CN109380109A - 一种混合光型的植物工厂作业系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合光型的植物工厂作业系统,用以对植物进行科学的栽培种植,包括一架体,于架体内设置培养架、营养液水池、智能温控系统、光照系统,光照系统具有太阳、多个LED植物生长灯和多个激光植物生长灯,太阳为连续光谱,波长为295nm至2500nm,LED植物生长灯的光谱为紫光波长380nm至400nm,蓝光波长440nm至470nm,绿光波长500nm至560nm,红光波长630nm至660nm,激光植物生长灯的光谱为蓝光波长440nm至470nm,红光波长630nm至660nm,近红外光波长730nm至760nm,太阳、LED植物生长灯和激光植物生长灯的光谱互相协同叠合后的光量子流密度为三档分别为95μmol﹒m‑2﹒s‑1、195μmol﹒m‑2﹒s‑1、285μmol﹒m‑2﹒s‑1,分别对应作用于植物生长的育苗期、生长期、成熟期的所需光强,保证植物高效生长环境。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种混合光型的植物工厂作业系统,尤指一种高效的混合光型的植物工厂作业系统。
【背景技术】
随着农业技术的快速发展,为了给植物提供一个相对安全的生长环境,现在市面上出现了种植大棚,让植物在大棚内进行生长,相对露天式的生长环境,大棚内的温度、防虫问题都在一定范围内得到了改善,植物需要太阳光的照射,才能进行光合作用,进而生长成熟,但大棚在一定程度内阻碍了太阳光的照射,并且晚上或者阴雨天,太阳光也就消失。
业界技术人员为了改善上述一系列的问题,在大棚内增设了LED灯,藉由该LED灯发射的灯光对植物进行照射,但研究数据表明LED灯的光源投射在植物冠层的光量子流密度 要想达到一个理想值,比如150μmol﹒m-2﹒s-1,往往需要大量的电能输入,比如200W﹒m-2,且光强随着光源与植物间距的增加呈指数下降趋势,这样导致成本大大提升,缺乏市场竞争力。
因此,有必要设计一种好的混合光型的植物工厂作业系统,以克服上述问题。
【发明内容】
针对背景技术所面临的问题,本发明的目的在于提供一种通过设置光照系统,从而达到保证植物高效生长环境的混合光型的植物工厂作业系统。
为实现上述目的,本发明采用以下技术手段:
一种混合光型的植物工厂作业系统,用以对植物进行科学的栽培种植,其包括:一架体,于架体内设置一培养架,该培养架用以栽培植物,培养架至少一层或一层以上,至少一营养液水池,藉由一自动控制与供给系统对该营养液水池进行控制,用以对植物进行营养的供给,一智能温控系统,藉由该智能温控系统对架体内的温度进行控制,一光照系统,其用以对植物进行照射作用,该光照系统具有太阳、多个LED植物生长灯和多个激光植物生长灯,其中太阳为连续光谱,且波长为295nm至2500nm,LED植物生长灯的光谱为紫光波长使用380nm至400nm,蓝光波长使用440nm至470nm,绿光波长使用500nm至560nm,红光波长使用630nm至660nm,激光植物生长灯的光谱为蓝光波长使用440nm至470nm,红光波长使用630nm至660nm,近红外光波长使用730nm至760nm,太阳的光谱、LED植物生长灯的光谱和激光植物生长灯的光谱互相协同叠合后的光量子流密度为三档分别为95μmol﹒m-2﹒s-1、195μmol﹒m-2﹒s-1、285μmol﹒m-2﹒s-1,并分别对应作用于植物生长的育苗期、生长期、成熟期的所需光强,一计算机自动控制及远程控制系统,对上述结构进行控制处理,藉由一发电装置对上述结构进行电力供应。
进一步地,培养架为立体式构造,该培养架具有多层结构,植物栽培于每一层,顶层的植物接收的光谱为太阳的光谱。
