Осветительное устройство, способное обеспечивать садовое освещение, и способ освещения в садоводстве - RU2632961C2
Код документа: RU2632961C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к осветительному устройству, способному обеспечивать садовое освещение, а также к способу обеспечения садового освещения для (садоводческой) сельскохозяйственной культуры.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В данной области известно садовое освещение. Например, US2010031562 описывает осветительную установку для использования в тепличном хозяйстве для освещения сельскохозяйственных культур в теплице, содержащую ряд источников освещения, таких как лампы, предоставленные над сельскохозяйственными культурами, подлежащими освещению, и ряд устройств регулировки силы света для источников освещения, отличающуюся тем, что устройства регулировки силы света снабжены средством управления для периодического, автоматического изменения интенсивности света источников освещения, взаимодействующим с устройствами регулировки силы света согласно предварительно заданной схеме. US2010031562 призвана предоставить способ и осветительную установку, соответственно, для тепличного хозяйства. В частности, источники освещения делятся на ряд групп, при этом осветительная установка выполнена таким образом, что, при использовании, мощность каждой группы изменяется согласно предварительно заданной схеме, в то время как схемы различных групп сдвинуты по фазе друг относительно друга таким образом, что электроэнергия, потребляемая совместными группами, изменяется меньше, чем сумма изменений уровня мощности отдельных групп, более конкретно таким образом, что электроэнергия, потребляемая совместными группами, изменяется меньше, чем изменение уровня мощности единственной группы, еще более конкретно таким образом, что электроэнергия, потребляемая совместными группами, изменяется в наименьшей возможной степени, или, по меньшей мере фактически, не изменяется. В частности, все схемы являются одинаковыми, но только сдвинутыми по фазе друг относительно друга.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Растения используют процесс фотосинтеза для преобразования света, CO2 и H2O в углеводы (сахара). Данные сахара используются, чтобы поддерживать метаболические процессы. Избыток сахаров используется для образования биомассы. Данное образование биомассы включает удлинение стеблей, увеличение площади листьев, цветение, образование плодов и т.д. Фоторецептором, ответственным за фотосинтез, является хлорофилл. Помимо фотосинтеза, типовыми процессами также являются фотопериодизм, фототропизм и фотоморфогенез, связанные с взаимодействием между излучением и растениями:
- фотопериодизм относится к способности, которой обладают растения для восприятия и измерения периодичности излучения (например, чтобы индуцировать цветение),
- фототропизм относится к ростовому движению растения в направлении излучения и от него, а
- фотоморфогенез относится к изменению формы в ответ на качество и количество излучения.
Два важных пика поглощения хлорофилла a и b находятся в красной и синей областях, в частности от 625-675 нм и от 425-475 нм, соответственно. Кроме того, существуют также другие локализованные пики вблизи ультрафиолетового излучения (300-400 нм) и в дальней красной области (700-800 нм). Основная фотосинтетическая активность видимо происходит в пределах диапазона длин волн 400-700 нм. Излучение в пределах данного диапазона называется фотосинтетически активное излучение (PAR).
Другие фоточувствительные процессы в растениях включают фитохромные процессы. Фитохромная активность направляет различные реакции, такие как развертывание листьев, восприятие соседей, избегание тени, удлинение стеблей, прорастание семян и стимулирование цветения. Фитохромная фотосистема включает два вида фитохромов, Pr и Pfr, которые имеют свои пики чувствительности в красной области при 660 нм и в дальней красной области при 730 нм, соответственно.
В садоводстве, плотность фотосинтетического фотонного потока (PPFD) измеряют в количестве фотонов в секунду на единицу площади (в мкмоль/сек/м2; моль соответствует 6·1023 фотонов). На практике, при применении, например, межрядного освещения (см. ниже), особенно для томатов, используемая PPFD в красной области может составлять 200 мкмоль/сек/м2, а соотношение синий:красный обычно может составлять приблизительно 1:7 (с колебанием красного и синего от 625-675 нм соответственно от 400-475 нм). В частности, плотность фотосинтетического фотонного потока может содержать приблизительно 10% синего и 90% красного. PPFD может быть определен из фотодиода или непосредственно измерен фотоумножителем.
Рост растений зависит не только от количества света, но также от спектрального состава, продолжительности и временного режима света для растения. Комбинация значений параметров в показателях данных аспектов называется «световой рецепт» для выращивания растения.
Светодиоды могут играть множество ролей в садоводческом освещении, таких как:
1. Дополнительное освещение: освещение, которое дополняет естественный дневной свет, используется для того, чтобы повысить производство (например, томатов) или расширить производство сельскохозяйственных культур во время, например, осеннего, зимнего и весеннего периода, когда цены на урожай могут быть выше.
2. Фотопериодическое освещение: ежедневная продолжительность света является важной для многих растений. Соотношение светлого и темного периода в 24 часовом цикле влияет на реакцию цветения многих растений. Управление данным соотношением посредством дополнительного освещения обеспечивает возможность регулирования времени цветения.
3. Выращивание без дневного света в растениеводческих хозяйствах.
4. Выращивание живой ткани.
Для предоставления дополнительного освещения в течение осени, зимы и весны в теплицах (или круглый год при многослойном выращивании), как правило, используются газоразрядные лампы большой мощности, которые должны устанавливаться в относительно высоком месте над растениями, чтобы обеспечить достаточно равномерное распределение света между растениями. В настоящее время, в теплицах для снабжения растений дополнительным светом используются различные типы ламп большой мощности, колеблющейся от 600 до 1000 Вт (например, газоразрядные лампы большой мощности). Один недостаток состоит в том, что в результате местоположения над растениями, количество света, достигающего нижних частей растения, весьма ограничено. В то же самое время нижние части растения часто больше всего нуждаются в дополнительном свете. Та же самая дилемма сохраняется при использовании твердотельного освещения, которое устанавливают над растениями. Тем не менее, светодиодное освещение, особенно твердотельное освещение, имеет некоторые преимущества над освещением на основе разрядов.
Следовательно, аспектом изобретения является предоставление альтернативного осветительного устройства для применения в садоводстве и/или альтернативного способа освещения для применения в садоводстве, который предпочтительно дополнительно по меньшей мере частично устраняет один или более описанных выше недостатков.
Предлагается располагать лампы между растениями. В частности это возможно при использовании светодиодов, поскольку светодиоды могут быть распределены таким образом, чтобы обеспечивать довольно равномерное освещение между растениями, не вызывая ожога листьев растений при контакте со светодиодами. Данный способ дополнительного освещения называется межрядное освещение. Однако, как описано ниже, в специальном варианте осуществления также может использоваться светодиодное освещение для неравномерного освещения сельскохозяйственной культуры или частей сельскохозяйственной культуры; например, для направления на различные части сельскохозяйственной культуры, могут быть необходимы различные спектральные распределения света.
