CN108135138B - 光照***和相应的方法 - Google Patents

Abstract

一种光照用于生长蔬菜(V)的空间(S)例如温室的***，其中该***包括：‑用于沿第一竖向方向光照蔬菜(V)的第一组(10)光照源、‑用于沿与竖向方向不同的至少一个第二方向例如沿水平和/或倾斜方向光照蔬菜(V)的第二组(20)光照源。

Description

光照***和相应的方法

技术领域

本说明书涉及光照设备。

一个或更多个实施方式可以涉及适于被采用以例如用于温室光照的光照***。

背景技术

采用固态辐射源(固态光照，SSL)例如利用LED光照源的光照装置迄今在农业领域(例如园艺或花卉领域)经历比在其他光照技术领域例如汽车领域较慢的渗透。

这可能至少部分归因于例如采用高压钠(HPS)灯的传统光照***在效率和降低的初始安装成本方面仍然具有竞争力的事实。

这可能是例如采用天花板HPS固定装置的分布式矩阵的光照***的情况，其中在该光照***中例如具有0.3kW至1kW的功率的灯以3米间距安装在3.5米高度处。

然而，这些***存在固有缺点。

事实上，它们适于在植物的初始生长阶段期间提供均匀的竖向光照，但是当植物已长大并且发育出相当浓密的叶子时，与恰好布置在灯下方的植物相比，位于两盏灯中间的植物可能接收较少的光。

对具有相关竖向生长和浓密的叶子的植物，这种缺点可能具有特别不利的影响，其可能在成熟阶段接收不足的光照，最终危害少数蔬菜植物例如西红柿等的生产率。

目的和发明内容

一个或更多个实施方式意在克服这样的缺点。

根据一个或更多个实施方式，所述目的可以通过具有在所附权利要求书中阐述的特征的光照***来实现。

一个或更多个实施方式还可以涉及相应的操作方法。

权利要求是参考一个或更多个实施方式在本文提供的技术教导的组成部分。

一个或更多个实施方式可以提供竖向照射与另外的照射例如水平照射的混合。这可以例如通过既在植物上方又在植物侧面布置光照源来实现，以便向植物提供沿竖向方向和沿水平方向的光。

在一个或更多个实施方式中，使用固态源例如LED源作为光辐射源使得可以利用所述源的某些特征，例如可以实现具有均匀性的均匀照度分布，这几乎不能用提供相当集中的光照的传统源例如HPS源来获得。

一个或更多个实施方式可以导致实现可以被调整以适合于植物生长和生命的不同阶段的照度体积分布。

例如，在一个或更多个实施方式中，例如在温室中，在最初的生长阶段期间，可以实现从上方的均匀光照，适于有效地到达每个植物，并且可以实现后续防止生长的叶子遮挡植物的下部。

附图说明

现在将参照附图仅借助非限制性示例来描述一个或更多个实施方式，在附图中：

图1示意性地示出了一个或更多个实施方式的可能应用，

图2是根据一个或更多个实施方式的光照***的控制的示意性框图，

图3是适于在根据一个或更多个实施方式的***中采用的光照源的分解透视图；以及

图4和图5从大致相对的视点以透视图方式示出了适于在一个或更多个实施方式中采用的光照源。

具体实施方式

在以下描述中，给出了许多具体细节以提供对实施方式的透彻理解。

实施方式可以在没有所述具体细节中的一个或多个的情况下来实践，或者利用其他方法、部件、材料等来实践。在其他情况下，未示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免混淆实施方式的各个方面。贯穿说明书，对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意指结合实施方式描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书各处可能出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定都涉及相同的实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或更多个实施方式中以任何合适的方式组合。

本文中提供的标题仅仅是为了方便的目的，因此不是为了解释保护的范围或实施方式的范围。

图1示意性地示出了适于用于生长蔬菜V的空间S。

空间S可以是例如用于园艺或花卉应用的温室的内部空间。

作为示例，该图示出了蔬菜V例如位于空间S(其可以是室内空间或室外空间)内的植物的可能存在，例如布置在长凳B上。

这样的用于蔬菜生长的空间在广泛的可能实现方式中是已知的，这使得没有必要提供其详细描述。

在一个或更多个实施方式中，空间S可以配备有用于照射植物V(在下文中表示为“蔬菜”)的光照***，以促进它们的生长，即使在不利的环境条件下(恶劣的外部气候、不足的太阳光等)。

