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DE202004009616U1 - Lighting system for use in the growth of plants uses light emitting diodes having different spectral ranges - Google Patents

Lighting system for use in the growth of plants uses light emitting diodes having different spectral ranges Download PDF

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Abstract

The lighting system [1] is used to encourage growth and consists of a number of modules [3,3',3'']. The number depends upon the biological system [2]. Light emitting diodes, LED, are used and have spectral wavelengths of 300 to 5000nm as well as 600 t0 700 nm.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Leuchte und einem Verfahren zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme, insbesondere mit einer Leuchte, deren Strahlungsbereich auf die spezifischen Absorptionsspektren der zu beleuchtenden biologischen Systeme ausgewählt ist.The The present invention relates to a lamp and a method to promote the growth of biological systems, especially with a lamp, their radiation area on the specific absorption spectra the biological systems to be illuminated is selected.

Derartige Leuchten sind im Stand der Technik als so genannte Wachstumsleuchten (Pflanzenlicht) bekannt und werden mittels Metalldampflampen, Leuchtstoffröhren oder Glühlampen aufgebaut. Diese Leuchten weisen eine Reihe von unterschiedlichen Merkmalen auf, die vom Endverbraucher als nachteilig empfunden werden. Beispielsweise werden für biologische Systeme Absorptionsspektren benötigt, deren Maxima bei ca. 450 Nanometer (nm) und 650 nm Wellenlänge liegen. Das Maximum einer Glühlampe beginnt beispielsweise erst bei ca. 700 nm, so dass die benötigte Strahlung das biologische System überhaupt nicht erreicht. Bei Leuchtstoffröhren liegt das Strahlungsmaximum etwa bei 600 nm und das Strahlungsspektrum einer Metalldampflampe liegt bei ca. 550 nm, so dass die wesentliche Strahlung dieser genannten Wachstumsleuchten primär im Bereich nicht benötigter Strahlung liegt. Ferner wird es als nachteilig empfunden, dass derartige Leuchten einen hohen Stromverbrauch und eine relativ begrenzte Lebensdauer aufweisen. Weiter wird als nachteilig an diesen Wachstumsleuchten erachtet, dass sie im eingeschalteten Zustand eine verhältnismäßig hohe Wärmeentwicklung abstrahlen, die in unmittelbarer Nähe der Lampe zu Verbrennungen der Pflanzen führen kann. Ferner weisen die bekannten Wachstumsleuchten einen relativ großen Abstrahlungswinkel in die Umgebung auf, so dass ein Teil der Lichtmenge das biologische System nicht erreicht.such In the prior art, lights are known as growth lights (Plant light) and are known by means of metal halide lamps, fluorescent tubes or lightbulbs built up. These lights have a number of different ones Features that the end user perceives as disadvantageous. For example, for biological systems requires absorption spectra, the maxima of which are approx. 450 nanometers (nm) and 650 nm wavelength are. The maximum of an incandescent lamp begins for example, only at about 700 nm, so that the required radiation the biological system at all not reached. With fluorescent tubes the radiation maximum is around 600 nm and the radiation spectrum A metal halide lamp is around 550 nm, so the essential radiation of these growth lights mentioned primarily in the area of unnecessary radiation lies. Furthermore, it is considered disadvantageous that such lights high power consumption and a relatively limited lifespan exhibit. Further being considered disadvantageous about these growth lights considers that it is a relatively high when switched on heat generation radiate in the immediate vicinity of the lamp to burn the Plants can. Furthermore, the known growth lights have a relative huge Beam angle into the environment so that part of the amount of light not reaching the biological system.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effektive Leuchtenvorrichtung zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme bereitzustellen, die einen geringen Energieverbrauch aufweisen und einfach und kostengünstig in der Herstellung sind.Therefore it is an object of the present invention to provide an effective lighting device to promote to provide the growth of biological systems that are low Have energy consumption and simple and inexpensive in of manufacture.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche gelöst.This The problem is solved with the characterizing features of the main claims.

