ES2616308T3 - Método para cámaras de crecimiento oscuras - Google Patents

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Abstract

El uso de un artefacto de iluminación hortícola en el suministro de luz para al menos una planta con dicha al menos una planta en una cavidad oscura con luz del sol nula, en donde el artefacto de iluminación hortícola comprende al menos un LED y/o punto cuántico que tiene a) unas primeras características espectrales incluyendo un pico en el intervalo de longitud de onda de 600 a 700 nm y dispuesto para mostrar una anchura total de la mitad del máximo de al menos 50 nm o más; b) unas segundas características espectrales con un máximo de una anchura total de la mitad del máximo de 50 nm y dispuesto para mostrar una longitud de onda pico en el intervalo de 400 a 500 nm, en donde en el uso se proporciona una dosis de fotones constante cada día a la al menos una planta.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para camaras de crecimiento oscuras Campo tecnico de la invencion
La invencion se refiere a un metodo mejorado para producir luz artificial para el cultivo de plantas. Mas concretamente, la invencion se refiere al uso de un artefacto de iluminacion hortmola en el suministro de luz para al menos una planta en una cavidad oscura con luz solar nula.
Antecedentes
Solo aproximadamente 50% de la radiacion que llega a la superficie es radiacion fotosinteticamente activa (PAR). Se considera que la PAR comprende la region de longitud de onda entre 300 nm y 800 nm del espectro electromagnetico. La fotosmtesis junto con el fotopenodo, el fototropismo y la fotomorfogenesis son los cuatro procesos representativos relacionados con la interaccion entre la radiacion y las plantas. La siguiente expresion muestra la ecuacion qmmica simplificada de la fotosmtesis:
6 H2O + 6 CO2 (+ energfa de fotones) ^ C6H12O6 + 6 O2
Los espectros de absorcion tipicos de los fotorreceptores fotosinteticos y fotomorfogeneticos mas comunes, tales como la clorofila a, la clorofila b y el betacaroteno, y las dos formas interconvertibles de fitocromos (Pfr y Pr) se presentan en la Figura 1A.
Las respuestas fotomorfogeneticas, al contrario que la fotosmtesis, se pueden lograr con cantidades extremadamente bajas de luz. Los diferentes tipos de fotorreceptores fotosinteticos y fotomorfogeneticos se pueden agrupar en al menos tres fotosistemas conocidos: fotosintetico, fitocromo y criptocromo o azul/UV-A (ultravioleta-A).
En el fotosistema fotosintetico, los pigmentos existentes son clorofilas y carotenoides. Las clorofilas se encuentran en los tilacoides de los cloroplastos situados en las celulas del mesofilo de las hojas de las plantas. La cantidad o la energfa de la radiacion es el aspecto mas significativo, ya que la actividad de esos pigmentos esta estrechamente relacionada con la captura de la luz. Los dos picos de absorcion mas importantes de la clorofila se encuentran en las regiones rojas y azules de 625 a 675 nm y de 425 a 475 nm, respectivamente. Ademas, tambien hay otros picos localizados en el UV cercano (300-400 nm) y en la region del rojo lejano (700-800 nm). Los carotenoides tales como las xantofilas y los carotenos se encuentran en los organulos plastidiales de los cromoplastos en las celulas vegetales y absorben principalmente en la region azul.
El fotosistema del fitocromo incluye las dos formas interconvertibles de fitocromos, Pr y Pfr, que tienen sus picos de sensibilidad en el rojo a 660 nm y en el rojo lejano a 730 nm, respectivamente. Las respuestas fotomorfogeneticas mediadas por fitocromos suelen estar relacionadas con la deteccion de la calidad de la luz a traves de la razon de rojo (R) con respecto a rojo lejano (FR) (R/FR). La importancia de los fitocromos se puede evaluar por las diferentes respuestas fisiologicas en las que estan involucrados, tales como la expansion de la hoja, la percepcion del vecino, la evitacion de sombra, la elongacion del tallo, la germinacion de semillas y la induccion de la floracion. Aunque la respuesta de evitacion de la sombra es controlada normalmente por fitocromos a traves de la deteccion de la razon R/FR, la luz azul y el nivel de PAR tambien estan involucrados en las respuestas morfologicas adaptativas relacionadas.
Los fotorreceptores sensibles al azul y al UV-A (ultravioleta A) se encuentran en el fotosistema del criptocromo. Los pigmentos que absorben luz azul incluyen tanto criptocromo como fototropinas. Estos estan involucrados en varias tareas diferentes, tales como el control de la calidad, la cantidad, la direccion y la periodicidad de la luz. Los diferentes grupos de fotorreceptores sensibles al azul y al UV-A median respuestas morfologicas importantes tales como los ritmos endogenos, la orientacion de los organos, el alargamiento del tallo y la apertura de los estomas, la germinacion, la expansion de las hojas, el crecimiento de la rafz y el fototropismo. Las fototropinas regulan el contenido de pigmento y el posicionamiento de los organos y los organulos fotosinteticos con el fin de optimizar la captacion de la luz y la fotoinhibicion. Al igual que con la exposicion a la radiacion roja lejana continua, la luz azul tambien promueve la floracion a traves de la mediacion de los fotorreceptores de criptocromos. Ademas, los fotorreceptores sensibles a la luz azul (p. ej. flavinas y carotenoides) tambien son sensibles a la radiacion ultravioleta cercana, donde se puede encontrar un pico de sensibilidad localizado en torno a 370 nm.
Los criptocromos no solo son comunes a todas las especies de plantas. Los criptocromos median una variedad de respuestas a la luz, incluyendo la induccion de los ritmos circadianos en la floracion de plantas tales como Arabidopsis. Aunque la radiacion de longitudes de onda por debajo de 300 nm puede ser altamente perjudicial para los enlaces qmmicos de las moleculas y para la estructura del ADN, las plantas tambien absorben la radiacion en esta region. La calidad de la radiacion dentro de la region PAR puede ser importante para reducir los efectos destructivos de la radiacion UV. Estos fotorreceptores son los mas investigados y, por tanto, su papel en el control de la fotosmtesis y el crecimiento se conoce razonablemente bien. Sin embargo, hay pruebas de la existencia de otros fotorreceptores, cuya actividad puede tener un papel importante en la mediacion de las respuestas fisiologicas importantes en las plantas. Ademas, la interaccion y la naturaleza de la interdependencia entre ciertos grupos de
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receptores no se conocen bien.
Muchas plantas pueden ser cultivadas en un lugar geografico diferente de su habitat natural mediante el cultivo en invernadero utilizando luz artificial. Se conoce documento WO 2010/053341 A1 de Zukauskas et al. que se pueden utilizar diodos emisores de luz (LED) con conversion de fosforo para satisfacer algunas de las necesidades fotomorfogeneticas de las plantas. La conversion de fosforo opera de modo que hay una luz tal como un LED que emite a una longitud de onda corta adyacente a un componente de fosforo que absorbe y re-emite la radiacion a una longitud de onda mayor. De esta manera se puede ajustar el espectro de emision total del dispositivo de iluminacion, de modo que los fotones proporcionados a la planta permitan que la planta crezca de una manera determinada, p. ej., para cumplir con algunos objetivos morfologicos tales como la altura del tallo. Este documento se cita aqrn como referencia.