进一步地,位于顶层下方的层级,其栽培的植物接收的光谱为,太阳的光谱、LED植物生长灯的光谱和激光植物生长灯的光谱。
进一步地,位于顶层下方的层级的植物,其接收太阳的光谱为斜角入射的散射光。
进一步地,位于顶层下方的层级的植物,其顶部接收太阳的光谱和LED植物生长灯的光谱,其侧面接收激光植物生长灯的光谱。
进一步地,位于顶层下方的层级的植物,其侧面接收激光植物生长灯的光谱为平行光,且平行光对应植物的冠层进行扫描。
进一步地,一智能传感和控制系统,藉由该智能传感和控制系统对太阳的光谱、LED植物生长灯的光谱和激光植物生长灯的光谱进行设定和调节、以及对一遮阳装置进行设定和调节,该遮阳装置位于架体的顶部,架体的顶部是透光结构。
进一步地,一空气循环流通系统,藉由该空气循环流通系统对架体内的空气进行处理,一二氧化碳补充系统,藉由该二氧化碳补充系统对架体内的二氧化碳进行补充处理,一物理杀菌系统,藉由该物理杀菌系统对架体内进行杀菌处理,一视频监控与图像传送系统,藉由该视频监控与图像传送系统对架体内的结构进行拍摄并传送至计算机自动控制及远程控制系统,一循环再利用系统,藉由该循环再利用系统对架体内结构产生的废物废液进行处理,一加湿系统,藉由该加湿系统对架体内进行喷设保湿,一环境闭锁密封系统,藉由该环境闭锁密封系统对架体内进行闭锁密封。
进一步地,位于顶层下方的层级的植物,对应的LED植物生长灯位于该植物上方约25cm至35cm,对应的激光植物生长灯与该植物的侧面平行。
进一步地,LED植物生长灯的开灯时间设定为6小时至14小时,相邻两个LED植物生长灯之间的距离为5cm至25cm,LED植物生长灯的光谱的发光角度为30度至120度,波长调整区域为380nm至720nm之间,激光植物生长灯发出的光谱与对应的植物的冠层高度相互平行,为一致的平面扫描,波长调整区域为400nm至760nm。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
上述混合光型的植物工厂作业系统,用以对植物进行科学且高效的栽培种植,设置光照系统,其用以对植物进行照射作用,该光照系统具有太阳、多个LED植物生长灯和多个激光植物生长灯,其中太阳为连续光谱,且波长为295nm至2500nm,LED植物生长灯的光谱为紫光波长使用380nm至400nm,蓝光波长使用440nm至470nm,绿光波长使用500nm至560nm,红光波长使用630nm至660nm,激光植物生长灯的光谱为蓝光波长使用440nm至470nm,红光波长使用630nm至660nm,近红外光波长使用730nm至760nm,太阳的光谱、LED植物生长灯的光谱和激光植物生长灯的光谱互相协同叠合后的光量子流密度为三档分别为95μmol﹒m-2﹒s-1、195μmol﹒m-2﹒s-1、285μmol﹒m-2﹒s-1,并分别对应作用于植物生长的育苗期、生长期、成熟期的所需光强,达成理想的多维发光体,构成混合光型的植物工厂作业系统,使得植物得到理想的光质、光强、光周期和光形态,不仅节约了成本,而且提高了植物的生长效率。
【附图说明】
图1为本发明混合光型的植物工厂的立体结构示意图;
图2为本发明混合光型的植物工厂的作业系统示意图。
具体实施方式的附图标号说明:
架体1 | 培养架2 | 营养液水池3 |
自动控制与供给系统4 | 智能温控系统5 | 光照系统6 |
太阳61 | LED植物生长灯62 | 激光植物生长灯63 |
智能传感和控制系统7 | 空气循环流通系统8 | 二氧化碳补充系统9 |
计算机自动控制及远程控制系统10 | 发电装置11 | 循环再利用系统12 |
物理杀菌系统13 | 环境闭锁密封系统14 | 加湿系统15 |
视频监控与图像传送系统16 |
