DE202014105523U1

DE202014105523U1 - Steuervorrichtung und Beleuchtungsanlage zur Beleuchtung von Pflanzenkulturen

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Publication number: DE202014105523U1
Application number: DE202014105523.1U
Authority: DE
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Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2024-11-18

Abstract

Eine Steuervorrichtung (21), vorzugsweise basierend auf einem EDV-System, bevorzugt ausgeführt als Microcontroller, insbesondere programmierbar, zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage (100) für eine Pflanzenkultur, wobei die Beleuchtungsanlage (100) aufweist: – wenigstens eine Leuchte (1) mit wenigstens einer Leuchtdiode (2), vorzugsweise wenigstens Hochleistungs-LED, die über einen Träger, insbesondere eine Leiterplatte (6), mit einem von Flüssigkeit durchströmten, Wärme leitenden Kühlkörper (4) verbunden ist, wobei die Flüssigkeit als Wärmeträger zur Aufnahme einer Abwärme der Leuchte (1) ausgewählt ist, – einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf, insbesondere als Schlauch- oder Rohrkreislauf ausgeführt, in welchem der Kühlkörper (4) der Leuchte integriert ist und der über eine Pumpe (13) zum Fördern des Kühlmittels und über elektrisch betriebene Ventile (20) zur Lenkung des Kühlmittelstroms verfügt, und der zum Transport des Kühlmittels zu der Pflanzenkultur ausgebildet ist, – wenigstens einen Temperatursensor (19), der im Bereich der Leuchte (1) und/oder der Pflanzenkultur und/oder des Kühlmittelkreislaufs vorgesehen und mit der Steuervorrichtung (21) elektrisch verbunden ist, und – Einrichtungen zur Ein- und Abschaltung der Leuchte (1), der Pumpe (13) und der Ventile (19) sowie vorzugsweise wenigstens eines Ventilators (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (21) ausgebildet ist, um die durch den wenigstens einen Temperatursensor gemessene/-n Temperatur/-en mit einem oberen Grenzwert zu vergleichen und bei Überschreitung einen Wärmezustrom in die Pflanzenkultur über das Kühlmittel durch Steuern von Ventilen (20) und/oder Kühleinrichtungen (18) zu unterbrechen oder zu senken oder umzukehren, um eine von biologischen Anforderungen vorgegebene Höchsttemperatur in der Pflanzenkultur einzuhalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Beleuchtungsanlage zur Beleuchtung von Pflanzenkulturen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung und ein Beleuchtungsanlage zur künstlichen Beleuchtung von Pflanzen zur Erzielung und/oder Steigerung von Wachstum. Die Steuervorrichtung und das Beleuchtungsanlage werden bevorzugt in einem Gewächshaus verwendet.
STAND DER TECHNIK
In der Gewächshauskultur werden, wenn es die klimatischen Rahmenbedingungen erfordern, Kunstlichtquellen eingesetzt, um

– die Menge der photosynthetisch wirksamen Strahlung, gemeinhin PAR (für engl. ”photosynthetic active radiation”) genannt, zu erhöhen, und/oder
– die Beleuchtungsdauer über die Sonnenscheindauer hinaus auszudehnen, und/oder
– Phasen mit geringer Sonnenstrahlung, wie z. B. durch Bewölkung verursacht, zu überbrücken, und/oder
– Pflanzenkultivierung gänzlich ohne Sonneneinstrahlung zu ermöglichen.

Pflanzenwachstumsbeleuchtung ähnelt heute der Beleuchtung für Sehzwecke. Oft werden einzelne Leuchten von Gewächshausdecken abgependelt und von dort mit Strom versorgt. Mit zunehmender Verwendung von LED werden LED-Module auch in Regalen an Regalböden befestigt, oder zu Hochleistungsclustern zusammengefasst.
Kunstlichtquellen in der Gewächshausbeleuchtung sind heute bevorzugt:

– Hochdruckentladungslampen, hier insbesondere Hochdruck-Natriumdampflampen hoher Leistung (250 W bis 2000 W), oder
– Leuchtdiodenlampen.

Um für Pflanzenwachstum günstige Bedingungen herzustellen, sind oft hohe Beleuchtungsstärken nötig. Das Licht sollte, um ein der Natur ähnliches Wachstum zu ermöglichen, überwiegend von oben auf die Pflanzen scheinen. Damit wenig Lichtleistung durch Streuung zur Seite verloren geht, sollten die Leuchten immer möglichst nah über den Pflanzen angebracht sein und das Licht über Reflektoren nach unten werfen. In klassischen Gewächshäusern mit transparentem Dach sollen zudem die Leuchten den Tageslichteinfall möglichst nicht behindern und sind daher in ihren Abmessungen beschränkt.
Alle bisher eingesetzten Lampentypen verwandeln einerseits einen Großteil der elektrisch zugeführten Leistung in Wärme. Dieser Wärmeverlust wird

– durch Infrarotstrahlung in derselben Richtung wie das Licht (hier nach unten), und/oder
– durch Konvektion

Insbesondere die Hochdrucklampen geben erhebliche Mengen an Infrarotstrahlung ab, die auf kurze Entfernung die Pflanzen schädigen kann. Bei hohen Leistungen müssen daher oft Schutzgläser und Ventilatoren eingesetzt werden, um die Pflanzen vor Verbrennungen zu schützen. Die über Konvektion abgegebene Wärme sammelt sich an der Decke des Gewächshauses oder dem Kulturbehälter. Dort wird sie über Wärmeleitung oder Belüftung nach außen abgegeben.
In der Gewächshauskultur besteht andererseits je nach klimatischen Verhältnissen oft ein Bedarf an Wärme. Diese wird beispielsweise eingesetzt, um

– die Luft im Kulturbehälter/Gewächshaus im Niveau der Pflanzen zu erwärmen, und/oder
– das Pflanzsubstrat zu erwärmen, und/oder
– das Gießwasser vor der Bewässerung zu erwärmen.

