DE202021104803U1

DE202021104803U1 - Array aus Leuchtdioden zur Bestrahlung eines Objekts mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung

Info

Publication number: DE202021104803U1
Application number: DE202021104803.4U
Authority: DE
Original assignee: Poly Klima GmbH
Current assignee: Poly Klima GmbH
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2031-09-08

Abstract

Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung, aufweisend:
mindestens eine Leuchtdiode eines ersten Typs,
wobei die mindestens eine Leuchtdiode des ersten Typs kaltweißes Licht mit einer Farbtemperatur in einem Bereich von 5300 K bis 8500 K ausstrahlt, mindestens eine Leuchtdiode eines zweiten Typs,
wobei die mindestens eine Leuchtdiode des zweiten Typs warmweißes Licht mit einer Farbtemperatur in einem Bereich von 2000 K bis 3300 K ausstrahlt, mindestens eine Leuchtdiode eines dritten Typs,
wobei die mindestens eine Leuchtdiode des dritten Typs UV-A-Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge in einem Bereich von 335 nm bis 395 nm ausstrahlt, ein Substrat,
wobei die Leuchtdioden des ersten, des zweiten und des dritten Typs auf dem Substrat angeordnet sind,
und eine erste Verschaltung,
wobei die Leuchtdioden des ersten Typs derart verschaltet sind, dass sie mit einem ersten Betriebsstrom steuerbar sind,
wobei die Leuchtdioden des zweiten Typs derart verschaltet sind, dass sie mit einem zweiten Betriebsstrom steuerbar sind,
wobei die Leuchtdioden des dritten Typs derart verschaltet sind, dass sie mit einem dritten Betriebsstrom steuerbar sind,
und wobei die erste Verschaltung so angeordnet ist, dass der erste Betriebsstrom, der zweite Betriebsstrom und der dritte Betriebsstrom jeweils unabhängig voneinander steuerbar sind.

Description

Stand der Technik und technisches Problem
Die durch die Sonne ausgestrahlte Ultraviolett-A-Strahlung (UV-A: 315-400 nm) steuert in Pflanzen eine Vielzahl wichtiger physiologischer Reaktionen.
Während ihres Lebenszyklus muss eine Pflanze die ihr zur Verfügung stehende Energie sinnvoll für verschiedene physiologische Vorgänge einteilen. Zunächst muss eine Pflanze die Energieversorgung etablieren. Hierzu produziert sie photosynthetisch aktives, auf die Sonneneinstrahlung gerichtetes, Gewebe. Zum anderen muss sich eine Pflanze aber auch erhalten und fortpflanzen. Dazu bildet eine Pflanze Schutzmaterial, wie etwa Strukturgewebe und sekundäre Pflanzenstoffe, und Fortpflanzungsgewebe, wie etwa Blüten. Eine Pflanze gedeiht dann ideal, wenn sie die ihr zur Verfügung stehende Energie, in Abhängigkeit von Umweltbedingungen und des Stadiums ihres Lebenszyklus, optimal für die Etablierung der Energieversorgung, der Erhaltung und der Fortpflanzung einteilt. In diesem Zusammenhang spielt die UV-A-Strahlung eine besondere Rolle.
UV-A-Strahlung ist kurzwelliger als sichtbares Licht und dringt damit weniger tief in Gewebe ein. Somit durchquert die UV-A-Strahlung in geringerem Maß als sichtbares Licht die über einer Pflanze liegenden Blattschichten. Eine hohe Menge an absorbierter UV-A-Strahlung signalisiert somit einer Pflanze einen direkten Zugang zu Sonnenlicht. Eine niedrige Menge an absorbierter UV-A-Strahlung signalisiert dagegen einer Pflanze, dass kein direkter Zugang zu Sonnenlicht vorhanden ist. Pflanzen nehmen die UV-A-Strahlung dabei durch spezialisierte Photorezeptoren, die sogenannten Phototropine, war.
Nach der Keimung wachsen Keimlinge zuerst skotomorphogen, um möglichst schnell an das Licht zu gelangen. Nach der ersten Lichtexposition muss eine Pflanze ihr Wachstum zur Verbesserung der Photosyntheseleistung anpassen. Unter anderem richtet eine Pflanze dabei ihre Organe direkt auf die Lichtquelle aus, wodurch die Photosyntheseleistung verbessert wird. Dies wird als positiver Phototropismus bezeichnet.
Zum anderen induziert UV-A-Strahlung in Pflanzen einen kompakteren Wuchs, eine verstärkte Bildung photoprotektiver Strukturen und photoprotektiver Stoffe, wie etwa einer verstärkten Bildung von Photolyase und UV-Strahlung absorbierenden Pigmenten, insbesondere von UV-B-Licht absorbierenden Pigmenten. Außerdem induziert UV-A-Strahlung in Pflanzen eine verstärkte Produktion sekundärer Pflanzenstoffe, wie etwa von Flavonoiden und Glucosinolaten, welche die Pflanze vor pflanzenfressenden Insekten schützen.
