektralbereich beeinflusst den Tag-Nacht-Rhythmus. Mehr Blauanteil morgens (und damit „kältere“ Lichtfarben) macht die Tiere wacher. Denn durch das Licht wird die Ausschüttung des Schlafhormons Melatonin unterdrückt.

Im Trockensteherbereich sorgt weniger Blau im Licht für mehr Ruhe. Kühe nehmen langwelliges Licht nur wenig wahr. Einige Beleuchtungssysteme schalten nachts daher auf Rotlicht um. Das soll zusätzlich Ruhe in den Stall bringen, für einen Kontrollgang reicht das Rotlicht aber aus. Eine wissenschaftliche Bestätigung dieses Effektes gibt es zurzeit allerdings nicht. Untersuchungen kommen immer häufiger zum Ergebnis, dass es einen positiven Effekt des Lichts auf Milchleistung und -inhaltstoffe gibt.

Besonders im Geflügelbereich arbeitet man schon länger mit den unterschiedlichen Lichteinflüssen. So ist z.B. beim Fangen von Hähnchen blaues Licht üblich, das die Tiere sehr ruhig hält.

Farbe des Lichts ändert sich

Soll die Beleuchtung ihr Lichtspektrum über den Tagesverlauf ändern, geht das nur mit einer aufwendigen, digitalen Steuerung. Künftig übernehmen das Can-Bus-Systeme oder sogar eine internetbasierte Technik (IoT). Dabei ist auch eine Kopplung mit Sensoren im Stall möglich. Unterschiedliche Arbeitsprozesse im Stall kann eine variable Beleuchtung notwendig machen (z.B. zur Reinigung oder gesundheitlichen Beurteilung des Bestands).

Bevor die Monteure im neuen Stall anrücken, ist eine gezielte Lichtplanung wichtig. Welche Anforderungen soll das Licht erfüllen, mit welchen Lampen lässt sich das erreichen? Viele Installateure nutzen dazu Computer-Programme, die es frei im Netz gibt, Beispiele sind Dialux oder Relux. Die Bauzeichnung wird ins Programm übertragen. Die unterschiedlichen Leuchten sind hinterlegt (dadurch finanzieren sich die Programme, die Hersteller zahlen für die Aufnahme ihrer Produkte in das Programm).

Im Planungsprogramm lassen sich unterschiedliche Funktionsbereiche im Stall unterscheiden. Für die Bereiche legt man die gewünschte Lichtstärke in Lux fest. Lux ist die Einheit für die Beleuchtungsstärke. Sie gibt an, welcher Lichtstrom auf einer Flächeneinheit (in Quadratmetern) gemessen wird. Die Einheit für den Lichtstrom ist Lumen, sie basiert ursprünglich auf der Augenempfindlichkeit des Menschen.

Für öffentliche Bereiche und Arbeitsplätze fordern Normen, wie die DIN 5035, und die Arbeitsstätten-Richtlinien (ASR) eine minimale Beleuchtungsstärke je nach Anwendungszweck. Zum einfachen Beleuchten im Außenbereich, auf einem Parkplatz reichen 50 Lux aus. Geht es um genaueres Rangieren, sollten es schon 100 Lux sein. Im Boxenlaufstall sind 100 bis 200 Lux passend, im Deckzentrum bis zu 300. Für Arbeitsplätze in der Industrie an Maschinen sind bis zu 500 Lux gefordert. Einfache Luxmeter gibt es übrigens im Netz ab 20 €.

Ziel ist ein homogenes, schattenarmes Licht. Die Programme ermöglichen, mit „dem Licht zu spielen“. Was passiert also, wenn ich andere Leuchtmittel auswähle? In einem farblichen 3D-Modell kann das Programm die entsprechenden Maßnahmen darstellen.

Unterschiedliche Bauformen

LED-Leuchten gibt es in unterschiedlichen Bauformen. Üblich im landwirtschaftlichen Bereich sind Röhren – meist für den Innenbereich – und Strahler für draußen. Daneben gibt es auch Hallentiefstrahler. Hier müssen für eine homogene Beleuchtung die Montagehöhe und die Verteilung genau passen.

Bei der Auswahl gibt es neben der reinen Watt-Zahl, also der elektrischen Leistungsaufnahme, unterschiedliche Kenngrößen – die aber z.B. im Baumarkt nicht immer auf der Packung zu finden sind.

Neben dem CRI und dem Lichtstrom ist die Effizienz, also der Energieverbrauch, interessant. Ordentliche Lampen erreichen etwa 100 Lumen pro Watt, im Profibereich sind auch 140 bis 150 Lumen pro Watt möglich. Im Schnitt verbrauchen LED-Röhren heute nur 40% der Energie wie eine Leuchtstoffröhre bei gleicher Beleuchtungsstärke.