【具体实施方式】
为便于更好的理解本发明的目的、结构、特征以及功效等,现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
请参见图1和图2,一种混合光型的植物工厂作业系统,是用以对植物(未图示,下同)进行科学的栽培种植,混合光型的植物工厂作业系统包括:一架体1,于架体1内设置一培养架2,该培养架2用以栽培植物,一营养液水池3,藉由一自动控制与供给系统4对该营养液水池3进行控制,用以对植物进行营养的供给,一智能温控系统5,藉由该智能温控系统5对架体1内的温度进行控制,一光照系统6,其用以对植物进行照射作用,该光照系统6具有太阳61、多个LED植物生长灯62和多个激光植物生长灯63,一计算机自动控制及远程控制系统10,对上述结构进行控制处理,藉由一发电装置11对上述结构进行电力供应。
科学试验证明,不同波长的光谱对植物生长有不同的影响,太阳61中的可见光中的蓝紫光与青光对植物生长及幼芽的形成有很大作用,这类光能抑制植物的伸长而使其形成矮而粗的形态,同时蓝紫光也是支配细胞分化最重要的光线,蓝紫光还能影响植物的向光性。太阳61中的紫外线是使植物体内某些生长激素的形成受到抑制,从而也就抑制了茎的伸长;紫外线也能引起向光性的敏感,并和可见光中的蓝、紫和青光一样,促进花青素的形成。可见光中的红光和不可见光中的红外线,都能促进种子或者孢子的萌发和茎的伸长。红光还可以促进二氧化碳的分解和叶绿素的形成。所以混合光型的植物工厂作业系统利用太阳61的光谱、LED植物生长灯62的光谱和激光植物生长灯63的光谱互相协同叠合形成混合光,对植物的生长起到所需的波长精准配置与能量均衡分布的作用,也就保证了植物的高效生长。
请参见图1和图2,其中,太阳61的光谱(未图示,下同)在蓝紫光波长380nm至520nm,红光波长610nm至720nm,近红光波长730nm至760nm,在这三个区间是最有利于植物生长,为了增加植物所需要的光谱,并且让植物不受外界环境因素的影响,则采用人工光源LED植物生长灯62和激光植物生长灯63来补充植物需要的光质和光能,从而达到植物生长的最佳的光环境和光形态的形成,太阳61为连续光谱,且波长为295nm至2500nm,LED植物生长灯的光谱为紫光波长使用380nm至400nm,蓝光波长使用440nm至470nm,绿光波长使用500nm至560nm,红光波长使用630nm至660nm,激光植物生长灯的光谱为蓝光波长使用440nm至470nm,红光波长使用630nm至660nm,近红外光波长使用730nm至760nm,太阳的光谱、LED植物生长灯的光谱和激光植物生长灯的光谱互相协同叠合后的光量子流密度为三档分别为95μmol﹒m-2﹒s-1、195μmol﹒m-2﹒s-1、285μmol﹒m-2﹒s-1,并分别对应作用于植物生长的育苗期、生长期、成熟期的所需光强。
请参见图1和图2,LED植物生长灯62的光源是第四代的固态体光源,是一种具有环保、节能、寿命长等特性的绿色光源,LED植物生长灯62以LED发光二极管为光源,依照植物生长规律必须需要太阳61,而植物生长灯就是利用太阳61的原理,灯光替代太阳61的光谱或补充光质光能量给植物生长发育环境的一种灯具。LED植物生长灯62有助缩短植物的生长周期,因为这种灯的光源主要是由红蓝为主波长光源组成的,采用植物最敏感的光波段,LED植物生长灯62在植物设施栽培环境中的大量应用研究结果表明,LED植物生长灯62特别适合应用于人工光控制型植光谱范围对植物生理的影响。
LED植物生长灯62具体的特征如下:
1.波长类型丰富、正好与植物光合成和光形态建成的光谱范围吻合;
2.频谱波宽度半宽窄,可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱;