Außerdem ist bekannt, dass UV-A-Strahlung eine verstärkte Blütenbildung bewirken kann.
Bei der Pflanzenzüchtung ist es in vielen Fällen entscheidend, gezielt bestimmte physiologische Vorgänge einer Pflanze in Abhängigkeit des Stadiums des Lebenszyklus einer gezüchteten Pflanze, in Abhängigkeit bestimmter Umweltbedingungen und in Abhängigkeit eines gewünschten Pflanzenzüchtungserfolges zu unterstützen. Dazu ist es notwendig, bestimmte Bestrahlungsverhältnisse während der Pflanzenzüchtung nicht nur diskontinuierlich, sondern auch kontinuierlich einzustellen, bzw. zu erproben.
Der Stand der Technik kennt auf die Verbesserung der Photosyntheseleistung ausgerichtete Pflanzenlampen mit Leuchtdioden zur Pflanzenzüchtung, welche eine Anordnung von Leuchtdioden offenbaren, bei welchen die Leuchtdioden Licht mit einer Wellenlänge von 655 nm bis 660 nm, Licht mit einer Wellenlänge von 620 nm bis 625 nm und Licht mit einer Wellenlänge von 460 nm bis 465 nm ausstrahlen. Darüber hinaus sind Pflanzenlampen bekannt, die Leuchtdioden beinhalten, welche UV-A-Strahlung ausstrahlen. Die gleichzeitige Versorgung mit für die Photosynthese geeignetem Licht und mit UV-A-Strahlung ist allerdings für keine Pflanzenlampe des Standes der Technik bekannt. Auch ist keine Pflanzenlampe des Standes der Technik bekannt, mit welcher Bestrahlungsverhältnisse aus für die Photosynthese geeignetem Licht und UV-A-Strahlung während der Pflanzenzüchtung in Abhängigkeit des Stadiums des Lebenszyklus einer Pflanze und des gewünschten Pflanzenzüchtungserfolges diskontinuierlich und kontinuierlich eingestellt werden können. Somit ist eine Pflanzenlampe des Standes der Technik nicht dazu geeignet, die physiologischen Funktionen einer Pflanze vollumfänglich zu unterstützen. Dies kann unter anderem zu Einbußen in Ertrag und Qualität bei der Pflanzenzüchtung führen.
Außerdem werden in der angewandten Forschung im Bereich der Pflanzenphysiologie Kontrollexperimente benötigt, bei welchen gezielt physiologische Effekte dadurch abgeschaltet bzw. verringert werden, dass notwendige Anteile am sichtbaren Licht bzw. der UV-A-Strahlung gezielt entfernt werden und die anderen Versuchsbedingungen konstant gehalten werden. In der Pflanzenphysiologie werden hier oftmals uneinheitliche Systeme mit einander kombiniert, wodurch nicht-reproduzierbare Ergebnisse und Ungenauigkeiten entstehen. Zum Beispiel werden verschiedene Lichtquellen mit einander kombiniert, die dann individuell an- und abgestellt werden müssen, siehe Pavlos Kalaitzoglou et al., 2019 (Kalaitzoglou P, van Ieperen W, Harbinson J, et al. Effects of Continuous or End-of-Day Far-Red Light on Tomato Plant Growth, Morphology, Light Absorption, and Fruit Production. Front Plant Sci. 2019;10:322. Published 2019 Mar 28. doi:10.3389/fpls.2019.00322).
Außerdem beschränkt die Bauweise einer Pflanzenlampe des Standes der Technik eine homogene Bestrahlung einer Fläche. So ist die Bestrahlungsintensität in einer von einer Pflanzenlampe des Standes der Technik bestrahlten Fläche in der Mitte der bestrahlten Fläche am größten und fällt zu den Seiten hin ab. Außerdem kombiniert der Stand der Technik verschiedene Pflanzenlampen, wodurch keine einheitlichen elektromagnetischen Spektren auf den bestrahlten Flächen entstehen. Insbesondere in der angewandten Forschung und der professionellen Pflanzenzüchtung ergeben sich durch die fehlende homogene Licht- bzw. Bestrahlungsintensität und das fehlende homogene elektromagnetischen Spektrum Ungenauigkeiten in der Interpretation der Versuchsergebnisse.
