园艺照明设备和刺激植物生长和植物的生物节律的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种园艺照明设备和一种刺激植物生长和植物的生物节律的方法。本发明还涉及一种包括所述园艺照明设备的照明器，以及一种包括所述园艺照明设备或所述照明器的园艺应用。
【背景技术】
[0002]已知光生理学过程对于植物生长而言是关键的，并且这些过程受表现出强波长相关吸收光谱的光色素控制。叶绿素例如吸收大约620nm到680nm的波长范围中的光，而调节植物中的一系列分子和光生理学响应的不同形式的光敏色素(光敏色素减少(Pr)和光敏色素远红(Pfr))分别对于以红色和远红为中心的波长范围内的光作出反应。例如由Pr和Pfr进行的吸收之间的比率控制植物中的光生理学过程(如开花诱导、茎干伸展、发芽等)。
[0003]为了改进植物人工光照的光谱曲线，可以使用荧光灯，其通常是具有磷光体涂层的低压水银蒸气放电灯。然而，这些灯显露出很多缺点，诸如有限的效率、包含作为毒剂的水银、具有短寿命、易碎、需要高电压以及发射不期望的红外光。
[0004]替换地，现今也使用诸如发光二极管(LED)之类的固态光源用于植物光照，因为LED与常规光源相比提供更长的寿命、更高的光子通量效能、更低的操作电压、窄带光发射以及在组装方面的灵活性。
[0005]WO 2010/053341公开了一种用于植物培育的磷光体转换LED，包括生成短波长(蓝或近UV)光的半导体芯片和包含至少一个磷光体、由于光致发光的原因将所述短波长光转换成较长波长光的波长转换器。该较长波长光包含在对应于Pfr的吸收光谱的约700nm到760nm光谱范围中达峰值的远红光谱成分。
[0006]为此目的，也可以通过使用例如基于AlGaAs或AlInGaP半导体材料的直接远红LED来实现远红光。
[0007]然而，存在与现有技术有关的问题；使用从蓝光的磷光体转换的远红光生成LED例如由于其内在的大的斯托克斯移位的原因并不高效。直接远红LED也相对低效并且此外并不广泛地可用。
[0008]因此需要在植物培育期间提供更高效的窄波长带光照的丰富的人工光源。
【发明内容】
[0009]本发明的一个目的是解决或至少减少前面讨论的问题。
[0010]特别地根据本发明的第一方面，提供了一种园艺照明设备。该设备包括被布置成发射具有600到680nm、优选地640到680nm的最大发射波长的直接红光的固态光源，以及被布置成接收从该固态光源发射的直接红光的至少一部分且将所接收的直接红光转换成具有700到760nm、优选地720到760nm的最大发射波长的远红光的波长转换构件。
[0011]该设备的优点是其利用了非常高效的直接红色LED和与从红光到远红光的转换相关联的低的斯托克斯损耗。发射具有例如660nm的最大发射波长的光的直接红色LED可容易以非常高的效率获得:超过50%的电光转换(Wall-Plug)效率(WPE)。从660nm到740nm的转换的斯托克斯损耗仅为约10%。结果，与现有技术设备相比提高了设备的效率。附加地，仅仅需要一种类型的波长转换构件与固态光源相组合来生成红光谱范围以及远红光谱范围中的光发射。实现期望光发射所需的少量组件在生产根据本发明的照明设备时易组装、低材料消耗以及价格的方面是有利的。相应地，所提供的园艺照明设备被以高效的方式布置成生成红光和远红光的组合。这对于通过模拟日光的颜色变化来刺激植物生长和/或植物的生物节律而言是特别有用的。因此，可以使用所提供的照明设备以高效的方式影响例如光敏色素减少(Pr)和光敏色素远红(Pfr)两者。
[0012]在本发明的上下文中，术语红光应当被理解为具有对应于600到680nm波长范围的能量的光。在本发明的一优选实施例中，红光的波长范围是更窄的640到680nm以进一步优化照明设备的效率。
[0013]类似地，术语远红光应当被理解为具有700到760nm波长范围的能量的光。在本发明的一优选实施例中，远红光的波长范围是更窄的720到760nm以进一步优化照明设备的效率。
[0014]措辞直接红光或直接远红光应当被解释为在固态光源外部没有任何次级光学过程的情况下由固态光源直接生成的红光或远红光。
[0015]波长转换构件是指能够将第一波长范围的光转换成第二波长范围的光的磷光体材料，第二波长范围相对于第一波长范围被斯托克斯移位。
