Gewächshaus mit LED-Beleuchtung bauen

© Paul Grecaud, 123RF

Ins rechte Licht gesetzt

Selbst ohne eigenen Garten holen Sie sich Pflanzen mithilfe von LEDs in jeden Raum und sehen ihnen mit dem RasPi beim Wachsen zu.

Pflanzen wachsen am besten unter natürlichem Sonnenlicht. Das steht aber in Gebäuden oftmals nicht in ausreichender Menge bereit. Eine künstliche Lichtquelle für ein kleines Gewächshaus schafft Abhilfe.

Allerdings verursacht die künstliche Beleuchtung ganz eigene Probleme: Zu manchen Zeiten, etwa im Winter, reicht sie nicht aus. Dann schießen die Pflanzen in die Höhe und sind spindeldürr. Im Sommer besteht die Gefahr, dass Pflanzen zu viel Licht erhalten. Ein Sonnenbrand an einer Pflanze äußert sich durch teilweise oder ganz weiß gefärbte Blätter.

Pflanzen sind grün, da sie zur Photosynthese hauptsächlich blaues und rotes Licht verwenden und grünes Licht im Bereich von 490 bis 575 Nanometer reflektieren. Es ist daher wichtig, den Pflanzen die richtige Art von Licht anzubieten. Des Weiteren benötigen sie rund acht Stunden Dunkelheit am Tag, um gesund zu wachsen. Stärke, die sie am Tag bei der Photosynthese produzieren, wandeln sie in diesen Stunden in Zucker um.

Alle genannten Probleme lösen Sie mithilfe von LEDs und einer aktiven Steuerung durch den Raspberry Pi. Für das Projekt spielt es grundsätzlich keine Rolle, welches Modell Sie verwenden. Ein Pi Zero W spart Geld und Kabel, allerdings müssen Sie die GPIO-Pins selbst löten. Ein USB-Anschluss am Raspberry Pi vereinfacht den Aufbau. Ein RasPi 2 wäre daher eine gute Wahl.

In diesem Projekt kommt eine Webcam zum Einsatz, um Zeitraffervideos der wachsenden Pflanzen aufzunehmen. In Kombination mit dem Kameramodul für den RasPi wäre also wieder der Pi Zero W die bessere Wahl. Bei ihm schließen Sie das Modul direkt an den CSI-Port (Camera Serial Interface) an. Die Tabelle "Zubehör" zeigt, was Sie für das Projekt außerdem benötigen.

Zubehör

helle blaue und rote LEDs

grüne LEDs (optional)

LEDs nahe Infrarot-Bereich (optional)

geeignetes Netzteil (15 Watt/5 Volt)

geeignete Vorwiderstände

Transistoren (etwa BC 635)

Sperrholzplatten, Heißklebepistole

Pflanztöpfchen und Plastikfolie

Raspberry Pi

Webcam oder RasPi-Kameramodul

Kabel und Lötkolben

Das Gewächshaus

Die Dimension der Bauteile für das Gewächshaus hängt im Wesentlichen davon ab, wie viele und welche LEDs Sie verwenden. Achten Sie vor allem darauf, dass die LEDs die Pflanzen später gut ausleuchten. Bevor Sie jedoch das Licht anschalten, greifen Sie erst einmal zum Werkzeugkasten. Für den Anfang genügen vier Sperrholzplatten (Abbildung 1).

Abbildung 1: Der Zuschnitt für die Basis des Gewächshauses besteht aus fünf Brettern. Im unteren Teil befindet sich später das eingesetzte Pflanztöpfchen.

TIPP

Wählen Sie die Größe des Gewächshauses so, dass Sie eine günstige Anzuchtschale für Kokosquelltöpfchen einsetzen können. Bis die Sämlinge keimen, nutzen Sie dann einfach das passende Plastikdach der Schale.

Eine Heißklebepistole eignet sich ausgezeichnet dafür, die Sperrholzplatten einfach und stabil zu verbinden. Zusammengeklebt ergibt der Zuschnitt einen Kasten. In diesen kleben Sie noch eine Plastikfolie, um überschüssiges Wasser vom Gießen aufzufangen. Die beiden Kanten, an denen das Dach aufsetzt, feilen Sie mit einer 45-Grad-Fase ab.

Beim Dach gehen Sie ähnlich vor: Zunächst sägen Sie wieder einige Holzplatten zu (Abbildung 2). In die zwei größeren bohren Sie jetzt schon einige Löcher, die später die LEDs aufnehmen.

Abbildung 2: Nach dem Zuschnitt für das Dach lohnt es sich, die Bohrungen für die LEDs gleich zu setzen.

Aus Resten kleben Sie je eine kleine Leiste auf die Platten. Das erleichtert es später, das Dach an die Wände zu kleben, und gibt ihm zusätzlichen Halt. In die kleinere Platte schneiden Sie eine Öffnung für die Webcam. Nutzen Sie das RasPi-Kameramodul, das Sie einfach mit Klebeband an der Unterseite des Dachs anbringen. Die fertigen Teile verkleben Sie zu einem kleinen Haus (Abbildung 3).