Erfindungsgemäß ist die Leuchte zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme gekennzeichnet durch eine Anordnung von Lichtquellen mit unterschiedlichen Strahlungsspektren.According to the invention Luminaire for promotion the growth of biological systems characterized by an arrangement of light sources with different radiation spectra.

Die erfindungsgemäße Methode zur Erzeugung eines Lichtspektrums elektromagnetischer Strahlung zur Wachstumsförderung biologischer Systeme ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Lichtquellen mit unterschiedlichen Strahlungscharakteristika ausgewählt und nach einem vorbestimmten Muster auf einem Lichtquellenträger aufgebracht wird.The method according to the invention to generate a light spectrum of electromagnetic radiation to promote growth biological systems is characterized in that a majority of light sources with different radiation characteristics selected and applied to a light source carrier according to a predetermined pattern becomes.

Dabei ist es vorteilhaft, für die Lichtquellen Leuchtdioden (LED) zu verwenden, deren Wellenlängen im Spektralbereich zwischen 400 nm und 800 nm liegen.there it is beneficial for to use the light sources light-emitting diodes (LED), the wavelengths of which in Spectral range between 400 nm and 800 nm.

Ferner ist es vorteilhaft, die Anordnung der Lichtquellen in einem vorbestimmten Muster vorzunehmen, das ein besonders effektives Gesamtstrahlungsspektrum ergibt.Further it is advantageous to arrange the light sources in a predetermined manner Make patterns that have a particularly effective total radiation spectrum results.

Dabei ist es vorteilhaft, die ausgewählten Lichtquellen auf einer herkömmlichen Europlatine als Träger anzuordnen.there it is advantageous to use the selected light sources on a conventional Europlatine as a carrier to arrange.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, die Lichtquellen so auszuwählen, dass die Strahlungsmaxima zwischen 300 nm und 500 nm sowie zwischen 600 nm und 700 nm liegen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Leuchte in Modulbauweise zusammengestellt wird, wobei die Bauart der Gesamtleuchte von den geometrischen Ausmaßen des biologischen Systems abhängig ist.All It is particularly advantageous to select the light sources in such a way that the radiation maxima between 300 nm and 500 nm and between 600 nm and 700 nm. Another advantage is that the luminaire is assembled in modular design, the type the total light from the geometric dimensions of the biological system dependent is.

Vorteilhaft ist es ferner, dass die ausgewählten Lichtquellen überwiegend in violett (420 nm), in rot (660 nm), in ultraviolett (407 nm), in luxeon-royalblue (470 nm), in luxeon-rot (625 nm) und in luxeon-weiß (5000 K) strahlen.Advantageous it is further that the selected Most light sources in violet (420 nm), in red (660 nm), in ultraviolet (407 nm), in luxeon-royalblue (470 nm), in luxeon-red (625 nm) and in luxeon-white (5000 K) shine.

Im nun Folgenden wird die Erfindung anhand von graphischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigt:in the The invention will now be described below with the aid of graphic representations explained in more detail. It shows:

1: eine schematische Blockdarstellung erfindungsgemäßer Leuchten (1) über einem zu beleuchtenden biologischen System (2); 1 : a schematic block diagram of lights according to the invention ( 1 ) over a biological system to be illuminated ( 2 );

2: das Absorptionsspektrum von Chlorophyll a und Chlorophyll b als Funktion der Wellenlänge; 2 : the absorption spectrum of chlorophyll a and chlorophyll b as a function of the wavelength;

3a: das Strahlungsspektrum (Balkendiagramm) einer Metalldampflampe im Vergleich mit dem Absorptionsspektrum (weiße Linie) eines biologischen Systems; 3a : the radiation spectrum (bar chart) of a metal halide lamp in comparison with the absorption spectrum (white line) of a biological system;

3b: das Strahlungsspektrum (Balkendiagramm) einer Leuchtstoffröhre im Vergleich mit dem Absorptionsspektrum (weiße Linie) eines biologischen Systems; 3b : the radiation spectrum (bar chart) of a fluorescent tube in comparison with the absorption spectrum (white line) of a biological system;