Aber nicht nur auf Pflanzen hat die durch die Sonne ausgestrahlte Ultraviolett-A-Strahlung (UV-A: 315-400 nm) eine Wirkung, sondern auch einige Tiere wie Vögel, Reptilien und Insekten, wie z.B. Bienen, können nahe UV-Strahlung wahrnehmen. Schmetterlinge beispielsweise verwenden UV-Strahlung zur Erkennung des Geschlechtes bei der Paarung. Andererseits verwenden viele Insekten die UV-Strahlung zur Navigation beim Fliegen. Aktuell ist noch keine Lösung für die Forschung bekannt, z.B. ökologische Effekte wie z.B. das Abwehrverhalten von Pflanzen gegen Schädlinge, etc. im Zusammenhang mit UV-Strahlung zu untersuchen.
Lösung des Problems
Ausgehend von dem vorgenannt beschriebenen Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lichtsystem für die Pflanzenzüchtung und für entomologische Anwendungen oder Kombinationen davon zu liefern, welche eine Pflanze und/oder Tiere, allgemein Objekte, während ihrer Züchtung, das heißt, von der Keimung bis zur Ernte, diskontinuierlich oder kontinuierlich so mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung, also mit bestimmten Bestrahlungsverhältnissen, bestrahlt, dass die jeweils gewünschten morphogenetischen Prozesse an der Pflanze und/oder den Tieren erreicht werden können, und damit ein gewünschter Züchtungserfolg erzielt werden kann.
Zu den gewünschten morphogenetischen Prozessen gehören beispielsweise eine verstärkte Bildung gewünschter sekundärer Pflanzenstoffe, wie etwa von Flavonoiden und Glucosinolaten, eine Verstärkung photoprotektiver Mechanismen, wie etwa der verstärkten Bildung von Photolyase und UV-Strahlung absorbierenden Pigmenten, insbesondere von UV-B-Licht absorbierenden Pigmenten, eine verstärkte Blütenbildung, ein kompakteres Wachstum, eine verstärkte Bildung von Schutzgewebe, ein verstärktes Längenwachstum, eine verstärkte Zuwendung der photosynthetisch aktiven Pflanzenzorgane zur Lichtquelle und eine verbesserte Photosyntheseleistung. Zu den zu erzielenden Pflanzenzüchtungserfolgen gehören eine allgemein verbesserte Pflanzenzüchtung, insbesondere ein höherer Ertrag gewünschter sekundärer Pflanzenstoffe, etwa für eine medizinische Verwendung, oder ein höherer Ertrag von anderem Pflanzenmaterial, wie etwa von Blüten.
Das Lichtsystem soll dabei in der Lage sein, die vorgenannten Änderungen nicht nur diskontinuierlich, sondern auch kontinuierlich, zu verändern. Das Lichtsystem soll dabei in der Lage sein, in bestimmten Stadien des Lebenszyklus einer Pflanze und in Abhängigkeit des gewünschten Pflanzenzüchtungserfolges bestimmte Bestrahlungsverhältnisse aus sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung zur Verstärkung einzelner morphogenetischer Prozesse anzuwenden bzw. zu erproben. Außerdem soll das Lichtsystem die zu bestrahlende Fläche ausreichend homogen bestrahlen.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe verwendeten die beteiligten Erfinder ihr Fachwissen im Bereich der Pflanzenzüchtung und im Bereich der Entwicklung von Pflanzenlampen und erfanden nach intensiven Untersuchungen ein Leuchtdioden (LED)-Array zur Bestrahlung einer oder mehrerer Pflanzen mit sichtbarem Licht und U-A-Strahlung, im Folgenden mit Array abgekürzt, bzw. eine Pflanzenlampe.
Das erfindungsgemäße Array weist auf: mindestens eine Leuchtdiode eines ersten Typs, wobei die Leuchtdioden des ersten Typs kaltweißes Licht mit einer Farbtemperatur in einem Bereich von 5300 K bis 8500 K ausstrahlen; mindestens eine Leuchtdiode eines zweiten Typs, wobei die Leuchtdioden des zweiten Typs warmweißes Licht mit einer Farbtemperatur in einem Bereich von 2000 K bis 3300 K ausstrahlen; mindestens eine Leuchtdiode eines dritten Typs, wobei die Leuchtdioden des dritten Typs UV-A-Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge in einem Bereich von 335 nm bis 395 nm ausstrahlen; ein Substrat, wobei die Leuchtdioden des ersten, des zweiten und des dritten Typs auf dem Substrat angeordnet sind; und eine erste Verschaltung, wobei die Leuchtdioden des ersten Typs derart verschaltet sind, dass sie mit einem ersten Betriebsstrom steuerbar sind, wobei die Leuchtdioden des zweiten Typs derart verschaltet sind, dass sie mit einem zweiten Betriebsstrom steuerbar sind, wobei die Leuchtdioden des dritten Typs derart verschaltet sind, dass sie mit einem dritten Betriebsstrom steuerbar sind, und wobei die erste Verschaltung so angeordnet ist, dass der erste Betriebsstrom, der zweite Betriebsstrom und der dritte Betriebsstrom jeweils unabhängig voneinander steuerbar sind.