在一个或更多个实施方式中，这样的光照***或设备可以包括适于被组织成两个组的多个光照源，例如：

-第一组10光照源(可选地适于包括另外的光照源10a)，

-第二组10光照源(又适于包括分别表示为201和202的两个光照源子组)。

在一个或更多个实施方式中，第一组10光照源、第二组20光照源可以利用如图3至图5中例示并且整体上表示为100的布置来实现(根据它们所属的组具有可能的变化，如将在下文中详细描述的)。

在一个或更多个实施方式中，所述光照源布置100可以包括在两端由两个壁102a封闭的壳体102。

在一个或更多个实施方式中，例如该布置可以是通道形状的并且可以包括例如轻质金属或塑料材料的成型体，可选地在外部设置有散热片。

在一个或更多个实施方式中，例如在任一或两个端壁102a中，可以设置用于电线(电力线缆和可选的控制线缆)通过的一个或更多个开口(其可以衬有密封装置104)以及耳或凸缘106或使得能够将布置100安装在空间S中的类似的固定构造。

在一个或更多个实施方式中，由此获得的壳体的内部体积可以容纳一个或更多个固态光辐射源108，例如单个或多个LED源，例如适于安装在印刷电路板(PCB)类型的相应支撑板上和/或具有驱动器110和/或相应的光学元件112例如与其相关联的反射器。

此外，可以根据应用需求来实现可能为宽的或窄的、对称的或不对称的光辐射发射图案(light radiation emission pattern)。

再次参照图1，将注意到，第一组10光照源可以主要位于“蔬菜”V上方，以便沿作为竖向方向的第一方向从上方照射它们。

在一个或更多个实施方式中，这样的竖向光照可以不仅从上方而且还可以从下方来实现，例如通过使第一组光照源除了包括安装在上方(即，在空间S的天花板上)的源10之外还包括布置在这样的空间的底部上例如在地上的源10a。因此，可以获得来自下方的、对以悬挂状态布置的蔬菜V(例如攀爬植物或悬盆中的植物)的竖向光照。

此外，图1突出显示了在一个或更多个实施方式中第二组20光照源可以主要位于蔬菜V的侧面(参见源201)，使得它们沿至少一个第二照射方向例如与竖向方向不同的水平方向被照射。

此外，图1突出显示了第二组20光照源还可以位于倾斜位置(参见源202)，以便沿介于竖向方向与水平方向之间的(第三)倾斜光照方向来照射蔬菜。

将意识到，对于第一组10光照源、光照源10a和对于第二组20光照源(201、202)两者，可以使空间S内的安装布置与空间S的结构兼容。

例如，第一组10光照源和第二组20光照源均可以由通常诸如细梁或柱的元件来支承，因此不妨碍太阳辐射从空间S外朝向蔬菜V的传播。

如前所述，在一个或更多个实施方式中，第二组20光照源可以安装在整个侧向位置(如在201处例示)，例如，在与蔬菜V相对的侧面上(使得它们可以沿第一组10的竖向方向之外的至少一个第二方向来光照蔬菜)。在一个或更多个实施方式中，所述第二光照方向基本上是水平的(如针对图1的源201所例示的)。

在一个或更多个实施方式中，第二组20光照源可以包括适于沿倾斜方向照射蔬菜V的源202(子)组，即沿着至少大致介于第一组10光照源的竖向方向与子组201的源的水平方向之间的方向照射蔬菜V。

一般来说，如图1所例示的解决方案适于实现沿以下方向的对蔬菜V的光照：

-沿第一竖向方向(从上方以及可选地从下方)，

-沿第二侧向水平方向，以及

-沿介于竖向方向与水平方向之间的第三倾斜方向。

这有助于实现蔬菜V的恒定照度条件，同时防止例如叶子的生长和发育遮挡蔬菜V的下部：由于叶子生长的可能的竖向光遮蔽效应实际上可以通过沿水平方向(通过子组201的源)以及可选地沿倾斜方向(通过子组202的源)执行的光照动作来补偿。