3c: das Strahlungsspektrum (Balkendiagramm) einer Glühlampe im Vergleich mit dem Absorptionsspektrum (weiße Linie) eines biologischen Systems; 3c : the radiation spectrum (bar chart) of an incandescent lamp in comparison with the absorption spectrum (white line) of a biological system;

4: eine schematische Draufsicht auf einen Lichtquellenträger (8); 4 : a schematic plan view of a light source carrier ( 8th );

5: das Strahlungsspektrum einer erfindungsgemäßen Leuchte (1) als Funktion der Wellenlänge. 5 : the radiation spectrum of a lamp according to the invention ( 1 ) as a function of wavelength.

In 1 ist eine schematischer Darstellung der erfindungsgemäßen Leuchte 1 über einem biologischen System 2 gezeigt. Die Leuchte 1 wird je nach Verwendungszweck modular aufgebaut, wobei die einzelnen Module 3, 3', 3" je nach Bedarf des biologischen Systems ausgewählt und auf dem Träger (8) entsprechend den Erfordernissen angeordnet werden. Die Anzahl der einzelnen Leuchten 1 hängt von den geometrischen Ausmaßen des zu bestrahlenden biologischen Systems 2 ab. Die Leuchten 1 sind dabei in einem herkömmlichen Gehäuse 9 angeordnet, wobei das Gehäuse 9 keinen speziellen Anforderungen genügen muss. Die biologischen Systeme reichen von Pflanzenzüchtungen bis hin zu lebenden Kulturen oder Tierzüchtungen.In 1 is a schematic representation of the lamp according to the invention 1 over a biological system 2 shown. The lamp 1 is built up modularly depending on the intended use, whereby the individual modules 3 . 3 ' . 3 ' selected according to the needs of the biological system and on the carrier ( 8th ) be arranged according to the requirements. The number of individual lights 1 depends on the geometric dimensions of the biological system to be irradiated 2 from. The lights 1 are in a conventional housing 9 arranged, the housing 9 does not have to meet any special requirements. The biological systems range from plant breeding to living cultures or animal breeding.

In 2 ist das Absorptionsspektrum als Funktion der Wellenlänge zweier biologischer Systeme, Chlorophyll (a) 10 und Chlorophyll (b) 11, dargestellt. Hierbei liegen die Absorptionsmaxima von Chlorophyll (a) bei ca. 430 nm und das Maximum von Chlorophyll b bei ca. 480 nm. Weitere relative Maxima der Absorptionsspektren liegen bei ca. 650 nm. Diese beiden Spektren (10, 11) sind zwei ausgewählte Absorptionsspektren, die zeigen, dass die Intensität der benötigten Strahlung für verschiedene biologische Systeme bei ganz unterschiedlichen Wellenlängen liegen. Die im Stand der Technik verwendeten Wachstumsleuchten sind in den 3a bis 3c dargestellt. In 3a ist zu erkennen, dass für eine Metalldampflampe, deren Strahlungsmaxima einerseits bei ca. 400 Nanometer und 530 Nanometer liegen, für das benötigte Absorptionsspektrum eines biologischen Systems (weiße Linie) bei weitem nicht ausreicht, um die benötigte Strahlungsintensität zur Wachstumsförderung des biologischen Systems zu erreichen. Ähnlich ist es im Falle einer Leuchtstoffröhre (3b), deren Strahlungsspektrum zwar breiter ist, aber die Maxima nicht mit der weißen Absorptionslinie des zu bestrahlenden biologischen Systems übereinstimmen. Das Gleiche gilt für eine Glühlampe, deren Strahlungsspektrum völlig unzureichend für ein biologisches System ist, da ihr Strahlungsmaximum außerhalb des Absorptionsspektrums des biologischen Systems 2 liegt.In 2 is the absorption spectrum as a function of the wavelength of two biological systems, chlorophyll (a) 10 and chlorophyll (b) 11 , shown. The absorption maxima of chlorophyll (a) are approx. 430 nm and the maximum of chlorophyll b is approx. 480 nm. Further relative maxima of the absorption spectra are approx. 650 nm. These two spectra ( 10 . 11 ) are two selected absorption spectra that show that the intensity of the radiation required for different biological systems is at very different wavelengths. The growth lights used in the prior art are in the 3a to 3c shown. In 3a It can be seen that for a metal halide lamp, the radiation maxima of which are on the one hand around 400 nanometers and 530 nanometers, for the required absorption spectrum of a biological system (white line) is far from sufficient to achieve the radiation intensity required to promote the growth of the biological system. It is similar in the case of a fluorescent tube ( 3b ), whose radiation spectrum is wider, but the maxima do not match the white absorption line of the biological system to be irradiated. The same applies to an incandescent lamp, the radiation spectrum of which is completely inadequate for a biological system, since its radiation maximum lies outside the absorption spectrum of the biological system 2 lies.