La popularidad de los diodos emisores de luz (LED) esta aumentando cada dfa. Una nueva estructura peculiar utilizada para los LED es el punto cuantico que es un semiconductor cuyos excitones estan confinados en las tres dimensiones espaciales. Se ha sugerido el uso de puntos cuanticos para deshacerse del fosforo en el documento WO 2009/048425 que describe una estructura de multiples pozos cuanticos (MQW) que comprende los puntos cuanticos. De acuerdo con esta publicacion, la estructura MQW se puede utilizar para producir un LED basado en nitruro rojo y blanco libre de fosforo. Este documento tambien se cita aqrn como referencia.
La tecnica anterior tiene desventajas considerables. Los tubos fluorescentes, los LED y las configuraciones de fosforo de la tecnica anterior no permiten un ajuste de la resolucion de los espectros de emision suficientemente elevado. Ademas los tubos fluorescentes, los LED y las configuraciones de fosforo de la tecnica anterior son muy pobres como fuente de luz principal para las plantas, produciendo cosechas de mala calidad en las cavidades de crecimiento oscuras, tales como sotanos de edificios, etc.
Los dispositivos de iluminacion MQW y de puntos cuanticos de la tecnica anterior se centran principalmente en la sustitucion de las caractensticas arquitectonicas desventajosas (tales como el fosforo), que es de poca ayuda para un horticultor.
El documento US 2010/259190 muestra una publicacion anterior del autor de la presente invencion, que examina invernaderos Nordic.
Es evidente que se necesitan tecnologfas de cultivo de plantas mas sofisticadas para combatir el hambre en el mundo en los pafses en desarrollo, asf como para reducir el impacto ambiental de la produccion de alimentos y plantas en el mundo desarrollado.
Compendio
La invencion en estudio se dirige a un sistema y un metodo para realizar de manera eficaz un dispositivo de iluminacion de semiconductores cuanticos confinados que aborda las necesidades fotomorfogeneticas de las plantas con mejor precision que nunca.
En un aspecto de la invencion, el confinamiento cuantico se realiza como un punto cuantico, es decir, un confinamiento en las 3 dimensiones espaciales, o incluso como una pluralidad de puntos cuanticos. Ademas de utilizar puntos cuanticos, se pueden utilizar hilos cuanticos (confinamiento espacial 2-D) y pozos cuanticos (confinamiento espacial 1-D) para poner en practica la invencion en algunas realizaciones.
De acuerdo con un aspecto de la invencion, un diodo emisor de luz con puntos cuanticos proporciona puntos cuanticos de diferentes tamanos. En los puntos cuanticos el tamano se correlaciona inversamente con la energfa de emision, es decir, los puntos cuanticos mas pequenos emiten energfas mas altas. En un aspecto de la invencion se selecciona la distribucion del tamano de los puntos cuanticos de manera que produzca un espectro de emision total con efectos fotomorfogeneticos favorables para las plantas que se estan cultivando con la luz artificial emitida por dicho diodo emisor de luz de puntos cuanticos de la invencion.
Un objetivo de la presente invencion tiene el proposito de eliminar al menos una parte de los problemas relacionados con la tecnica y proporcionar una nueva manera de facilitar el crecimiento de plantas utilizando LED y/o puntos cuanticos.
Un primer objetivo de la invencion es proporcionar una unica fuente de emision de luz basada en dispositivos LED y/o de puntos cuanticos a la que el proceso de fotosmtesis responda bien.
Un segundo objetivo de la invencion es proporcionar un artefacto de iluminacion para el cultivo en invernadero y/o el cultivo en una camara de crecimiento oscura basado en un dispositivo LED y/o de puntos cuanticos con un flujo de fotones de la fotosmtesis (PPF) optimizado.
Un tercer objetivo de la invencion es lograr un dispositivo LED y/o de puntos cuanticos que proporciona al menos dos picos de emision en el intervalo de longitud de onda 300 a 800 nm y al menos uno de los picos de emision tiene una Anchura Total a la Mitad del Maximo ("FWHM por sus siglas en ingles") de al menos 50 nm o mas.
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Un cuarto objetivo de la invencion es proporcionar un artefacto de iluminacion para el cultivo en invernadero y/o en camara de cultivo oscura basado en LED y/o puntos cuanticos en donde la razon de la intensidad de emision de dos frecuencias de emision, 300-500 nm y 600-800 nm, se reduce menos de 20% durante los 10.000 horas de funcionamiento.
Un quinto objetivo de la invencion es proporcionar una solucion tecnica que proporcione un mejor valor de PPF por vatio (es decir, PPF contra la potencia en vatios utilizada) que la lograda mediante una lampara de sodio de alta presion convencional o una lampara LED normalmente utilizadas en el cultivo en invernadero o el cultivo en camara de crecimiento oscura y proporcionando de ese modo una fuente de luz de energfa eficiente para el proceso de cultivo en invernadero y/o de cultivo en camara de crecimiento y una iluminacion artificial utilizada en el mismo.
Un sexto objetivo de la invencion es proporcionar una sola fuente de emision de luz en donde la emision a una frecuencia de 300-500 nm es generada por el chip de LED semiconductor o de puntos cuanticos y la emision a una frecuencia de 600-800 nm se genera utilizando otro chip de LED o puntos cuanticos. El autor de la presente invencion ha descubierto que, por ejemplo, las plantas de pepino y lechuga alcanzan una mayor longitud y/o masa cuando se iluminan con la luz de horticulture de la invencion que incluye luz del rojo lejano (700-800 nm).
Un septimo objetivo de la invencion es proporcionar una sola fuente de emision de luz, en la que la emision a la frecuencia de 300-500 nm es generada por el chip de LED semiconductor o de puntos cuanticos y la emision a la frecuencia de 600-800 nm es generada utilizando un segundo chip de LED o de puntos cuanticos, que o bien esta impulsado por la corriente electrica para la emision de luz, o bien funciona como un conversor ascendente de la longitud de onda del primer LED o punto cuantico. La conversion ascendente de la longitud de onda para producir radiacion de 600-800 nm se consigue mediante el uso de uno o mas puntos cuanticos de conversion ascendente de la longitud de onda en la proximidad de la primera fuente de emision de puntos cuanticos o de LED.
En esta solicitud se considera la "conversion ascendente" como el cambio de la longitud de onda de la luz absorbida entrante a la luz emitida de longitudes de onda mas largas.
Un octavo objetivo de la invencion es proporcionar una conversion ascendente parcial o completa de intervalos de frecuencia de 400-500 nm, 600-800 nm o ambos de radiacion de chips de LED semiconductores y/o puntos cuanticos, teniendo el chip una emision en el intervalo de emision que comprende el intervalo de 300-500 nm. La conversion ascendente de longitud de onda se realiza mediante el uso de materiales organicos, inorganicos o una combinacion de ambos tipos de materiales.
Un noveno objetivo de la invencion es proporcionar la conversion ascendente de longitud de onda utilizando el material de partfculas detamano nanometrico para la conversion ascendente.
Un decimo objeto de la invencion es proporcionar la conversion ascendente de longitud de onda utilizando material de tipo molecular para la conversion ascendente.
Un undecimo objetivo de la invencion es proporcionar la conversion ascendente de la longitud de onda utilizando un material polimerico en donde el material de conversion ascendente esta unido covalentemente a la matriz de polfmero que proporciona la conversion ascendente de la longitud de onda.