Die vorliegenden Erfinder haben durch intensive Untersuchungen herausgefunden, dass eine Kombination von Leuchtdioden eines ersten Typs, die kaltweißes Licht mit einer Farbtemperatur in einem Bereich von 5300 K bis 8500 K ausstrahlen, von Leuchtdioden eines zweiten Typs, die warmweißes Licht mit einer Farbtemperatur in einem Bereich von 2000 K bis 3300 K ausstrahlen, und von Leuchtdioden eines dritten Typs, die UV-A-Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge in einem Bereich von 335 nm bis 395 nm ausstrahlen, zur Lösung der vorgenannten Probleme geeignet sind.
Die erfindungsgemäße Bauweise des Arrays ermöglicht eine voneinander unabhängige Steuerung der drei Typen der Leuchtdioden, wobei die ersten Leuchtdioden die durch blaues Licht an der Pflanze, insbesondere am Chlorophyll der Pflanze, induzierbaren morphogenetischen Prozesse induzieren, wobei die zweiten Leuchtdioden die durch rotes Licht an der Pflanze, insbesondere am Chlorophyll und dem Phytochrom der Pflanze, induzierbaren morphogenetischen Prozesse induzieren, und wobei die dritten Leuchtdioden, die durch UV-A-Strahlung an der Pflanze, insbesondere an den Phototropinen der Pflanze, induzierbaren morphogenetischen Prozesse induzieren.
Besonders geeignet ist ein erfindungsgemäßes Array, wenn die Farbtemperatur und der Farbwiedergabeindex des kaltweißen Lichts der Leuchtdioden des ersten Typs 6500 K und >90 sind, wenn die Farbtemperatur und der Farbwiedergabeindex des warmweißen Lichts der Leuchtdioden des zweiten Typs 3000 K und >90 sind, und wenn die Peak-Wellenlänge der UV-A-Strahlung 365 nm ist. Eine Erklärung für die Effektivität der Farbtemperaturen und der Farbwiedergabeindices von 6500 K und >90 und 3000 K und >90 ist, dass das Chlorophyll besonders gut den blauen und roten Bereich des Lichts absorbiert. Eine Erklärung für die Effektivität der Peak-Wellenlänge der UV-A-Strahlung bei 365 nm ist, dass Phototropine ein lokales Absorptionsmaximum bei 365 nm aufweisen.
Besonders geeignet ist ein erfindungsgemäßes Array, wenn die Leuchtdioden des ersten Typs 30 % bis 50 %, die Leuchtdioden des zweiten Typs 30 % bis 50 % und die Leuchtdioden des dritten Typs 1 % bis 40 % an der Gesamtzahl der Leuchtdioden ausmachen. Dadurch ist eine Nachbildung der wesentlichen Bestrahlungsverhältnisse am besten gewährleistet.
Besonders geeignet ist ein erfindungsgemäßes Array, wenn die Anzahl der Leuchtendioden des ersten Typs, die Anzahl der Leuchtdioden des zweiten Typs und die Anzahl der Leuchtdioden des dritten Typs im Verhältnis 2:2:1 oder 2:2:2 (1:1:1) stehen. Dadurch ist eine Nachbildung der wesentlichen Bestrahlungsverhältnisse am besten gewährleistet.
Besonders geeignet ist ein erfindungsgemäßes Array, wenn die Leuchtdioden des ersten, des zweiten und des dritten Typs jeweils eine der Bauformen 3030, 3528, 2835, 5630 aufweisen, das bedeutet, dass die Leuchtdioden in einer entsprechenden Verpackung mit einer Länge und einer Breite von jeweils 3,0 mm bei Bauform 3030 oder einer Länge von 3,5 mm und einer Breite von 2,8 mm bei Bauform 3528 oder einer Länge von 2,8 mm und einer Breite von 3,5 mm bei Bauform 2835 oder einer Länge von 5,6 mm und einer Breite von 3,0 mm bei Bauform 5630 untergebracht sind. Dadurch ist eine Verwendung von herkömmlichen Leuchtdioden möglich.
Besonders geeignet ist ein erfindungsgemäßes Array, wenn das Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet wird, und wenn das Substrat eine Beschichtung aus Polymethylmethacrylat aufweist. Wenn das Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt wird, dann wird eine hohe spezifische Festigkeit und Leichtigkeit des Arrays erreicht. Wenn das Substrat eine Beschichtung aus Polymethylmethacrylat aufweist, dann besitzt das Array eine hervorragende Haltbarkeit und geeignete optische Eigenschaften bei sehr guter elektrischer Isolierung.