Dazu werden in der Regel fossile Energieträger in einer Zentralheizung eingesetzt.
Es ist erkennbar, dass Kunstlichtquellen Wärme erzeugen, diese aber nicht weiter nutzbar ist, da ihre Ausbreitung nicht kontrolliert wird. Werden Leuchtdioden als Lichtquelle eingesetzt, ergibt sich ein weiteres Problem durch die Wärmeentwicklung. Im Bereich der Leuchten steigt bei den hohen geforderten Leistungen die Temperatur rasch an. Die Leuchtdioden selbst reagieren auf den Temperaturanstieg mit einer Reduzierung der Lichterzeugung und des Wirkungsgrades. Die Lebensdauer sinkt auch signifikant. Dennoch werden zunehmend Leuchtdioden eingesetzt, da sie bei geeigneter Auswahl einen wesentlich höheren Anteil an PAR in ihrem Spektrum enthalten und sehr wenig Infrarotstrahlung abgeben. Das Temperaturproblem bei Leuchtdioden wird bislang durch den Einsatz von Ventilatoren oder übergroßen Kühlkörpern gelöst, oder durch eine Vergrößerung der Leuchtenfläche der Leuchten. Durch Ventilatoren entsteht eine zusätzliche Fehlerquelle, zusätzlicher Energieverbrauch und eine Lärmquelle, da es sich um mechanische Systeme handelt.
Durch Vergrößerung der Leuchtenfläche soll die passive Wärmeabgabe der Leuchtdioden mittels Konvektion verbessert werden. Dabei vergrößert sich jedoch die Verschattung, wenn gleichzeitig das Sonnenlicht genutzt werden soll. Auch müssen passive und aktive Luftkühlungen von Staubablagerungen gereinigt werden, um einer steten Wirkungsgradverschlechterung zu begegnen.
Weiter sind Lösungen mit Leuchtdiodenlampen bekannt, welche die Wärme aus den Leuchtdioden über Kühlkörper mit von Flüssigkeit durchflossenen Hohlräumen entfernen. Die Flüssigkeit transportiert die Wärme entweder zu Wärmetauschern, welche die Wärme an die Umgebungsluft abgeben oder auch zur Bodenerwärmung nutzen. Dies kann zu einem verbesserten Wachstum der Pflanzen führen. Auch eine starke Abkühlung durch Gießwasser kann damit ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck werden im Allgemeinen Heizschlangen im Pflanzsubstrat verlegt, um eine homogene Wärmeabgabe zu erzielen. Andere Nutzungen der Abwärme wie Raumheizung werden ebenfalls beschrieben.
Bei der direkten Zuführung der Abwärme zu einem Pflanzsubstrat besteht jedoch die Gefahr, dass zu hohe Temperaturen erreicht werden. Diese können sehr schnell zur Schädigung des Wurzelapparates und – je nach Pflanzenart – zu erheblichen Einbußen bei Aufzucht und Ernte führen. Die Überhöhung der Temperatur kann aus verschiedenen Ursachen erwachsen, wie technisches Versagen einzelner Anlagenteile (obstruierte Schläuche/Rohre), erhöhte Umgebungstemperatur, erhöhte Anlagenleistung und Bedienfehler. Die Folgen können dramatisch sein und zu großen Verlusten führen.
Weiterhin ist bekannt, dass in der Aufzucht der Pflanzen verschiedene Phasen des Wachstums existieren, in denen unterschiedliche erwünschte und unerwünschte Eigenschaften ausgebildet werden. Es ist bekannt, dass das Einsetzen bestimmter Phasen, wie z. B. der Blüte, durch die spektrale Zusammensetzung und die tägliche Einstrahlung des Lichtes zumindest beeinflusst, in manchen Fällen sogar gesteuert wird.
In großen Anlagen befinden sich nicht immer alle Pflanzbeete oder Pflanztische, die mit je einer Leuchte beleuchtet werden in der gleichen Wachstumphase, da mitunter unterschiedliche Einrichtungen des Gewächshauses in Chargen genutzt werden. Auch können leichte Unterschiede in den Umgebungsbedingungen zu einer Verzögerung des Wachstums einzelner Beete führen. Eine visuelle Kontrolle zur Bestimmung der besten Zeitpunkte zum Wechsel der Beleuchtungsphasen kann sich jedoch aufwändig gestalten und ist durch die daraus abzuleitende manuelle Steuerung der Leuchten auch anfällig für Fehler.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gewächshausbeleuchtung zu schaffen, welche die vorstehend beschriebenen Probleme im Stand der Technik wenigstens teilweise behebt. Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gewächshausbeleuchtung zur künstlichen Beleuchtung von Pflanzen zur Erzielung und/oder Steigerung von Wachstum zu schaffen, welche bei Einsatz moderner Leuchtmittel den Wärmehaushalt im Leuchtmittel und/oder im Gewächshaus und/oder im Kulturbehälter verbessert wird. Dabei ist es eine weitere Aufgabe, die Wärme der Leuchtmittel, insbesondere der vom Wirkungsgrad führenden LED, wirkungsvoll und schnell aus der Leuchte abzuführen und mit möglichst geringem Aufwand zu Punkten in der Pflanzenkultur zu führen, wo sie benötigt wird. Eine weitere Aufgabe ist es, die Temperatur an den Leuchtdioden möglichst niedrig zu halten um die Lebensdauer und den Wirkungsgrad der LED zu maximieren. Eine weitere Aufgabe ist es, die Abmessungen der Leuchten möglichst gering zu halten, um Materialeinsparungen zu ermöglichen und die Verschattung gegenüber Sonneneinstrahlung zu minimieren.
Eine weitere Aufgabe ist es, Temperatur- bzw. Kühlmitteldurchfluß und Zeitsteuerung zu optimieren, um den Gesamtnutzen zu maximieren. Eine weitere Aufgabe ist es, die Pflanzen vor zu hohen Temperaturen sowohl von Seiten der Beleuchtung als auch durch eine Bodenheizung wirksam zu schützen. Eine weitere Aufgabe ist es, nur zu Zeiten unzureichender Sonneneinstrahlung Kunstlicht zuzuführen und damit den Stromverbrauch zu minimieren,
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Beleuchtung für ein gewünschtes Kulturergebnis gemäß einem Kultivierungsplan optimal zu steuern. Der Wechsel einer Beleuchtungsphase kann anhand der visuellen Kontrolle der Pflanzengröße erfolgen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorstehend angeführte/-n Aufgabe/-n wird/werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche wenigstens in Teilaspekten gelöst.
Ein erster Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung, vorzugsweise basierend auf einem EDV-System, bevorzugt ausgeführt als Microcontroller, insbesondere programmierbar, zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage für eine Pflanzenkultur. Die Beleuchtungsanlage weist wenigstens eine Leuchte mit wenigstens einer Leuchtdiode, vorzugsweise wenigstens einer Hochleistungs-LED, die über einen Träger, insbesondere eine Leiterplatte, mit einem von Flüssigkeit durchströmten, Wärme leitenden Kühlkörper verbunden ist, wobei die Flüssigkeit als Wärmeträger zur Aufnahme einer Abwärme der Leuchte ausgewählt ist, einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf, insbesondere als Schlauch- oder Rohrkreislauf ausgeführt, in welchem der Kühlkörper der Leuchte integriert ist und der über eine Pumpe zum Fördern des Kühlmittels und über elektrisch betriebene Ventile zur Lenkung des Kühlmittelstroms verfügt, und der zum Transport des Kühlmittels zu der Pflanzenkultur ausgebildet ist, wenigstens einen Temperatursensor, der im Bereich der Leuchte und/oder der Pflanzenkultur und/oder des Kühlmittelkreislaufs vorgesehen und mit der Steuervorrichtung elektrisch verbunden ist, und Einrichtungen zur Ein- und Abschaltung der Leuchte, der Pumpe und der Ventile sowie vorzugsweise wenigstens eines Ventilators auf. Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung ausgebildet, um die durch den wenigstens einen Temperatursensor gemessene/-n Temperatur/-en mit einem oberen Grenzwert zu vergleichen und bei Überschreitung einen Wärmezustrom in die Pflanzenkultur über das Kühlmittel durch Steuern von Ventilen und/oder Kühleinrichtungen zu unterbrechen oder zu senken oder umzukehren, um eine von biologischen Anforderungen vorgegebene Höchsttemperatur in der Pflanzenkultur einzuhalten.
