園藝照明設(shè)備和刺激植物生長和植物的生物節(jié)律的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種園藝照明設(shè)備和一種刺激植物生長和植物的生物節(jié)律的方法。本發(fā)明還涉及一種包括所述園藝照明設(shè)備的照明器，以及一種包括所述園藝照明設(shè)備或所述照明器的園藝應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]已知光生理學(xué)過程對(duì)于植物生長而言是關(guān)鍵的，并且這些過程受表現(xiàn)出強(qiáng)波長相關(guān)吸收光譜的光色素控制。葉綠素例如吸收大約620nm到680nm的波長范圍中的光，而調(diào)節(jié)植物中的一系列分子和光生理學(xué)響應(yīng)的不同形式的光敏色素(光敏色素減少(Pr)和光敏色素遠(yuǎn)紅(Pfr))分別對(duì)于以紅色和遠(yuǎn)紅為中心的波長范圍內(nèi)的光作出反應(yīng)。例如由Pr和Pfr進(jìn)行的吸收之間的比率控制植物中的光生理學(xué)過程(如開花誘導(dǎo)、莖干伸展、發(fā)芽等)。
[0003]為了改進(jìn)植物人工光照的光譜曲線，可以使用熒光燈，其通常是具有磷光體涂層的低壓水銀蒸氣放電燈。然而，這些燈顯露出很多缺點(diǎn)，諸如有限的效率、包含作為毒劑的水銀、具有短壽命、易碎、需要高電壓以及發(fā)射不期望的紅外光。
[0004]替換地，現(xiàn)今也使用諸如發(fā)光二極管(LED)之類的固態(tài)光源用于植物光照，因?yàn)長ED與常規(guī)光源相比提供更長的壽命、更高的光子通量效能、更低的操作電壓、窄帶光發(fā)射以及在組裝方面的靈活性。
[0005]WO 2010/053341公開了一種用于植物培育的磷光體轉(zhuǎn)換LED，包括生成短波長(藍(lán)或近UV)光的半導(dǎo)體芯片和包含至少一個(gè)磷光體、由于光致發(fā)光的原因?qū)⑺龆滩ㄩL光轉(zhuǎn)換成較長波長光的波長轉(zhuǎn)換器。該較長波長光包含在對(duì)應(yīng)于Pfr的吸收光譜的約700nm到760nm光譜范圍中達(dá)峰值的遠(yuǎn)紅光譜成分。
[0006]為此目的，也可以通過使用例如基于AlGaAs或AlInGaP半導(dǎo)體材料的直接遠(yuǎn)紅LED來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)紅光。
[0007]然而，存在與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的問題；使用從藍(lán)光的磷光體轉(zhuǎn)換的遠(yuǎn)紅光生成LED例如由于其內(nèi)在的大的斯托克斯移位的原因并不高效。直接遠(yuǎn)紅LED也相對(duì)低效并且此外并不廣泛地可用。
[0008]因此需要在植物培育期間提供更高效的窄波長帶光照的豐富的人工光源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個(gè)目的是解決或至少減少前面討論的問題。
[0010]特別地根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種園藝照明設(shè)備。該設(shè)備包括被布置成發(fā)射具有600到680nm、優(yōu)選地640到680nm的最大發(fā)射波長的直接紅光的固態(tài)光源，以及被布置成接收從該固態(tài)光源發(fā)射的直接紅光的至少一部分且將所接收的直接紅光轉(zhuǎn)換成具有700到760nm、優(yōu)選地720到760nm的最大發(fā)射波長的遠(yuǎn)紅光的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件。