Для развития массы, внешнего вида и физической силы плодов, сельскохозяйственные культуры для различных процессов используют различные части спектра. В частности фотоны в синей и красной области спектра, особенно с длиной волны между 440-470 нм и приблизительно 660 нм соответственно, эффективно поглощаются и используются растением для фотосинтеза, но также других процессов развития. Следовательно, чтобы максимально увеличить урожай на количество испускаемых фотонов, спектральный состав источника света может быть (но необязательно) ограничен конкретными спектральными областями, приводя к наилучшему результату. Вследствие этого, благодаря узкому спектральному диапазону излучения, светодиоды очень подходят и являются очень эффективными для вариантов применения в садоводстве.
Разбирая конкретные потребности различных растений, становится очевидно, что различные растения могут извлекать пользу из уникального спектрального состава света. Приводя пример, некоторые растения на некоторых стадиях роста могут требовать количество синего света, равное 5%, а красного света 95%, в то время как другие растения и/или на других стадиях роста для наилучшего роста и развития могут иметь потребность в 10% синего света и 90% красного света (см. также выше). Кроме того, некоторые растения могут развиваться более эффективно при расширении спектра в дальний красный, т.е. за пределами 675 нм, например, в диапазоне 675-800 нм, например, приблизительно 750 нм. Следовательно, каждый тип сельскохозяйственной культуры требует специфического спектрального распределения света (и таким образом выбора/комбинации светодиодов), результатом чего является огромное количество различных видов и числа светодиодов. Для подходящих источников света для освещения в садоводстве это означает, что для охвата специфических потребностей сельскохозяйственной культуры требуется либо широкая номенклатура изделий, являющаяся в то же самое время эффективной в использовании электроэнергии, обладающая низкой стоимостью изделий (без завышенного запаса прочности), либо требуется изделие, которое является гибким и все-таки допустимым в показателях стоимости изготовления светодиодного модуля и эксплуатационных расходов производителя плодоовощеводческой продукции.
Следовательно, для того, чтобы преодолеть одну или более проблем выше, авторы изобретения предлагают простой подход для изготовления светодиодных модулей специально для специфических потребностей сельскохозяйственных культур за счет использования только синих светодиодов в комбинации с одним или более элементами преобразования света, в частности на основе органических фосфоров, например, в крышках, для обеспечения правильных цветов. В своей основе, варианты осуществления изобретения содержат только одно светодиодное изделие с синими светодиодами, на котором помещены различные преобразующие свет элементы, такие как крышки. Преимуществом органического фосфора (крышки) является эффективное преобразование синего света в красный и глубокий красный свет, делающее светодиодный модуль более эффективным, чем при использовании прямого преобразования. Данная концепция может применяться при межрядном освещении, но также в других типах освещения, таких как верхнее освещение, включая многослойное освещение (см. ниже). Следовательно, изобретение не ограничено вариантами применения межрядного освещения.
Следовательно, в первом аспекте изобретения предоставлено осветительное устройство («устройство»), способное обеспечивать садовое освещение, имеющее спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью света в первой длине волны, выбранной из диапазона, составляющего 400-475 нм, и во второй длине волны, выбранной из диапазона, составляющего 625-800 нм, в частности по меньшей мере 625-675 нм, при этом осветительное устройство содержит множество светоизлучающих диодов (светодиодов), выполненных с возможностью генерирования светодиодного света, имеющего длину волны, выбранную из указанного диапазона, составляющего 400-475 нм, в частности 420-475 нм, при этом множество светоизлучающих диодов выполнены в виде массива, при этом осветительное устройство содержит по меньшей мере две генерирующие свет части, при этом
- первая генерирующая свет часть содержит первое подмножество множества светоизлучающих диодов, при этом первая генерирующая свет часть выполнена с возможностью предоставления первого освещения, имеющего первое спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью света с указанной первой длиной волны,
- вторая генерирующая свет часть содержит второе подмножество множества светоизлучающих диодов, при этом ниже на оптическом пути каждого светодиода из второго подмножества множества светоизлучающих диодов, выполнен преобразующий свет элемент, при этом преобразующий свет элемент выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части света светодиода в преобразованный свет со второй длиной волны, при этом вторая генерирующая свет часть выполнена с возможностью предоставления второго освещения, содержащего по меньшей мере часть указанного преобразованного света, и при этом второе освещение имеет второе спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью света с указанной второй длиной волны,
- спектральные распределения света в первом диапазоне длин волн и втором диапазоне длин волн первого освещения и второго освещения являются различными, и
- два или более подмножеств множества светоизлучающих диодов регулируются независимо.
В дополнительном аспекте, изобретение предоставляет способ освещения сельскохозяйственной культуры, включающий освещение по меньшей мере части сельскохозяйственной культуры светом садоводческого назначения от осветительного устройства по определению данного описания.
Преимущество данного (цветонастраиваемого) устройства и данного (цветонастраиваемого) способа освещения состоит в том, что относительно легким способом, различные типы сельскохозяйственной культуры, но также сельскохозяйственная культура на различных стадиях развития, и даже различные части сельскохозяйственной культуры могут освещаться светом, который лучше всего подходит к световой потребности типа сельскохозяйственной культуры, ее стадии и/или соответствующей части сельскохозяйственной культуры. Однако преимущественно возможными также являются другие опции. В частности, устройство может обеспечить возможность, а способ может включать изменение распределения спектральной интенсивности садового освещения в качестве функции одной или более (a) адресных частей сельскохозяйственной культуры, (b) времени суток, (c) интенсивности света и распределения света, не являющегося светом садоводческого назначения, (d) типа сельскохозяйственной культуры, (e) стадии роста сельскохозяйственной культуры, (f) стадии плодоношения (сельскохозяйственной культуры), (g) времени уборки, (h) времени с момента уборки и (i) позиции в садовом расположении (содержащем множество сельскохозяйственных культур). Следовательно, фактически предоставлены цветонастраиваемое устройство и способ, которые подходят для садового освещения, и которые могут быть адресованы в соответствующее время соответствующим фоторецепторам в соответствующей части сельскохозяйственной культуры.
Фраза «способный обеспечивать садовое освещение, имеющее спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью света в первой длине волны, выбранной из диапазона, составляющего 400-475 нм, и во второй длине волны, выбранной из диапазона, составляющего 625-800 нм, не подразумевает, что свет осветительного устройства, при включении, всегда будет содержать интенсивность в обеих областях. Временно, осветительное устройство может предоставлять свет с интенсивностью только в одном из спектральных диапазонов, таких как синий свет или (дальний) красный свет. Кроме того, вследствие того факта, что устройство содержит две генерирующие свет части, вполне может быть, что одна часть (главным образом) дает синий свет, а другая часть (главным образом) может давать (дальний) красный свет. Кроме того, осветительное устройство также может быть выполнено с возможностью предоставления садового освещения, имеющего не только интенсивность в 400-475 нм и 625-800 нм, но также имеющего интенсивность в других диапазонах длин волн. Кроме того, в дополнение к садовому освещению, т.е. к освещению, которое особенно подходит для содействия сельскохозяйственной культуре и/или его необязательному плодоношению при выращивании или созреванию и т.д., и в частности выполненному с возможностью прямого освещения по меньшей мере части сельскохозяйственной культуры, осветительное устройство может необязательно также обеспечивать такие другие виды света, которые особенно подходят для помощи работнику в теплице.