3.可以集中特定波长的光均衡地照射作物;
4.可以调节作物开花与结实,而且还能控制株高和植物的营养成分;
5.系统发热少,实现了低热负荷;
6.占用空间小,可用于多层栽培立体组合系统,实现生产空间小型化;
7.LED植物生长灯62的光谱范围对植物生长的影响,紫外-b波长280nm至320nm,对形态与生长过程的影响极小,影响植物的叶片和花的着色;紫外-a波长320nm至380nm,叶绿素吸收少,影响光周期效应,阻止茎徒长,提高浆果糖度;蓝紫波长380nm至520nm,此类波长可直接处使植物根、茎部位发展,叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大,对光合作用影响最大;黄绿波长520nm至610nm,色素的吸收率不高 ,有一定的显色指数和传透性;红波长610nm至720nm,叶绿素吸收率低,加快叶生长,加快植物碳水化合物的合成和维生素的合成,缩短了生长周期,对光合作用与光周期效应有显著影响;红波长720nm至1000nm,吸收率低,刺激细胞延长,影响开花与种子发芽,对茎起拉伸作用;红波长大于1000nm,转换成为热量。
从上面的数据来看,不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的,植物光合作用需要的光线,波长在280nm至760nm左右。蓝色波长400nm至520nm的光线以及红色波长610nm至720nm的光线对于光合作用贡献最大。绿色波长500nm至560nm的光线,被植物色素吸收的比率很低。若按照以上原理植物只对于蓝色波长400nm至520nm及红色波长610nm至720nm有直接影响生长的效果,所以学术概念下的LED植物生长灯62都是做成红蓝组合、全蓝、全红三种形式,以提供红蓝两种波长的光线,用来覆盖植物行光合作用所需的波长范围。在视觉效果上,红、蓝组合的LED植物生长灯62呈现粉红色。LED植物生长灯62的红蓝灯色谱比例一般在5:1至10:1之间为宜,通常可选7:1至8:1的比例。当然有条件的可根据植物生长周期调整红色和蓝色光的比例最好。
激光植物生长灯63更具有人工光环境种植的一些优势,尤其是激光能发出接近单一的波长,激光中大量光子集中在一个极小的空间范围内射出激光束,能量密度极高。而激光束在比较长距离的传播依然能保持发出的强度和波形,并且光能变为热能散失的比例小。能够从根本上解决光强和能耗间的矛盾,且对环境热负荷影响小,显著降低运行成本,达到使用少量的激光束就能确保大量植物的生长需求的目的,光能利用率高,且栽培过程中光能转化为热能的比例小,只需进行简单散热,大大降低了植物栽培过程中的能耗。分支激光束转换为线状光带进行空间上的发散,再通过往复摆动反射镜或旋转多棱镜的反射作用,在下方区域形成往复扫描区或重复扫描区,这样使得单一分支激光束最终能照射的面积变为整个扫描区,面积变大,形成波长长于短波长激光束的连续光谱的光区。同时,对于扫描区内种植的植物来说,叶绿体在扫描闪光时通过光反应吸收的光量子能够被贮藏在反应中心用于暗反应,只要扫描闪光的频率和提供的光量子足够满足光反应的需求,即投射至植物冠层的光量子流密度能满足植物生长需求即可,扫描间隙没有光的时间就不会对光合作用的速率起限制作用,也就不会进而影响植物的生长速度。
激光束为植物生长所需的任一波长激光束或其组合。可仅选用红光激光束,或选用红光激光束和蓝光激光束的组合,或以红光激光束、蓝光激光束为基本光,再加上别的波长的激光束的组合。最优选为以红光激光束、蓝光激光束为基本光,再加上远红光激光束的组合。其中,所述蓝光激光束的波长优选440nm至470nm,红光激光束的波长优选630nm至660nm,远红光激光束的波长优选 730nm至760nm。