Besonders geeignet ist ein erfindungsgemäßes Array, wenn die Leuchtdioden des ersten, des zweiten und des dritten Typs auf dem Substrat in Gruppen von Leuchtdioden angeordnet sind, wenn die Gruppen auf dem Substrat in einer Matrix von M Spalten und N Zeilen angeordnet sind, wenn jede der M Spalten zu einer ersten Kategorie oder zu einer zweiten Kategorie gehört, wenn jede Gruppe jeder Spalte der ersten Kategorie aus einer Leuchtdiode der ersten Typs und einer Leuchtdiode des zweiten Typs besteht, wenn jede Gruppe jeder Spalte der zweiten Kategorie aus einer Leuchtdiode der ersten Typs, einer Leuchtdiode des zweiten Typs und einer Leuchtdiode des dritten Typs besteht, und wenn die Spalten der ersten Kategorie und die Spalten der zweiten Kategorie auf dem Substrat abwechselnd angeordnet sind. Dadurch wird eine homogene Bestrahlung sichergestellt.
Ganz besonders geeignet ist das unmittelbar vorgenannte erfindungsgemäße Array, wenn die Gruppen einer jeden Reihe, die in benachbarten Zeilen angeordnet sind, in Reihenrichtung lateral zu einander versetzt angeordnet sind. Dadurch wird eine homogene Bestrahlung noch besser sichergestellt.
Ganz besonders geeignet ist das unmittelbar vorgenannte erfindungsgemäße Array, wenn M = 11 ist, und wenn N = 6 ist. Dadurch hat ein Array eine ausreichende Lichtmenge, um als einzelnes Modul zur Pflanzenzüchtung verwendet zu werden. Außerdem kann das Array in Verbindung mit weiteren gleichartigen Arrays modulartig nebeneinander angebracht werden. Bei modulartiger Verwendung mehrerer Arrays entsteht darüber hinaus eine größere Homogenität der bestrahlten Fläche.
Die Länge und die Breite des unmittelbar vorgenannten erfindungsgemäßen Arrays liegen bevorzugter Weise in einem Bereich von jeweils 240 mm bis 250 mm, wobei eine Länge und eine Breite des Arrays von jeweils 245 mm am geeignetsten sind. Dadurch hat ein erfindungsgemäßes Array eine ausreichende Licht- bzw. Strahlungsmenge, um als einzelnes Modul zur Pflanzenzüchtung verwendet zu werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße Array in Verbindung mit weiteren gleichartigen Arrays modulartig nebeneinander angebracht werden. Bei modulartiger Verwendung mehrerer erfindungsgemäßer Arrays entsteht darüber hinaus eine größere Homogenität der bestrahlten Fläche.
Die vorgenannten Probleme der Entwicklung eines geeigneten Systems zur Pflanzenzüchtung, welches die vorgenannten Probleme löst, werden darüber hinaus dadurch gelöst, dass ein Lichtregal oder ein Klimaschrank oder eine Pflanzenzüchtungsanlage ein erfindungsgemäßes Array oder mehrere erfindungsgemäße Arrays aufweist. Weißt das Lichtregal oder der Klimaschrank oder die Pflanzenzüchtungsanlage mehrere erfindungsgemäße Arrays auf, dann beinhaltet das Lichtregal oder der Klimaschrank oder die Pflanzenzüchtungsanlage eine zweite Verschaltung, wobei alle ersten Betriebsströme in Reihe geschalten sind, wobei alle zweiten Betriebsströme in Reihe geschalten sind, und wobei alle dritten Betriebsströme in Reihe geschalten sind. Dadurch lassen sich jeweils alle ersten Betriebsströme, alle zweiten Betriebsströme und alle dritten Betriebsströme durch Steuerung eines ersten Betriebsstromes, eines zweiten Betriebsstromes und eines dritten Betriebsstromes steuern. Dadurch wird ein System für die Pflanzenzüchtung geliefert, welches die vorgenannten Probleme löst.
