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Sponsored content by EMTRON electronic GmbH

Hightech im Gewächshaus und urban Farming mit EMTRON

Seit jeher sind die landwirtschaftlichen Erträge und damit die Produktion von Lebensmitteln für die Menschheit abhängig von den Launen des Wetters. Die Verlagerung der Produktion in geschützte Gewächshäuser ist ein Teil der Lösung. Einen Schritt weiter gehen Ansätze, die Pflanzen rund um die Uhr künstlichem Licht aussetzen und damit die biologischen Prozesse beschleunigen. Ein erheblicher Anteil an der wirtschaftlichen Umsetzung solcher Konzepte entfällt auf die Energieversorgung für die Beleuchtung. Ein Umweltschutzgedanke kommt ebenfalls ins Spiel, wenn auf der gleichen Fläche mehrfach geerntet werden kann und somit der Flächenverbrauch eingeschränkt wird. Doch dafür sind ausgefeilte Beleuchtungstechniken erforderlich.
Gelingt es, per Beleuchtung optimale Bedingungen, die ideale Farbtemperatur, den perfekten Tag- und Nachtzyklus zu schaffen, lassen sich die Erträge nochmals steigern. Je nach Pflanzenart können sogar im selben Zeitraum mehr Ernten möglich sein als unter traditionellen Bedingungen. So lassen sich nicht nur die Mehrkosten der Pflanzanlagen wieder einspielen, sondern auch mehr Abnehmer versorgen, ohne den Flächenverbrauch zu vervielfachen. Im Mittelpunkt der Diskussion um fortschrittliche Anbauformen mit erhöhtem Ertrag steht beispielsweise das „urban farming“, das einen Weg zur Versorgung der Bevölkerung in Ballungsräumen mit lokal erzeugten Produkten aufzeigt, ohne den Transportaufwand ins Unermessliche zu steigern. Aspekte des Umweltschutzes In der Gewächshausszene werden seit geraumer Zeit die traditionellen Natrium- und Quecksilberdampf-Hochdrucklampen durch kostengünstigere LED-Leuchten ersetzt. Letztere sind in der Anschaffung meist teurer, im Betrieb immer günstiger als die alten Leuchten. Schon alleine durch ihren besseren Wirkungsgrad und die damit einhergehende geringere Verlustwärme spart der Anlagenbetreiber bares Geld. Der einfachste und in bestehenden Anlagen oft beschrittene Weg geht über den Austausch der kompletten Leuchte durch eine am selben Ort und am selben Netz installierten LED-Leuchtkörper. Weil die LED-Leuchtkörper weniger Platz benötigen als voluminöse traditionelle Leuchtkörper und weniger Wärme erzeugen, lassen sie sich näher an den Pflanzen platzieren – und das ermöglicht wiederum neue, hoch produktive gartentechnische Ansätze wie Vertical Farming (mit vertikal übereinander angeordneten Pflanzenreihen) oder containerbasierte „Farmen“ mit geringem Platzbedarf, die sich verbrauchernah aufbauen und betreiben lassen. Bild 1: Schema ein Treiber pro Lampe Die Funktionsweise von LEDs Die Funktionsweise von LEDs unterscheidet sich grundsätzlich von herkömmlichen Leuchtkörpern. Sie benötigen spezifische maßgeschneiderte Stromversorgungseinheiten. Werden die LED-Leuchtkörper einfach 1:1 gegen die vorhandenen traditionellen Lampen ausgetauscht, so wird nicht selten jeder LED-Einheit ein eigenes Netzteil zugeordnet, das die Stromkonstanz sicherstellt und die Leuchtintensität steuert. Im Gegensatz zu den meisten anderen Beleuchtungstechniken werden LEDs mit eingeprägtem Strom betrieben; sie benötigen für den Betrieb daher eine Konstantstromquelle. Und wenn jede einzelne Lampe angesteuert (z.B. gedimmt) werden soll, ist die zusätzliche Verdrahtung einer jeden Netzteils mit einer Kleinsignal-Steuerleitung erforderlich. Trotz dieses erheblichen Aufwands kann sich durch die Einsparung der Betriebskosten der Umbau einer bestehenden Anlage lohnen. Ein Zusatznutzen entsteht durch die höhere Lebensdauer der LED-Lampen und den geringeren Wartungsaufwand. Mit diesem Ansatz minimieren die Anwender jedoch einen großen Teil des