激光植物生长灯63为半导体激光植物生长灯63,包括电源机构、激光控制机构和半导体激光器,其中,所述半导体激光器发射波长范围为 400nm至760nm的可调激光束;所述激光控制机构与所述半导体激光器相连,用于控制所述半导体激光器发射的激光的强度和/或时间;所述电源机构与所述激光控制机构相连,用于为所述激光控制机构供电。结构简单,经济实用;发射的激光强度和/或时间可调,可以满足作物在不同的生长阶段对光照强度和光照时间的需求,促进植物生长,减少病害传播,满足植物生长光合作用要求,具有较高的经济和社会价值。
激光植物生长灯63具体的特征如下:
1.照射功率高,输出功率为:5mW至500mW,阵列可达 145kW;
2.电-光转换效率高,可达30%~ 52%;
3.没有多余的波长,能够用单波长进行高效光激励。
4.从半导体激光器发射的激光通过匀光板产生光学雾化,光学透光率较高,可达到 75%~ 80%。该匀光板可以将从半导体激光器发射的激光均匀扩散,进而使得整个植物培育体系的光照均匀。
5.上述半导体激光器优选发射波长为,蓝光波长440nm至470nm和红光波长630nm至660nm,近红外光730nm至760nm,因为叶绿素a、b和绿色植物的作用光谱主要由红光和蓝光其作用,红光波长630nm至660nm和蓝光波长440nm至470nm,对光合作用的贡献最大,因此设置半导体激光器发射上述激光可以提高光线的利用率。并且,根据埃默森效应原理,若同时照射不同波长的光,则其光合作用速度大于这些光单独照射所得值之和,因此设置半导体激光器同时发射上述波长的红光和蓝光还可以提高植物生长速度和产量。进一步地,红光和蓝光的光线比例可以为(4至10):1,更优选的为(7至9):1。红光和蓝光能从两个激光腔镜片分别输出,也能从一个激光腔镜片输出;扩束器上能涂覆荧光粉,获得其它波长的荧光,激光器和扩束器或安装在活动装置上,能增设透镜和反射镜装置,扩大激光束的照射空间,控制激光束的光照范围。
请参见图1和图2,培养架2为立体式构造,该培养架2具有多层结构,植物栽培于每一层,顶层的植物接收的光谱为太阳61的光谱,位于顶层下方的层级,其栽培的植物接收的光谱为,太阳61的光谱、LED植物生长灯62的光谱和激光植物生长灯63的光谱,接收太阳61的光谱为斜角入射的散射光,顶部接收太阳61的光谱和LED植物生长灯62的光谱,侧面接收激光植物生长灯63的光谱,侧面接收激光植物生长灯63的光谱为平行光,且平行光对应植物的冠层进行扫描,一智能传感和控制系统7,藉由该智能传感和控制系统7对太阳61的光谱、LED植物生长灯62的光谱和激光植物生长灯63的光谱进行设定和调节,以及对一遮阳装置(未标号,下同)进行设定和调节,该遮阳装置位于架体1的顶部,架体1的顶部是透光结构。
请参见图1和图2,位于顶层下方的层级的植物,对应的LED植物生长灯62位于该植物上方约25cm至35cm,对应的激光植物生长灯63与该植物的侧面平行。LED植物生长灯62的开灯时间设定为6小时至14小时,相邻两个LED植物生长灯62之间的距离为5cm至25cm,LED植物生长灯62的光谱的发光角度为30度至120度,波长调整区域为380nm至720nm之间,激光植物生长灯63发出的光谱与对应的植物的冠层高度相互平行,为一致的平面扫描,波长调整区域为400nm至760nm。