Un duodecimo objetivo de la invencion es presentar un artefacto de iluminacion a base de puntos cuanticos en el que se suprime la banda espectral de 500-600 nm. En esta banda suprimida no hay casi ninguna o ninguna emision en absoluto, o en todo caso menos emision que en cualquiera de las bandas adyacentes de 400-500 nm, 600-700 nm. La supresion se puede lograr de acuerdo con la invencion, al no tener ninguna o solo una pequena cantidad de la emision primaria en la banda de 400-500 nm, y asegurandose de que cualquier conversion ascendente provoca un desplazamiento de la longitud de onda que desplaza la longitud de onda mas alla de 600 nm. En general, se sabe que las plantas verdes no pueden utilizar la radiacion de la luz verde (500-600 nm), asf como la radiacion en las bandas adyacentes, ya que esta radiacion se refleja meramente desde la planta en vez de ser absorbida por la conversion fotosintetica.
Un decimotercer objetivo de la invencion es presentar un artefacto de iluminacion basado en LED y/o puntos cuanticos que aumenta al maximo el crecimiento anabolico de las plantas, proporcionando la luz roja lejana deseada, mientras que reduce al mmimo la luz verde, que desde la perspectiva del cultivo de plantas es la radiacion que desaprovecha energfa en una camara de crecimiento que puede ser oscura, es decir, la mencionada fuente de luz artificial puede ser la unica fuente de luz. Este objetivo se lleva a cabo en un aspecto de la invencion mediante un emisor de luz azul de LED o de puntos cuanticos con un dispositivo de conversion ascendente de longitud de onda que convierte de manera ascendente parte de la luz azul emitida (300-500) nm en un componente de amplio espectro rojo (600-800 nm) que tiene un componente rojo lejano, pero omite y/o minimiza el componente verde (500600 nm).
La presente invencion se refiere al uso de un artefacto de iluminacion hortfcola que comprende al menos un LED y/o punto cuantico, siendo el artefacto de iluminacion adecuado para el cultivo en invernadero y camara de crecimiento. De acuerdo con la invencion, el LED y/o punto cuantico tienen un patron de frecuencia de emision espedfico, a saber, tienen al menos dos caractensticas espectrales; un pico de emision con una anchura total a la mitad del
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maximo de al menos 50 nm o mas y que tiene una longitud de onda pico en el intervalo de 600 a 700 nm, y una segunda caractenstica espectral que tiene una longitud de onda pico por debajo del intervalo de 500 nm. Los picos de emision de al menos un LED y/o punto cuantico coinciden muy bien con un espectro de respuesta de la fotosmtesis de la planta y por lo tanto, el espectro es particularmente adecuado para una iluminacion artificial de alta eficiencia.
Algunas o todas las ventajas antes mencionadas de la invencion se generan con una distribucion del tamano de punto cuantico que optimiza el espectro de emision para la variable fotomorfogenetica mencionada afectada, que puede ser cualquiera de los siguientes parametros biologicos: peso, numero de hojas, masa de rafces, altura del tallo, composicion qmmica (tal como concentracion y/o el contenido de vitaminas, minerales, y/o nutrientes) que tiene la planta en diferentes puntos temporales o en la madurez de la cosecha.
Un dispositivo de iluminacion para el cultivo de plantas esta en consonancia con la invencion y se caracteriza porque dicho dispositivo de iluminacion comprende una pluralidad de puntos cuanticos de diferente tamano.
Un metodo de iluminacion para el cultivo de plantas esta en consonancia con la invencion y se caracteriza porque la luz es producida por una pluralidad de puntos cuanticos de diferente tamano y dicha luz ilumina al menos una planta.
Un dispositivo de iluminacion de un invernadero y/o camara de crecimiento esta de acuerdo con la invencion y se caracteriza porque dicho dispositivo de iluminacion comprende al menos un punto cuantico.
Un artefacto de iluminacion hortmola de acuerdo con la invencion comprende al menos un punto cuantico que tiene
a) unas primeras caractensticas espectrales incluyendo un pico en el intervalo de longitud de onda de 600 a 700 nm y dispuesto para mostrar una anchura total a la mitad del maximo de al menos 50 nm o mas;
b) unas segundas caractensticas espectrales con un maximo de anchura total a la mitad del maximo de 50 nm y dispuesto para mostrar una longitud de onda pico en el intervalo de 440 a 500 nm, y opcionalmente
c) la totalidad o parte de la emision a una frecuencia de 600-800 nm se genera utilizando una conversion ascendente de longitud de onda total o parcial de potencia de radiacion del chip de puntos cuanticos y/o mediante otro punto cuantico electrico.
Un artefacto de iluminacion hortmola de acuerdo con la invencion comprende al menos un punto cuantico que tiene
a) unas primeras caractensticas espectrales incluyendo un pico en el intervalo de longitud de onda de 600 a 700 nm y dispuesto para mostrar una anchura total a la mitad del maximo de al menos 50 nm o mas;
b) unas segundas caractensticas espectrales con una anchura total a la mitad del maximo de 50 nm y dispuesto para mostrar una longitud de onda pico en el intervalo de 440 a 500 nm, y
c) al menos una parte o la totalidad de la emision a longitudes de onda de 500-600 nm esta dispuesta para ser reducida al mmimo y/u omitida y/o para ser reducida por debajo de la intensidad de la banda de 400-500 nm y por debajo de la intensidad de la banda de 600-700 nm.
El uso del dispositivo o artefacto de iluminacion de cualquiera de los cinco parrafos anteriores esta en consonancia con la invencion al suministrar luz para la al menos una planta con dicha al menos una planta en una cavidad oscura con dicho dispositivo o artefacto de iluminacion como unica fuente de luz. Del mismo modo un metodo para mejorar el crecimiento de plantas de los cinco parrafos anteriores esta en consonancia con la invencion en donde al menos un dispositivo o artefacto de iluminacion emiten luz para al menos una planta con dicha al menos una planta en una cavidad oscura con dicho dispositivo o artefacto de iluminacion como unica fuente de luz.
Un componente emisor de luz de una luz hortmola esta en consonancia con la invencion y comprende;
• un chip semiconductor de puntos cuanticos emisor de luz; y
• un punto cuantico de conversion ascendente de longitud de onda de la luz que se deposita en las inmediaciones del chip de puntos cuanticos;
siendo dicho componente capaz de emitir dos picos de emision de luz caractensticos, y al menos una parte o la totalidad de la emision a longitudes de onda de 500-600 nm esta dispuesta para ser reducida al mmimo y/o para ser omitida y/o para ser reducida por debajo de la intensidad en la banda de 400-500 nm y por debajo de la intensidad en la banda de 600-700 nm.
El uso del componente emisor de luz del parrafo anterior, esta en consonancia con la invencion, al suministrar luz para al menos una planta con dicha al menos una planta en una cavidad oscura con dicho dispositivo o artefacto de iluminacion como unica fuente de luz. Del mismo modo, un metodo para mejorar el crecimiento de plantas, esta en consonancia con la invencion, en donde al menos un componente emisor de luz del parrafo anterior emite luz a al menos una planta con dicha al menos una planta en una cavidad oscura con dicho dispositivo o artefacto de
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iluminacion como unica fuente de luz.