In 4 ist eine schematische Draufsicht auf einen Lichtquellenträger 8 gezeigt. Der Lichtquellenträger 8 kann eine genormte Europlatine sein, um die Kosten für das Layout einer jeweils neuen Platine zu sparen. Auf diesem Träger 8 sind die ausgewählten Leuchtdioden in Gruppen zusammengestellt, wobei die Strahlungsmaxima der ausgewählten Gruppen bei unterschiedlichen Wellenlängen liegen. Die Mehrzahl der Leuchtdioden 4, 5, 6 liegt im violetten, roten und ultravioletten Spektralbereich und die Leuchtdioden 6 in der Mitte des Trägers durch mehrere Kreise dargestellt, sind in der Anzahl weit geringer und umfassen die LED's für luxeon-royalblue, luxeon-rot und luxeon-weiß. An den Stirnseiten der Platine ist jeweils eine Klemmleiste 12, 12' angeordnet,durch zwei Klemmensymbole angedeutet, angeordnet,die zur Stromversorgung der Platine und Verschaltung mit anderen Modulen dient. An geeigneter Stelle sind spezielle Sicherungen 13 für die Luxeon-Lichtquellen 6 vorgesehen. Ein derartiges Leuchtenmodul weist eine elektrische Leistung von ca. 19 Watt auf, was nur einen Bruchteil der elektrischen Leistung der oben erwähnten Wachstumsleuchten entspricht. Dementsprechend ist auch die Wärmeentwicklung einer derartigen Leuchte 1 verhältnismäßig gering. Somit wird infolge der spezifischen Auswahl der Lichtquellen für spezifische biologische Systeme 2 ein spezifisches gleichmäßiges Wachstumslichtspektrum ohne überflüssige Leistung erzeugt. Die Leistung wird von einem entsprechend kleinen Netzteil bereitgestellt, das im Leuchtengehäuse 9 untergebracht ist.In 4 is a schematic top view of a light source carrier 8th shown. The light source carrier 8th can be a standardized Euro board to save the costs for the layout of a new board. On this carrier 8th the selected light-emitting diodes are put together in groups, the radiation maxima of the selected groups being at different wavelengths. The majority of the light emitting diodes 4 . 5 . 6 lies in the violet, red and ultraviolet spectral range and the LEDs 6 Represented by several circles in the middle of the carrier, the number is far smaller and includes the LEDs for luxeon-royalblue, luxeon-red and luxeon-white. There is a terminal strip on each end of the board 12 . 12 ' arranged, indicated by two terminal symbols, arranged, which serves to supply power to the board and interconnect with other modules. There are special fuses in a suitable place 13 for the Luxeon light sources 6 intended. Such a lamp module has an electrical output of approximately 19 watts, which corresponds to only a fraction of the electrical output of the above-mentioned growth lamps. Accordingly, the heat development of such a lamp is also 1 relatively small. Thus, due to the specific selection of light sources for specific biological systems 2 generates a specific, uniform growth light spectrum without unnecessary performance. The power is provided by a correspondingly small power supply, which is in the luminaire housing 9 is housed.