请参见图1和图2,营养液水池3是位于培养架2的邻近处,或营养液水池3设于培养架2处,这样方便自动控制与供给系统4对该营养液水池3进行控制,近距离的直接将营养液水池3中的营养液(未图示,下同)供应给培养架2上的植物,为植物的生长提供适合配方与浓度的养分输送,让植物所需的水与肥料得到及时的供应,自动控制与供给系统4的建造也分为输送部分(未图示,下同)与调节部份(未图示,下同),输送部份由管道联接而成,调节部份由营养液水池3、母液贮藏罐及各种养分检测探头与自动控制组成,通过计算机自动控制及远程控制系统10的科学调控,能为植物生长供应各种营养元素齐全、溶氧充足、PH值适宜的营养液,只有这样才能让栽培的植物快速生长,植物长的好与不好在环境气候因子确定情况下,主要就是由营养液的配方所决定,所以计算机自动控制及远程控制系统10要完成EC值、PH值、溶氧、液温的调节与控制。
请参见图1和图2,一空气循环流通系统8,藉由该空气循环流通系统8对架体1内的空气进行处理。
请参见图1和图2,一二氧化碳补充系统9,藉由该二氧化碳补充系统9对架体1内的二氧化碳进行补充处理,供应的二氧化碳是植物的粮食,是光合作用最重要的原料与参与者。首先,二氧化碳在有限的栽培空间内消耗与递减是非常快的,如果没有外源的气体供给,架体1内生长的植物将会缺二氧化碳而形成生长不良的弱苗,而二氧化碳气的供给除了有足够的供气源外,还要设计输送系统(未图示,下同)就是通气管道(未图示,下同),利用二氧化碳的沉降性,一般在设计时都是从架体1的顶端输入为好,通过气的沉降与架体1内的循环再利用系统12来实现二氧化碳气在架体1内的均匀分布。另外也可用鼓风机强制吹送,使其达到匀衡之效果。架体1内部一般植物对二氧化碳最佳浓度的需求保持在1000-1500PPM为最好,而对于育苗还可以适当地提高,这些浓度的精确控制主要是依赖于二氧化碳浓度传感器的实时在线检测与控制来实现的。
请参见图1和图2,一物理杀菌系统13,藉由该物理杀菌系统13对架体1内进行杀菌处理,保证植物的生长环境不受干扰,虽然架体1内是相对封闭的环境,但难免一些生产过程或植物生长过程会导致菌类的滋生与蔓延,使生产过程难以实现正真的免农药栽培,针对这些问题,则利用物理杀菌系统13作为主要的解决方案,以实现无公害绿色农产品的生产。
请参见图1和图2,一视频监控与图像传送系统16,藉由该视频监控与图像传送系统16对架体1内的结构进行拍摄并传送至计算机自动控制及远程控制系统10。
请参见图1和图2,一循环再利用系统12,藉由该循环再利用系统12对架体1内结构产生的废物废液进行处理,藉由该循环再利用系统12对架体1内结构产生的废物废液进行处理,植物的生长环境有微风吹抚叶片表面为最好,这样植物的气孔吸收二氧化碳的数量会明显的提高,一般以每分钟3-4米的微风为最佳,可以在架体1的空间内均匀安装小风扇,可以在走道上方,也可以在培养架2的层架之间,也可以在隔板内外,这些通风装置可以使架体1内的气体分布与环境温湿度更加均匀与一致,特别是二氧化碳具有下沉性,通过对流通风能实现栽培植物叶片表面的均匀供气,对于育苗工厂来说可以大大提高育苗的密度,提高空间的利用率,还可以经过循环再利用系统12结合物理杀菌系统13,实现栽培空间空气的无菌化。在闭锁型的架体1内,空气循环再利用系统12结合二氧化碳补充系统9的强制供应,成为最为重要的核心,对于提高植物光合效率,促进离体发育生根的作用极为重要。
请参见图1和图2,一加湿系统15,藉由该加湿系统15对架体1内进行喷设保湿,架体1内环境湿度的控制与管理就是利用加湿系统15来完成的,已达到植物生长最适的湿度环境。加湿系统15具有多个喷头(未图示,下同),多个喷头的种类也可以不一样,按照栽培植物对湿度的需要进行不同的喷头配置,加湿系统15与智能温控系统5可协同联动开启。