Un artefacto de iluminacion hortfcola en una cavidad oscura o sombreada esta en consonancia con la invencion y comprende al menos un LED quetiene
a) unas primeras caractensticas espectrales incluyendo un pico en el intervalo de longitud de onda de 600 a 700 nm y dispuesto para mostrar una anchura total a la mitad del maximo de al menos 50 nm o mas;
b) unas segundas caractensticas espectrales con un maximo de anchura total de la mitad del maximo de 50 nm y dispuesto para mostrar una longitud de onda pico en el intervalo de 440 a 500 nm, y opcionalmente
c) la totalidad o parte de la emision a una frecuencia de 600-800 nm se genera utilizando una conversion ascendente de longitud de onda total o parcial de la potencia de radiacion del chip LED.
Un artefacto de iluminacion hortfcola en una cavidad oscura esta en consonancia con la invencion y comprende al menos un LED que tiene
a) unas primeras caractensticas espectrales incluyendo un pico en el intervalo de longitud de onda de 600 a 700 nm y dispuesto para mostrar una anchura total a la mitad del maximo de al menos 50 nm o mas;
b) unas segundas caractensticas espectrales con un maximo de anchura total a la mitad del maximo de 50 nm y dispuesto para mostrar una longitud de onda pico en el intervalo de 440 a 500 nm, y
c) al menos una parte o la totalidad de la emision a longitudes de onda de 500-600 nm esta dispuesta para ser reducida al mmimo y/u omitida y/o reducida por debajo de la intensidad en la banda de 400-500 nm y por debajo de la intensidad en la banda de 600-700 nm.
Las implementaciones basadas en puntos cuanticos y/o LED de la invencion permiten un ajuste espectral muy fino del espectro de emision, y por lo tanto muy buena eficiencia energetica y un mejor control morfogenetico en el cultivo de plantas que depende de la luz artificial. Esta ventaja es aun mas pronunciada cuando se utilizan puntos cuanticos solamente, ya que el ajuste espectral proporcionado por ellos es superior al de los LED convencionales. Ademas, la calidad de las cosechas se mejora considerablemente con los dispositivos de luz de la invencion y esto trae una multitud de ventajas relacionadas con el cultivo en camaras de crecimiento oscuras o camaras con luz ambiente muy limitada: En primer lugar las plantas se pueden hacer crecer mas cerca del lugar de consumo, p. ej. en los sotanos de viviendas en las grandes ciudades, eliminando de esta manera los costes de transporte. En segundo lugar, las plantas pueden ser cultivadas en zonas geograficas donde la agricultura no es tradicionalmente posible, p. ej., las condiciones calidas del desierto en el verano. En tercer lugar, a medida que la calidad de las plantas mejora tambien mejora la uniformidad entre las plantas individuales lo que hace que la cosecha sea mas facil. Esto es debido a que hay menos individuos rechazados y el equipo de cosechado basado en la vision artificial puede reconocer mejor las plantas cuando tienen una calidad, tamano y color uniformes. En cuarto lugar, las propiedades de las plantas se pueden variar de una manera controlada, porque casi todos los parametros de crecimiento estan bajo control, lo que es especialmente ventajoso cuando se cultivan flores y plantas ornamentales. En quinto lugar, de acuerdo con la presente invencion, una dosis diaria constante de fotones para las plantas ayuda en la administracion de nutrientes, ya que la dosis de nutrientes se puede mantener igual durante todo el ano. En sexto lugar, en zonas geograficas muy calientes y soleadas las plantas pueden ser cultivadas en camaras de crecimiento opacas oscuras que reflejan la luz solar. La energfa gastada en la iluminacion artificial de la invencion es considerablemente menor que la que se habna gastado en el aire acondicionado o la refrigeracion de la planta bajo la luz del sol.
Cabe senalar que una cavidad oscura se interpreta como un espacio con luz limitada que tiene cero luz solar y luz ambiente sin la fuente de luz artificial de la invencion que emite fotones, pero dicha cavidad puede ser de cualquier tamano, de tamano microscopico, del tamano de una maceta de flores, de un sotano de una vivienda/negocio de 10 m2, de un contenedor de carga de envfo, del tamano de un campo de futbol, p. ej., un sotano de un estadio de futbol, y/o un rascacielos de 20 plantas donde se cultivan verduras suficientes para una ciudad entera en uno o mas pisos.
Ademas y con referencia a las realizaciones generadas de las ventajas anteriormente mencionadas, el mejor modo de la invencion se refiere al uso de un dispositivo de iluminacion con LED que produce un espectro de emision de otro modo similar al espectro de radiacion fotosinteticamente activa (PAR), excepto que el espectro de emision omite u ofrece una intensidad muy baja en el amarillo verde (500-600) nm y comprende un rasgo espectral de alta intensidad en la banda del rojo lejano de 700-800 nm que incide sobre las plantas en una camara de crecimiento oscura.
Breve descripcion de los dibujos
A continuacion, se describira la invencion con mayor detalle con referencia a realizaciones ilustrativas de acuerdo con los dibujos adjuntos, en los cuales
La Figura 1A muestra los espectros de absorcion relativa de los fotorreceptores fotosinteticos y fotomorfogeneticos mas comunes en las plantas verdes.
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La Figura 1B muestra una realizacion del dispositivo de iluminacion de la invencion 10 como un diagrama de bloques.
La Figura 2 muestra una realizacion 20 del metodo de iluminacion de acuerdo con la invencion como un diagrama de flujo.
La Figura 3 muestra una realizacion 30 de la utilizacion del dispositivo de iluminacion de la invencion como un diagrama de bloques.
La Figura 4 muestra la realizacion 40 con picos de emision de una primera unica fuente de emision LED y/o un dispositivo de puntos cuanticos de acuerdo con la invencion.
La Figura 5 muestra la realizacion 50 con los picos de emision de una segunda unica fuente de emision de luz LED y/o un dispositivo de puntos cuanticos de acuerdo con la invencion.
La Figura 6 muestra la realizacion 60 con los picos de emision de una tercera unica fuente de emision de luz LED y/o un dispositivo de puntos cuanticos de acuerdo con la invencion.
La Figura 7 muestra la realizacion 70 con los picos de emision de una cuarta unica fuente de emision de luz LED y/o un dispositivo de puntos cuanticos de acuerdo con la invencion.
La Figura 8 muestra la realizacion 80 con el espectro que se ha descubierto que maximiza la biomasa de las plantas de acuerdo con la invencion.
Algunas de las realizaciones se describen en las reivindicaciones dependientes.
Descripcion detallada de realizaciones
La Figura 1B muestra un dispositivo de iluminacion 100 que comprende una pluralidad de puntos cuanticos 110, 120, 130, 140, 150 y 160 de diferentes tamanos. La distribucion del tamano de los puntos cuanticos comprende puntos cuanticos de diferentes tamanos dentro del intervalo de 2 nm - 200 nm, es decir, el punto cuantico 110 tfpicamente tiene un diametro de 200 nm y el punto cuantico 160 tiene un diametro de aproximadamente 2 nm.
El dispositivo de iluminacion comprende tfpicamente tambien un LED 101, que es preferiblemente de color azul o tiene alguna otra longitud de onda mas corta.
A medida que el LED 101 emite luz, algunos de los fotones emitidos son absorbidos por los puntos cuanticos 110, 120, 130, 140, 150 y 160. A medida que se absorben los fotones, los electrones en los puntos cuanticos 110, 120, 130, 140, 150 y 160 son excitados a estados de energfa mas altos. Estos electrones posteriormente se relajan desde los estados de energfa mas altos a estados de energfa mas bajos mediante la emision de uno o mas fotones de energfa igual a la diferencia entre dichos estados de energfa mas altos y mas bajos.