Durch die Einhaltung einer vorgegebenen Höchsttemperatur kann beispielsweise, aber nicht nur, ein Verbrennen der Wurzeln oder andere Wärmeschäden vermieden werden oder eine für den Kulturzweck gewünschte Temperatur gehalten werden. Die Ausbildung der Steuervorrichtung für die hier und nachstehend beschriebenen Zwecke kann beispielsweise, aber nicht nur, durch feste Verdrahtung, oder über eine Programmfunktion erreicht werden. Der oder die Temperatursensor/-en ist/sind im Bereich der Leuchte und/oder der Pflanzenkultur und/oder des Kühlmittelkreislaufs vorgesehen. Wesentlich ist dabei die Möglichkeit, von der gemessenen Temperatur auf einen Wärmehaushalt der Pflanzenkultur, d. h., die Temperatur im Substrat, am Boden oder dergleichen zu schließen. Neben der Pflanzenkultur kann auch ein Transport des Kühlmittels zu anderen Wärmequellen und/oder -senken bzw. Stellen, an denen ein Bedarf an Wärmeenergie bestehen kann oder an denen Wärme abgegeben oder aufgenommen werden kann, vorgesehen sein.
Die Steuervorrichtung kann weiter ausgebildet sein, um die durch den wenigstens einen Temperatursensor gemessene/-n Temperatur/-en mit einem unteren Grenzwert zu vergleichen und bei Unterschreitung den Wärmezustrom durch Steuern von Ventilen und/oder Heizeinrichtungen zu ermöglichen oder zu verstärken, um eine von biologischen Anforderungen vorgegebene Mindesttemperatur in der Pflanzenkultur einzuhalten. Durch die Einhaltung einer vorgegebenen Mindesttemperatur kann beispielsweise, aber nicht nur, ein Einfrieren der Wurzeln oder andere Kälteschäden vermieden werden oder eine für den Kulturzweck gewünschte Temperatur gehalten werden.
Die Steuervorrichtung kann weiter ausgebildet sein, um den oberen und/oder unteren Grenzwert anhand einer Wachstumsphase von in der Pflanzenkultur kultivierten Pflanzen einzustellen. Beispielsweise kann in einer Keimphase ein höheres oder niedrigeres Temperaturniveau als in einer Wachstums oder Erntereifephase gewünscht sein. Auch kann es gewünscht sein, in einer bestimmten, kritischen Wachstumsphase engere Temperaturgrenzen einzuhalten. Ebenso kann durch Steuerung des Temperaturniveaus auch das Wachstum gezielt beschleunigt oder verzögert werden, um den Erntezeitpunkt auf betriebswirtschaftliche Erfordernisse abzustimmen.
Die Steuervorrichtung kann weiter ausgebildet sein, um eine Lichtzusammensetzung eines von der Leuchte abgegebenen Lichts in Abhängigkeit von einer Wachstumsphase einzustellen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung über einstellbare Parameter und ein Programm verfügen, das die Lichtabgabe der Leuchten, insbesondere hinsichtlich Lichtstrom, Beleuchtungsdauer und Spektrum, zu bestimmten, durch die Parameter festgesetzten Zeiten steuert, wobei die Lichtabgabe vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Wachstumsphase der betroffenen Pflanzenkultur gesteuert wird, und wobei die Leuchte zur Steuerung des abgegebenen Spektrums insbesondere Hochleistungs-LEDs verschiedener Farben aufweist, die jeweils separat ansteuerbar sind.
Die Steuervorrichtung kann weiter eine optische Sensoreinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, um eine Wuchshöhe und/oder Wachstumsphase von in der Pflanzenkultur kultivierten Pflanzen zu erfassen. Alternativ kann natürlich die vorliegende Wachstumsphase auch extern manuell eingegeben werden oder anhand einer Zeitsteuerung vorgegeben werden. Beispielsweise kann der Anschluss wenigstens eines optischen Systems, bevorzugt Laserlichtvorhangs, mit dem die Größe von Pflanzen kontinuierlich erfasst werden kann, vorgesehen sein. Dann kann die Steuervorrichtung weiter ausgebildet sein, um zu den jeweiligen Messergebnissen des optischen Systems aus einer gespeicherten Tabelle Betriebsparameter, bevorzugt tägliche Beleuchtungsdauer und spektrale Zusammensetzung des Lichtes, auszuwählen und auszuführen.
Wenn die Steuervorrichtung über eine Schnittstelle mit einem Abstandssensor verbunden ist, der an den Leuchten selbst angebracht ist und vorzugsweise als Ultraschall- oder Radarsensor ausgebildet ist, und weiter ausgebildet ist, um Messwerte des Abstandssensors zu erfassen und daraus eine Distanz der Leuchte zu den Pflanzen zu bestimmen, kann eine Beleuchtung auf die Distanz der Leuchten zu den Pflanzen abgestimmt werden, um Lichtschäden zu vermeiden bzw. eine Mindestbeleuchtungsintensität sicherzustellen. Dabei kann die Steuervorrichtung versehen oder über eine Schnittstelle verbunden sein mit einem elektrisch betriebenen Hubzeug, das sich in der Aufhängung jeder Leuchte befindet, und kann weiter ausgebildet sein, um den Abstand durch automatisches Betätigen des Hubzeugs auf der Grundlage der Erfassung der Abstände auf ein bekanntes Optimum zu regeln.
Die Steuervorrichtung kann weiter mit einem Lichtsensor verbunden sein, der die Beleuchtungsstärke erfasst und die Beleuchtung auf die Zeiten beschränkt, in denen der Einfall von Tageslicht nicht ausreicht, um die festgesetzten Wachstumsziele der Pflanzen zu erfüllen. Dabei kann der Lichtsensor so ausgebildet sein, dass er allein das von oben einfallende Tageslicht erfasst. Der Lichtsensor kann alternativ so ausgebildet sein, dass er die Summe des künstlichen und natürlichen Lichteinfalls erfasst.
Bevorzugt verfügt die Steuervorrichtung über einstellbare Parameter und ein Programm, das die Temperaturen an allen mit Messfühlern ausgestatteten Positionen innerhalb der durch die Parameter festgesetzten Grenzen hält, indem die Pumpen und Ventile phasenweise in Betrieb genommen werden.
Ein weiterer Erfindungsgesichtspunkt betrifft eine Anlage zur Beleuchtung einer Pflanzenkultur, die wenigstens eine Leuchte, die photosynthetisch aktive Strahlung abgibt, und eine elektronische Steuervorrichtung enthält. Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung dieser Beleuchtungsanlage gemäß vorstehendem Erfindungsgesichtspunkt ausgebildet. Dadurch, dass die Anlage die Steuervorrichtung des vorherigen Erfindungsgesichtspunkts enthält, treffen alle Vorteile, die durch die Steuervorrichtung erzielt werden, auch auf die Anlage selbst zu.
Bevorzugt enthält die Leuchte wenigstens ein LED-Leuchtenmodul mit wenigstens je einer LED, und wobei die Leuchte einen Grundkörper aus wärmeleitendem Material enthält, der mit dem LED-Leuchtenmodul über eine gemeinsame Fläche verbunden ist, wobei die entstehende Verlustleistung durch ein flüssiges Kühlmittel aufgenommen und zu einem oder mehreren Wärmetauschern transportiert wird, wobei der Grundkörper vom Kühlmittel durchströmt wird, und wobei das Kühlmedium mittels flexibler oder starrer Rohre zu den Leuchten hin und von den Leuchten weg in einem geschlossenen Kreislauf gefördert wird. Als Modul kann im Sinne der Erfindung auch eine Leiterplatte verstanden werden, wobei die Leiterplatte auch durch weitere Bauelemente wie etwa einem Rahmen, eine eigene transparente Abdeckung, Klemmvorrichtungen zur Anbringung am Grundkörper, etc. ergänzt sein kann.