Eine weitere wichtige Angabe ist die Haltbarkeit. Auf professionellen Lampen ist die Lebensdauer mit Stunden und einem Wert L kombiniert, denn eine LED degradiert über die Zeit, sie wird dunkler. Eine Angabe 100000 Stunden L80 bedeutet, dass die LED-Leuchte nach 100000 Stunden noch 80% Restintensität bietet. Mit diesen Werten können günstigere Anbieter spielen: Deutlich kürzer haltbar ist also eine Leuchte mit 100000 Stunden L50 oder eine mit 50000 Stunden L80. Übrigens: Ein komplettes Jahr hat 8760 Stunden, im Kuhstall dürfte das Licht um die 2000 Stunden pro Jahr an sein.

Für die Haltbarkeit ist auch die Schutzklasse entscheidend. LED-Technik reagiert – wie viele elektronische Geräte – allergisch auf Ammoniak. Am besten eignen sich komplett vergossene Röhren (z.B. mit der Schutzklasse IP69K, die auch einem Heißwasser-Hochdruckreiniger standhalten). Diese Top-Röhren haben allerdings ihren Preis – sie kosten zwischen 200 und 250 € pro Stück.

Der Preis für Röhren mit der Schutzklasse IP65 (staubdicht, geschützt gegen Strahlwasser) liegt zwischen 40 und 50 €, Preise für Einsteigerröhren bewegen sich bei ca. 35 €. Wichtiger als der Anschaffungspreis sind aber eher die Gesamtkosten über die Lebensdauer (TCO, Total Costs of Ownership). Eine teure Lampe, die ewig hält und wenig Energie benötigt ist am Ende oft günstiger als ein Billigprodukt – vor allem, wenn man zum Austausch nicht ohne weiteres an sie herankommt. Doch je mehr eine Leuchte mit einer Kunststoff-Röhre gegen widrige Stallbedingungen geschützt ist, umso mehr ist sie in ihrer Helligkeit limitiert.

Die Leistung einer Lampe sagt nichts über ihre Abstrahlcharakteristik. Es bringt kaum etwas, wenn der Lichtstrahl blendet, sich kaum verteilt und harte Schatten wirft. Je verteilter und gleichmäßiger – homogener – das Licht, desto besser. Deshalb spielt neben der reinen Lichtstärke die Optik des Leuchtmittels eine wichtige Rolle. Die Optik beeinflusst ganz entscheidend den Montageort und damit das Ergebnis. Klassische Leuchtstoffröhren strahlen rundherum Licht ab, LED-Röhren geben es nur in die gewünschte Richtung ab. Mit entsprechender Optik können in einem linearen System ein bis zwei Reihen von LED-Röhren reichen, einen ganzen Boxenlaufstall homogen auszuleuchten.

Außenbeleuchtung

Bei der Hofbeleuchtung gibt es unterschiedliche Ziele. Schöne Gebäude oder Bäume lassen sich stimmungsvoll eher mit gebündeltem Licht anstrahlen, z.B. mit Bodenstrahlern. Für Funktionsbereiche ist das aber nicht die richtige Taktik. Genau so wenig, wie ein einzelner, besonders starker Strahler am Hochsilo. Der blendet und wirft harte Schatten. Generell gilt, je weiter weg die Lichtquelle, desto stärker die Schatten. Und je niedriger der Abstrahlwinkel, je stärker die Lichtquelle, je gebündelter der Strahl, desto höher ist die Blendwirkung. Wie im Stall sollte auch im Außenbereich das Licht möglichst homogen sein.

Interessant ist natürlich, wie hell die Beleuchtung sein soll. Geht es um persönlich bekannte Wege? Oder geht es um Bereiche mit Lieferverkehr? Lichtplaner raten dazu, mit mehreren Lichtquellen zu arbeiten und das – falls möglich – auch aus mehreren Richtungen.

Komplettpaket mieten?

LED bieten viel mehr Möglichkeiten als klassische Beleuchtungssysteme. Weil die Kosten aber hoch sein können, sollte man nicht einfach auf eigene Faust und ohne Beratung bzw. Planung mit der Montage beginnen. Oder man mietet das LED-Licht einfach: Die Industrie entwickelt neue Geschäftsmodelle auch für die Landwirtschaft, die sich unter dem Sammelbegriff „light as a service“ fassen lassen. Die Kunden geben dem Anbieter vor, welche Kennwerte die Beleuchtung erfüllen soll, den Rest – Auswahl der Leuchten, Montage, Unterhaltung, Stromversorgung – regelt das Unternehmen. Der Kunde zahlt eine monatliche Gebühr, die Laufzeit ist meist zehn Jahre. Die lange Lebensdauer der LED machen das Modell für die Anbieter scheinbar kalkulierbar.

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