例如，在最初的生长阶段期间，蔬菜V可以例如通过第一组10光照源来仅从或几乎专有地从上方照射，第二组20光照源仅在植物的后续生长阶段中被激活。

在一个或更多个实施方式中，第一组10和第二组20的光照源可以通过选择性地改变由这样的源发射的辐射的强度或光谱来控制。

在图2中示意性地例示了这种可能的操作模式，其中经由控制***30(例如，微控制器或计算机)来控制第一组10光照源的组(在下文中将隐含地假设该组还可以包括从下方作用的源10a)和第二组20光照源的组(子组201和202)，所述控制***30适于例如根据经由编程接口40传递的命令和/或根据传感器51和/或52产生的信号来进行动作。

在一个或更多个实施方式中，这些传感器可以检测例如太阳光的强度和/或光谱。例如，他们可以将白天与晚上和/或一天中的各个时间段进行区分。

在一个或更多个实施方式中，传感器可以设置在空间S内部(参见例如传感器51)和空间S的外部(参见例如传感器52)，使得可以考虑空间S的结构(例如温室壁，其可能被遮蔽/遮挡)对太阳辐射的影响。

例如，在一个或更多个实施方式中，第一组10光照源、第二组20光照源可以被驱动以再现外部太阳辐射的强度和/或方向的演变(例如，在一天中的各个部分期间：黎明、中午、黄昏等)，以再现一天期间的太阳光的照度分布图案和强度。

例如，在一个或更多个实施方式中，在黎明和黄昏时，侧向光照(源201和可选的202)可以比竖向光照(第一组10光照源)更强，而在中午时，竖向光照(例如第一组10光照源)比侧向光照(源201和可选的202)更强。

在一个或更多个实施方式中，第一组10光照源、第二组20光照源的结构(其可以例如如图3和图5中例示的那样实现)使得能够根据应用需求安装光照***并且可选地修改其特征。因此可以通过可选地修改***特征(源的数量、照度、功率)例如通过在蔬菜V生长时增强它们同时避免在生长的初始阶段期间使用过大的***，来考虑诸如蔬菜类型(以及因此它们在生长期间必须达到的尺寸)和/或生长条件的因素。

在一个或更多个实施方式中，可经由控制器30、40来实现的控制动作可以使得能够“调谐”由第一组10光照源发射的光辐射的光谱，从而再现一天期间太阳光的变化。

例如，在一个或更多个实施方式中，可以采取在其相关色温(CCT)方面可控的光照源。这可以通过在黎明时使用“较温暖”的辐射(约2700K的CCT)并且通过在中午左右逐渐将其调成“较冷”的温度(例如约5600K的CCT)然后在黄昏时回复到较温暖的光来实现。

在一个或更多个实施方式中，可以提供黑暗阶段，其中第一组10光照源、第二组20光照源实际上是关闭的，以便更接近地再现蔬菜V可能暴露至的自然光照循环。

在一个或更多个实施方式中，所述循环控制动作可以不是以每天为基准根据标准一天的持续时间来实现的，而是通过在不同于日循环的时段中调节黎明、中午和黄昏的连续来实现。

在一个或更多个实施方式中，由第一组10和第二组20发射的光辐射强度的平衡动作可以以考虑太阳辐射的方向随着纬度来变化的方式来实现(使得在中午的阳光不一定在蔬菜V上方竖向照射，而是可以根据距两极或赤道的距离以不同的角度照射它们)。

在一个或更多个实施方式中，由第一组10光照源和第二组20光照源发射的辐射的光谱可以通过使用例如红光辐射源和蓝光辐射源(例如LED)、可选地与额外的白光源组合来改变，所述红光辐射源和蓝光辐射源(例如LED)以及白光源可以被用来例如便于在操作人员出现并且对蔬菜V进行各种干预时改善空间S中的能见度条件。

