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Vergleich von LED und Metallhalogen Leuchten

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Vergleich von LED und Metallhalogen Leuchten aus Investitionsrentabilitätssicht

„Horticulture Beleuchtung“ ist heutzutage in aller Munde. Man hört in diesem Zusammenhang auch oft den englischen Begriff „Indoor Farming” oder „Indoor Growing“, was nichts anderes bedeutet als „Innenanbau“. Für diese Anbauart benötigt man die sogenannten „Grow Lampen“, die als Ergänzung – oder gar Ersatz – des natürlichen Sonnenlichtes dienen.

In diesem Beitrag widmen wir uns verschiedenen „Wachstumslampenarten“. Man unterscheidet hier hauptsächlich zwischen zwei Lampenarten, den „LED Lampen“ sowie den „Metallhalogen- und Natriumdampflampen“ (kurz MHL / NDL). Im Folgenden wollen wir einen direkten Vergleich von LED Lampen und MHL / NDL durchführen, insbesondere im Hinblick auf Investitionsentscheidungen. Sei es im Rahmen von Neu- oder Ersatzinvestitionen: Sie sollten vor dem Kauf eines neuen Beleuchtungssystems bzw. vor der Umstellung Ihrer bestehenden Beleuchtung, sich einen Überblick von diesen beiden Beleuchtungstechnologien verschaffen. In diesem Aufsatz wollen wir daher LED und MHL / NDL aus einer Investitions-Gesamtkostensicht näher betrachten und hierbei

berücksichtigen.

Wir werden hierbei ebenso eine herstellerunabhängige Rentabilitätsberechnung durchführen und uns auf die wesentlichen Merkmale dieser beiden Lampenarten konzentrieren.

Investitions-Rahmenbedingungen Innenanbau

Es gelten die folgenden Rahmenbedingungen, die der Rentabilitätsberechnung zugrunde gelegt werden:

Merkmal
Merkmalswert
Pflanze
Cannabis
Anbaufläche
900 Quadratmeter (45 m * 20 m)
Pflanzendichte
1 Pflanze pro Quadratmeter
Ziel PPFD
800 µmol/m²/s
LED Spezifikationen
Durchschnittlicher PPFD
799 µmol/m²/s
Watt pro Lampe
645 W
Anzahl Lampen
506 Stück
Aufhängehöhe
0,6 m oberhalb der Pflanzenkrone
MHL / NDL Spezifikationen
Durchschnittlicher PPFD
822 µmol/m²/s
Watt pro Lampe
1000 W
Anzahl Lampen
462 Stück
Aufhängehöhe
1,2 m oberhalb der Pflanzenkrone

Anschaffungskosten

Sie haben es wahrscheinlich auch schon gehört, daß LED Leuchten ursprünglich höhere Anschaffungskosten verursachen als MHL / NDL. Bei einem direkten Vergleich von LED Leuchten und MHL / NDL stellen Anschaffungskosten jedoch nur einen Teil der Rentabilitätsberechnung Ihrer Investition dar.

Bitte berücksichtigen Sie jedoch hierbei, daß in Deutschland bestehende Technologieförderprogramme, die bis zu 20% der Anschaffungskosten übernehmen, in diesem Aufsatz nicht berücksichtigt werden. Weitergehende Details zur Bundesförderunng für effiziente Gebäude können Sie hier entnehmen.

Es ergeben sich folgende Anschaffungskosten:

LED
MHL / NDL
Anzahl Lampen
506
462
Stückpreis Lampe
766 EUR / Stück
268 EUR / Stück
Gesamtkosten (vor Förderprogramm Rabatt)
387.596 EUR
123.816 EUR

Die ursprünglichen LED Anschaffungskosten vor einem möglichen Förderprogramm Rabatt sind damit ungefähr 3 mal so hoch als MHL / NDL bei gegebenem PPFD Zielwert.

In diesem Beispiel sind die LED bezogenen Anschaffungskosten um 263.780 EUR höher als die MHL / NDL Anschaffungskosten.

Elektrizitätskosten Beleuchtung

Elektrizitätskosten sind unter den größten Kostenverursachern eines Gewächshauses vertreten. Wir berücksichtigen zunächst den erforderlichen Energiebedarf für Beleuchtungszwecke. Dies ist ebenso für einen Vergleich von LED und MHL / NDL innerhalb laufender Betriebskostenanalyse erforderlich.

LED
MHL / NDL
Täglicher Einsatz (Std)
12 Stunden / Tag
12 Stunden / Tag
Jährlicher Einsatz (Std pro 365 Tage)
4.380 Stunden / Jahr
4.380 Stunden / Jahr
Watt
326.370 W
462.000 W
Jährlicher Kilowattverbrauch Beleuchtung
1.429.501 kWh
2.023.560 kWh
Durchschnittspreis kWh
31 Cent / Kilowattstunde
31 Cent / Kilowattstunde
Jährliche Elektrizitätskosten Beleuchtung
443.145 EUR / Jahr
627.304 EUR / Jahr

Bzgl. laufendem Elektrizitätsverbrauch überzeugen LED Leuchten. LED Leuchten verbrauchen 30 bis 40% weniger Energie als MHL / NDL Leuchten bei gleicher abgegebener Lichtmenge.

In diesem Beispiel sind die LED bezogenen Elektrizitätskosten für Beleuchtungszwecke um 184.159 EUR niedriger als die entsprechenden MHL / NDL Elektrizitätskosten.

Elektrizitätskosten Kühlung

Grundsätzlich erzeugen sämtliche Lichtquellen Wärme. Je mehr Wärme erzeugt wird, desto mehr Energie wird gebraucht, um eine bestimmte Lichtmenge zu produzieren. Und umso mehr Wärme von der Lichtquelle abgestrahlt wird, desto mehr Energie wird wiederum benötigt, um die höhere Temperatur im Gewächshaus zu reduzieren.