Abbildung 3: Das fertige Gewächshaus mit einem PVC-Rohr als Öffnung für die Webcam und den bereits eingesetzten LEDs.

TIPP

Viele günstige Webcams haben eine runde Form und passen so in ein gängiges PVC-Rohr. Kleben Sie es ans Gewächshaus, tarnt es die Kamera als "Schornstein".

Passende LEDs

Das Herzstück des Gewächshauses bilden die LEDs, die Sie daher sorgsam auswählen sollten. Die entscheidenden Kriterien sind hierbei die Wellenlänge, die Lichtstärke und der Öffnungswinkel des Lichtkegels. Bei LEDs handelt es sich um mehr oder weniger monochromatische Lichtquellen, die Licht einer definierten Wellenlänge (Farbe) aussenden.

In der Vegetationsperiode – nachdem der Samen gekeimt hat und bevor die Pflanze blüht – benötigen Gewächse hauptsächlich blaues Licht im Bereich von 400 bis 500 Nanometern, ideal sind 460 nm. Das sorgt für ein gesundes, kompaktes Wachstum mit vielen Blättern.

In der Blütezeit brauchen die Pflanzen dagegen vermehrt rotes Licht der Wellenlängen 620 bis 720 nm (ideal: 660 nm), das die Blütenbildung fördert. Manche gedeihen mit einigen tiefroten LEDs aus dem Bereich 720 bis 740 nm besonders gut.

In der Natur steigt der rote Anteil im Sonnenlicht in den Abendstunden, genauer gesagt: Der Anteil an blauem Licht nimmt durch Streuung in der Atmosphäre ab. Setzen Sie also rote LEDs gezielt am Abend ein, stimuliert das die Zuckerproduktion in der Pflanze. Obwohl grünes Licht kaum zur Photosynthese beiträgt, haben Versuche der NASA gezeigt, dass ein kleiner Anteil an grünem Licht für ein gesünderes Pflanzenwachstum sorgt [1].

Trivia

Die besten Infos zur optimalen Auswahl von LEDs finden sich, wenn Sie im Internet Informationen zum Thema Cannabis-Anbau suchen. Die so gefundenen Tipps eignen sich ideal auch für Tomaten. Die NASA hat ebenfalls ein Interesse daran, die richtige Zusammensetzung des Lichts herauszufinden, um auf Raumstationen gesundes Gemüse anzubauen.

Verschiedene Online-Shops bieten die Möglichkeit, LEDs nach Wellenlänge oder Farben zu filtern. Vorsicht: Manche geben stattdessen die Farbe des Gehäuses an – weiße oder farblose LEDs senden in diesem Fall durchaus rotes Licht aus. Letzte Zweifel beseitigen Sie am einfachsten durch die Lektüre des Datenblatts. Darin findet sich in aller Regel eine Grafik zur Farbverteilung.

Neben der Farbe ist es wichtig zu wissen, wie hell die LED später scheint und welchen Bereich sie ausleuchtet. Hierfür gilt es, zwei Dinge zu beachten: den Öffnungswinkel des Lichtkegels (Viewing Angle) und die Lichtstärke in Millicandela (mcd).

Die Einheit Candela gibt die Lichtstärke eines Objekts in Lumen pro Raumwinkel (Steradiant) an. Beide Werte finden sich üblicherweise im Datenblatt. LEDs mit einem geringen Öffnungswinkel leuchten nur einen kleinen Bereich aus. Für ein Gewächshaus sind große Winkel zu bevorzugen.

Gelegentlich findet sich zusätzlich die Lichtstärke in Lumen. Die Angaben zur Lichtstärke sind mitunter anfangs verwirrend. Wenn Sie es einfach haben möchten, erwerben Sie LEDs mit der passenden Wellenlänge und möglichst großer Lichtstärke sowie großem Öffnungswinkel.

Wollen Sie es genauer wissen, berechnen Sie die tatsächliche Lichtstärke an der Pflanze. Ein Beispiel dafür findet sich im Wikipedia-Artikel zur Einheit Lux [2] (dort Beispiel 3). Die Beleuchtungsstärke in Lux lässt sich nun direkt mit der Beleuchtungsstärke der Sonne vergleichen. Diese reicht in Mitteleuropa von 3500 Lux an einem bedeckten Wintertag bis zu 90 000 Lux an einem sonnigen Sommertag.

Möchten Sie unabhängig von der Sonne sein, empfiehlt sich eine Lichtstärke von mindestens 10 000 Lux für das künstliche Licht. Eine normale LED liefert 150 Lux; es gibt aber auch viel hellere LEDs mit höheren Beleuchtungsstärken.

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