En algunas realizaciones se utilizan energfa electrica y electrodos (no mostrados) para producir un campo electrico para excitar un electron en un punto cuantico de la forma habitual en algunas realizaciones. A medida que el electron se relaja a un estado de energfa menor, emite un foton con una longitud de onda dictada por la diferencia de energfa entre el estado excitado y el relajado. Estos fotones emitidos producen el espectro de emision del dispositivo de iluminacion 100.
En algunas realizaciones, los puntos cuanticos 150, 160 estan dispuestos para transmitir luz UV/azul en el intervalo de 250-400 nm, los puntos cuanticos 140 y 130 estan dispuestos para transmitir luz verde y/o amarilla de 400-600 nm y los puntos cuanticos 120 estan dispuestos para transmitir luz roja de 600-700 nm, y el punto cuantico 110 esta dispuesto para transmitir luz roja lejana en la banda de 700-800 nm.
La intensidad de emision relativa y el numero de puntos cuanticos 110, 120, 130, 140, 150 y 160 de cierto tamano se vana para producir un espectro de emision total similar y/o identico al espectro de radiacion fotosinteticamente activa (PAR) en algunas realizaciones. Aun mas preferiblemente, el espectro de emision omite o proporciona una intensidad muy baja en el amarillo verde (500-600) nm y comprende un rasgo espectral de alta intensidad en la banda del rojo lejano de 700-800 nm que incide sobre las plantas en una camara de crecimiento oscura.
Todos o algunos de los puntos cuanticos 110, 120, 130, 140, 150 y 160 se fabrican tfpicamente a partir de cualquiera de las siguientes aleaciones: seleniuro de cadmio, sulfuro de cadmio, arseniuro de indio, fosfuro de indio y/o sulfuro + seleniuro de cadmio en algunas realizaciones.
Cabe senalar que en realizaciones mas elaboradas el LED y/o el tamano de al menos uno de dichos puntos cuanticos 110, 120, 130, 140, 150 y/o 160 se eligen de manera que dicho punto cuantico produzca una emision de fotones en una banda en el espectro de fotones con un cierto efecto fotomorfogenetico en las plantas. Dicho efecto fotomorfogenetico variable podna ser cualquiera de los siguientes parametros biologicos: peso, numero de hojas, masa de rafces, altura del tallo, composicion qmmica (tal como contenido y/o concentracion de vitaminas, minerales, y/o nutrientes) que tiene la planta en diferentes puntos temporales o en la madurez de cosecha en algunas
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realizaciones de la invencion.
En algunas realizaciones, al menos uno de dichos puntos cuanticos 110, 120, 130, 140, 150 y/o 160 se produce por smtesis coloidal. En la smtesis coloidal los nanocristales semiconductores coloidales se sintetizan a partir de compuestos precursores disueltos en soluciones, al igual que en los procesos qmmicos tradicionales. ^picamente, la smtesis de los puntos cuanticos coloidales se basa en un sistema de tres componentes compuesto de: precursores, tensioactivos organicos, y disolventes. El medio de reaccion se calienta a una temperatura suficientemente alta, y los precursores se transforman qmmicamente en monomeros. Una vez que los monomeros alcanzan un nivel de sobresaturacion suficientemente alto, comienza el crecimiento del nanocristal con un proceso de nucleacion. La temperatura durante el proceso de crecimiento es uno de los factores cnticos en la determinacion de las condiciones optimas para el crecimiento de nanocristales en algunas realizaciones. La temperatura es tfpicamente lo suficientemente alta como para permitir la reordenacion y la re-asociacion de los atomos durante el proceso de smtesis mientras que sea lo suficientemente baja como para promover el crecimiento de cristales. Otro factor cntico que se controla durante el crecimiento de los nanocristales es la concentracion de monomero en algunas realizaciones.
El proceso de crecimiento de nanocristales puede ocurrir en dos regfmenes diferentes, por lo general descritos como "enfoque" y "desenfoque". A altas concentraciones de monomero, el tamano cntico (el tamano al que los nanocristales ni crecen ni se encogen) es relativamente pequeno, lo que da como resultado el crecimiento de casi todas las partmulas. En este regimen, las partmulas mas pequenas crecen mas rapido que las grandes, ya que los cristales mas grandes necesitan mas atomos para crecer que los cristales pequenos, y esto se traduce en el "enfoque" de la distribucion de tamanos para producir casi partmulas monodispersas. El tamano de enfoque es normalmente optimo cuando la concentracion de monomero se mantiene de tal manera que el tamano promedio del nanocristal presente es siempre ligeramente mayor que el tamano cntico. Cuando la concentracion de monomero se empobrece durante el crecimiento, el tamano cntico se hace mayor que el tamano medio presente, y la distribucion se "desenfoca" como resultado de la maduracion de Ostwald.
Hay metodos coloidales para producir muchos semiconductores diferentes. Los puntos tfpicos de la invencion estan elaborados de aleaciones binarias, tales como seleniuro de cadmio, sulfuro de cadmio, arseniuro de indio y fosfuro de indio. Aunque los puntos tambien pueden estar elaborados de aleaciones ternarias tales como sulfuro + seleniuro de cadmio en algunas realizaciones. Estos puntos cuanticos pueden contener tan pocos como 100 a 100.000 atomos dentro del volumen del punto cuantico, con un diametro de 10 a 50 atomos. Esto corresponde a aproximadamente 2 a 10 nanometros.
Esta en consonancia con la invencion la produccion de diferentes poblaciones de puntos cuanticos por diferentes metodos de smtesis coloidal, u otros metodos, y a continuacion la combinacion de dichas poblaciones para producir una distribucion de tamano que proporciona el espectro de emision deseado para el cultivo de las plantas.
Cabe senalar que se puede utilizar la realizacion 10 junto con los LED convencionales de acuerdo con la invencion. La realizacion 10 tambien es adecuada para ser utilizada como fuente de iluminacion para al menos una planta en una cavidad de crecimiento oscura, o una cavidad con bajos niveles de luz ambiental.
Tambien se debe senalar adicionalmente que la realizacion 10 puede ser facilmente permutada y/o combinada con cualquiera de las realizaciones 20, 30, 31, 40, 50, 60, 70 y/u 80.
La Figura 2 muestra el funcionamiento del dispositivo de iluminacion que utiliza puntos cuanticos de la invencion, por ejemplo en un invernadero o un entorno de camara de crecimiento. En la fase 200 la emision de luz se dirige desde el dispositivo de iluminacion hacia al menos una planta.
En la fase 210 se proporciona energfa electrica al dispositivo de iluminacion y al menos un punto cuantico en dicho dispositivo de iluminacion, que produce un campo electrico. El campo electrico excita un electron en un punto cuantico a un estado de energfa mas alto en la fase 220.
A medida que el electron se relaja a un estado de energfa inferior, este emite un foton con una longitud de onda dictada por la diferencia de energfa entre el estado excitado y el relajado en las fases 230 y 240. Estos fotones emitidos producen el espectro de emision que se transmite desde el dispositivo de iluminacion. Los LED de la invencion se utilizan de la forma habitual.
