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Thermomanagement fürs Horticulture Lighting - Abkühlung für die künstliche Sonne

Wohnen oder ernten – das darf hier nicht die Frage sein: Durch Bevölkerungswachstum und klimatische Veränderungen verschwinden immer mehr Agrarflächen. Deshalb sind innovative Formen des Anbaus und moderne Technologien gefragt. Gerade beim Einsatz einer „LED-Sonne“ braucht es ein wirkungsvolles Thermomanagement.

Um wetter- und lageunabhängig ausreichend Getreide, Obst und Gemüse zu produzieren, braucht es alternative Agrarflächen. Beim sogenannten Urban Farming werden hierfür bereits stillgelegte U-Bahn-Tunnel oder Bunker sowie Dächer oder Wände von Gebäuden umfunktioniert. Lagebedingt fehlt vielen dieser Orte jedoch das für das Pflanzenwachstum erforderliche Sonnenlicht. Deshalb kommen immer häufiger LED-Beleuchtungssysteme als Sonnenlicht-Alternative zum Einsatz. Damit lassen sich Pflanzenkulturen bedarfsgerecht anbauen. Mittels entsprechend gesteuerter Lichtfrequenzen kann Pflanzenwachstum sogar optimiert werden: größere Pflanzen, höherer Ertrag, weniger Schadstoffe - auch Farbe und Geschmack der Früchte lassen sich so beeinflussen. Zudem können UV-LEDs die Pflanzen vor Keimen, Sporen und Bakterien schützen.

Thermomanagement für längere LED-Lebensdauer

LEDs sind erheblich effizienter als herkömmliche Halogenlampen: Sie nutzen bis zu 50 % der elektrischen Energie, um sichtbares Licht zu erzeugen. Damit geben sie aber immer noch rund die Hälfte der aufgenommenen Energie als Wärme ab. Da die LEDs immer kleiner werden und gleichzeitig mehr Energie benötigen, steigt auch die Wärmeentwicklung. Das beeinflusst die Lebensdauer der LEDs nachhaltig.

Aktuelle LEDs haben eine Lebensdauer von 2000 bis 4000 Stunden. Durch zu hohe Temperaturen können sie bis zu 1/6 davon verlieren. Thermomanagement-Lösungen tragen also wesentlich dazu bei, die Leistungsfähigkeit der LEDs so lange wie möglich zu erhalten. Damit reduzieren sie den Austausch- und Wartungsbedarf während des Betriebes erheblich.

Kundenspezifische Kühlelemente

Eine pauschale Lösung für das Thermomanagement gibt es nicht, da hier zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen sind: Kommen Low-Power-, Mid-Power- oder High-Power-LEDs zum Einsatz? Was für Temperaturen sind zu erwarten? Wie viel Platz steht in der Applikation zur Verfügung? Spielt die Geräuschentwicklung eine Rolle?

Prinzipiell besteht die Wahl zwischen passiven und aktiven Lösungen. Zu den passiven zählen Kühlkörper und Wärmeleitfolien von Herstellern wie Assmann, Fischer Elektronik oder 3M. Aktive Lösungen sind Lüfter und Gebläse; sie werden zum Beispiel von Adda, Delta und Jamicon angeboten.

Designfreundliche Kühlkörper

Kühlkörper werden vor allem nach ihrem Material unterschieden. Strangkühlkörper aus Aluminium sind ideal, wenn man relativ viel Wärme effektiv ableiten muss. Auch für kostensensitive Anwendungen eignen sie sich durch einen attraktiven Anschaffungspreis. Zudem bieten die Hersteller sie auch als kundenspezifische Lösung an, so dass ihre Größe genau an die abzuleitende Wärme angepasst ist.

Kunststoffkühlkörper sind wärmeleitend, aber elektrisch isolierend und bieten - je nach Kunststoffverbund - eine hohe Lichtreflektion. Der Kunststoff lässt sich direkt als Gehäuse nutzen, sodass kein zusätzliches Kühlelement erforderlich ist. Durch die Reflektionsfähigkeit des Kunststoffs verlieren die Lichtstrahlen nicht an Helligkeit. Kunststoffkühlkörper sind - wie Aluminium-Kühlkörper - designfreundlich, aber deutlich leichter. Damit eignen sie sich hervorragend für Anwendungen, bei denen es auf jedes Gramm ankommt.

Ein Kunststoff, der sich besonders gut für die Wärmeübertragung und -ableitung eignet, ist Bornitrid, auch "das weiße Graphit" genannt. Das synthetische Material mit Graphit-ähnlicher Struktur ist rein weiß und elektrisch isolierend. Wenn die Verarbeitungseigenschaften aufrechterhalten werden, hat Bornitrid einen Wärmeableitungswert von bis zu 15 W/m∙K. Die Kühlfüllstoffe im Bornitrid sind so konstruiert, dass sie sich einfach und in beliebiger Richtung ausrichten lassen. Dadurch lässt sich auch die Richtung bestimmen, in die die Wärme abgeleitet wird - sei es vertikal oder horizontal. Bornitrid eignet sich besonders für dünnwandige und komplexe geometrische Formen; entsprechende Kühlkörper bietet Rutronik von 3M.

Unabhängig von der Art der Kühlung und vom Material kommen praktisch ausschließlich kundenspezifische Varianten zum Einsatz - zu spezifisch sind die Anforderungen und die räumlichen Gegebenheiten. Umso wichtiger ist professionelle Unterstützung, um die optimale Lösung für die jeweilige Anwendung zu erhalten.