В варианте осуществления осветительное устройство может содержать множество светоизлучающих диодов, выполненных с возможностью генерирования света, имеющего длину волны, выбранную из диапазона, составляющего 400-475 нм, например 420-475 нм, при этом осветительное устройство содержит по меньшей мере две генерирующие свет части, при этом
- первая генерирующая свет часть содержит первое подмножество множества светоизлучающих диодов, при этом первая генерирующая свет часть выполнена с возможностью предоставления первого освещения, имеющего первое спектральное распределение света по существу в диапазоне, составляющем 400-475 нм, например, 420-475 нм,
- вторая генерирующая свет часть содержит второе подмножество множества светоизлучающих диодов и при этом преобразующий свет элемент выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части света, генерируемого вторым подмножеством множества светоизлучающих диодов, во второе освещение со вторым спектральным распределением света по существу в диапазоне, составляющем 625-800 нм, например 625-675 нм, при этом вторая генерирующая свет часть выполнена с возможностью предоставления второго освещения,
при этом первое подмножество множества светоизлучающих диодов и второе подмножество множества светоизлучающих диодов регулируются независимо.
Фраза «спектральные распределения света в первом диапазоне длин волн и втором диапазоне длин волн первого освещения и второго освещения являются различными» может, например, означать, что первое освещение состоит из света, имеющего интенсивность в указанном первом диапазоне длин волн, и что второе освещение состоит из света, имеющего интенсивность в указанном втором диапазоне длин волн. Однако, также это может означать, что один или более из первого освещения и второго освещения также включает свет других длин волн, даже во втором диапазоне длин волн и первом диапазоне длин волн, соответственно. Так как два или более подмножеств множества светоизлучающих диодов регулируются независимо, спектральное распределение света тем не менее может настраиваться, так как спектральные распределения первого освещения и второго освещения являются различными. Однако, как правило, первое освещение может по существу состоять из света в указанном первом диапазоне длин волн. На основании подсчета фотонов, первое освещение может содержать по меньшей мере 90% своей интенсивности в первом диапазоне длин волн. На основании подсчета фотонов, второе освещение может содержать по меньшей мере 50%, в частности по меньшей мере 70%, еще более конкретно по меньшей мере 90%, своей интенсивности во втором диапазоне длин волн. Как правило, на основании подсчета фотонов, второе освещение будет содержать не более чем 30%, в частности не более чем 15%, еще более конкретно не более чем 10%, например, максимально 5%, своей интенсивности в первом диапазоне длин волн. Например, первое освещение может по существу состоять из света в первом диапазоне длин волн, составляющем 400-475 нм, тогда как второе освещение может состоять из некоторой части света в первом диапазоне длин волн, например, только 10% всей фотонной интенсивности, и 90% интенсивности во втором диапазоне длин волн. Как указано выше, это может включать ситуацию, когда первое освещение состоит из света, имеющего интенсивность в указанном первом диапазоне длин волн, и когда второе освещение состоит из света, имеющего интенсивность в указанном втором диапазоне длин волн.
Осветительное устройство может содержать множество светоизлучающих диодов, которые в частности выполнены в виде массива. Данным массивом в частности является 2D массив (т.е. светодиоды расположены рядами, рядом друг с другом). Осветительное устройство может перекрывать площадь, равную, например 0,5-400 м2, например 2-400 м2. Количество светодиодов на м2 (плотность светодиодов) может составлять, например, порядка 1-400, например 4-100, хотя могут быть осветительные устройства с большим или даже с меньшим количеством светодиодов (на квадратный метр). Необходимо заметить, что распределение светодиодов по осветительному устройству может быть равномерным или может варьировать в различных областях массива. Как правило, светодиоды будут расположены равномерным образом, хотя нельзя исключать другие схемы. Устройство содержит по меньшей мере два светодиода; один светодиод функционально связан с первой генерирующей свет частью, а другой светодиод функционально связан со второй генерирующей свет частью. Однако, устройство может содержать более чем 2 светодиода, например, по меньшей мере 4 светодиода, например, по меньшей мере 16 светодиодов. Устройство может содержать n×m светодиодов, при этом n составляет по меньшей мере 4, а m составляет по меньшей мере 4, например, по меньшей мере 10. Как указано выше, множество светодиодов содержит по меньшей мере два подмножества (каждое по меньшей мере по 1) светодиодов, которые используются для по меньшей мере двух генерирующих свет частей, соответственно. Два или более подмножеств регулируются независимо, например, с помощью блока управления. Таким образом, состояние вкл/выкл, и необязательно интенсивность, двух или более подмножеств может регулироваться индивидуально. Светодиоды могут быть расположены на (проводящей) проволочной сетке.
В варианте осуществления, первое подмножество содержит множество светоизлучающих диодов. В качестве альтернативы или кроме того, второе подмножество содержит множество светоизлучающих диодов. В частности, первое подмножество может содержать множество светоизлучающих диодов, и второе подмножество может содержать множество светоизлучающих диодов. Генерирующая свет часть может содержать один или более светодиодов.
Светодиодами в частности являются твердотельные светодиоды, но необязательно также могут быть органические светодиоды. Также могут использоваться комбинации твердотельных и органических светодиодов. Термин «светодиод» также может относиться к множеству светодиодных матриц. Следовательно, в позиции единственного светодиода, может быть расположено множество светодиодных матриц, например, светодиодная сборка из 2 или более светодиодных матриц. Светодиоды в частности выполнены с возможностью генерирования (светодиодного) света в первом диапазоне длин волн.
Появление твердотельного освещения на основе светодиодов предлагает возможности применения в садоводстве. Основные преимущества использования светодиодов обусловлены возможностью регулирования спектрального состава света для точного соответствия чувствительности фоторецепторов растений. Вместе с дополнительными выгодами наподобие улучшенного регулирования нагрева и свободы распределения светодиодов, это обеспечивает более оптимальное производство и обеспечивает возможность воздействия на морфологию и состав растений. Также это сулит пониженное энергопотребление (и связанную стоимость).
Твердотельные светодиоды легко интегрируются в цифровые системы управления, облегчая программы освещения, такие как «ежедневное световое интегральное» освещение и имитирование восхода и заката. Светодиоды являются более безопасными в эксплуатации, чем нынешние лампы, потому что они не имеют стеклянных колб и не содержат ртуть.
Светодиоды обеспечивают возможность распространения света ближе к цели, что может приводить к меньшей потере через крышу и в пол теплицы. Кроме того, может осуществляться более хорошее распределение света в сельскохозяйственной культуре. Это конечно действительно так для сельскохозяйственных культур на натянутой проволоке, наподобие томатов.
Первая генерирующая свет часть выполнена с возможностью предоставления первого освещения, имеющего первое спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью света с указанной первой длиной волны. Вторая генерирующая свет часть может быть выполнена с возможностью предоставления второго освещения, имеющего второе спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью света в красной длине волны, выбранной из диапазона, составляющего 625-675 нм, и/или в дальней красной длине волны, более большой чем красная длина волны, выбранная из диапазона, составляющего 675-750 нм. В частности оба диапазона длин волн могут быть представлены и могут быть частью садового освещения (особенно второе освещение).