Dabei ist der Hohlraum im Grundkörper vorzugsweise der Länge nach durch eine Engstelle in zwei Teile geteilt ist, wobei die beiden Anschlussstellen auf je einer Seite der Engstelle liegen, wobei die Engstelle so ausgebildet ist, dass die Engstelle vom Kühlmittel mit einer hohen Geschwindigkeit durchströmt werden muss, und wobei die Anschlüsse für die Zuführung des Kühlmittels jeweils an den der Länge nach entgegengesetzten Enden des Grundkörpers zu liegen kommen, und zwar so, dass der Weg der Kühlflüssigkeit zwischen den Anschlüssen stets die gleiche Länge aufweist, unabhängig von der Stelle, an der die Verengung passiert wird.
Wenn die Engstelle an einer Außenwand des Grundkörpers anliegt, und an der Außenseite des selben Wandabschnitts eine ebene Fläche liegt, auf der die LED-Module anliegen, so dass die LED der Module über der Fläche positioniert sind, die auf der Innenseite von der Engstelle eingenommen wird, kann eine besonders wirksame und gleichmäßige Wärmeabgabe an das Kühlmedium erzielt werden.
Wenn auf der Metallkernplatine mindestens ein weiteres Bauelement angebracht ist, das geeignet ist, die Temperatur der Platine zu messen und ein elektrisches Messsignal zu erzeugen, kann dieses Messsignal insbesondere an die Steuervorrichtung ausgegeben werden und von dieser zu den genannten Steuerungszwecken verarbeitet werden.
Besonders bevorzugt sind die Leuchtdioden auf dem LED-Modul mindestens zwei verschiedene Typen, die jeweils auf der Platine getrennten Schaltkreisen zugeordnet sind. Dadurch können die Leuchtdioden der verschiedenen Typen getrennt angesteuert werden, und es ist eine besonders einfache Steuerung der Lichtmenge und -zusammensetzung durch die Steuervorrichtung möglich. Wenn die verschiedenen LED in unterschiedlicher Menge bevorzugt rotes und blaues Licht abgeben, kann die Lichtzusammensetzung besonders gut auf die jeweiligen Wachstumsphasen in der Pflanzenkultur abgestimmt werden.
Um einen möglichst gleichmäßigen Kühleffekt zu erzielen, ist bevorzugt, dass die Leuchten von einem gemeinsamen Verteiler mit Kühlflüssigkeit versorgt werden und die erwärmte Flüssigkeit wieder an einem gemeinsamen Sammler zusammengeführt wird, wobei die Länge der Leitungen bei konstantem Querschnitt in Bezug auf eine Leuchte und die Position der Abzweige so gewählt wird, dass der Weg der Kühlflüssigkeit von Verteiler zu Sammler durch gleich welche Leuchte stets gleich lang ist.
Zur Wärmeverteilung, -abgabe und -zufuhr können verschiedene technische Einrichtungen wie etwa Pumpen, Wärmetauscher, Zisternen, Wärmespeicher, und entsprechende Ventile vorgesehen sein. An geeigneten Stellen können Temperaturfühler angebracht sein, die ein elektrisches Messsignal erzeugen, das wiederum der Steuervorrichtung zur Verarbeitung zu den genannten Zwecken zugeführt werden kann.
Die Steuervorrichtung und die Beleuchtungsanlage, die vorstehend beschrieben wurden, eignen sich in besonderer Weise zur Verwendung für ein Gewächshaus.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Gesamtansicht einer Gewächshausbeleuchtungsanlage nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht regelungstechnischer Einrichtungen in der Gewächshausbeleuchtungsanlage von 1;
3 ist eine Prinzipskizze einer Leuchte in der Gewächshausbeleuchtungsanlage von 1 im außermittigen Längsschnitt;
4A ist eine schematische Querschnittsansicht der Leuchte von 3, genommen entlang einer Linie IV-IV in angegebener Pfeilrichtung;
4B und 4C zeigen Varianten der in 3, 4A gezeigten Leuchte; und
5 ist eine schematische Querschnittsansicht der Leuchte von 3 entsprechend 4 in einer Ausführungsvariante.
GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es versteht sich, dass die Zeichnungen schematisch sind und sich auf die zur Erläuterung und zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Sachverhalte beschränkt. Dem Fachmann geläufige Einzelheiten können in den Zeichnungen weggelassen sein, ohne dass dies ein Fehlen dieser Einzelheiten in der erfindungsgemäßen Ausführungsform andeuten soll. Den Zeichnungen sind keine absoluten und/oder relativen Größen zu entnehmen. Eine nicht fertigungsgerechte Darstellung in den Zeichnungen berührt die Ausführbarkeit des Erfindungsgegenstands als solches nicht; vielmehr wird der Fachmann die dargestellten Bauteile anhand seiner fachnotorischen Kenntnis fertigungsgerecht ausführen.
1 ist eine schematische Gesamtansicht einer Gewächshausbeleuchtungsanlage 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Beleuchtungsanlage 100 weist Leuchten 1 auf, welche, wie später anhand weiterer Figuren in weiteren Einzelheiten gezeigt und beschrieben wird, mit Leuchtdioden als Lichtquelle versehen sind und mit einem Kühlkreislauf auf Basis eines flüssigen Kühlmittels, das die Wärme in unmittelbarer Nähe der Leuchtdioden aufnimmt, abtransportiert und an geeigneter Stelle über Wärmetauscher wieder abgibt, verbunden sind. Dadurch wird die Wärme, die vorher nutzlos entsorgt wurde, einer Nutzung zugeführt. Weiterhin wird durch die hohe Wärmekapazität des Kühlmittels eine wesentlich schnellere Kühlung und ein dauerhaft niedrigeres Temperaturniveau der Leuchtdioden erreicht. Dies ermöglicht den Einsatz einer großen Zahl an Hochleistungsleuchtdioden, was eine hohe Leistungsdichte ermöglicht.
Die Leuchten 1 sind in 3 und 4A genauer dargestellt. Dabei ist 3 ein Längsschnitt einer Leuchte 1, und ist 4A ein Querschnitt entlang einer Linie IV-IV in Richtung angegebener Pfeile in 3. Wie in 3 und 4A gezeigt, weisen die Leuchten 1 jeweils einen Grundkörper 4 aus wärmeleitendem Material. Der Grundkörper ist typischerweise aus Aluminium oder bestimmten Legierungen mit Aluminium hergestellt. Dieses Material erlaubt die kostengünstige Fertigung im Strangpressverfahren.
Der Grundkörper 4 weist einen von einem Kühlmedium durchströmten Hohlraum auf. An einer Unterseite des Grundkörpers ist ein Leuchtmodul 6 in Form einer Leiterplatte, welche eine Anzahl von nach unten weisenden Leuchtdioden (LED) 2 trägt, befestigt. Wie in 4A ersichtlich, sind die LED 2 paarweise nebeneinander in zwei Längsreihen angeordnet. Die paarweise Anordnung wurde in dieser Ausführungsform zur Veranschaulichung beispielhaft gewählt. Je nach konkreten Anforderungen hinsichtlich Ausleuchtung, Lichtmenge, Lichtzusammensetzung und/oder Design kann auch eine andere Anordnung sinnvoll sein. Insbesondere können mindestens zwei verschiedene LED-Reihen vorgesehen sein. Das Modul 6 weist ferner einen Steuerkreis auf, der als integrierter Schaltkreis ausgebildet sein kann und vorzugsweise auf der gleichen Leiterplatte befestigt und angeschlossen ist. Der Steuerkreis dient beispielsweise der Stromüberwachung und Spannungsregelung sowie der Ansteuerung der LED 2 insgesamt, in Gruppen oder individuell nach einem vorgegebenen Schema oder anhand von Steuersignalen, die von außen eingegeben werden. In dem Modul 6, optional in den Steuerkreis integriert, können auch ein oder mehrere Temperatursensoren vorgesehen sein, deren Signale der Steuerkreis verarbeiten, zur Erfüllung seiner Aufgaben verwenden und optional auch nach außen ausgeben kann. (In dieser Beschreibung wird die Leiterplatte 6 als das Modul bzw. Leuchtenmodul verwendet. Ein Modul kann neben einer Leiterplatte noch andere Einrichtungen aufweisen wie etwa eine eigene transparente Abdeckung oder einen Rahmen. Ferner kann ein Modul auch austauschbar gestaltet sein und etwa entsprechende Befestigungseinrichtungen wie etwa Clipse, Laschen, Verschraubungselemente oder dergleichen aufweisen.