wirtschaftlichen und technischen Potentials, das mit dem Einsatz der LED-Beleuchtungstechnik einhergeht. Optimale Planung führt zu neuen Konzepten Insbesondere bei Neubauten von Gewächshäusern und Indoor-Farmen lohnt es sich daher, ein ganz anderes Konzept zu verfolgen und durch optimale Planung optimale Wirtschaftlichkeit zu erzielen. Der Einsatz moderner Stromversorgungen eröffnet dabei viele Möglichkeiten: • Einsatz einer zentralen Energieversorgung statt vieler dezentraler Einheiten • Reduzierung des Verkabelungsaufwandes • Räumliche Trennung von Licht und Abwärme und damit Vermeidung unerwünschter Wärmeeffekte direkt an den Pflanzen. Der Aufwand für eine Klimatisierung kann reduziert werden oder sogar gegen null gehen. • Steuerung und Überwachung der gesamten Anlage aus einer Zentrale oder Remote-Monitoring via Internet oder über die Cloud. • Je nach Pflanzenart lassen sich individuelle Beleuchtungszyklen programmieren • Einfachere Wartung und Reparatur Die Realisierung dieser Vorteile ist dabei keineswegs teurer als eine herkömmliche Lösung; bei richtiger Implementierung ist sie sogar preiswerter. Das betrifft sowohl die Anschaffungskosten (CapEx) als auch die Betriebskosten (OpEx). Eine Schlüsselrolle spielt dabei das Hochleistungs-Stromversorgungskonzept iHP von ARTESYN. iHP steht hier übrigens für intelligent High Power. Bild1b: zentrale Versorgung Die iHP-Serie besteht aus 19“-Rackeinschüben für die Netzanbindung und Kommunikation sowie aus Einschubmodulen zur Erzeugung der gewünschten Ausgangsspannungen und -ströme. Bei maximalem Ausbau liefert die kleine Variante des Systems mit vier Einschüben 15 kW, die große mit acht Einschüben 30 kW. Sämtliche Einschübe sind voneinander unabhängig und können eine Spannung zwischen 0 und 250 VDC liefern. Durch Parallel- bzw- Serienschaltung lassen sich alle denkbaren Kombinationen erzeugen, möglich sind je nach Anforderung bis zu 1000 VDC oder 1600 A. Das System lässt sich als Präzisionsstrom- oder –spannungsquelle konfigurieren und ist damit auch für wesentlich komplexere Aufgaben als „nur“ Beleuchtung geeignet. Die Module der iHP-Serie lassen sich nicht nur innerhalb eines Einschubs zusammenschalten, sondern auch rackübergreifend. Für größere Anlagen wie zum Beispiel mehrstöckige Indoor-Farmen zum Gemüseanbau können 10, 20 oder auch 30 vollbestückte iHP-Chassis zusammengeschaltet werden und Leistungen von 300, 600 oder 900 kW bereitstellen. Die Obergrenze bildet hier nur die Kapazität des Netzanschlusses. Bild 2: iHP foto und features Über die im System enthaltene updatefähige Steuersoftware und eine Vielzahl an Schnittstellen kann jedes Netzteil bis herunter auf Einschubebene, also jedes einzelne Steckmodul angesprochen und gesteuert werden. Die Ansteuerung kann sowohl analog als auch digital erfolgen, jedoch bietet die digitale Betriebsart deutlich mehr Optionen und Möglichkeiten. Anwender können beispielsweise die Einstellungen auslesen oder die Konfiguration ändern. Reports über den Verlauf von Spannung, Strom, Temperatur und Leistung lassen sich automatisch erstellen. Der Betreiber kann seine eigene Software erstellen oder sich mittels des GUI-Baukastens von ARTESYN ein eigenes Dashboard zusammenstellen und die Bedienung damit intuitiver gestalten. Aber zurück zur Beleuchtungssteuerung: Was bedeuten diese Eigenschaften für unser Gewächshaus? Das System stellt Leistung im Überfluss bereit, um auch größere Beleuchtungsinstallationen zentral zu versorgen. Und weil das iHP-System nicht direkt an den Lampen installiert ist, sondern in einem eigens angelegten Raum mit wesentlich besser kontrollierbaren klimatischen Bedingungen (kein Tau, kein Nebel, kein Schmutz) kann der luftgekühlte industriell bewährte Schrankaufbau kostengünstig ausgeführt