Das unmittelbar vorgenannte erfindungsgemäße Lichtregal oder der unmittelbar vorgenannte erfindungsgemäße Klimaschrank oder die unmittelbar vorgenannte erfindungsgemäße Pflanzenzüchtungsanlage weist bevorzugter Weise eine Steuerung auf, die so konfiguriert ist, dass die durch blaues Licht an der Pflanze, insbesondere am Chlorophyll der Pflanze, induzierbaren morphogenetischen Prozesse durch einen ersten Betriebsstrom gesteuert werden, die durch rotes Licht an der Pflanze, insbesondere am Chlorophyll der Pflanze, induzierbaren morphogenetischen Prozesse durch einen zweiten Betriebsstrom gesteuert werden, und die durch UV-A-Strahlung an der Pflanze, insbesondere an den Phototropinen der Pflanze, induzierbaren morphogenetischen Prozesse durch einen dritten Betriebsstrom gesteuert werden, und die Steuerung den ersten Betriebsstrom, den zweiten Betriebsstrom und den dritten Betriebsstrom jeweils unabhängig voneinander steuert. Dadurch werden die durch sichtbares Licht, insbesondere von für die Photosynthese wichtigem roten und blauen Licht, und UV-A-Strahlung induzierbaren morphogenetischen Prozesse einer bestrahlten Pflanze, wie etwa eine verstärkte Bildung gewünschter sekundärer Pflanzenstoffe, wie etwa von Flavonoiden und Glucosinolaten, eine Verstärkung photoprotektiver Mechanismen, wie etwa der verstärkten Bildung von Photolyase und UV-Strahlung absorbierenden Pigmenten, insbesondere von UV-B-Licht absorbierenden Pigmenten, eine verstärkte Blütenbildung, ein kompakteres Wachstum, eine verstärkte Bildung von Schutzgewebe, ein verstärktes Längenwachstum, eine verstärkte Zuwendung der photosynthetisch aktiven Pflanzenzorgane zur Lichtquelle und eine verbesserte Photosyntheseleistung erreicht. Dabei werden die zu erzielenden Pflanzenzüchtungserfolge, wie etwa eine allgemein verbesserte Pflanzenzüchtung, insbesondere ein höherer Ertrag gewünschter sekundärer Pflanzenstoffe, etwa für eine medizinische Verwendung, oder ein höherer Ertrag von anderem Pflanzenmaterial, wie etwa von Blüten, erzielt.
Die Steuerung ist dabei nicht begrenzt, und kann aus einer oder mehreren Zeitschaltuhren oder einem Computer bestehen, bzw. aus einer Software, die auf einen Computer aufgespielt wird.
Die Steuerung des unmittelbar vorgenannten erfindungsgemäßen Lichtregals oder des unmittelbar vorgenannten erfindungsgemäßen Klimaschranks oder der unmittelbar vorgenannten erfindungsgemäßen Pflanzenzüchtungsanlage ist vorzugsweise so konfiguriert, dass während des Lebenszyklus einer Pflanze der dritte Betriebsstrom und damit die Menge der ausgestrahlten UV-A-Strahlung derart steuerbar wird, dass eine Pflanze in jeder Phase ihres Lebenszyklus, das heißt, von der Keimung bis zur Ernte, und in Abhängigkeit des gewünschten Pflanzenzüchtungserfolges in geeigneter Weise bestrahlt werden kann.
Die Steuerung des unmittelbar vorgenannten erfindungsgemäßen Lichtregals oder des unmittelbar vorgenannten erfindungsgemäßen Klimaschranks oder der unmittelbar vorgenannten erfindungsgemäßen Pflanzenzüchtungsanlage ist bevorzugter Weise so konfiguriert, dass die Steuerung im Laufe eines Lebenszyklus einer Pflanze, das heißt, von der Keimung bis zur Ernte, den ersten Betriebsstrom, den zweiten Betriebsstrom und den dritten Betriebsstrom jeweils unabhängig voneinander derart kontinuierlich steuert, dass unter dem Lichtregal, im Klimaschrank oder in der Pflanzenzüchtungsanlage die Bestrahlungsverhältnisse je nach Pflanzenart, Pflanzensorte, Lebenszyklus einer dabei gezüchteten Pflanze, Umweltbedingungen und gewünschtem Pflanzenzüchtungserfolg optimiert werden. Dadurch wird es zum ersten Mal möglich, mir nur einem Lichtregal, oder nur einem Klimaschrank oder nur einer Pflanzenzüchtungsanlage, verschiedene Phasen bei der Züchtung einer Pflanze oder der Erforschung einer Pflanze in diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Art und Weise zu kombinieren. Somit wird eine verbesserte Pflanzenzüchtung, insbesondere ein höher Ertrag gewünschter sekundärer Pflanzenstoffe, etwa für eine medizinische Verwendung, oder anderem Pflanzenmaterial, wie etwa von Blüten, erreicht.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Licht- bzw. UV-A-Spektrum in einem Bereich von 350 nm bis 780 nm, wie es bei einem erfindungsgemäßen Array bei Steuerung des ersten Betriebsstroms auf 150 mA, des zweiten Betriebsstrom auf 100 mA und des dritten Betriebsstroms auf 50 mA gemessen wird.
2 zeigt schematisch ein Licht- bzw. UV-A-Spektrum in einem Bereich von 350 nm bis 780 nm, wie es bei einem erfindungsgemäßen Array bei Steuerung des ersten Betriebsstroms auf 100 mA, des zweiten Betriebsstrom auf 150 mA und des dritten Betriebsstroms auf 50 mA gemessen wird.