Als LED 2 sind in der vorliegenden Ausführungsform Hochleistungs-LED zweier unterschiedlicher Farbspektren vorgesehen. In nachstehender Tabelle 1 sind beispielhaft zwei Typen von Hochleistungs-LED angegeben und mit einigen Parametern gegenübergestellt.

Typ	A	B
Bezeichnung	OSRAM LD CQAR	OSRAM LH CPDP
Leistungsaufnahme	2W	1W
Farbe	450 nm (tiefblau)	640 nm (hyperrot)
Abstrahlwinkel	120°	150°
typ. Strahlungsfluss	1200 mW	355 mW
typ. Lichtausbeute	56%	48%

Tabelle 1

Durch geeignete Ansteuerung von LED der Typen A und B können Farbspektrum und Gesamtlichtstrom der Leuchte 1 für die jeweilige Wachstumsphase der Pflanzen optimiert eingestellt werden. Beispielsweise hat es sich für Tomaten als vorteilhaft erwiesen, vom Keimling bis zur ersten Blüte ein blaues Licht mit einer Wellenlänge von 444 nm bis 457 nm zu verwenden und von der ersten Blüte bis zu Ernte das blaue und ein rotes Licht mit einer Wellenlänge von ca. 630 nm bis 640 nm zu verwenden.
Der Grundkörper 4 weist bevorzugt einen Steg 4a auf, der sich in Längsrichtung des Grundkörpers 4 von einer oberen Wandung des Grundkörpers 4 nach unten erstreckt, wobei der Steg 4a vor einer unteren Wandung des Grundkörpers 4 endet und somit einen Übergang 9 zwischen der unteren Wandung und dem Steg 4a freiläßt. Der Steg 4a weist eine Breite B auf, und der Übergang 9 weist eine Weite A auf. Somit definiert der Steg 4a zwei verbundene Kammern 7 im Inneren des Grundkörpers 4, die den gemeinsamen Hohlraum des Grundkörpers 4, der allseitig zur Umgebung abgedichtet ist, bilden und über je einen Anschluss 8 für Schläuche oder Rohre verfügen. Dieser gemeinsame Hohlraum wird von einem flüssigen Medium mit hoher spezifischer Wärmekapazität durchströmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Kühlmedium Wasser. Der Übergang 9 zwischen den Kammern 7 ist so gestaltet, dass das Kühlmedium an der Innenseite der unteren Wandung des Metallprofils des Grundkörpers 4, an deren Außenseite die Leiterplatten 6 mit den Leuchtdioden 2 montiert sind, entlang strömen muss. Der Übergang 9 ist eine Engstelle, so dass an der Montagestelle für die Leiterplatten 6, die auf der dem Übergang 9 entgegengesetzten Seite der Wandung angeordnet sind, die höchste Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums erreicht wird.
Der Übergang 9 zwischen den Kammern 7 ist bevorzugt so ausgebildet und die Position der Anschlüsse 8 für die Kühlmediumszufuhr sind so gewählt, dass der Flüssigkeitsstrom zwar unterschiedliche Wege durch die Kammern 7 und den Übergang 9 nehmen kann, diese Wege jedoch immer gleich lang sind und einen gleichen Strömungswiderstand aufweisen. Dadurch wird gewährleistet, dass an allen Stellen, an denen Module (Leiterplatten) 6 montiert werden können, gleichermaßen Kühlmedium vorbei strömt und die gleiche Wärmemenge aufzunehmen vermag. Dies führt zu minimierten Temperaturunterschieden bei den LED 2, so dass unterschiedliche Alterung und abweichende Wirkungsgrade effektiv vermieden werden.
In einer konstruktiven Weiterbildung der vorliegenden Ausführungsform kann, um die Stabilität zu erhöhen und Schwingungsanregungen durch Strömungspulsationen zu vermeiden oder zumindest zu minimieren, die Engstelle 9 in regelmäßigen Abständen unterbrochen (d. h., der Steg 4a mit der unteren Wandung verbunden) sein, sofern die nicht angeströmten Stellen nicht zu groß werden.
Die Kammern 7 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als parallele, langgezogene Hohlräume 7 ausgeführt und der Übergang 9 ist als ebenso breite aber dünne Engstelle zwischen den Hohlräumen 7 ausgebildet. Die Anschlüsse 8 kommen dann an den gegenüber liegenden Enden der Kammern 7 zu liegen. Das Metallprofil besitzt eine ebene Montagefläche 5, die zur Aufnahme der Leiterplatten 6 dient, die mit den Leuchtdioden 2 und weiteren zum Betrieb nötigen Bauteilen wie z. B. Temperaturfühlern oder Leistungshalbleitern bestückt sind.
Die Leuchtdioden 2 sind außen auf der Leiterplatte 6 bzw. dem Modul auf engstem Raum im Bereich der Engstelle 9 versammelt und erzeugen auf kleiner Fläche eine hohe Leistung, die mit passiver Kühlung technisch schwer zu bewältigen wäre.
In einer in 5 in einer Querschnittsansicht entsprechend 4A dargestellten Ausführungsvariante verfügt der Grundkörper 4 über Vorrichtungen 23, um einen Reflektor 24 oder andere Licht lenkende Systeme 25 daran zu befestigen und kann ferner Formmerkmale 26 zur Aufnahme einer transparenten Scheibe 27 aufweisen, wobei die Scheibe 27 angebracht werden kann, um die elektronischen Komponenten vor der Umgebung und deren klimatischen Bedingungen zu schützen, und einen hohen Eindringschutz (IP, ingres protection) verwirklichen kann. Wie in 5 gezeigt, ist die Vorrichtung 23 in der vorliegenden Ausführungsvariante ein Absatz einer über die Kammern 7 hinaus nach unten verlängerten Seitenwandung des Grundkörpers 4 und ist das Formmerkmal 26 eine in der verlängerten Seitenwandung unterhalb des Vorsprungs ausgebildete Nut. In 5 sind die Rohranschlüsse (Ziffer 8 in 4A) nur der Einfachheit halber weggelassen.
4B und 4C zeigen Ausführungsvarianten der in 3 und 4A gezeigten Leuchte 1, wobei Merkmale, welche die Abweichungen betreffen, weggelassen wurden. In der in 4B gezeigten Ausführungsvariante weist der Grundkörper 4 eine Stegaufnahme 4b auf, in welche ein separater Steg 41 eingesetzt ist. In der in 4C gezeigten Ausführungsvariante weist der Grundkörper 4 eine Profilaufnahme 4c auf, in welche ein U- oder V-förmiges Profil eingesetzt ist.
Zurück zu 1 weist die Beleuchtungsanlage 100 außer den Leuchten 1 eine Verrohrung 10, welche die Leuchten 1 mit gemeinsamen Kühlmittelquellen wie etwa einem Kühlmittelverteiler 11 und Kühlmittelsenken wie etwa einem Kühlmittelsammler 12 verbinden, auf. Die Schlauchverbindungen sind so gestaltet, dass der Strömungswiderstand des Kühlmediums durch alle ganzen Leuchten 1 gleich groß ist. Dies wird wiederum dadurch erreicht, dass der Strömungsweg von den Verteilern 11 durch alle Leuchten 1 zu den Sammlern 12 stets gleich lang ist. Die Verrohrung 10 ist mit einer Anzahl von Rohren und Schläuchen aufgebaut, wobei ein letztes Stück der Verrohrung 10, das mit den Verteilern 11 und Sammlern 12 verbunden ist, als Schlauch ausgeführt ist, um flexibel zu sein, damit eine Höhenänderung der Leuchten 1 je nach Wuchshöhe der Pflanzen möglich ist.
Die Beleuchtungsanlage 100 weist ferner mindestens eine Pumpe 13, die das Kühlmedium zwangsweise transportiert, sowie Wärmetauscher 14, die erwärmtes Medium, das von den Leuchten 1 kommt, kühlen, und die Wärme an geeigneten Orten zur Verfügung stellen und nutzbar machen, auf. Diese Wärmetauscher 14 können Wärmespeicher 15 (z. B. handelsübliche Schichtspeicher oder Zisternen) aufheizen oder Wärme direkt in Pflanzsubstrate 16 einbringen oder aber Gießwasser 17 erwärmen. Überschüssige Wärme kann auch mit Wärmetauschern 18 außerhalb des Gewächshauses bzw. des Kulturbehälters an die Luft abgegeben werden.
Die Beleuchtungsanlage 100 weist weiterhin Temperaturfühler 19, welche die Temperaturen in den Leuchten 1, in den Wärmetauschern 14, 18 und an den Punkten, die damit erwärmt werden, messen, sowie elektrisch betriebene Ventile 20, die den Kühlmittelstrom umlenken können, so dass bestimmte Leuchten 1 oder bestimmte Wärmetauscher 14, 18 gezielt durchströmt werden können, auf.
Wie ferner in 2 gezeigt, ist die Beleuchtungsanlage 100 als ein EDV/MSR-System ausgestaltet. Hierzu ist beispielhaft eine Steuervorrichtung 21 in Form eines Microcontrollers vorgesehen, der elektrisch mit den Temperatursensoren 19 und den Leuchten 1, Pumpen 13 und Ventilen 20 und weiteren Sensoren verbunden ist. Dies ermöglicht es, die Temperaturen zu erfassen und über Verstärkerschaltungen 22 die Leuchten 1, Pumpen 13 und Ventile 20 zu steuern und zu kontrollieren. Zu diesem Zweck ist die Datenverarbeitungsanlage 21 programmierbar und verfügt über einen nichtflüchtigen Speicher 24, um Einstellungen, Programme und Messwerte vorzuhalten bzw. aufzuzeichnen.
Die (programmierbare) Steuervorrichtung bzw. Datenverarbeitungsanlage 21 verfügt bevorzugt über ein Programm, das sicherstellt, dass die Temperaturen in den von Sensoren überwachten Punkten innerhalb separat zugewiesener Grenzen liegen. Dazu vergleicht die Programmfunktion Messwerte mit Minimal- und Maximalwerten und steuert die Ventile 20, Pumpen 13 und Leuchten 1 zur Erreichung dieses Ziels an. Die Steuervorrichtung 21 verfügt weiter über eine Programmfunktion, die eine gesonderte Beleuchtung zu gespeicherten Uhrzeiten und Daten ermöglicht. So kann die Beleuchtung auch automatisch je nach vorliegender Wachstumsphase zeitgesteuert (Tage, Wochen, Monate) eingestellt werden. So kann eine Ansteuerung der LED 2 der zwei Typen A und B gemäß vorstehender Beschreibung programmgesteuert automatisiert werden.
Durch eine Erfassung der Bodentemperaturen wird ermöglicht, eine Bodenheizung sicher zu gestalten, d. h. eine Schädigung der Pflanzen zu verhindern, indem bei drohender Überhitzung die Ventile 20 zur Bodenerwärmung über die im Substrat 16 eingelassenen Wärmetauscher 14 geschlossen werden.
Die Steuervorrichtung 21 kann erfindungsgemäß überdies dahingehend erweitert werden, dass sie, wenn sie mit entsprechenden Sensoren 29 verknüpft wird, den Entwicklungszustand der Pflanzen hinsichtlich der Wuchshöhe überwacht und entsprechend die Umschaltung zwischen verschiedenen Beleuchtungsphasen veranlasst. Diese Sensoren können zum Einen marktübliche Lichtvorhänge sein, die, horizontal montiert, ein Erreichen einer vorher festgelegten Wuchshöhe definieren, zum Anderen Abstandssensoren, die, direkt an der Leuchte montiert, eine Höhendifferenz messen. Diese Abstandssensoren können je nach Eignung Ultraschall oder Radar verwenden.
Die Steuervorrichtung 21 kann, wenn sie mit Abstandssensoren 29 hinreichender Genauigkeit verbunden ist, überdies eine Seilwinde oder beliebig geartetes Hubzeug 23 betätigen, so dass der Abstand der Leuchte zu den Spitzen der Pflanzen stets konstant gehalten wird. Dabei handelt es sich um eine Regelung, die durch Wahl einer geeigneten Zeitkonstante nicht auf durch Wind verursachte Bewegung der Blätter reagiert.
Die Steuervorrichtung 21 kann, ohne dass dies zeichnerisch explizit dargestellt ist, erfindungsgemäß dahingehend erweitert werden, dass sie mit einem Sensor zur Messung der Beleuchtungsstärke verbunden ist, so dass im Falle ausreichenden Einfalls von Tageslicht die Leuchte zum Zweck der Energieeinsparung abgeschaltet werden kann.
Die Steuervorrichtung 21 ist somit insbesondere ausgebildet, um ein Verfahren zur Steuerung einer Anlage zur Beleuchtung einer Pflanzenkultur durchzuführen, wobei die Beleuchtungsanlage wenigstens eine Leuchte mit wenigstens einer Leuchtdiode, vorzugsweise wenigstens Hochleistungs-LED, die über einen Träger, insbesondere eine Leiterplatte, mit einem von Flüssigkeit durchströmten, Wärme leitenden Kühlkörper verbunden ist, wobei die Flüssigkeit als Wärmeträger zur Aufnahme einer Abwärme der Leuchte ausgewählt ist, und einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf, insbesondere als Schlauch- oder Rohrkreislauf ausgeführt, in welchem der Kühlkörper der Leuchte integriert ist und der über eine Pumpe zum Fördern des Kühlmittels und über elektrisch betriebene Ventile zur Lenkung des Kühlmittelstroms verfügt, und der zum Transport des Kühlmittels zu der Pflanzenkultur ausgebildet ist, aufweist und wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