werden. Wären die Stromversorgungen in traditioneller Weise nahe an den LED-Leuchten installiert, so wäre wegen der klimatischen Bedingungen in den Gewächshäusern mit erhöhter Temperatur und Luftfeuchtigkeit ein wesentlich erhöhter konstruktiver Aufwand (IP67) erforderlich – zu entsprechend höherem Preis. Bei geschickter Verkabelung der Lampen, z.B. fünf Lampen in Reihe geschaltet, kann die Versorgungsspannung aus dem iHP Netzteil mit 250 VDC geliefert werden. Die Ströme bleiben bei einer solchen Konstellation niedrig genug, dass lediglich die Kabelkosten auf Hausinstallationsniveau (15 A- statt 100 A-Kabel) anfallen. Bild 3: Kabelplan vs. Durchmesser Dasselbe gilt für die Ansteuerung. Jeder Netzteilausgang ist individuell steuerbar. So kann jedem Beleuchtungsfeld eine andere Helligkeit oder ein anderer Tag-/Nachtwechsel als dem benachbarten Feld zugeordnet werden. Dem Nutzer bieten sich so erheblich mehr Möglichkeiten als nur ein simples Ein- und Ausschalten der Leuchten. Durch den zentralen Aufbau ist nicht nur das System wesentlich energieeffizienter, es fällt außer der Eigenerwärmung der LED-Lampen vor Ort kein weiterer Temperaturaufschlag durch die heißen Netzteile an. Damit ist die Temperierung der Pflanzen besser kalkulier- und steuerbar. Schließlich und endlich erlaubt die Fernüberwachung der iHP-Serie eine Reihe von Kontroll-und Wartungsszenarien für unbeaufsichtigten Betrieb. Es können kritische Parameter überwacht werden und ggfs. Warnmeldungen verschickt werden. Anlagentechnisch nicht so versierte Benutzer können über eine Sevicewarte unterstützt werden, falls der Austausch eines ausgefallenen Moduls oder eine Änderung an der Software nötig ist. Durch die Parameterüberwachung können Wartungseinsätze vorausschauend geplant und vorbereitet werden. Fazit Alles in allem bietet die iHP-Serie einen deutlichen Vorteil bei der Versorgung moderner und effizienter Beleuchtungskonzepte. Der rasante Fortschritt im boomenden Markt der horticulture wird weiterhin dazu beitragen, immer neue Einsatzszenarien zu finden und die Vielfalt der Produktoptionen weiter auszubauen. Bei einem komplexen Produkt wie der iHP-Serie ist es natürlich unabdingbar, weitreichende Unterstützung zu geben. Gerade im hier beschrieben Markt liegen die Stärken des Anwenders vermutlich weniger in der Elektrotechnik als vielmehr in der Biologie. Außerdem sucht er keine Stromversorgung, sondern eine Problemlösung. Hier steht die EMTRON electronic GmbH als autorisierter Distributor und Konfigurationszentrum für die iHP-Serie bereit. Mustergeräte sind individuell konfiguriert ab Lager erhältlich und das Applikationsteam hilft bei Fragen weiter. Weitere Informationen und anwendungstechnische Beratung erhalten Sie bei: EMTRON electronic GmbH Lise-Meitner-Str. 3 D-64560 Riedstadt Tel: +49(0)6158-8285-0 Fax: +49(0)6158-8285-155 E-Mail: Internet: www.emtron.de Über EMTRON: EMTRON ist der engagierte Fachdistributor für Stromversorgungskomponenten und -wandler, der sowohl seine Kunden als auch deren Projektanforderungen versteht und ihnen mit umfassender Fach- und Beratungskompetenz begegnet. EMTRON bietet seinen Kunden ein sehr breites Produktportfolio, um unterschiedlichste Ansprüche erfüllen zu können. Besondere kundenspezifische Anfragen realisiert das Unternehmen auch durch eigene Modifikationen. Ab sofort sind bei Emtron electronic die zwei neuen umfangreichen Stromversorgungskataloge des Herstellers MEAN WELL in Printversion und online verfügbar. Zum einen der neue Katalog für Standard-Industrie-Stromversorgungen, zum anderen, der Spezial-Katalog für LED-Stromversorgungen. Entweder downloaden oder als Hardcopy per Post anfordern unter www.emtron.de.
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2019.11.12 07:31 V14.7.10-1