请参见图1和图2,一环境闭锁密封系统14,藉由该环境闭锁密封系统14对架体1内进行闭锁密封,可以防止架体1外的环境对架体1内的植物进行影响,让植物是在全封闭的环境下生长,栽培环境不受任何外界气候因子的影响,本实施例中环境闭锁密封系统14的构建是利用隔热避光与防风的材料进行厂房的建设,以最佳的隔热性能来实现能量损耗的最少化与节能化,根据隔热原理,可选择泡沫绝热板或隔热塑料板作为建设材料,这种材料具有良好的隔热性与避光性,能使工厂内外的能量交换最小化,内外影响最小化,当然也可以选择一些更高档的隔热避光材料进行建设,建设时要求接缝处粘接密封良好,以免透风而影响架体1内的人工生态环境,在建造环境闭锁密封系统14时,还要加入承载力与牢固度较好的钢材或木材作骨架,在建造环境闭锁密封系统14时,架体1的顶部是透光结构,尽量多容纳太阳光全天入射角度,另外,在隔热板的内外两面最好还要喷涂上反光层,以实现内环境补光的充分利用,和外环境日照影响的最小化。在建造时,要求重视与注意的是,通风窗或进气口与泡沫板的交接处的密封性一定要好,否则漏风造成环境不稳外,还会参杂大量的细菌进入架体1内,而造成细菌、真菌的滋生繁衍,影响植物的生长环境出现病害几率。
通过计算机自动控制及远程控制系统10的科学调控,能为植物生长供应各种营养元素齐全、溶氧充足、PH值适宜的营养液,只有这样才能让栽培的植物快速生长,植物长的好与不好在环境气候因子确定情况下,主要就是由营养液的配方所决定,所以计算机自动控制及远程控制系统10要完成EC值、PH值、溶氧、液温的调节与控制。
请参见图1和图2,发电装置11对前述的结构进行电力的供应,混合光型的植物工厂作业系统涉及的每一块运行系统都离不开电能,如环境模拟、工厂操作、人员管理等都需要用电,由于有此混合光型的植物工厂作业系统是建在无电力供应的地方,更需把电摆到最首要的位置来进行科学设计,本实施例是利用太阳61发电与风力发电的结合,不仅采取能源方便,而且达到能源供应的互补,如没有太阳61照时可利用风能发电,投入成本不大,而且安装简单易实施,例如在地球的南北极建造混合光型的植物工厂作业系统或在月球上建造混合光型的植物工厂作业系统首选的发电装置11就是太阳61发电与风力发电系统,当然,在电力可以供应的区域也可利用这两种发电技术进行补充供电,特别是用于通风与补光上最为经济实用。
请参见图1和图2,上述混合光型的植物工厂作业系统,用以对植物进行科学的栽培种植,设置光照系统6,其用以对植物进行照射作用,该光照系统6具有太阳61、多个LED植物生长灯62和多个激光植物生长灯63,其中太阳61为连续光谱,且波长为295nm至2500nm,LED植物生长灯的光谱为紫光波长使用380nm至400nm,蓝光波长使用440nm至470nm,绿光波长使用500nm至560nm,红光波长使用630nm至660nm,激光植物生长灯的光谱为蓝光波长使用440nm至470nm,红光波长使用630nm至660nm,近红外光波长使用730nm至760nm,太阳的光谱、LED植物生长灯的光谱和激光植物生长灯的光谱互相协同叠合后的光量子流密度为三档分别为95μmol﹒m-2﹒s-1、195μmol﹒m-2﹒s-1、285μmol﹒m-2﹒s-1,并分别对应作用于植物生长的育苗期、生长期、成熟期的所需光强,达成理想的多维发光体,构成混合光型的植物工厂作业系统,使得植物得到理想的光质、光强、光周期和光形态,不仅节约了投资成本和运行成本,而且提高了植物的生长效率,高效节能的多维光源发出可调光质、光能量的不同光波,并协同的光叠加和光干涉的效应,产生理想光能量场和光强再分布应用于混合光型的植物工厂作业系统。