在一个或更多个实施方式中，通过可选地采取两种或更多种不同类型的源例如600nm和730nm LED，第一组10、第二组20的各种光照源可以根据植物的各个生长阶段以较高或较低的强度供电，以增强光致变色的照度。

在一个或更多个实施方式中(例如经由传感器51和52)，可以调节由第一组10光照源和第二组20光照源发射的光辐射的强度，以便补偿空间S的结构(通常透明但不一定是无色的)对太阳光的吸收。

在一个或更多个实施方式中，可以在空间S的内部(传感器51)和外部(传感器52)两者中感测太阳光辐射的光谱(和强度)，并且可以经由***30通过对由第一组10光照源和第二组20光照源发射的辐射的强度和/或光谱进行作用来相应地采取步骤。在一个或更多个简化的实施方式中，对太阳辐射的这样的感测动作可以仅在空间S内部(图1中的传感器51)执行。

在一个或更多个实施方式中，除了以可见光谱中发射的光照源之外，第一组10光照源、第二组20光照源还可以包括在可见光谱外例如在(例如近)红外线中发射的光辐射源。

在一个或更多个实施方式中，不同光照方向(例如，竖向和水平)的实现可能不一定需要将第一组10和第二组20布置在空间上分离的位置，如图1例示的。

在一个或更多个实施方式中，事实上，可以提供光学元件(例如反射镜)以使竖向光辐射偏转至水平方向上，使得这样的光学元件(例如镜201a，如图1中的虚线示意性示出的)实际上可以用作第二组20的光照源。以这种方式，光辐射源的特定布置例如在空间S的侧壁上布置可能变得不必要。

类似地，可以设想一种解决方案，其中光辐射源被布置在蔬菜V的侧面，但是将光辐射朝向适于偏转这样的光辐射的光学元件(例如镜)投射，从而获得从上方竖向地到达蔬菜V上的光辐射。

在一个或更多个实施方式中，例如除了镜诸如镜201a以外或者可替选的，这样的光学元件可以包括光纤束，该光纤束适于捕获由布置在例如空间S的上部的光辐射源发射的光辐射并且将光辐射从侧面(例如沿水平方向)朝向蔬菜V发射，因此再次用作第二组的光照源。这种类型的光纤束已知于例如建筑领域中用于照亮黑暗房间。

在一个或更多个实施方式中，使用这样的光学元件——无论它们可能是什么——可以通过采用例如镜面反射器或光纤束来帮助实现倾斜光照动作(在本文中由图1中标记为202的源所例示)，所述镜面反射器或光纤束适于捕获由位于空间S的上部或侧面的源发射的光辐射并且将光辐射引导至需要的地方，以便根据应用需求获得沿竖向、水平或倾斜方向的照射动作。

在一个或更多个实施方式中，可以使用例如由于与光学组件的耦接而适于具有特别宽的辐射图案的光辐射源。这些源可以是在街道照明应用中使用的类型，例如以照亮步行者区域，其可以实现在地面上的均匀照度，其中相对于安装位置例如在杆或路灯上的安装位置具有最高达70°的孔径角度。同时，单个光辐射源可以适于相对于蔬菜V沿竖向方向和第二方向(例如倾斜方向)都发射光。

在这种情况下，具有加宽的辐射图案的这样的光辐射源同时用作第一组光照源(沿竖向方向光照)和第二组光照源(例如，沿倾斜方向或水平方向)。

一个或更多个这样的实施方式可能具有低成本的特点，然而可能导致侧向照度的降低。

在一个或更多个实施方式中，可以使用虽然可选地提供如图3和图5中例示的普通布置但是在源108的发射光谱、光辐射发射图案(如由光学元件112决定的)、尺寸等方面显示不同特性的光照源。在一个或更多个实施方式中，这可能导致相当宽的光辐射发射图案(例如用于竖向光照)和较窄的光辐射发射图案(例如用于侧向/倾斜光照)。

在不偏离基本原理的情况下，实施细节和实施方式可以甚至显著地相对于在本文中仅借助非限制性示例所描述的内容进行变化，而不脱离保护范围。

保护范围由所附权利要求限定。

Claims (15)

