用于向作物提供园艺光的方法和用于园艺照明的照明设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于向作物提供园艺光的方法，以及涉及一种用于园艺照明的照明设备。本发明还涉及它的一些具体的应用。
【背景技术】
[0002]园艺照明在本领域中是已知的。例如，US2010031562描述了一种在温室养殖中使用用来对温室中的作物进行照明的照明设施，其包括多个提供在将被照明的作物上方的诸如灯的光源和多个用于光源的调光设备，其特征在于调光设备具备控制构件，该控制构件用于根据预定的图案(pattern)周期性地、自动地改变与调光设备配合的光源的光强度。US2010031562旨在分别提供用于温室养殖的方法和照明设施。特别地，光源被分成多个组，照明设施被设计成使得在使用时每组的功率按照预定的图案改变，同时不同组的图案相对彼此而相移，使得联合组所消耗的电功率的变化小于各自组的功率变化的总和，更特别地使得联合组所消耗的电功率的变化小于单个的组的功率变化，还更特别地使得联合组所消耗的电功率以可能的最小程度改变，或者至少实际上没有变化。特别而言，所有图案都是相同的，而只是相对彼此相移。
【发明内容】
[0003]植物使用光合作用的过程以将光、0)2和H 20转化成碳水化合物(糖)。这些糖被用来为新陈代谢过程提供燃料。过剩的糖用于生物量形成。该生物量形成包括茎的伸长、叶面的扩大、开花、果实形成等等。负责光合作用的感光器是叶绿素。除了光合作用，光周期现象、向光性和光形态建成也是与辐射和植物之间的相互作用有关的代表性的过程:
?光周期现象是指植物具有感受和测量辐射的周期性(例如诱发开花)的能力，
?向光性是指植物朝向以及背向辐射的生长运动，以及 ?光形态建成是指响应于辐射的质量和数量的形状中的改变。
[0004]叶绿素a和b的两个重要的吸收峰值分别位于红色和蓝色区域中，特别是来自于625-675nm和来自于425-475nm。此外，还有近UV (300_400nm)处和远红(far red)区域(700-800nm)中的其他局域化的峰值。主要的光合作用活动似乎发生在波长范围400-700nm内。该范围内的辐射被称为光合有效辐射(PAR)。
[0005]植物中其他的光敏过程包括光敏色素。光敏色素活动操纵不同的响应，例如展叶、知邻(neighbor percept1n)、避荫、莖的伸长、种子萌芽以及开花诱发等。光敏色素光系统包括两种形式的光敏色素，Pr和Pfr，它们分别在660nm处的红色中和730nm处的远红色中具有它们的敏感度峰值。
[0006]在园艺中，以每单位面积上每秒的光子数量测量光合光子通量密度(PPFD)(单位是μπιο?/sec/m2; —摩尔(mol)对应6.123个光子)。在实践中，当尤其对番前施加例如中间照明(inter_lighting)(见下文)时，所使用的红色PPFD可典型地为200 μπιο?/sec/m2并且蓝色:红色的比值可典型地为1:7 (红色和蓝色的范围分别为625-675nm和400_475nm)o尤其地，光合光子通量密度可包含约10%的蓝和约90%的红。PPFD可以从光电二极管确定或者利用光电倍增器来直接地测量。
[0007]植物生长不仅依赖于光的量，还依赖于光谱组成、时长以及光入射到植物上的时机。依照这些方面的参数值的组合被称为用于种植植物的“光食谱”。
[0008]LED在园艺照明中可以发挥诸如以下方面的多种作用:
补充照明:为了增加(例如番茄的)产量或者在例如作物价格可能较高的秋、冬和春季时节期间扩大作物产量，使用补充自然日光的照明。
[0009]光周期照明:对于许多植物而言，每日的光的时长很重要。在24小时的周期内明暗时间段的比值影响许多植物的绽放响应。借助补充照明来操控该比值能够实现调节绽放的时间。
[0010]在植物工厂内的无日光栽培。
[0011]组织培养。
[0012]为了在秋、冬和春季期间在温室中(或全年在多层种植中)提供补充照明，一般而言使用高功率的气体放电灯，气体放电灯必须被安装在植物上方相对高的位置处以充分地确保跨植物的均一的光分布。目前，在温室中，使用从600W上至1000W (例如，高功率HID)范围的不同类型的高功率灯来为植物提供补充光。一个缺陷是从植物上方的位置，到达植物的较低部分处的光的量相当有限。同时，植物的较低部分往往是最需要补充光的。当使用安装在植物上方的固态照明时，同样的窘境持续。然而，LED照明(尤其是固态照明)具有超越基于放电的照明的一些优点。
[0013]因此，本发明的一个方面是提供用于园艺应用的替代性的照明设备和/或用于园艺应用的替代性的照明方法，其优选地、进一步地至少部分减轻上述缺陷中的一个或多个。
[0014]例如建议将灯定位在植物之间。尤其当使用LED时这是一种可能性，因为LED可以以例如这样的方式分布，即，它们在植物之间提供相当均一的照射而不会使与LED接触的植物叶子灼伤。这种补充照明的方法被称为中间照明(亦见图1)。然而，如下文所描述的，LED照明在具体的实施例中也可以被用来非均一地照射园艺或作物部分；例如为了处理(address)园艺的不同部分(例如果实)，可能期望光的不同光谱分布。