[0011]該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是其利用了非常高效的直接紅色LED和與從紅光到遠(yuǎn)紅光的轉(zhuǎn)換相關(guān)聯(lián)的低的斯托克斯損耗。發(fā)射具有例如660nm的最大發(fā)射波長的光的直接紅色LED可容易以非常高的效率獲得:超過50%的電光轉(zhuǎn)換(Wall-Plug)效率(WPE)。從660nm到740nm的轉(zhuǎn)換的斯托克斯損耗僅為約10%。結(jié)果，與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備相比提高了設(shè)備的效率。附加地，僅僅需要一種類型的波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件與固態(tài)光源相組合來生成紅光譜范圍以及遠(yuǎn)紅光譜范圍中的光發(fā)射。實(shí)現(xiàn)期望光發(fā)射所需的少量組件在生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備時(shí)易組裝、低材料消耗以及價(jià)格的方面是有利的。相應(yīng)地，所提供的園藝照明設(shè)備被以高效的方式布置成生成紅光和遠(yuǎn)紅光的組合。這對(duì)于通過模擬日光的顏色變化來刺激植物生長和/或植物的生物節(jié)律而言是特別有用的。因此，可以使用所提供的照明設(shè)備以高效的方式影響例如光敏色素減少(Pr)和光敏色素遠(yuǎn)紅(Pfr)兩者。
[0012]在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語紅光應(yīng)當(dāng)被理解為具有對(duì)應(yīng)于600到680nm波長范圍的能量的光。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，紅光的波長范圍是更窄的640到680nm以進(jìn)一步優(yōu)化照明設(shè)備的效率。
[0013]類似地，術(shù)語遠(yuǎn)紅光應(yīng)當(dāng)被理解為具有700到760nm波長范圍的能量的光。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，遠(yuǎn)紅光的波長范圍是更窄的720到760nm以進(jìn)一步優(yōu)化照明設(shè)備的效率。
[0014]措辭直接紅光或直接遠(yuǎn)紅光應(yīng)當(dāng)被解釋為在固態(tài)光源外部沒有任何次級(jí)光學(xué)過程的情況下由固態(tài)光源直接生成的紅光或遠(yuǎn)紅光。
[0015]波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件是指能夠?qū)⒌谝徊ㄩL范圍的光轉(zhuǎn)換成第二波長范圍的光的磷光體材料，第二波長范圍相對(duì)于第一波長范圍被斯托克斯移位。
[0016]磷光體材料在本發(fā)明的上下文中被定義為在冷光、熒光或磷光過程中激發(fā)后表現(xiàn)出光發(fā)射的材料或物質(zhì)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，通過調(diào)整直接紅光從固態(tài)光源撞擊在波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件上的部分來設(shè)定從園藝照明設(shè)備發(fā)射的直接紅光與遠(yuǎn)紅光的比率。這提供了用于調(diào)整直接紅光與遠(yuǎn)紅光的比率并且因此影響植物生長和發(fā)育的簡單手段。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又另一實(shí)施例，固態(tài)光源和波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件被組裝成單個(gè)單元，其簡化提供植物的高效光照的陣列或其他配置中的光源的組裝。
[0019]根據(jù)另一實(shí)施例，該單個(gè)單元可以還包括被布置成發(fā)射直接紅光的至少一個(gè)附加固態(tài)光源。這可以提供調(diào)諧直接紅光與遠(yuǎn)紅光的比率的附加自由度并且改進(jìn)紅和/或遠(yuǎn)紅光譜成分的光強(qiáng)度，如針對(duì)改進(jìn)的植物培育所期望的。