Как указано выше, осветительное устройство содержит две или более генерирующих свет частей. В данном случае, термин «генерирующая свет часть» относится в частности к частям осветительного устройства, которые обладают функцией предоставления света (сельскохозяйственной культуре). Существуют по меньшей мере две различные генерирующие свет части, которые расположены в общем рядом друг с другом. По меньшей мере одна генерирующая свет часть предоставляет первое освещение, и по меньшей мере еще одна генерирующая свет часть предоставляет второе освещение.
В варианте осуществления, первая генерирующая свет часть и вторая генерирующая свет часть имеют удлиненную форму и расположены параллельно. Например, могут иметься две или более удлиненных генерирующих свет частей. Таким образом, может быть предоставлено осветительное устройство, в котором полосы могут обеспечить свет с различными спектральными распределениями света.
Осветительное устройство (также) может содержать множество первых генерирующих свет частей и единственную вторую генерирующую свет часть. В качестве альтернативы, осветительное устройство содержит единственную первую генерирующую свет часть и множество вторых генерирующих свет частей. В частности, осветительное устройство содержит множество первых генерирующих свет частей и множество вторых генерирующих свет частей.
Данное множество первых генерирующих свет частей и вторых генерирующих свет частей могут быть расположены параллельно (в виде удлиненных генерирующих свет частей, расположенных рядом), но также могут быть расположены по типу шахматной доски. Следовательно, в варианте осуществления первые генерирующие свет части и вторые генерирующие свет части выполнены в виде 2D массива чередующихся первых генерирующих свет частей и вторых генерирующих свет частей (например, удлиненных параллельно расположенных генерирующих свет частей или с расположением по типу шахматной доски). В частности преимущество последнего состоит в том, что части, предназначенные для сельскохозяйственной культуры или садоводческого расположения (см. ниже) могут освещаться с «высоким» пространственным разрешением. Цвет может быть выбран приблизительно с таким же разрешением и дозироваться в правильном положении. Следовательно, осветительное устройство может содержать «цветные пиксели», которые могут включаться и выключаться, за счет чего распределение спектральной интенсивности садового освещения может изменяться в качестве функции одной или более из: (a) адресной части сельскохозяйственной культуры, (b) времени суток, (c) интенсивности света и распределения света, не являющегося светом садоводческого назначения, (d) типа сельскохозяйственной культуры, (e) стадии роста сельскохозяйственной культуры, (f) стадии плодоношения (сельскохозяйственной культуры), (g) времени уборки, (h) времени с момента уборки и (i) позиции в садовом расположении (содержащем множество сельскохозяйственных культур).
Может быть предоставлено не только по меньшей мере два вида света, также может быть предоставлено три или более видов света (см. также выше). Следовательно, осветительное устройство может, например, также содержать третью генерирующую свет часть, содержащую третье подмножество множества светоизлучающих диодов, при этом третья генерирующая свет часть выполнена с возможностью предоставления третьего освещения, имеющего спектральное распределение света, которое отличается от первого спектрального распределения света и второго спектрального распределения света, при этом три или более подмножеств множества светоизлучающих диодов регулируются независимо. Аналогичным образом, устройство может содержать четвертую, пятую и т.д. генерирующую свет часть. Каждая дополнительная генерирующая свет часть может обеспечивать свой собственный тип света, в зависимости от содержащегося люминесцентного материала (см. ниже). В частности, первая генерирующая свет часть (см. также выше), выполнена с возможностью предоставления освещения по меньшей мере светом с интенсивностью в первом диапазоне длин волн. Вторая генерирующая свет часть может быть выполнена с возможностью предоставления освещения, имеющего второе спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью в диапазоне, составляющем 625-675 нм, а третья генерирующая свет часть может быть выполнена с возможностью предоставления освещения, имеющего третье спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью в дальней красной длине волны, более большой чем красная длина волны, выбранная из диапазона, составляющего 675-750 нм. Однако необязательные третьи или дополнительные генерирующие свет части также могут быть выполнены с возможностью предоставления освещения, имеющего другие длины волн (например, от PAR).
Генерирующие свет части могут, особенно в случае расположения шахматной доски, иметь поверхности, из которых излучается свет, имеющий области в диапазоне, составляющем например, 4-900 см2, в частности 4-400 см2. Например, могут быть выбраны размеры в диапазоне, составляющем от 10×10 до 30×30 см2.
Генерирующие свет части, особенно соответствующие поверхностям, из которых излучается свет, предоставляющие один и тот же тип света, могут иметь шаг, т.е. взаимное расстояние (особенно при условии систематического расположения) между двумя ближайшими соседними генерирующими свет частями одного и того же типа. В специальном варианте осуществления, множество генерирующих свет частей расположены согласно заданному шагу и расположены на среднем расстоянии от сельскохозяйственной культуры (культур), при этом соотношение расстояния и шага составляет по меньшей мере 0,2, в частности по меньшей мере 0,25, например, по меньшей мере 0,3. За счет настройки шага и/или расстояния от генерирующих свет частей до сельскохозяйственной культуры, может быть предоставлено оптимальное освещение. Похоже, что ниже данного соотношения, освещение может быть менее равномерным, чем необходимо, и что выше данного соотношения, освещение является достаточно равномерным. Осветительное устройство и/или сельскохозяйственные культуры могут быть расположены таким образом, что требование к соотношению расстояния и шага выполняется на протяжение существенной части продолжительности жизни сельскохозяйственной культуры. В специальном варианте осуществления, множество генерирующих свет частей имеют шаг в диапазоне, составляющем 5-30 см, еще более конкретно 5-25 см, например, 20 см. Таким образом, свет, получаемый сельскохозяйственной культурой (культурами), может распределяться по существу равномерно. Квалифицированному специалисту будет понятно, что также необходимо принимать в расчет оптические свойства распределения света генерирующих свет частей, такие как, например, угол излучения света светодиодов, свойство распространения/рассеивания света камеры смешения света (см. ниже), оптическое свойство фольги (см. далее), содержащей преобразующий материал и т.д., - вслед за соотношением расстояния и шага - для определения подходящего положения осветительного устройства относительно растения для того, чтобы получить равномерное распределение света в растении.
Как указано выше, вторая генерирующая свет часть содержит второе подмножество множества светоизлучающих диодов, при этом ниже на оптическом пути каждого светодиода из второго подмножества множества светоизлучающих диодов выполнен преобразующий свет элемент. Данный преобразующий свет элемент выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части света светодиода в преобразованный свет со второй длиной волны. Данный преобразованный свет по меньшей мере частично содержится во втором освещении. Следовательно, вторая генерирующая свет часть выполнена с возможностью предоставления второго освещения, содержащего по меньшей мере часть указанного преобразованного света. Таким образом, второе освещение может иметь второе спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью света с указанной второй длиной волны. Таким образом, спектральное распределение света второго освещения может отличаться от спектрального распределения света первого освещения. Таким образом, вследствие того факта, что второе освещение содержит по меньшей мере часть преобразованного света, второе освещение предоставляет свет, имеющий спектральное распределение света по меньшей мере во втором диапазоне длин волн.