– Steuern eines Flüssigkeitsstroms durch die Leuchte durch Ansteuern der Pumpe und/oder Ventile;
– Messen einer Temperatur im Bereich der Leuchte und/oder der Pflanzenkultur und/oder des Kühlmittelkreislaufs;
– Vergleichen der gemessene/-n Temperatur/-en mit einem oberen Grenzwert; und
– Unterbrechen oder Senken oder Umkehren eines Wärmezustroms in die Pflanzenkultur über das Kühlmittel, um eine von biologischen Anforderungen vorgegebene Höchsttemperatur in der Pflanzenkultur einzuhalten, bei einer Überschreitung des oberen Grenzwerts.

Das Unterbrechen oder Senken oder Umkehren kann beispielsweise durch Steuern von Ventilen und/oder Kühleinrichtungen des Kühlmittelkreislaufs geschehen.
Zusätzlich kann das Verfahren die Schritte aufweisen:

– Vergleichen der gemessene/-n Temperatur/-en mit einem unteren Grenzwert; und
– Ermöglichen oder Verstärken eines Wärmezustroms in die Pflanzenkultur über das Kühlmittel, um eine von biologischen Anforderungen vorgegebene Höchsttemperatur in der Pflanzenkultur einzuhalten, bei einer Unterschreitung des unteren Grenzwerts.