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種刺激植物生長和植物的生物節(jié)律的方法，其中所述方法包括以下步驟:使用固態(tài)光源生成具有600到680nm、優(yōu)選地640到680nm的最大發(fā)射波長的直接紅光；在波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件處接收直接紅光的至少一部分；以及使用波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件將所接收的直接紅光轉(zhuǎn)換成具有700到760nm、優(yōu)選地720到760nm的最大發(fā)射波長的遠(yuǎn)紅光，從而允許影響植物的光形態(tài)建成。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種包括如本文中描述的至少一個(gè)園藝照明設(shè)備的照明器。
[0022]園藝照明設(shè)備被布置成生成園藝光。術(shù)語“園藝光”可以以示例的方式涉及具有擁有從400-475nm的范圍中選擇的第一波長處和從600_800nm的范圍中選擇的第二波長處的光強(qiáng)度的光譜分布的光。這并不暗示來自園藝照明設(shè)備的光在被接通時(shí)將總是包括兩個(gè)區(qū)域中的強(qiáng)度。照明設(shè)備可以提供具有在光譜范圍中的僅一個(gè)中的強(qiáng)度的光(諸如藍(lán)光或(遠(yuǎn))紅光)，或者具有在不同光譜范圍中的強(qiáng)度的光。另外，由于該設(shè)備可以包括多個(gè)LED的事實(shí)，很可能的是，一個(gè)或多個(gè)LED主要發(fā)藍(lán)光，而一個(gè)或多個(gè)其他LED可以主要發(fā)(遠(yuǎn))紅光(也參見下文)。短語“從范圍中選擇的波長”也可以包括波段發(fā)射機(jī)、甚至盡管至少在所述范圍中的波長處發(fā)射但是也在該范圍之外發(fā)射的波段發(fā)射機(jī)的使用。該短語可以尤其但并非排斥性地包括具有在該范圍中的主導(dǎo)發(fā)射波長的發(fā)射機(jī)。
[0023]術(shù)語“園藝”涉及用于人類使用的(密集)植物培育并且在其活動(dòng)方面非常多樣，合并用于食物的植物(水果、蔬菜、蘑菇、烹飪用草本植物)和非食物作物(花、樹和灌木、草坪草、啤酒花、葡萄樹、醫(yī)藥草本植物)。術(shù)語“作物”在本文中用來指示被種植或種植過的園藝植物。針對(duì)食物、布料等大規(guī)模種植的同一種類的植物可以被稱為作物。作物是被種植以作為例如食物、牲畜飼料、燃料來收割或用于任何其他經(jīng)濟(jì)目的的非動(dòng)物物種或者變種。術(shù)語“作物”可以也涉及多種作物。園藝作物可以尤其指的是食物作物(西紅柿、胡椒、黃瓜和生菜)以及(潛在地)產(chǎn)出這樣的作物的植物，諸如西紅柿植株、胡椒植株、黃瓜植株等。園藝在本文中可以一般地涉及例如作物和非作物植物。作物植物的示例為水稻、小麥、大麥、燕麥、鷹嘴豆、豌豆、豇豆、扁豆、綠豆、黑豆、大豆、菜豆、蛾豆、亞麻籽、芝麻、科薩利(Khesari)、檉麻(Sunhemp )、辣椒、前子、西紅柿、黃瓜、秋葵、花生、土豆、玉米、珍珠粟、黑麥、紫花苜蓿、蘿卜、卷心菜、生菜、胡椒、向日葵、甜菜、蓖麻、紅三葉草、白色三葉草、紅花、菠菜、洋蔥、大蒜、蕪菁、西葫蘆、甜瓜、西瓜、黃瓜、南瓜、洋麻、油棕、胡蘿卜、椰子、木瓜、甘蔗、咖啡、可可豆、茶、蘋果、梨、桃子、樓桃、葡萄、杏仁、草莓、菠蘿、香蕉、腰果、愛爾蘭、木薯、芋頭、橡膠、高粱、棉花、黑小麥、木豆和煙草。特別感興趣的是番茄、黃瓜、胡椒、生菜、西瓜、木瓜、蘋果、梨、桃、樓桃、葡萄和草莓。
[0024]園藝作物可以尤其被種植在溫室中。因此，本發(fā)明尤其涉及所述設(shè)備和/或方法在溫室中的應(yīng)用。所述設(shè)備可以被布置在植物之間，或者在將成植物之間，這被稱為“居間照明”。像是西紅柿植株的絲上園藝種植可以是居間照明的特別應(yīng)用領(lǐng)域，該應(yīng)用可以利用本設(shè)備和方法來解決。所述設(shè)備也可以被布置在植物或?qū)⒊芍参镏?。尤其?dāng)在相互的頂上的層中種植園藝作物時(shí)人工照明是必要的。在層中種植園藝作物被指示為“多層種植”并且可以發(fā)生在植物工廠中。同樣在多層種植中可以應(yīng)用所述設(shè)備和/或方法。
[0025]因此，在根據(jù)本發(fā)明的第四方面中，提供了一種尤其從包括溫室和植物工廠的組中選擇的園藝應(yīng)用，其中園藝應(yīng)用還包括諸如本文中描述的園藝照明設(shè)備或照明器。在一實(shí)施例中，這樣的園藝應(yīng)用包括多個(gè)所述照明器，其