以上详细说明仅为本发明之较佳实施例的说明,非因此局限本发明的专利范围,所以,凡运用本创作说明书及图示内容所为的等效技术变化,均包含于本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种混合光型的植物工厂作业系统,用以对植物进行科学的栽培种植,其特征在于,包括:一架体,于架体内设置一培养架,该培养架用以栽培植物,培养架至少一层或一层以上,至少一营养液水池,藉由一自动控制与供给系统对该营养液水池进行控制,用以对植物进行营养的供给,一智能温控系统,藉由该智能温控系统对架体内的温度进行控制,一光照系统,其用以对植物进行照射作用,该光照系统具有太阳、多个LED植物生长灯和多个激光植物生长灯,其中太阳为连续光谱,且波长为295nm至2500nm,LED植物生长灯的光谱为紫光波长使用380nm至400nm,蓝光波长使用440nm至470nm,绿光波长使用500nm至560nm,红光波长使用630nm至660nm,激光植物生长灯的光谱为蓝光波长使用440nm至470nm,红光波长使用630nm至660nm,近红外光波长使用730nm至760nm,太阳的光谱、LED植物生长灯的光谱和激光植物生长灯的光谱互相协同叠合后的光量子流密度为三档分别为95μmol﹒m-2﹒s-1、195μmol﹒m-2﹒s-1、285μmol﹒m-2﹒s-1,并分别对应作用于植物生长的育苗期、生长期、成熟期的所需光强,一计算机自动控制及远程控制系统,对上述结构进行控制处理,藉由一发电装置对上述结构进行电力供应。
2.如权利要求1所述的混合光型的植物工厂作业系统,其特征在于:培养架为立体式构造,该培养架具有多层结构,植物栽培于每一层,顶层的植物接收的光谱为太阳的光谱。
3.如权利要求2所述的混合光型的植物工厂作业系统,其特征在于:位于顶层下方的层级,其栽培的植物接收的光谱为,太阳的光谱、LED植物生长灯的光谱和激光植物生长灯的光谱。
4.如权利要求3所述的混合光型的植物工厂作业系统,其特征在于:位于顶层下方的层级的植物,其接收太阳的光谱为斜角入射的散射光。
5.如权利要求3所述的混合光型的植物工厂作业系统,其特征在于:位于顶层下方的层级的植物,其顶部接收太阳的光谱和LED植物生长灯的光谱,其侧面接收激光植物生长灯的光谱。
6.如权利要求5所述的混合光型的植物工厂作业系统,其特征在于:位于顶层下方的层级的植物,其侧面接收激光植物生长灯的光谱为平行光,且平行光对应植物的冠层进行扫描。
7.如权利要求1所述的混合光型的植物工厂作业系统,其特征在于:一智能传感和控制系统,藉由该智能传感和控制系统对太阳的光谱、LED植物生长灯的光谱和激光植物生长灯的光谱进行设定和调节、以及对一遮阳装置进行设定和调节,该遮阳装置位于架体的顶部,架体的顶部是透光结构。
8.如权利要求1所述的混合光型的植物工厂作业系统,其特征在于:一空气循环流通系统,藉由该空气循环流通系统对架体内的空气进行处理,一二氧化碳补充系统,藉由该二氧化碳补充系统对架体内的二氧化碳进行补充处理,一物理杀菌系统,藉由该物理杀菌系统对架体内进行杀菌处理,一视频监控与图像传送系统,藉由该视频监控与图像传送系统对架体内的结构进行拍摄并传送至计算机自动控制及远程控制系统,一循环再利用系统,藉由该循环再利用系统对架体内结构产生的废物废液进行处理,一加湿系统,藉由该加湿系统对架体内进行喷设保湿,一环境闭锁密封系统,藉由该环境闭锁密封系统对架体内进行闭锁密封。
9.如权利要求1所述的混合光型的植物工厂作业系统,其特征在于:位于顶层下方的层级的植物,对应的LED植物生长灯位于该植物上方约25cm至35cm,对应的激光植物生长灯与该植物的侧面平行。
10.如权利要求9所述的混合光型的植物工厂作业系统,其特征在于:LED植物生长灯的开灯时间设定为6小时至14小时,相邻两个LED植物生长灯之间的距离为5cm至25cm,LED植物生长灯的光谱的发光角度为30度至120度,波长调整区域为380nm至720nm之间,激光植物生长灯发出的光谱与对应的植物的冠层高度相互平行,为一致的平面扫描,波长调整区域为400nm至760nm。
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