Преобразующий свет элемент содержит люминесцентный материал или преобразующий материал, который преобразует первое освещение по меньшей мере частично во второе освещение. Как правило, преобразующий материал не будет применяться в первой генерирующей свет части, но только во второй генерирующей свет части, и необязательно дополнительные преобразующие материалы в дополнительных генерирующих свет частях. Данный преобразующий свет элемент расположен ниже на оптическом пути второго подмножества множества светодиодов.
Термины «выше» и «ниже» на оптическом пути относятся к расположению объектов или деталей относительно распространения света из генерирующего свет средства (в данном случае конкретно первого источника света), при этом относительно первого положения в пределах луча света из генерирующего свет средства, второе положение в луче света, более близкое к генерирующему свет средству, находится «выше», а третье положение в пределах луча света, более далекое от генерирующего свет средства, находится «ниже».
Вторая генерирующая свет часть может содержать более чем один светодиод, при этом каждый из данных светодиодов расположен выше на оптическом пути относительно одного и того же преобразующего свет элемента. Однако, когда существует множество вторых генерирующих свет частей, каждая вторая генерирующая свет часть может содержать один или более светодиодов. Аналогичным образом, это также может применяться для необязательных дополнительных генерирующих свет частей.
Преобразующий свет элемент преобразует по меньшей мере часть света светодиода. Люминесцентным материалом может быть неорганический люминесцентный материал, но в частности он может содержать органический люминесцентный материал. Необязательно, преобразующий свет элемент может содержать как органический, так и неорганический материал. Термины «люминесцентный материал» или «преобразующий материал» также могут относиться к множеству подобных материалов. Кроме того, необязательно дополнительный люминесцентный материал используется для помощи преобразования в свет со второй длиной волны. Например, часть света светодиода может быть преобразована в свет, имеющий промежуточную длину волны, причем данный свет промежуточной длины волны по меньшей мере частично дополнительно преобразован (не)органическим люминесцентным материалом в свет со второй длиной волны. В частности, преобразующий свет элемент содержит органический краситель, выполненный с возможностью преобразования по меньшей мере части света светодиода в преобразованный свет со второй длиной волны. Ниже перечислен ряд красителей, из которых один или более красных могут применяться в преобразующем свет элементе или в качестве оного, и из которых другие могут необязательно применяться в первой генерирующей свет части (частях) или второй генерирующей свет части (частях), или могут иметься в преобразующем свет элементе (элементах) необязательных дополнительных генерирующих свет частей.
Существует почти неограниченный ассортимент подобных органических люминесцентных материалов или красителей. Соответствующими примерами являются перилены (например, красители, известные под торговым названием Люмоген от компании BASF, Ludwigshafen, Germany: Люмоген F240 Оранжевый, Люмоген F300 красный Люмоген F305 красный, Люмоген F083 желтый, Люмоген F170 желтый, Люмоген F850 зеленый), желтый 172 от компании Neelikon Food Dyes & Chemical Ltd., Mumbai, India, и красители, такие как кумарины (например, Кумарин 6, Кумарин 7, Кумарин 30, Кумарин 153, основной желтый 51), нафталимиды (например, анилиновый желтый 11, анилиновый желтый 116), Fluorol 7GA, пиридины (например, пиридин 1), пиррометены (такие как Пиррометен 546, Пиррометен 567), уранин, родамины (например, Родамин 110, Родамин B, Родамин 6G, Родамин 3B, Родамин 101, Сульфородамин 101, Сульфородамин 640, основной фиолетовый 11, основной красный 2), цианины (например, фталоцианин, DCM), стильбены (например, Bis-MSB, DPS), доступные от множества торговых компаний.
Представляющие особый интерес органические материалы, которые могут применяться, содержат, например, периленовые структуры наподобие таких как BASF Люмоген 83 для зеленого свечения, BASF Люмоген F170 для желтого свечения, BASF Люмоген F 240 для оранжевого свечения, и BASF Люмоген F 300 или F305 для красного свечения, но также Люмоген F красный 305 или Люмоген F синий 650.
Необязательно, краситель содержит фосфоресцирующий краситель, который обладает длительным временем распада, например, часами, который может применяться для освещения во время отсутствия (достаточного) дневного света.
Необходимо заметить, что преобразующий свет элемент может обладать свойствами светопроницаемости, и в варианте осуществления может быть выполнен с возможностью также передавать часть света светодиода без преобразования.
Краситель (красители) может содержаться в пластине преобразующего свет элемента или в фольге преобразующего свет элемента. Особенный интерес может представлять фольга. Краситель может содержаться в фольге или может быть предоставлен на фольге. Краситель также может быть помещен между слоями фольги. Например, краситель (красители) может быть отпечатан на фольге. За счет печати схемы на фольге, схема, при выравнивании с двумя (или более) подмножествами множества светоизлучающих диодов, обеспечивает возможность генерирования различных видов света за счет приведения в действие двух (или более) подмножеств множества светоизлучающих диодов. Следовательно, в варианте осуществления преобразующий свет элемент содержится в фольге. Таким образом, фольга может содержать преобразующий свет элемент.
Из подобных вариантов осуществления, похоже, что ниже на оптическом пути каждого (по меньшей мере одного) светодиода первого подмножества множества светоизлучающих диодов, также может иметься слой. Данный слой в частности может быть выполнен с возможностью передачи по существу всего света от соответствующего светодиода (светодиодов). Следовательно, ниже на оптическом пути каждого светодиода первого подмножества множества светоизлучающих диодов может быть выполнен пропускающий свет элемент, при этом пропускающий свет элемент выполнен с возможностью передачи по меньшей мере части света светодиода. Как указано выше, пропускающий свет элемент также может содержаться в фольге. Вследствие этого, фольга может содержать пропускающий свет элемент (элементы) для первой генерирующей свет части и преобразующий свет элемент (элементы) для второй генерирующей свет части. Следовательно, может использоваться единственная фольга, содержащая как преобразующий свет элемент (элементы), так и пропускающий свет элемент (элементы). Как можно понять из изложенного выше, когда множество первых и вторых генерирующих свет частей доступны в конфигурации (например, в схеме), преобразующие свет элементы и пропускающие свет элементы могут быть расположены с соответствующим расположением (например, в схеме). Конфигурация может содержать параллельную схему (в виде удлиненных генерирующих свет частей), но также может содержать схему шахматной доски. Вместо термина «шахматы», также может применяться термин шашки.
Пропускающим свет элементом (элементами) и/или преобразующим свет элементом (элементами) генерирующих свет частей может считаться элемент (элементы), которые обеспечивают первое, соответственно, второе освещение, и таким образом может считаться излучающая свет часть (части) устройства. Следовательно, первые и вторые генерирующие свет части, или по меньшей мере их излучающие свет части, могут быть выполнены с ID или 2D чередующимся расположением указанных частей.
Необходимо заметить, что светопроницаемая часть также может быть выполнена с возможностью преобразования части света светодиода. Однако, как указано выше, светопроницаемая часть по меньшей мере передает по меньшей мере часть света светодиода, и как правило, будет передавать существенную часть данного света. В специальном варианте осуществления, пропускающий свет элемент не содержит краситель, или по меньшей мере ни один из указанных выше красителей.