Das Ermöglichen oder Verstärken kann beispielsweise durch Steuern von Ventilen und/oder Heizeinrichtungen des Kühlmittelkreislaufs geschehen.
Das Verfahren kann weiter vorsehen, den oberen und/oder unteren Grenzwert anhand einer Wachstumsphase von in der Pflanzenkultur kultivierten Pflanzen einzustellen.
Zusätzlich kann das Verfahren wenigstens eine der Schritte aufweisen:

– Erfassen einer Wuchshöhe und/oder der Wachstumsphase von in der Pflanzenkultur kultivierten Pflanzen, insbesondere über eine optische Sensoreinrichtung,
– Einstellen einer Lichtzusammensetzung eines von der Leuchte abgegebenen Lichts in Abhängigkeit von einer Wachstumsphase von in der Pflanzenkultur kultivierten Pflanzen,
– Regeln eines Abstands der Leuchte von den Pflanzen auf der Grundlage der Erfassung der Abstände durch automatisches Betätigen eines Hubzeugs, insbesondere auf ein bekanntes Optimum,
– Einstellen einer Lichtzusammensetzung eines von der Leuchte abgegebenen Lichts in Abhängigkeit von der Menge des einfallenden Tageslichts.

Claims

Eine Steuervorrichtung (21), vorzugsweise basierend auf einem EDV-System, bevorzugt ausgeführt als Microcontroller, insbesondere programmierbar, zur Steuerung einer Beleuchtungsanlage (100) für eine Pflanzenkultur, wobei die Beleuchtungsanlage (100) aufweist: – wenigstens eine Leuchte (1) mit wenigstens einer Leuchtdiode (2), vorzugsweise wenigstens Hochleistungs-LED, die über einen Träger, insbesondere eine Leiterplatte (6), mit einem von Flüssigkeit durchströmten, Wärme leitenden Kühlkörper (4) verbunden ist, wobei die Flüssigkeit als Wärmeträger zur Aufnahme einer Abwärme der Leuchte (1) ausgewählt ist, – einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf, insbesondere als Schlauch- oder Rohrkreislauf ausgeführt, in welchem der Kühlkörper (4) der Leuchte integriert ist und der über eine Pumpe (13) zum Fördern des Kühlmittels und über elektrisch betriebene Ventile (20) zur Lenkung des Kühlmittelstroms verfügt, und der zum Transport des Kühlmittels zu der Pflanzenkultur ausgebildet ist, – wenigstens einen Temperatursensor (19), der im Bereich der Leuchte (1) und/oder der Pflanzenkultur und/oder des Kühlmittelkreislaufs vorgesehen und mit der Steuervorrichtung (21) elektrisch verbunden ist, und – Einrichtungen zur Ein- und Abschaltung der Leuchte (1), der Pumpe (13) und der Ventile (19) sowie vorzugsweise wenigstens eines Ventilators (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (21) ausgebildet ist, um die durch den wenigstens einen Temperatursensor gemessene/-n Temperatur/-en mit einem oberen Grenzwert zu vergleichen und bei Überschreitung einen Wärmezustrom in die Pflanzenkultur über das Kühlmittel durch Steuern von Ventilen (20) und/oder Kühleinrichtungen (18) zu unterbrechen oder zu senken oder umzukehren, um eine von biologischen Anforderungen vorgegebene Höchsttemperatur in der Pflanzenkultur einzuhalten.
Eine Steuervorrichtung (21) nach Anspruch 1, die weiter ausgebildet ist, um die durch den wenigstens einen Temperatursensor (19) gemessene/-n Temperatur/-en mit einem unteren Grenzwert zu vergleichen und bei Unterschreitung den Wärmezustrom durch Steuern von Ventilen (20) und/oder Heizeinrichtungen (15) zu ermöglichen oder zu verstärken, um eine von biologischen Anforderungen vorgegebene Mindesttemperatur in der Pflanzenkultur einzuhalten.
Eine Steuervorrichtung (21) nach Anspruch 1 oder 2, die weiter ausgebildet ist, den oberen und/oder unteren Grenzwert anhand einer Wachstumsphase von in der Pflanzenkultur kultivierten Pflanzen einzustellen.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die weiter ausgebildet ist, um eine Lichtzusammensetzung eines von der Leuchte (1) abgegebenen Lichts in Abhängigkeit von einer Wachstumsphase von in der Pflanzenkultur kultivierten Pflanzen einzustellen.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend eine optische Sensoreinrichtung (29), die ausgebildet ist, um eine Wuchshöhe und/oder Wachstumsphase von in der Pflanzenkultur kultivierten Pflanzen zu erfassen.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend oder verbunden mit einer grafischen oder alphanumerischen Anzeige (27), welche ausgebildet ist, um Messwerte, Betriebsdauern, Alarme und Betriebszustände darzustellen, sowie Eingabegeräten, bevorzugt Drucktastern (26), welche ausgebildet sind, um Vorgabewerte und Steuervorgaben einzugeben.
Eine Steuervorrichtung (21) nach Anspruch 6, weiter ausgebildet, um über die Drucktaster Parameter, wie Betriebsdauern, besonders Beleuchtungsphasen, einzustellen, die über die Anzeige darstellbar sind.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss wenigstens eines optischen Systems, bevorzugt Laserlichtvorhangs, mit dem die Größe von Pflanzen kontinuierlich erfasst werden kann, vorgesehen ist, und/oder Lichtsensors, der zur Erfassung der Beleuchtungsstärke ausgebildet ist, wobei der Lichtsensor vorzugsweise so ausgebildet sein, dass er allein das von oben einfallende Tageslicht oder die Summe des künstlichen und natürlichen Lichteinfalls erfasst.
Eine Steuervorrichtung (21) nach Anspruch 8, weiter ausgebildet, um zu den jeweiligen Messergebnissen des optischen Systems aus einer gespeicherten Tabelle Betriebsparameter, bevorzugt tägliche Beleuchtungsdauer und spektrale Zusammensetzung des Lichtes, auszuwählen und auszuführen, und/oder die Beleuchtung auf die Zeiten zu beschränken, in denen der Einfall von Tageslicht nicht ausreicht, um die festgesetzten Wachstumsziele der Pflanzen zu erfüllen.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, über eine Schnittstelle verbunden mit einem Abstandssensor (29), der an den Leuchten (1) selbst angebracht ist und vorzugsweise als Ultraschall- oder Radarsensor ausgebildet ist, und weiter ausgebildet, um Messwerte des Abstandssensors zu erfassen und daraus eine Distanz der Leuchte (1) zu den Pflanzen zu bestimmen.
Eine Steuervorrichtung (21) nach Anspruch 10, und über eine Schnittstelle verbunden mit einem elektrisch betriebenen Hubzeug (23), das sich in der Aufhängung jeder Leuchte (1) befindet, und weiter ausgebildet, um den Abstand durch automatisches Betätigen des Hubzeugs auf der Grundlage der Erfassung der Abstände auf ein bekanntes Optimum zu regeln.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter ausgebildet, um die Abgabe von Licht durch die Leuchten (1) gemäß in nichtflüchtigem Speicher (24) abgelegter Parameter und einer durch Batterie gepufferten Echtzeituhr zu steuern.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter ausgebildet, um eine Förderleistung der Pumpe (13) gemäß in nichtflüchtigem Speicher (24) abgelegter Parameter und einer durch Batterie gepufferten Echtzeituhr zu steuern.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterausgebildet, um die Messsignale der Temperatursensoren (19) gemäß in nichtflüchtigem Speicher (24) abgelegter Parameter und einer durch Batterie gepufferten Echtzeituhr aufzuzeichnen.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter ausgebildet, um einen Zustand der Ventile (20) gemäß in nichtflüchtigem Speicher (24) abgelegter Parameter und einer durch Batterie gepufferten Echtzeituhr zu steuern.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (21) über einstellbare Parameter und ein Programm verfügt, das die Temperaturen an allen mit Messfühlern ausgestatteten Positionen innerhalb der durch die Parameter festgesetzten Grenzen hält, indem die Pumpen (13) und Ventile (20) phasenweise in Betrieb genommen werden.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (21) über einstellbare Parameter und ein Programm verfügt, das die Lichtabgabe der Leuchten (1), insbesondere hinsichtlich Lichtstrom, Beleuchtungsdauer und Spektrum, zu bestimmten, durch die Parameter festgesetzten Zeiten steuert, wobei die Lichtabgabe vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Wachstumsphase der betroffenen Pflanzenkultur gesteuert wird, wobei die Leuchte (1) zur Steuerung des abgegebenen Spektrums insbesondere Hochleistungs-LEDs (2) verschiedener Farben aufweist, die jeweils separat ansteuerbar sind.