In 5 wird beispielhaft das Strahlungsspektrum einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte als Funktion der Wellenlänge in nm gezeigt. Das absolute Maximum liegt bei 410 nm, während die relativen Maxima bei 450 nm und bei 660 nm liegen.In 5 the radiation spectrum of an LED luminaire according to the invention is shown as an example as a function of the wavelength in nm. The absolute maximum is 410 nm, while the relative maxima are 450 nm and 660 nm.

Claims (12)

Leuchte (1) zur Förderung des Wachstums biologischer Systeme (2), gekennzeichnet durch eine Anordnung von Lichtquellen (4, 5, 6) mit unterschiedlichen Strahlungsspektren.Lamp ( 1 ) to promote the growth of biological systems ( 2 ), characterized by an arrangement of light sources ( 4 . 5 . 6 ) with different radiation spectra. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (4, 5, 6) Leuchtdioden (LED) sind.Luminaire according to claim 1, characterized in that the light sources ( 4 . 5 . 6 ) LEDs are. Leuchte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängen der Leuchtquellen (4, 5, 6) im Spektralbereich zwischen 350 nm und 800 nm liegen.Luminaire according to claim 1 and 2, characterized in that the wavelengths of the light sources ( 4 . 5 . 6 ) are in the spectral range between 350 nm and 800 nm. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Lichtquellen (4, 5, 6) in einem vorbestimmten Muster erfolgt, das von der Art der verwendeten Lichtquellen (4, 5, 6) abhängt.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement of the light sources ( 4 . 5 . 6 ) takes place in a predetermined pattern, which depends on the type of light sources used ( 4 . 5 . 6 ) depends. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (LED's) auf einer herkömmlichen Europlatine (8) angeordnet sind.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized in that the light sources (LEDs) on a conventional Europlatine ( 8th ) are arranged. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsmaxima der Lichtquellen (4, 5, 6) zwischen 300 nm und 500 nm sowie zwischen 600 nm und 700 nm liegen.Luminaire according to one of the preceding Claims, characterized in that the radiation maxima of the light sources ( 4 . 5 . 6 ) are between 300 nm and 500 nm and between 600 nm and 700 nm. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte (1) in Modulbauweise zusammengestellt ist.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized in that the luminaire ( 1 ) is assembled in a modular design. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsmaxima der Leuchte zwischen 350 nm und 500 nm und 600 nm und 750 nm liegen.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized characterized that the radiation maxima of the lamp between 350 nm and 500 nm and 600 nm and 750 nm. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Module (3, 3', 3") in einem Gehäuse (9) angeordnet sind.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized in that the individual modules ( 3 . 3 ' . 3 ' ) in a housing ( 9 ) are arranged. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der unterschiedlichen Leuchtquellen (4, 5, 6) abhängig ist von dem zu bestrahlenden Absorptionsspektrums des biologischen Systems (2).Luminaire according to one of the preceding claims, characterized in that the number of different light sources ( 4 . 5 . 6 ) depends on the absorption spectrum of the biological system to be irradiated ( 2 ). Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Lichtquellen überwiegend die Farben violett (420 nm), rot (660 nm), ultraviolett (407 nm), luxeonroyalblue (470 nm), luxeon-rot (625 nm) und luxeon-weiß (5000 K) aufweisen.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized characterized that the selected Most light sources the colors violet (420 nm), red (660 nm), ultraviolet (407 nm), luxeonroyalblue (470 nm), luxeon-red (625 nm) and luxeon-white (5000 K) have. Leuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte überwiegend Lichtquellen im violetten, raten und ultravioletten Bereich aufweisen und eine geringe Anzahl von Leuchtquellen in luxeon-royalblue, luxeon-rot und luxeon-weiß strahlen.Luminaire according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the lamp predominantly light sources in the violet, rate and ultraviolet range and a low one Rays number of light sources in luxeon-royalblue, luxeon-red and luxeon-white.
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