В частности, светодиоды могут быть выполнены в световых камерах, т.е. в полостях со стенками, которые являются отражающими (стенки могут быть диффузионными и/или зеркально отражающими). В частности, в случае преобразующего свет элемента, расположенного ниже на оптическом пути светодиода, подобная камера может использоваться для перенаправления светодиодного света, отражаемого или преломляемого в преобразующем свет элементе (и для повторного использования света, который излучается преобразующим элементом назад в камеру). Следовательно, в варианте осуществления множество светоизлучающих диодов выполнены во множестве световых камер. Однако, одна камера может содержать множество светодиодов. Следовательно, фраза «ниже на оптическом пути каждого светодиода первого подмножества множества светоизлучающих диодов выполнен пропускающий свет элемент» может относиться к комбинации одного или более светодиодов и единственного пропускающего свет элемента, или к множеству светодиодов и к множеству излучательно связанных пропускающих свет элементов. В последнем варианте осуществления, также более чем один светодиод может быть излучательно связан с одним и тем же пропускающим свет элементом.
Как указано выше, изобретение также предоставляет способ освещения сельскохозяйственной культуры, включающий освещение по меньшей мере части сельскохозяйственной культуры светом садоводческого назначения от осветительного устройства по любому одному из предшествующих пунктов. В частности, способ может включать изменение распределения спектральной интенсивности садового освещения в качестве функции одной или более из: (a) адресной части сельскохозяйственной культуры, (b) времени суток, (c) интенсивности света и распределения света, не являющегося светом садоводческого назначения, (d) типа сельскохозяйственной культуры, (e) стадии роста сельскохозяйственной культуры, (f) стадии плодоношения, (g) времени уборки, (h) времени с момента уборки и (i) позиции в садовом расположении (содержащем множество сельскохозяйственных культур).
Термин «садоводство» относится к (интенсивному) выращиванию растений для использования человеком и является очень разнообразным по видам деятельности, включая растения для пищи (фрукты, овощи, грибы, кулинарные травы) и непищевые сельскохозяйственные культуры (цветы, деревья и кустарники, газонная трава, хмель, виноград, лекарственные растения). Термин «сельскохозяйственная культура» используется в данном описании для обозначения садового растения, которое выращивают или выращивали. Сельскохозяйственными культурами могут называться растения одного и того же вида, выращиваемые в больших масштабах для пищи, одежды и т.д. Сельскохозяйственной культурой являются не относящиеся к животным виды или разновидности, которые выращивают для уборки в качестве, например, пищи, корма для скота, топлива или для любой другой экономической цели. Термин «сельскохозяйственная культура» также может относиться к множеству сельскохозяйственных культур. Садоводческие сельскохозяйственные культуры могут в частности относиться к продовольственным сельскохозяйственным культурам (томатам, перцам, огурцам и салату-латуку), а также к растениям, (потенциально) несущим подобные сельскохозяйственные культуры, таким как растение томат, растение перец, растение огурец и т.д. В данном описании садоводство может в целом относиться, например, к продовольственным культурным растениям и непродовольственным культурным растениям. Примерами культурных растений являются рис, пшеница, ячмень, овсы, нут, горох, кормовой горох, чечевица, фасоль золотистая, фасоль мунго, соя, фасоль обыкновенная, фасоль аконитолистная, лен обыкновенный, кунжут, Khesari, Sunhemp, перец Чили, баклажан, томат, огурец, джут, арахис, картофель, кукуруза, просо, рис, люцерна, редис, капуста, салат-латук, перец, подсолнечник, сахарная свекла, клещевина, красный клевер, белый клевер, сафлора, шпинат, лук, чеснок, репа, тыква, дыня мускатная, арбуз, огурец, тыква, кенаф, масличная пальма, морковь, кокос, папайя, сахарный тростник, кофе, какао, чай, яблоко, груши, персики, вишни, виноград, миндаль, клубника, ананас, банан, кешью, Irish, маниока, таро, каучуковое дерево, сорго, хлопок, тритикале, голубиный горох и табак. Особый интерес представляют томат, огурец, перец, салат-латук, арбуз, папайя, яблоко, груша, персик, вишня, виноград и клубника. Однако, не исключаются другие виды.
Садоводство особенно применимо в теплице. В частности, изобретение относится к применению устройства и/или способа в теплице. Устройство может быть расположено между растениями, или между будущими растениями, которые обозначены, как «междурядное освещение». Выращивание садоводческих культур на проволоке, например, растений томата, может представлять собой специфическую область междурядного освещения, которой могут быть адресованы представленное устройство и способ. Устройство также может быть расположено над растениями или будущими растениями. Искусственное освещение необходимо, особенно когда садоводство осуществляют слоями друг над другом. Выращивание слоями обозначается как «многослойное выращивание». Устройство и/или способ могут применяться также при многослойном выращивании.
Изобретение предоставляет новый путь искусственного освещения, используемый для стимулирования роста и/или развития растений, технический прием, который обозначается как садовое освещение. В частности, в садоводстве существуют два главных состояния, в которых используется искусственное освещение. Во-первых, в теплицах повышают урожаи сельскохозяйственных культур, используя в дополнение к дневному свету верхнее освещение и внутрикупольное освещение. Во-вторых, в многослойных системах сельскохозяйственные культуры растут главным образом без дневного света и, таким образом, сильно зависят от искусственного освещения. В раскрытии данного изобретения авторы изобретения рассматривают оптимизированные основанные на светодиодах дополнительные осветительные устройства или светильники для сельскохозяйственных культур на натянутой проволоке в теплицах, наподобие томатов, огурцов и сладких перцев (паприках), а также для многослойного выращивания в растениеводческих хозяйствах.
Термин «по существу» в данном описании, например, «по существу все излучение» или «по существу состоит», будет понятен квалифицированному специалисту в данной области. Термин «по существу» также может включать варианты осуществления с «целиком», «полностью», «все» и т.д. Следовательно, в вариантах осуществления прилагательное по существу также может быть удалено. Где применимо, термин «по существу» также может относиться к 90% или выше, например, к 95% или выше, конкретно 99% или выше, еще более конкретно 99,5% или выше, включая 100%. Термин «содержать» включает также варианты осуществления, в которых термин «содержит» означает «состоит из».
Кроме того, термины первый, второй, третий и тому подобное в описании и в формуле изобретения, используются для проведения различия между аналогичными элементами, и не обязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Должно быть понятно, что термины, используемые таким образом, являются взаимозаменяемыми в соответствующих обстоятельствах и что варианты осуществления изобретения, описанные в данном описании, допускают работу в других последовательностях, чем описано или проиллюстрировано в данном описании.
Устройства в данном описании среди прочего описаны во время работы. Как будет ясно квалифицированному специалисту в данной области, изобретение не ограничено способами работы или устройствами во время работы.