3 zeigt schematisch ein Licht- bzw. UV-A-Spektrum in einem Bereich von 350 nm bis 780 nm, wie es bei einem erfindungsgemäßen Array bei Steuerung des ersten Betriebsstroms auf 50 mA, des zweiten Betriebsstrom auf 50 mA und des dritten Betriebsstroms auf 50 mA gemessen wird.
4 zeigt schematisch ein Licht- bzw. UV-A-Spektrum in einem Bereich von 350 nm bis 780 nm, wie es bei einem erfindungsgemäßen Array bei Steuerung des ersten Betriebsstroms auf 100 mA, des zweiten Betriebsstrom auf 50 mA und des dritten Betriebsstroms auf 50 mA gemessen wird.
5 zeigt schematisch ein Licht- bzw. UV-A-Spektrum in einem Bereich von 350 nm bis 780 nm, wie es bei einem erfindungsgemäßen Array bei Steuerung des ersten Betriebsstroms auf 50 mA, des zweiten Betriebsstrom auf 100 mA und des dritten Betriebsstroms auf 50 mA gemessen wird.
6 zeigt schematisch ein Licht- bzw. UV-A-Spektrum in einem Bereich von 350 nm bis 780 nm, wie es bei einem erfindungsgemäßen Array bei Steuerung des ersten Betriebsstroms auf 50 mA, des zweiten Betriebsstrom auf 50 mA und des dritten Betriebsstroms auf 25 mA gemessen wird.
7 zeigt schematisch ein Licht- bzw. UV-A-Spektrum in einem Bereich von 350 nm bis 780 nm, wie es bei einem erfindungsgemäßen Array bei Steuerung des ersten Betriebsstroms auf 50 mA, des zweiten Betriebsstrom auf 100 mA und des dritten Betriebsstroms auf 25 mA gemessen wird.
8 zeigt schematisch ein Licht- bzw. UV-A-Spektrum in einem Bereich von 350 nm bis 780 nm, wie es bei einem erfindungsgemäßen Array bei Steuerung des ersten Betriebsstroms auf 100 mA, des zweiten Betriebsstrom auf 50 mA und des dritten Betriebsstroms auf 25 mA gemessen wird.

Ausführungsformen
Der Polyklima True Daylight PLUS ultrA welcher ein Beispiel eines Arrays in bevorzugter Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, hat eine Länge und eine Breite von jeweils 245 mm und weist auf:

Leuchtdioden eines ersten Typs,
wobei die Leuchtdioden des ersten Typs kaltweißes Licht mit einer Farbtemperatur von 6500 K und einem Farbwiedergabeindex von >95 ausstrahlen,
Leuchtdioden eines zweiten Typs,
wobei die Leuchtdioden des zweiten Typs warmweißes Licht mit einer Farbtemperatur von 3000 K und einem Farbwiedergabeindex von >95 ausstrahlen,
Leuchtdioden eines dritten Typs,
wobei die Leuchtdioden des dritten Typs UV-A-Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von 365 nm ausstrahlen,
wobei die Anzahl der Leuchtendioden des ersten Typs, die Anzahl der Leuchtdioden des zweiten Typs und die Anzahl der Leuchtdioden des dritten Typs im Verhältnis 2:2:1 stehen,
und wobei die Leuchtdioden die Bauform 3030 aufweisen, das bedeutet, dass die Leuchtdioden jeweils in einer Verpackung mit einer Länge und einer Breite von jeweils 3,0 mm untergebracht sind;
ein Substrat,
wobei das Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet wird, wobei das Substrat eine Beschichtung aus Polymethylmethacrylat aufweist,
wobei die Leuchtdioden auf dem Substrat in Gruppen von Leuchtdioden angeordnet sind,
wobei die Gruppen auf dem Substrat in einer Matrix von M Spalten und N Zeilen angeordnet sind,
wobei jede der M Spalten zu einer ersten Kategorie oder zu einer zweiten Kategorie gehört,
wobei jede Gruppe jeder Spalte der ersten Kategorie aus einer Leuchtdiode der ersten Typs und einer Leuchtdiode des zweiten Typs besteht,
wobei jede Gruppe jeder Spalte der zweiten Kategorie aus einer Leuchtdiode der ersten Typs, einer Leuchtdiode des zweiten Typs und einer Leuchtdiode des dritten Typs besteht,
wobei die Spalten der ersten Kategorie und die Spalten der zweiten Kategorie auf dem Substrat abwechselnd angeordnet sind,
wobei die Gruppen einer jeden Reihe, die in benachbarten Zeilen angeordnet sind, in Reihenrichtung lateral zu einander versetzt angeordnet sind,
wobei M = 11 ist,
und wobei N = 6 ist,

1 bis 8 veranschaulichen Licht- bzw. UV-A-Spektren in einem Bereich von 350 bis 780 nm, wie sie von der Polyklima True Daylight PLUS ultrA ausgestrahlt werden.