[0016]磷光体材料在本发明的上下文中被定义为在冷光、荧光或磷光过程中激发后表现出光发射的材料或物质。
[0017]根据本发明的另一实施例，通过调整直接红光从固态光源撞击在波长转换构件上的部分来设定从园艺照明设备发射的直接红光与远红光的比率。这提供了用于调整直接红光与远红光的比率并且因此影响植物生长和发育的简单手段。
[0018]根据本发明的又另一实施例，固态光源和波长转换构件被组装成单个单元，其简化提供植物的高效光照的阵列或其他配置中的光源的组装。
[0019]根据另一实施例，该单个单元可以还包括被布置成发射直接红光的至少一个附加固态光源。这可以提供调谐直接红光与远红光的比率的附加自由度并且改进红和/或远红光谱成分的光强度，如针对改进的植物培育所期望的。
[0020]根据本发明的第二方面，提供了一种刺激植物生长和植物的生物节律的方法，其中所述方法包括以下步骤:使用固态光源生成具有600到680nm、优选地640到680nm的最大发射波长的直接红光；在波长转换构件处接收直接红光的至少一部分；以及使用波长转换构件将所接收的直接红光转换成具有700到760nm、优选地720到760nm的最大发射波长的远红光，从而允许影响植物的光形态建成。
[0021]根据本发明的第三方面，提供了一种包括如本文中描述的至少一个园艺照明设备的照明器。
[0022]园艺照明设备被布置成生成园艺光。术语“园艺光”可以以示例的方式涉及具有拥有从400-475nm的范围中选择的第一波长处和从600_800nm的范围中选择的第二波长处的光强度的光谱分布的光。这并不暗示来自园艺照明设备的光在被接通时将总是包括两个区域中的强度。照明设备可以提供具有在光谱范围中的仅一个中的强度的光(诸如蓝光或(远)红光)，或者具有在不同光谱范围中的强度的光。另外，由于该设备可以包括多个LED的事实，很可能的是，一个或多个LED主要发蓝光，而一个或多个其他LED可以主要发(远)红光(也参见下文)。短语“从范围中选择的波长”也可以包括波段发射机、甚至尽管至少在所述范围中的波长处发射但是也在该范围之外发射的波段发射机的使用。该短语可以尤其但并非排斥性地包括具有在该范围中的主导发射波长的发射机。
[0023]术语“园艺”涉及用于人类使用的(密集)植物培育并且在其活动方面非常多样，合并用于食物的植物(水果、蔬菜、蘑菇、烹饪用草本植物)和非食物作物(花、树和灌木、草坪草、啤酒花、葡萄树、医药草本植物)。术语“作物”在本文中用来指示被种植或种植过的园艺植物。针对食物、布料等大规模种植的同一种类的植物可以被称为作物。作物是被种植以作为例如食物、牲畜饲料、燃料来收割或用于任何其他经济目的的非动物物种或者变种。术语“作物”可以也涉及多种作物。园艺作物可以尤其指的是食物作物(西红柿、胡椒、黄瓜和生菜)以及(潜在地)产出这样的作物的植物，诸如西红柿植株、胡椒植株、黄瓜植株等。园艺在本文中可以一般地涉及例如作物和非作物植物。作物植物的示例为水稻、小麦、大麦、燕麦、鹰嘴豆、豌豆、豇豆、扁豆、绿豆、黑豆、大豆、菜豆、蛾豆、亚麻籽、芝麻、科萨利(Khesari)、柽麻(Sunhemp )、辣椒、前子、西红柿、黄瓜、秋葵、花生、土豆、玉米、珍珠粟、黑麦、紫花苜蓿、萝卜、卷心菜、生菜、胡椒、向日葵、甜菜、蓖麻、红三叶草、白色三叶草、红花、菠菜、洋葱、大蒜、芜菁、西葫芦、甜瓜、西瓜、黄瓜、南瓜、洋麻、油棕、胡萝卜、椰子、木瓜、甘蔗、咖啡、可可豆、茶、苹果、梨、桃子、楼桃、葡萄、杏仁、草莓、菠萝、香蕉、腰果、爱尔兰、木薯、芋头、橡胶、高粱、棉花、黑小麦、木豆和烟草。特别感兴趣的是番茄、黄瓜、胡椒、生菜、西瓜、木瓜、苹果、梨、桃、楼桃、葡萄和草莓。
[0024]园艺作物可以尤其被种植在温室中。因此，本发明尤其涉及所述设备和/或方法在温室中的应用。所述设备可以被布置在植物之间，或者在将成植物之间，这被称为“居间照明”。像是西红柿植株的丝上园艺种植可以是居间照明的特别应用领域，该应用可以利用本设备和方法来解决。所述设备也可以被布置在植物或将成植物之上。尤其当在相互的顶上的层中种植园艺作物时人工照明是必要的。在层中种植园艺作物被指示为“多层种植”并且可以发生在植物工厂中。同样在多层种植中可以应用所述设备和/或方法。
[0025]因此，在根据本发明的第四方面中，提供了一种尤其从包括温室和植物工厂的组中选择的园艺应用，其中园艺应用还包括诸如本文中描述的园艺照明设备或照明器。在一实施例中，这样的园艺应用包括多个所述照明器，其