1.一种光照用于生长蔬菜(V)的空间(S)的光照***，其中，所述光照***包括：

-第一组(10)光照源，用于沿第一竖向方向光照所述蔬菜(V)，

-第二组(20)光照源，用于沿与所述竖向方向不同的至少一个第二方向光照所述蔬菜(V)，其中，在所述第一组(10)中的光照源和在所述第二组(20)中的光照源具有不同的辐射图案，

其中，在所述空间(S)的内部设置第一传感器(51)以及在所述空间(S)的外部设置第二传感器(52)以感测朝向所述空间(S)的太阳光辐射的强度和光谱中的至少一个，

并且其中，经由所述第一传感器(51)和所述第二传感器(52)调节由所述第一组(10)光照源和所述第二组(20)光照源发射的光辐射的强度。

2.根据权利要求1所述的光照***，其中，所述第二组(20)光照源包括用于沿水平方向侧向光照所述蔬菜(V)的光照源(201)。

3.根据权利要求1所述的光照***，其中，所述第二组(20)光照源包括用于沿在所述竖向方向与水平方向之间的倾斜方向光照所述蔬菜(V)的光照源(202)。

4.根据权利要求2所述的光照***，其中，所述第二组(20)光照源包括用于沿在所述竖向方向与所述水平方向之间的倾斜方向光照所述蔬菜(V)的光照源(202)。

5.根据权利要求1或2所述的光照***，其中，所述第一组光照源包括用于沿竖向方向从下方光照所述蔬菜(V)的光照源(10a)。

6.根据权利要求1或2所述的光照***，其中，所述光照源包括用于使光辐射在所述竖向方向和与所述竖向方向不同的所述至少一个第二方向之间偏转的光学元件(201a)。

7.根据权利要求6所述的光照***，其中，所述光学元件(201a)使光辐射从所述竖向方向朝向与所述竖向方向不同的所述至少一个第二方向偏转。

8.根据权利要求1或2所述的光照***，其中，所述第一组(10)中的光照源和所述第二组(20)中的光照源在所述第一组(10)中具有宽辐射图案以及在所述第二组(20)中具有窄辐射图案。

9.根据权利要求1或2所述的光照***，包括具有如下辐射图案的光辐射源，所述辐射图案包括沿所述竖向方向的第一光照分量和沿与所述竖向方向不同的第二方向的至少一个第二光照分量。

10.根据权利要求1或2所述的光照***，包括以可见光谱发射的光照源和发射在所述可见光谱外的光辐射的光辐射源。

11.根据权利要求10所述的光照***，其中，所述光辐射源发射在红外线中的光辐射。

12.一种操作根据权利要求1至11中任一项所述的光照***的方法，所述方法包括：通过选择性地改变由所述第一组(10)光照源和所述第二组(20)光照源发射的光照辐射的强度和光谱中的至少一个来控制所述第一组(10)光照源和所述第二组(20)光照源。

13.根据权利要求12所述的方法，包括以下中至少之一：

-循环地使由所述第二组(20)的光照源发射的光照辐射的强度比由所述第一组(10)的光照源发射的光照辐射的强度强以及使由所述第一组(10)的光照源发射的光照辐射的强度比由所述第二组(20)的光照源发射的光照辐射的强度强，

-循环地使由所述第一组(10)光照源和所述第二组(20)光照源发射的光照辐射的色温降低和升高，以及/或者

-循环地停用所述第一组(10)光照源和所述第二组(20)光照源。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述循环地以每天为基础。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，包括：

-设置由所述第一组(10)的光照源发射的光照辐射的强度与由所述第二组(20)的光照源发射的光照辐射的强度的给定比率，以及/或者

-由所述第一传感器(51)和所述第二传感器(52)感测朝向所述用于生长蔬菜(V)的空间(S)的太阳光辐射的强度和光谱中的至少一个，并且根据所述感测来调整由所述第一组(10)光照源和所述第二组(20)光照源发射的光照辐射的强度和光谱中的至少一个。

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