En algunas realizaciones se emiten luz UV/azul en el intervalo de 250-400 nm, luz verde y/o amarilla en el intervalo de 400-600 nm, luz roja de 600-700 nm, y/o la luz roja lejana en la banda de 700-800 nm por los LED y/o puntos cuanticos de diferentes tamanos del metodo de la invencion. Normalmente, los puntos cuanticos mas grandes emiten luz roja de longitud de onda mas larga y los puntos cuanticos mas pequenos y/o LED luz azul de longitudes de onda mas cortas en algunas realizaciones de la invencion.
Cabe senalar que la realizacion 20 se puede utilizar junto con los LED convencionales de acuerdo con la invencion. La realizacion 20 tambien es adecuada para ser utilizada como metodo de iluminacion para al menos una planta en una cavidad de crecimiento oscura, o una cavidad con bajos niveles de luz ambiental.
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Tambien se debe senalar adicionalmente que la realizacion 20 puede ser facilmente permutada y/o combinada con cualquiera de las realizaciones 10, 30, 31, 40, 50, 60, 70 y/u 80.
La Figura 3 muestra diferentes realizaciones de configuraciones de uso 30, 31 del dispositivo de iluminacion de invernadero artificial y del metodo de la invencion. En una realizacion 30 de las plantas 3l1 se cultivan en el suelo de un invernadero con paredes transparentes 301. Un dispositivo de iluminacion 322 con al menos un LED y/o punto cuantico se localiza en una posicion desde la cual los fotones emitidos pueden alcanzartantas plantas 311 como sea posible con el flujo maximo de emision. En algunas realizaciones, el espectro de emision 350 del dispositivo de iluminacion se ajusta para complementar el espectro de luz natural que es la luz solar que se transmite a traves de la pared 301. En algunas realizaciones, el dispositivo de iluminacion 322 puede comprender puntos cuanticos dispuestos para transmitir aquellas longitudes de onda que son filtradas y/o atenuadas por las paredes del invernadero de acuerdo con la invencion.
En una realizacion 31 las plantas que se van a cultivar se apilan en camaras de crecimiento 360 en el invernadero 300. En algunas realizaciones, cada camara de crecimiento tiene un dispositivo de iluminacion 321. Incluso si las plantas se apilan en camaras de crecimiento transparentes, hay una mayor reduccion y/o atenuacion de la luz solar que en la realizacion 30 ya que algunos de los fotones necesitan transmitir a traves de mas de una pared transparente. Por lo tanto, el dispositivo de iluminacion 321 con puntos cuanticos tfpicamente complementa el espectro de la luz natural de multiples transmisiones como antes, o en el caso de una camara opaca ofrece toda la radiacion de luz a las plantas 310. En algunas realizaciones hay tanto dispositivos de iluminacion espedficos para camaras de crecimiento como al menos un dispositivo de iluminacion 320 compartido por mas de una planta 310 en una o mas camaras de crecimiento 360.
En algunas realizaciones el al menos un LED y/o punto cuantico esta/estan dispuestos para producir un espectro de emision que cuando se combina con el espectro transmitido 340 es similar al espectro de radiacion fotosinteticamente activa (PAR). Incluso mas preferiblemente dicho espectro de emision omite o proporciona una intensidad muy baja en el amarillo verde (500-600) nm y comprende un rasgo espectral de alta intensidad en la banda del rojo lejano de 700-800 nm que incide sobre las plantas en una camara de crecimiento oscura. Este espectro es especialmente util como la unica fuente de luz para plantas cultivadas en camaras de crecimiento oscuras de acuerdo con la invencion.
En realizaciones se elige al menos un LED y/o punto cuantico en el artefacto de iluminacion para que emita en una banda en el espectro de fotones, cuya banda tiene un cierto efecto fotomorfogenetico en las plantas. La mencionada variable fotomorfogenetica efectuada podna ser cualquiera de los siguientes parametros biologicos: peso, numero de hojas, masa de rafces, altura del tallo, composicion qrnmica (tal como contenido/concentracion de vitaminas, minerales, y/o nutrientes) de la planta 310, 311 en diferentes puntos temporales o en la madurez de la cosecha.
Cabe senalar que la realizacion 30 se puede utilizar junto con los LED convencionales de acuerdo con la invencion. Las realizaciones 30, 31 tambien son adecuadas para ser implementadas con camaras de crecimiento 360 de cualquier nivel de opacidad o transparencia.
Tambien se debe senalar que las realizaciones 30 y 31 pueden ser facilmente permutadas y/o combinadas entre sf y/o con cualquiera de las realizaciones 10, 20, 40, 50, 60, 70 y/u 80.
En la Figura 4, la frecuencia de emision del LED semiconductor y/o el chip de puntos cuanticos tiene un pico a una longitud de onda de 457 nm con una Anchura Total a la Mitad del Maximo (FWHM) del pico de emision de 25 nm. En este caso la conversion ascendente de la longitud de onda se realiza mediante el uso de dos materiales de conversion ascendente. Estos dos materiales de conversion ascendente de la longitud de onda tienen picos de emision individuales a 660 nm y 604 nm. Estos materiales pueden ser puntos cuanticos u otros materiales en algunas realizaciones. La Figura 4 muestra el pico de emision combinado de estos dos materiales de conversion ascendente de las longitudes de onda alcanzando un pico de 651 nm de longitud de onda con una FWHM del pico de emision de 101 nm. En este caso aproximadamente 40% (calculado a partir de las intensidades de los picos) de la emision del LED semiconductor y/o chip de puntos cuanticos, es sometido a conversion ascendente a una emision de 651 nm por dos materiales de conversion ascendente individuales.
En algunas realizaciones no se utiliza la conversion ascendente, y el rasgo espectral de longitud de onda mas larga es emitido por al menos un LED y/o punto cuantico que es impulsado por energfa electrica.
Se debe tener en cuenta que el espectro 40 se puede utilizar e implementar con LED convencionales. El espectro 40 puede ser implementado por al menos un punto cuantico y al menos un LED combinados o al menos un punto cuantico solo de acuerdo con la invencion. El espectro 40 es especialmente adecuado para ser utilizado para la iluminacion de al menos una planta en una cavidad de crecimiento oscura, o una cavidad con bajos niveles de luz ambiental.
Tambien se debe senalar adicionalmente que la realizacion 40 puede ser facilmente permutada y/o combinada con cualquiera de las realizaciones 10, 20, 30, 31, 50, 60, 70 y/u 80.
En la Figura 5, la frecuencia de emision del LED semiconductor y/o el chip de puntos cuanticos tiene un pico a una
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longitud de onda de 470 nm con una Anchura Total a la Mitad del Maximo (FWHM) del pico de emision de 30 nm. En este caso la conversion ascendente de la longitud de onda se realiza mediante el uso de dos materiales de conversion ascendente. Estos dos materiales de conversion ascendente de la longitud de onda tienen picos de emision individuales a 660 nm y 604 nm. Estos materiales pueden ser puntos cuanticos u otros materiales en algunas realizaciones. La Figura 5 muestra el pico de emision combinado de estos dos materiales de conversion al alza de las longitudes de onda con picos a una longitud de onda de 660 nm con un pico de emision FWHM de 105 nm. En este caso aproximadamente 60% (calculado a partir de las intensidades de los picos) de la emision del chip LED semiconductor, es sometido a conversion ascendente a una emision de 660 nm por dos materiales "de conversion ascendente" individuales.
En algunas realizaciones no se utiliza la conversion ascendente, y el rasgo espectral de longitud de onda mas larga es emitido por al menos un LED y/o punto cuantico que es impulsado por energfa electrica.