Следует заметить, что упомянутые выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что квалифицированные специалисты в данной области будут в состоянии разработать множество альтернативных вариантов осуществления без выхода за пределы объема правовых притязаний приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные обозначения, помещенные между скобками, не следует истолковывать как ограничение пункта формулы изобретения. Использование глагола «содержать» и его спряжений не исключает наличия элементов или стадий, отличающихся от тех, что изложены в пункте формулы изобретения. Артикль «a» или «an», предшествующий элементу, не исключает наличие множества подобных элементов. Изобретение может быть осуществлено посредством аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. В пункте устройства, перечисляющем несколько средств, несколько из данных средств могут быть реализованы посредством одного и того же пункта аппаратного средства. Тот факт, что определенные меры изложены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация данных мер не может использоваться с пользой.
Изобретение дополнительно относится к устройству, содержащему один или более отличительных признаков, описанных в описании и/или показанных на приложенных чертежах. Изобретение дополнительно относится к способу или процессу, включающему один или более отличительных признаков, описанных в описании и/или показанных на приложенных чертежах.
Для того, чтобы обеспечить дополнительные преимущества, различные аспекты, обсуждающиеся в данном патенте, могут быть объединены. Кроме того, некоторые признаки могут сформировать основу для одного или более выделенных заявок.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее только в качестве примера будут описаны варианты осуществления изобретения, со ссылкой на сопровождающие схематичные чертежи, на которых соответствующие ссылочные обозначения указывают соответствующие части, и на которых:
Фигуры 1a-1с схематично изображают некоторые устройства и варианты;
Фигуры 2a-2d схематично изображают некоторые дополнительные устройства и варианты; Фигуры 2e-2f схематично изображают специфическое устройство; и Фигуры 2g-2h схематично изображают конструкцию, которая также может быть применена; и
Фиг. 3 схематично изображает некоторые аспекты междурядного освещения;
Чертежи не обязательно показаны в масштабе.
Фиг. 4 изображает относительные спектры поглощения некоторых общих фоторецепторов в зеленых растениях.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фигуры 1a и 1b схематично изображают вариант осуществления осветительного устройства 100 («устройства 100»), способного обеспечивать садовое освещение 111 (см. Фиг. 1b). Фиг. 1a может рассматриваться, как вариант вида сверху устройства, схематично изображенного на фиг. 1b.
В частности, данное садовое освещение 111 имеет спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью света в первой длине волны, выбранной из диапазона, составляющего 400-475 нм, например 440-470, или 425-475 нм, и во второй длине волны, выбранной из диапазона, составляющего 625-800 нм, при этом длины волн зависят, например, от типа растения или стадии роста и т.д.
Осветительное устройство 100, содержащее множество светоизлучающих диодов (светодиодов) 10, выполненных с возможностью генерирования светодиодного света 11, имеющего длину волны, выбранную из указанного диапазона, составляющего 400-475 нм.
Множество светоизлучающих диодов 10 выполнены в виде массива 30 (в частности 2D массива, т.е. массива n×м, например, с n по меньшей мере 4, и m по меньшей мере 4). Осветительное устройство 100 содержит по меньшей мере две генерирующие свет части. Первая генерирующая свет часть 100a содержит первое подмножество 10a множества светоизлучающих диодов 10. В частности, первая генерирующая свет часть 100a выполнена с возможностью генерирования первого освещения 111a, имеющего первое спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью света с указанной первой длиной волны. Вторая генерирующая свет часть 100b содержит второе подмножество 10b множества светоизлучающих диодов. Ниже на оптическом пути каждого светодиода из второго подмножества 10b множества светоизлучающих диодов 10 выполнен преобразующий свет элемент 20. Преобразующий свет элемент 20 выполнен с возможностью преобразования по меньшей мере части света 11b светодиода в преобразованный свет 21 со второй длиной волны. Следовательно, вторая генерирующая свет часть 100b выполнена с возможностью предоставления или излучения второго освещения 111b, содержащего по меньшей мере часть указанного излучаемого света 21 или даже по существу состоящего из указанного излучаемого света 21. Второе освещение 111b имеет второе спектральное распределение света по меньшей мере с интенсивностью света с указанной второй длиной волны. Считается, что первое освещение 111a и/или второе освещение 111b составляет садовое освещение 111.
Два или более подмножеств 10a, 10b множества светоизлучающих диодов 10 регулируются независимо. С этой целью, может применяться блок 50 управления, который может быть частью осветительного устройства 100 или который может представлять собой дистанционный блок управления (как схематично изображено).
Ссылки 11a и 11b относятся к светодиодному свету первого подмножества светодиода (светодиодов) и второго подмножества светодиода (светодиодов), соответственно. Ссылка 25 относится к люминесцентному материалу или преобразующему материалу, такому как органический краситель, подходящий для генерирования, например, красного света при возбуждении, например, синим светом, генерируемым светодиодами из второго подмножества. Ссылка 120 относится к пропускающей крышке (в частности, не содержащей люминесцентный материал). Ссылка 70 относится к (световой) камере. Необходимо заметить, что как первая, так и вторые генерирующие свет части содержат в данном примере подобную камеру (камеры). Следовательно, соответствующие камеры обозначены ссылками 70a, 70b, при этом первая связана с указанным пропускающим элементом, выполненным ниже на оптическом пути светодиода (светодиодов) первого подмножества, а последняя связана с указанным преобразующим свет элементом, выполненным ниже на оптическом пути светодиода (светодиодов) из второго подмножества.
Фиг. 1c схематично изображает вариант осуществления с третьей генерирующей свет частью 100c, также содержащей преобразующий свет элемент 20, но отличающейся от преобразующего свет элемента второй генерирующей свет части. Следовательно, преобразующий свет элемент второй генерирующей свет части обозначен ссылкой 20b, а преобразующий свет элемент третьей генерирующей свет части обозначен ссылкой 20c. Свет, генерируемый третьим подмножеством светодиодов, обозначен ссылкой 11c. Данный свет 11с по меньшей мере частично преобразуется преобразующим свет элементом 20c в третий свет 111c. Аналогичным образом, могут иметься дополнительные генерирующие свет части.
Фиг. 2a схематично изображает вид сбоку варианта осуществления устройства 100 с множеством первых генерирующих свет частей и множеством вторых генерирующих свет частей. Для проведения различия между различными первыми генерирующими свет частями или для проведения различия между различными вторыми генерирующими свет частями, применены знаки (1), (2), (3)…. Необходимо заметить, что могут применяться удлиненные генерирующие свет элементы, см. Фиг. 2b, или может быть применено своего рода расположение шахматной доски, см. Фиг. 2c. Шаг пропускающих крышек 120, или преобразующего элемента 20, или в данном примере также первых генерирующих свет частей 100a и вторых генерирующих свет частей 100b, соответственно, обозначен ссылкой P. В случае шахматной доски, или другого систематического 2D расположения генерирующих свет частей, может быть шаг в двух направлениях, обозначенный Px и Py (см. Фиг. 2c). Например, шаг P может быть в диапазоне, составляющем 5-30 см.
Фиг. 2a-2c показывают множество камер. Однако может быть меньше камер, чем имеется (первых) генерирующих свет частей (части) и (вторых) генерирующих свет частей (части). Это показано на Фиг. 2d.