[0015]为了使果实重量、外观和物理的强度(physical strength)得以发育，作物对各种过程使用光谱的各种部分。特别地，光谱的蓝色和红色区域中的光子(分别具有在440-470nm之间和660nm左右的波长)被植物吸收和有效率地使用用于光合作用，而且也用于其他的发育过程。因此，为了使每单位量的发射的光子的产率最大化，光源的光谱组成应优选地被限制于导致最佳结果的具体的光谱区域。因而，由于光谱发射范围窄，LED非常适合用于园艺应用且非常有效率。
[0016]聚焦各种植物的具体的需求，变得显而易见的是各种植物可以获益于唯一的光谱光组成。举例而言，在某些生长阶段的某些植物可能要求约5%的蓝光和约95%的红光的量，而其他植物和/或植物的其他生长阶段则可能需要约10%的蓝光和约90%的红光用于最佳的生长和发育(亦见上文)。此外，当光谱延展到远红时，即超过675nm，例如在675-800nm的范围内，比如约750nm，某些植物可能更有效率地发育。因此，每种类型的作物要求具体的光谱以及因而具体的LED选择/组合，导致了海量的不同的LED类型和数量。因此，对于园艺的照明，其意味着人需要广泛的产品范围用以涵盖作物的具体需求而同时在能量使用方面是有效率的，具有低的产品成本，或是人需要灵活的并且在LED模块生产成本和植物种植者的购置成本方面还实惠的产品。
[0017]这里，建议提供(补充)照明发光体(Iuminaire)(本文中进一步被指示为“照明设备”)，其可以位于植物(“作物”或“园艺作物”)之间，并且在实施例中可以基于具有连接线的开放式(open) LED栅格(grid)或网，其中LED栅格或网定义出栅格平面，并且其中LED尤其被配置成提供具有垂直于栅格平面的光轴的光束中的园艺光(亦进一步见下文)。在实施例中，LED的取向可以在从栅格的正面(F)或第一侧发送光和从栅格的背面(B)或第二侧发送光之间交替。因此，总数量的LED中的子组(或LED布置)可以相对于彼此反并联地配置(亦进一步见下文)。注意，取决于配置，正面和背面可以互换。
[0018]进一步地，在实施例中，LED可以成组使得驱动电压可以保持恒定，而不论LED栅格的大小。尤其地，在实施例中，栅格中的LED可以发射不同颜色的光。发射某种颜色的所有LED可以被布置在子栅格(子组)中，并且子栅格可以交织以使照射均匀度最大化。在实施例中，采用例如夹在两个塑料薄板之间、在合适的位置处具有对应于栅格中的开口的孔的透明塑料或箔片(foiI)覆盖LED和电流线。
[0019]居于可以将发光体配置成位于(将来)作物之间这一事实之后，照明设备还可以被应用作为用于多层种植的顶部发光体。这个概念可因而在中间照明中应用并且还可应用于其他类型的照明，例如顶部照明，包括多层照明(见下文)。因此，本发明不限于中间照明应用。
[0020]在第一方面，本发明提供用于向作物提供(补充)园艺光的方法，该方法包括利用照明设备的园艺光照射作物，照明设备包括栅格，所述栅格包括多个发光二极管(LED)和通孔；LED被配置成(在使用期间)提供所述(补充)园艺光。在实施例中，该方法提供对作物的侧向照射。
[0021 ] 尤其地，栅格包括栅格平面，并且LED被配置成(在使用期间)提供具有光轴的光束中的所述园艺光，并且LED被配置成(在使用期间)提供具有被配置为垂直于所述栅格平面的所述光轴的所述光束中的所述园艺光。
[0022]在又一方面，本发明提供可以在这种方法中被使用的照明设备(“设备”)，其包括栅格，所述栅格包括多个发光二极管(LED)并且包括通孔，其中LED尤其被配置成(在使用期间)提供具有光轴的光束中的所述(补充的)园艺光，并且其中LED被配置成(在使用期间)提供具有被配置为垂直于所述栅格平面的光轴的所述光束中的所述园艺光。在实施例中，所述照明设备被布置成侧向地照射作物。
[0023]该(可选地颜色可调整的)设备和该(可选地颜色可调整的)照射方法的优点在于以相对容易的方式，可以利用最适合作物的种类、其阶段和/或相应的作物部分的光需求的光来照射不同种类的园艺作物、而且处在不同阶段的园艺作物、以及甚至作物的不同部分。进一步地，由于通孔的存在，气体运输和/或授粉可以不受妨碍。通孔的存在可以有益于控制和维持诸如温室的园艺环境中的气候(二氧化碳控制、湿度控制等)，因为园艺照明设备对这些控制过程阻碍较小。通孔的存在还改进了园艺作物处的外界和/或室外光可利用性。
[0024]尤其地，设备可允许以及方法可包括根据以下的一个或多个改变园艺光的光谱强度分布:(a)作物的被处理的部分，(b) 一天中的时间，(C)除园艺光之外的其他光的光强度和光分布，(d)作物的种类，(e)作物的生长阶段，(f)(作物的)果实的阶段，(g)收获的时间，(h)自收获起的时间，和(i)园艺布置(包括多个作物)中的位置。因此，在实施例中，实际上提供了适合于(补充的)园艺照明、并且可在合适的时间处理合适的作物部分处的合适的感光器的颜色可调整的设备和方法。
[0025]照明设备尤其被配置成生成园艺光。术语“园艺光”可以尤其涉及具有光谱分布的光，所述光谱分布至少具有选自400-475nm的范围的第一波长处的和选自625