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend eine Anzeige (27) und mindestens zwei Eingabeelemente in Form von Tastern (26), Berührungssensoren oder Drehschaltern (25).
Eine Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter ausgebildet, um die Zeit und Temperatursollvorgaben, die über die Eingabeelemente eingegeben werden, zu speichern und zum vorgesehenen Zeitpunkt auszuführen.
Eine Anlage (100) zur Beleuchtung einer Pflanzenkultur, die wenigstens eine Leuchte (1), die photosynthetisch aktive Strahlung abgibt, und eine elektronische Steuervorrichtung (21) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (21) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte (1) wenigstens ein LED-Leuchtenmodul (6) mit wenigstens je einer LED (2) enthält, und wobei die Leuchte (1) einen Grundkörper (4) aus wärmeleitendem Material enthält, der mit dem LED-Leuchtenmodul (6) über eine gemeinsame Fläche verbunden ist, wobei die entstehende Verlustleistung durch ein flüssiges Kühlmittel aufgenommen und zu einem oder mehreren Wärmetauschern (14) transportiert wird, wobei der Grundkörper (4) vom Kühlmittel durchströmt wird, und wobei das Kühlmedium mittels flexibler oder starrer Rohre zu den Leuchten (1) hin und von den Leuchten (1) weg in einem geschlossenen Kreislauf gefördert wird.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper der Leuchten (1) wesentlich länger als breit und hoch ist, er über einen vom Kühlmedium durchströmten Hohlraum (7) verfügt, der den Grundkörper (4) der Länge nach durchzieht und über zwei Anschlussstellen (8) nach außen hin zugänglich ist.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (7) im Grundkörper (4) der Länge nach durch eine Engstelle (9) in zwei Teile geteilt ist, wobei die beiden Anschlussstellen (8) auf je einer Seite der Engstelle (9) liegen, wobei die Engstelle (9) so ausgebildet ist, dass die Engstelle (9) vom Kühlmittel mit einer hohen Geschwindigkeit durchströmt werden muss, und wobei die Anschlüsse (8) für die Zuführung des Kühlmittels jeweils an den der Länge nach entgegengesetzten Enden des Grundkörpers (4) zu liegen kommen, wobei die Geometrie der Anordnung so ausgebildet ist, dass der Weg der Kühlflüssigkeit zwischen den Anschlüssen (4) stets die gleiche Länge aufweist, unabhängig von der Stelle, an der die Engstelle (9) passiert wird.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Engstelle (9) über die gesamte Länge des Grundkörpers (4) eine konstante Weite (A) hat.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Engstelle (9) über die gesamte Länge des Grundkörpers (4) eine bestimmte Weite (A) nicht überschreitet und in regelmäßigen Abständen unterbrochen ist, wobei die Länge der Unterbrechung die Wandstärke des Grundkörpers (4) nicht um mehr als eine Größenordnung übersteigt.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Engstelle (9) an einer Außenwand des Grundkörpers (4) anliegt, und dass an der Außenseite des selben Wandabschnitts eine ebene Fläche liegt, auf der die LED-Module anliegen, so dass die LED (2) der Module (6) über der Fläche positioniert sind, die auf der Innenseite von der Engstelle (9) eingenommen wird.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Ausdehnung der Verteilung der LED (2) in Querrichtung der Längsachse der Leuchte (1) zur Wandstärke der Kühlfläche den Wert 20 nicht übersteigt.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung der LED-Module (6) ein wärmeleitender Klebefilm zwischen den Grundkörper (4) und die Rückseite der Module (6) eingebracht ist.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Module (6) aus einer Metallkernplatine bestehen, die auf der Bestückungsseite über ein hoch Wärme leitendes Dielektrikum verfügen und eine weiße, Licht reflektierende Beschichtung verfügen.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Metallkernplatine mindestens ein weiteres Bauelement angebracht ist, das geeignet ist, die Temperatur der Platine zu messen und ein elektrisches Messsignal zu erzeugen.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Metallkernplatine weitere Bauelemente angebracht sind, die im Betrieb Abwärme produzieren.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (2) auf dem LED-Modul (6) mindestens zwei verschiedene Typen sind, die jeweils auf der Platine getrennten Schaltkreisen zugeordnet sind.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen LED (2) in unterschiedlicher Menge bevorzugt rotes und blaues Licht abgeben.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) nach außen parallel zur Längsachse und beidseits der LED-Module (6) Wandungen besitzt, die zusammen mit der Montagefläche für die LED-Module (6) eine Wanne bilden, die an der äußeren Kante mindestens eine Nut (26) besitzen.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Grundkörper (4) in ein transparentes zylindrisches oder prismatisches Gefäß eingebracht ist, das durch Endstücke verschlossen ist, so dass sich eine hohe Schutzart gegen eindringendes Wasser und Fremdkörper ergibt.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Nuten (26) eine klare Schutzscheibe (27) fixiert wird, die durch eine Dichtung umgeben ist, die ein Vordringen von Schmutz und Feuchte zu den LED-Modulen (6) verhindert.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass an den oder in der Nähe der Wandungen beidseits der LED (2) reflektierende Materialien befestigt sind.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 20 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchten (1) von einem gemeinsamen Verteiler (11) mit Kühlflüssigkeit versorgt werden und die erwärmte Flüssigkeit wieder an einem gemeinsamen Sammler (12) zusammengeführt wird, wobei die Länge der Leitungen bei konstantem Querschnitt in Bezug auf eine Leuchte (1) und die Position der Abzweige so gewählt wird, dass der Weg der Kühlflüssigkeit von Verteiler (11) zu Sammler (12) durch gleich welche Leuchte (1) stets gleich lang ist.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stirnseiten des Grundkörpers (4) eine Platte durch Kleben oder Schrauben so fixiert ist, dass eine dazwischen liegende Dichtscheibe sowohl das Ende des Hohlraums (7) verschließt, als auch den Raum der LED-Module (6) gemeinsam mit der Schutzscheibe (27) vollständig abdichtet.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 20 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der Kühlflüssigkeit zu den Leuchten (1) über lösbare Verbindungen erfolgt.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 20 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel von mindestens einer Pumpe (13) transportiert wird.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 20 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Leuchten (1) abgehenden Leitungen mindestens einem Wärmetauscher (14) zugeführt werden.
Eine Anlage (100) nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmetauscher (14) sich im oder unter dem Pflanzsubstrat (16) der Pflanzenkultur befindet
Eine Anlage (100) nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmetauscher (14) Teil eines Wärmespeichers (15), der vorzugsweise als ein Schichtspeicher oder eine Zisterne ausgebildet ist, ist.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Wärmetauscher (14) existiert und der Zufluss zu jedem Wärmetauscher (14) durch ein elektrisch betriebenes Ventil (20) führt.
Eine Anlage (100) nach einem der Ansprüche 42 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass an oder bei einem oder mehreren Wärmetauschern (14) ein Temperaturfühler (19) angebracht ist, der ein elektrisches Messsignal erzeugt.
Verwendung einer Steuervorrichtung (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 oder einer Beleuchtungsanlage (100) nach einem der Ansprüche 20 bis 46 für ein Gewächshaus.