Устройство 100 также может содержать светодиодный модуль с синими светодиодами и покровной оптической фольгой, на которую предпочтительно наносят органический фосфор в различных областях. За счет нанесения на крышку различных органических фосфоров, синий свет, генерируемый светодиодным модулем, преобразуется в свет с необходимой для растений длиной волны.
Осуществление подобного осветительного устройства за счет помещения преобразующей фольги с органическими фосфорами в качестве отдельных элементов показано в варианте осуществления, схематично изображенном на фигурах 2e-2f. В данном случае, общее спектральное распределение света устройства 100 может настраиваться посредством регулирования тока через светодиоды, функционально соединенные с пропускающими элементами 120 или преобразующими свет элементами 20; при этом пропускающие элементы излучают, например, голубоватый свет, а преобразующие свет элементы излучают, например, красноватый свет. Используя данный подход, возможно настроить конкретный цвет и спектральные характеристики, которые необходимы для выращивания растений. В данной конфигурации красные преобразованные области могут предпочтительно демонстрировать полное преобразование (меньше, чем 10%, в частности меньше, чем 1% просачивания синего). Однако, также может быть частичное преобразование синего со сквозным просачиванием синего света. На фигурах 2e-2f показаны схематичные чертежи подобных вариантов осуществления (вид спереди и вид сбоку, соответственно).
Еще один вариант осуществления для получения такого же эффекта может включать расположение фольги 200, содержащей преобразующий свет элемент 20, таким образом, чтобы ее можно было вытаскивать и втягивать относительно множества светоизлучающих диодов. В данном случае, спектральное распределение света может настраиваться посредством регулирования площади или количества светодиодов из множества светоизлучающих диодов, которые закрыты фольгой. Данная конфигурация также может быть реализована в режиме отражения, когда преобразующий свет элемент помещен между рефлектором и светодиодами, обращенными к рефлектору. Рефлектор может дополнить равномерность распределения по оптическому пути из устройства. В данном случае, показана убираемая фольга, с механизмом 300 втягивания, выполненным с возможностью перемещения фольги для получения необходимого распределения света садового освещения в требуемом положении. Схематичные чертежи подобных вариантов осуществления показаны на фигурах 2g-2h (вид спереди и вид сбоку, соответственно). Необходимо заметить, что первая генерирующая свет часть может стать второй генерирующей свет частью, и наоборот, в зависимости от положения (убираемой) фольги.
Фиг. 3 схематично изображает применение в садоводстве, например, для выращивания томатов. Сельскохозяйственная культура или растение обозначено ссылкой 1. Ссылка 2 обозначает томаты. Расстояние между различными рядами растений обозначено ссылкой L1, и может быть, например, в диапазоне, составляющем 1-2 м, например 1,5 м. Общая высота, обозначенная ссылкой H, может быть, например, в диапазоне, составляющем 2-4 м, например, приблизительно 3 м. Соответствующая часть для освещения имеет высоту H1, и находится в диапазоне, составляющем 0,5-1 м, и находится приблизительно на высоте H2 над полом, причем данная высота H2 может быть в диапазоне, составляющем 0,5-1,5 м, в частности приблизительно 1 м. Осветительное устройство 200 в частности может быть направлено на сельскохозяйственную культуру по указанной высоте H1, как проиллюстрировано с правой стороны фигуры. С левой стороны, проиллюстрирован менее предпочтительный вариант осуществления, в котором имеется относительно большое (высокое) осветительное устройство 200. Расстояние между осветительными устройствами 200 и сельскохозяйственной культурой 1 обозначено ссылкой d и может быть, например, в диапазоне, составляющем 10-50 см.
Фиг. 4 изображает относительные спектры поглощения некоторых общих фоторецепторов в зеленых растениях, причем 1 представляет ch1 a, 2 представляет Бета-каротин, 3 представляет фитохром (Pr), 4 представляет ch1 b, а 5 представляет фитохром (Pfr). На оси х представлена длина волны и на оси y поглощение данных фоторецепторов (в произвольных единицах).
Следовательно, в вариантах осуществления, с целью усиления роста и развития сельскохозяйственных культур в применениях в садоводстве, предложено излучающее свет устройство, которое имеет следующие свойства:
(i) устройство состоит из множества компактных излучающих свет устройств, которые испускают излучение в диапазоне длин волн между 400-475 нм, в частности 440 нм или 470 нм.
(ii) излучающие свет устройства могут быть помещены во множестве небольших отдельных объемов (камера смешения) или в одном большом объеме.
(iii) Посредством закрытия части излучающих свет устройств преобразующими длину волны элементами, интегральный спектр излучаемого света может быть настроен таким образом, чтобы в течение долгого времени соответствовать потребностям в освещении облучаемых растений.
(iv) Длины волн преобразуются из первоначально голубоватого цвета в красную часть светового спектра, т.е. 630 нм и длиннее, в направлении 660 нм.
(v) За счет отделения процесса преобразования длины волны от излучающих свет устройств, повышается эффективность использования энергии всего излучающего устройства по сравнению с устройствами, со встроенными различными непосредственно преобразующими цвета излучающими свет устройствами.
Светодиоды могут быть выполнены с возможностью испускания излучения в пределах узкого спектра длин волны. В световых модулях, которые предложены в данном описании (для межрядного освещения), в варианте осуществления также может использоваться комбинация светодиодов, имеющих пик излучения 450 нм (синий), 660 нм (красный) и 730 нм (дальний красный). Синий , по-видимому, управляет образованием листьев, тогда как красный и дальний красный по-видимому способствуют росту стеблей и цветению (цветение также сильно зависит от хронирования освещения; цветение может быть индуцировано соответствующим хронированием освещения).
Данное изобретение может применяться в садоводстве для предоставления дополнительного освещения в теплицах (основная часть рынка садоводства), а также для многослойного освещения в растениеводческих хозяйствах.
Реферат
Изобретение предоставляет осветительное устройство (100) с излучающими свет диодами (10), выполненными с возможностью генерирования света (11), имеющего длину волны, выбранную из диапазона, составляющего 400-475 нм, при этом осветительное устройство (100) содержит по меньшей мере две излучающие свет части (100a, 100b). Первая излучающая свет часть (100a) содержит первое подмножество (10a) светоизлучающих диодов (10) и выполнена с возможностью предоставления первого освещения (111a), имеющего первое спектральное распределение света, по существу, в диапазоне, составляющем 400-475 нм. Вторая излучающая свет часть (100b) содержит второе подмножество (10b) светоизлучающих диодов (10) и содержит преобразующий свет элемент (20), выполненный с возможностью преобразования по меньшей мере части света (11), генерируемого во втором подмножестве (10b) множества светоизлучающих диодов (10), во второе освещение (111b) со вторым спектральным распределением света, по существу, в диапазоне, составляющем 625-800 нм. Первое подмножество (10a) множества светоизлучающих диодов (10) и второе подмножество (10b) множества светоизлучающих диодов (10) регулируются независимо. Изобретение позволит стимулировать рост и развитие растений, что обеспечит повышение урожайности сельскохозяйственных культур. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.