Se debe tener en cuenta que el espectro 50 se puede utilizar e implementar con LED convencionales. El espectro 50 tambien puede ser implementado por al menos un punto cuantico y al menos un LED combinados o al menos un punto cuantico solo de acuerdo con la invencion. El espectro 50 es especialmente adecuado para ser utilizado para la iluminacion de al menos una planta en una cavidad de crecimiento oscura, o una cavidad con bajos niveles de luz ambiental.
Tambien se debe senalar adicionalmente que la realizacion 50 puede ser facilmente permutada y/o combinada con cualquiera de las realizaciones 10, 20, 30, 3l, 40, 60, 70 y/u 80.
En la Figura 6, la frecuencia de emision del LED semiconductor y/o el chip de puntos cuanticos tiene un pico a una longitud de onda de 452 nm con una Anchura Total a la Mitad del Maximo (FWHM) del pico de emision de 25 nm (no mostrado en la Figura 6). En este caso la conversion ascendente de la longitud de onda se realiza mediante el uso de un material de conversion ascendente. Este material puede ser un punto cuantico u otro material en algunas realizaciones. La Figura 6 muestra el pico de emision de este material de conversion ascendente que alcanza un pico a una longitud de onda de 658 nm con una FHWM del pico de emision de 80 nm. En este caso aproximadamente 100% (calculado a partir de las intensidades de los picos) de la emision del LED semiconductor y/o el chip de puntos cuanticos, es sometido a conversion ascendente a una emision de 658 nm por el material de conversion ascendente. Esto puede ser observado a partir de la Figura 6, ya que no hay emision de 452 nm que salga del dispositivo LED y/o de puntos cuanticos.
En algunas realizaciones no se utiliza la conversion ascendente, y el rasgo espectral de longitud de onda mas largo es emitido por al menos un LED y/o punto cuantico que es impulsado por energfa electrica.
Se debe tener en cuenta que el espectro 60 se puede utilizar e implementar con LED convencionales. El espectro 60 se puede implementar tambien por medio de al menos un punto cuantico y al menos un LED combinados o al menos un punto cuantico solo de acuerdo con la invencion. El espectro 60 es especialmente adecuado para ser utilizado para la iluminacion de al menos una planta en una cavidad de crecimiento oscura, o una cavidad con bajos niveles de luz ambiental.
Tambien se debe senalar adicionalmente que la realizacion 60 puede ser facilmente permutada y/o combinada con cualquiera de las realizaciones 10, 20, 30, 3l, 50, 70 y/o 80.
En la Figura 7, la frecuencia de emision del chip de LED semiconductor y/o de puntos cuanticos tiene un pico a una longitud de onda de 452 nm con una Anchura Total a la Mitad del Maximo (FWHM) del pico de emision de 25 nm. En este caso la conversion ascendente de la longitud de onda se realiza mediante el uso de un material de conversion ascendente. Este material puede ser un punto cuantico u otro material en algunas realizaciones. La Figura 7 muestra el pico de emision de este material de conversion ascendente que alcanza un pico a una longitud de onda de 602 nm con una FWHM del pico de emision de 78 nm. En este caso aproximadamente 95% (calculado a partir de las intensidades de los picos) de la emision del LED semiconductor y/o el chip de puntos/cuanticos, es sometido a conversion ascendente a una emision de 602 nm mediante el material de conversion ascendente de la longitud de onda.
En algunas realizaciones no se utiliza la conversion ascendente, y el rasgo espectral de longitud de onda mas largo es emitido por al menos un LED y/o punto cuantico que es impulsado por energfa electrica.
Se debe tener en cuenta que el espectro 70 se puede utilizar e implementar con LED convencionales. El espectro 70 se puede implementar tambien por medio de al menos un punto cuantico y al menos un LED combinados o al menos un punto cuantico solo de acuerdo con la invencion. El espectro 70 es especialmente adecuado para ser utilizado para la iluminacion de al menos una planta en una cavidad de crecimiento oscura, o una cavidad con bajos niveles de luz ambiental.
Tambien se debe senalar ademas que la realizacion 70 puede ser facilmente permutada y/o combinada con cualquiera de las realizaciones 10, 20, 30, 31, 40, 50, 60 y/u 80.
La Figura 8 muestra un espectro optimizado 80 que maximiza la produccion de biomasa en las plantas. El espectro
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optimizado se produce preferiblemente con los dispositivos de iluminacion de la invencion descritos en esta solicitud. El espectro 80 tiene ventajas especiales en el cultivo en camara de crecimiento, donde la camara de crecimiento es una camara oscura, es decir, tiene niveles de luz solar y/o luz ambiental nulos o bajos. El dispositivo de iluminacion de la invencion que produce el espectro 80 se puede colocar en dicha camara y maximizar la produccion de biomasa de acuerdo con la invencion. El autor de la presente invencion ha descubierto experimentalmente el rasgo de maximizacion de biomasa del espectro 80.
Tambien se debe senalar adicionalmente que la realizacion 80 puede ser facilmente permutada y/o combinada con cualquiera de las realizaciones 10, 20, 30, 31, 40, 50, 60 y/o 70. Los materiales LED y/o de puntos cuanticos utilizados y los tamanos deben ser seleccionados de manera que se consiga un espectro de emision deseado desde el dispositivo LED y/o de puntos cuanticos.
Para resumir, mediante el ajuste del LED, las especies de puntos cuanticos y/o distribucion de tamanos es posible ajustar los espectros de emision deseada del dispositivo LED y/o de puntos cuanticos y mediante el ajuste del numero de puntos cuanticos y/o LED es posible ajustar la cantidad/cuantfa de emision del chip deseada para el dispositivo de emision de luz.
La presente invencion tambien se refiere a un artefacto de iluminacion para facilitar el crecimiento de plantas que comprende al menos un LED y/o punto cuantico que tiene caractensticas espectrales que incluyen un pico en el intervalo de longitud de onda de 600 a 700 nm.
Mediante el uso de este enfoque, se pueden disenar fuentes de luz para que alcancen un PPF superior y un PPF por eficiencia vatio y rendimiento y un consumo de energfa muy bajo y una vida util de funcionamiento muy prolongada en comparacion con las tecnologfas existentes que las hacen muy utiles en camaras de crecimiento oscuras.
En algunas realizaciones la emision a una frecuencia de 300-500 nm es generado por el chip LED semiconductor y la emision a una frecuencia de 400-800 nm es generada utilizando una conversion ascendente de longitud de onda completa o parcial de la potencia de radiacion del chip LED. La conversion ascendente de longitud de onda parcial puede ser seleccionada para que se encuentre en el intervalo de 5-95%, preferiblemente 35-65%, de la radiacion del chip LED semiconductor. La conversion ascendente de la longitud de onda para producir la radiacion de 400-800 nm se logra mediante el uso de uno o mas materiales de conversion ascendente en la proximidad con la fuente de emision de LED en algunas realizaciones.
En esta solicitud la longitud de onda pico "ajustable", con las caractensticas anteriores se interpreta como una longitud de onda pico que se puede ajustar durante el montaje del artefacto de iluminacion en la fabrica, y/o tambien "ajustable", como en un dial ajustable en el artefacto de iluminacion para un ajuste de la longitud de onda pico en el sitio. Ademas el ajuste de las longitudes de onda pico de los LED y/o puntos cuanticos durante el proceso de fabricacion del dispositivo tambien esta en consonancia con la invencion, y se debe interpretar que "ajustable" tambien incluye los ajustes realizados durante el proceso de fabricacion del LED y/o punto cuantico. Todas las realizaciones mencionadas anteriormente de una longitud de onda pico ajustable, o cualquier otra fuente de luz, LED y/o punto cuantico ajustable variable estan dentro del alcance de esta solicitud de patente.