Ein weiteres Problem von starker Wärmeemission ist die Beschädigung von Pflanzen. Lampen, die hohe Wärme abstrahlen, müssen von Pflanzen ferngehalten werden, um z.B. Blattverbrennungen durch Hitze zu vermeiden. Dies bedeutet also, daß Lampen mit hoher Wärmeemission weiter entfernt von den Pflanzenkronen angebracht werden müssen. Dies kann dann zu höheren Decken in Gewächshäusern führen, was wiederum zusätzliche Betriebskosten verursachen kann.

MHL / NDL generieren weitaus mehr Wärme als LED Leuchten bei gleicher Lichtmenge. LED Leuchten verbrauchen daher nicht nur weniger Elektrizität bzw. Energie, sie erzeugen auch weniger Wärmestrahlung. LED Leuchten können daher in unmittelbarer Nähe zu den Pflanzen angebracht werden ohne das die Pflanzen durch Wärme beschädigt werden. Das bedeutet ebenso, daß im direkten Vergleich mit HPS Leuchten weniger Kühlaufwand entsteht, um die Temperatur im Gewächshaus zu reduzieren.

Zur Berechnung der Elektrizitätskosten für die erforderliche Kühlung wird folgende Annahme getroffen: Für alle 3 Beleuchtungs-Kilowattstunden wird 1 Kilowattstunde für Kühlungszwecke benötigt.

LED
MHL / NDL
Jährlicher Kilowattverbrauch Beleuchtung
1.429.501 kWh
2.023.560 kWh
Jährlicher Kilowattverbrauch Kühlung
476.500 kWh
674.520 kWh
Durchschnittspreis kWh
31 Cent / Stunde
31 Cent / Stunde
Jährliche Elektrizitätskosten Kühlung
147.715 EUR / Jahr
209.101 EUR / Jahr

In diesem Beispiel sind die LED bezogenen Elektrizitätskosten für Kühlungszwecke um 61.386 EUR niedriger als die entsprechenden MHL / NDL Elektrizitätskosten.

Lichtverlust

Die Lichtintensität von LED, MHL / NDL und anderen Lichttechnologien nimmt mit zunehmender Einsatzdauer stetig ab. Die Abnahme der Lichtintensität ist wird u.a. durch Abnutzung, Verschmutzung oder gar Stromspannungsschwankungen verursacht. Dies ist auch unter dem Begriff „Lichtverlust-Faktor“ („Light Loss Factor“) bekannt. Der „Lichtverlust-Faktor“ muß generell bei der Beurteilung der Lichtleistungseffizienz von Lichtquellen berücksichtigt werden.

Der Abnahme der Lichtintensität kann z.B. durch Wechseln der Lampen oder Reinigung der Reflektoren entgegengewirkt werden.

Die folgende Abbildung vergleicht den Photonenfluß verschiedener Lichtquellen in Abhängigkeit von der Betriebsdauer:

Die Abbildung verdeutlicht jedoch die rasche Abnahme der Lichtintensität von MHL / NDL im Vergleich zu LED.

Wartungskosten Lampen / Reflektoren

MHL / NDL haben eine geringere Produktlebensdauer und müssen teilweise nach 10.000 Stunden ersetzt bzw. ausgetauscht werden. Dies ist innerhalb unseres Vergleichs von LED und MHL / NDL ein wesentlicher Faktor, der im Rahmen unserer Rentabilitätsberechnung ebenfalls berücksichtigt werden muß.

LED
MHL / NDL
Anzahl Lampen
506 Stück
462 Stück
Lampenkosten pro Stück
0 EUR / Stück
59 EUR / Stück
Reflektorkosten pro Stück
0 EUR / Stück
37 EUR / Stück
Jährliche Wartungskosten
0 EUR / Jahr
44.352 EUR / Jahr

Arbeitskosten Installation

Auch wenn es letzten Endes „nur“ darum geht, Lampen oder Reflektoren nach einer gewissen Betriebsdauer auszutauschen, es fallen hierbei auch Installationskosten an, die innerhalb unserer Rentabilitätsberechnung mitberücksichtigt werden müssen.

Bei dem Ersatz und Austausch von MHL / NDL fallen daher auch Arbeitskosten an. Darüber hinaus entsteht neben den erforderlichen Wartungsarbeiten auch ein temporärer Betriebsausfall.

LED
MHL / NDL
Anzahl Lampen
506 Stück
462 Stück
Arbeitskosten pro Stück
0 EUR / Stück
10 EUR / Stück
Jährliche Arbeitskosten
0 EUR / Stück
4.620 EUR / Jahr

Zusammenfassung Investitionsrechnung

Während sich MHL / NDL durch geringere anfängliche Investitions-Anschaffungskosten auszeichnen, sind LED Leuchten effizienter, stellen bessere Lichtqualität dar, strahlen weniger Hitze ab und erfordern ebenso einen geringeren Wartungsaufwand. Außerdem halten Sie länger und können bis zu 50.000 Stunden bei einem normalen durchschnittlichen Betrieb eingesetzt werden.

Die LED Anschaffungskosten waren um 263.780 EUR höher als die MHL / NDL Anschaffungskosten.

Wir hatten folgende jährlichen LED Ersparnisse ermittelt:

LED Ersparnisse
Betrag
Ersparnis Elektrizitätskosten Beleuchtung
184.159 EUR / Jahr
Ersparnis Elektrizitätskosten Kühlung
61.386 EUR / Jahr
Ersparnis Wartungskosten
44.352 EUR / Jahr
Gesamt-Ersparnis
289.897 EUR / Jahr

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