En una realizacion ilustrativa especial de la invencion se mezclaron nanopartfculas de puntos cuanticos de CdSe- ZnS (nucleo-cubierta) con tamano de partfcula promedio de 6,6 nm, con una distribucion de tamano de partfcula de aproximadamente +/- 0,5 nm, con una resina encapsulante de silicona de dos componentes. La razon de mezcla fue de 0,2% en peso de nanopartfculas en la resina de silicona. La resina que contema las nanopartfculas se dispenso como encapsulante en un chip encapsulado de plastico con terminales (PLCC) que consiste en un diodo emisor de luz InGaN en la cavidad PLCC. Se determinaron los diodos emisores de luz para que tuvieran una emision electroluminiscente en el intervalo de longitud de onda de 450 nm.
El InGaN que contema el paquete PLCC con nanopartfculas que conteman material encapsulante estaba conectado a una fuente de alimentacion de voltaje de corriente continua con tension directa de 3,2 V y una corriente de 350 mA. El espectro de emision optica del dispositivo se caracterizo para dar lugar a dos picos de emision, uno en un intervalo de longitud de onda de 450 nm y el segundo en un intervalo de longitud de onda de 660 nm. Se observo que la anchura total a la mitad del maximo del pico de emision en el intervalo de 660 nm estaba por encima de aproximadamente 60 nm. Las razones de intensidad de los picos de 450 nm y 660 nm fueron de 0,5:1. El experimento antes mencionado ha sido llevado a cabo por el solicitante.
Esta en consonancia con la invencion la inclusion de al menos un LED y/o punto cuantico con diferentes emisiones pico en una luminaria y el control de estos con el fin de proporcionar una emision espectral deseable para lograr un resultado de crecimiento o una respuesta fisiologica determinados. De esta manera, el sistema de iluminacion permitina un control versatil de la intensidad de la iluminacion y el espectro. En ultima instancia, el control de otros parametros abioticos tales como la concentracion de CO2, la temperatura, la disponibilidad de luz del dfa y humedad podna integrarse dentro del mismo sistema de control junto con la iluminacion, la optimizacion de la productividad de los cultivos y la gestion global del invernadero.
La invencion se ha explicado anteriormente con referencia a las realizaciones mencionadas anteriormente y se han demostrado varias ventajas comerciales e industriales. Los metodos y disposiciones de la invencion permiten un
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ajuste espectral mas preciso de la emision del espectro para las luces utilizadas en el cultivo de plantas. Por lo tanto, la invencion logra mejoras inesperadas en el control fotomorfogenetico del crecimiento de las plantas, y otras mejoras en la produccion de plantas, especialmente en camaras de crecimiento oscuras, tales como sotanos. La invencion tambien mejora considerablemente la eficiencia energetica del cultivo de plantas dependiente de la luz artificial. Ademas, la calidad de las cosechas se mejora considerablemente con los dispositivos de luz de la invencion y esto conlleva una multitud de ventajas relacionadas con el cultivo en camaras de crecimiento oscuras o camaras con la luz ambiental muy limitada: En primer lugar las plantas se pueden hacer crecer mas cerca del lugar de consumo, p. ej. en los sotanos de viviendas en las grandes ciudades, eliminando de esta manera los costes de transporte. En segundo lugar, las plantas pueden ser cultivadas en zonas geograficas donde la agricultura no es tradicionalmente posible, p. ej., las condiciones calidas del desierto en el verano. En tercer lugar, a medida que la calidad de las plantas mejora tambien mejora la consistencia entre las plantas individuales lo que hace que la cosecha sea mas facil. Esto es debido a que hay menos individuos rechazados y los equipos de recoleccion basados en la vision artificial pueden reconocer mejor las plantas cuando tienen una calidad, tamano y color uniformes. En cuarto lugar, las propiedades de las plantas se pueden variar de una manera controlada, porque casi todos los parametros de crecimiento estan bajo control, lo que es especialmente ventajoso cuando se cultivan flores y plantas ornamentales. En quinto lugar, una dosis de fotones constante todos los dfas en las plantas ayuda a la administracion de los nutrientes, la dosis de nutrientes se puede mantener igual durante todo el ano. En sexto lugar, en zonas geograficas muy calientes y soleadas las plantas pueden ser cultivadas en camaras de crecimiento opacas y oscuras que reflejan la luz solar. La energfa gastada en la iluminacion artificial de la invencion es considerablemente menor que la que se habna gastado en el aire acondicionado o refrigeracion de la planta bajo la luz del sol.
La invencion se ha explicado anteriormente con referencia a las realizaciones mencionadas anteriormente. Sin embargo, es evidente que la invencion no solo se limita a estas realizaciones, sino que comprende todas las realizaciones posibles dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones de patente.
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Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. El uso de un artefacto de iluminacion hortfcola en el suministro de luz para al menos una planta con dicha al menos una planta en una cavidad oscura con luz del sol nula, en donde el artefacto de iluminacion hortfcola comprende al menos un LED y/o punto cuantico que tiene
    a) unas primeras caractensticas espectrales incluyendo un pico en el intervalo de longitud de onda de 600 a 700 nm y dispuesto para mostrar una anchura total de la mitad del maximo de al menos 50 nm o mas;
    b) unas segundas caractensticas espectrales con un maximo de una anchura total de la mitad del maximo de 50 nm y dispuesto para mostrar una longitud de onda pico en el intervalo de 400 a 500 nm, en donde en el uso se proporciona una dosis de fotones constante cada dfa a la al menos una planta.
  2. 2. El uso de un artefacto de iluminacion hortfcola de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde dicha cavidad oscura es un piso o un sotano de un edificio.
  3. 3. El uso de un artefacto de iluminacion hortfcola de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde dicha cavidad oscura es al menos un area de 10 m2 de un piso o un sotano de un edificio.
  4. 4. El uso de un artefacto de iluminacion hortfcola de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el artefacto de iluminacion hortfcola es la unica fuente de luz en la cavidad oscura.
  5. 5. El uso de un artefacto de iluminacion hortfcola de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el artefacto de iluminacion hortfcola tiene dichas segundas caractensticas espectrales con un maximo de anchura total de la mitad del maximo de 50 nm y dispuesto para mostrar una longitud de onda pico en el intervalo de 440 a 500 nm.
  6. 6. El uso de un artefacto de iluminacion hortfcola de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el artefacto de iluminacion hortfcola tiene al menos una parte o la totalidad de la emision a longitudes de onda de 500-600 nm y esta dispuesto para ser reducido por debajo de la intensidad en la banda de 400-500 nm y por debajo de la intensidad en banda de 600-700 nm.
  7. 7. El uso de un artefacto de iluminacion hortfcola de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el artefacto de iluminacion hortfcola tiene toda o parte de la emision a una frecuencia de 600-800 nm y generada utilizando la totalidad o una parte de la conversion ascendente de longitud de onda de la potencia de radiacion del chip de LED y/o de puntos cuanticos y/o por otro punto cuantico electrico.
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