Die Spektren aus den 1 und 8 zeigen einen Anteil an UV-A-Strahlung, wobei dieser bei den Spektren aus den 1 und 5 höher ist als bei den Spektren aus 6 bis 8. Mit der so steuerbaren Menge der UV-A-Strahlung lassen sich morphogenetische Prozesse an der Pflanze und/oder den Tieren, wie etwa eine verstärkte Bildung gewünschter sekundärer Pflanzenstoffe, insbesondere von Flavonoiden und Glucosinolaten, eine Verstärkung photoprotektiver Mechanismen, insbesondere eine verstärkte Bildung von Photolyase und UV-Strahlung absorbierenden Pigmenten, wie etwa von UV-B-Licht absorbierenden Pigmenten, eine verstärkte Blütenbildung, ein kompakteres Wachstum, eine verstärkte Bildung von Schutzgewebe, etwa gegen pflanzenfressende Insekten oder Pilze, eine verstärkte Zuwendung der photosynthetisch aktiven Pflanzenzorgane zur Lichtquelle, die Fortpflanzung bei Insekten, die Navigation von Fluginsekten und eine verbesserte Photosyntheseleistung steuern. Dadurch wird ein höherer Ertrag gewünschter sekundärer Pflanzenstoffe, etwa für eine medizinische Verwendung, oder ein höherer Ertrag von anderem Pflanzenmaterial, wie etwa von Blüten, oder eine erhöhte Produktion von Insekten erreicht.
1 zeigt ein Spektrum mit einem hohen Anteil an blauem Licht, welches durch eine Erhöhung des ersten Betriebsstromes erreicht wird. Durch die gezielte Erhöhung des blauen Lichts lässt sich unter anderem das Höhenwachstum (Apikaldominanz) einer Pflanze einschränken und die Bildung von Seitentrieben und die Blütenbildung verstärken.
2 zeigt ein Spektrum mit einem hohen Anteil an rotem Licht, welches durch eine Erhöhung des zweiten Betriebsstromes erreicht wird. Durch die gezielte Erhöhung des roten Lichts lässt sich das Höhenwachstum einer Pflanze anregen und der Abbau von Chlorophyll vermindern.
Die Polyklima True Daylight PLUS ultrA ist also hervorragend sowohl als Lichtquelle bzw. Strahlungsquelle für Forschungsaufgaben im Bereich der Pflanzenphysiologie als auch im Bereich der Pflanzenzüchtung geeignet. Die Polyklima True Daylight PLUS ultrA lässt sich auch an eine Zeitschaltuhr bzw. einen Computer anschließen, womit sich mit nur einer Lampe die Menge an ausgestrahltem blauem Licht, die Menge an ausgestrahltem rotem Licht und die Menge an ausgestrahlter UV-A-Strahlung als Gradient über die Zeit steuern lässt.
Die bevorzugte Ausführungsform eines Lichtregals, Klimaschranks oder einer Pflanzenzüchtungsanlage weist einen oder mehrere Polyklima True Daylight PLUS ultrA auf, wobei die Steuerung während der Züchtung der Pflanze, das heißt, von der Keimung bis zur Ernte, und in Abhängigkeit von Umweltbedingungen bzw. des Stadiums des Lebenszyklus einer Pflanze und des gewünschten Pflanzenzüchtungserfolges, den ersten Betriebsstrom, den zweiten Betriebsstrom und den dritten Betriebsstrom jedes Polyklima True Daylight PLUS ultrA. individuell so variiert, dass in dem Lichtregal, im Klimaschrank oder in der Pflanzenzüchtungsanlage bestimmte Bestrahlungsverhältnisse, also die Menge des ausgestrahlten blauen Lichts, die Menge des ausgestrahlten roten Lichts und die Menge der ausgestrahlten UV-A-Strahlung, jeweils so eingestellt sind, dass letztlich ein höherer Ertrag gewünschter sekundärer Pflanzenstoffe, etwa für eine medizinische Verwendung, oder ein höherer Ertrag von anderem Pflanzenmaterial, wie etwa von Blüten, erreicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Pavlos Kalaitzoglou et al., 2019 (Kalaitzoglou P, van Ieperen W, Harbinson J, et al. Effects of Continuous or End-of-Day Far-Red Light on Tomato Plant Growth, Morphology, Light Absorption, and Fruit Production. Front Plant Sci. 2019;10:322. Published 2019 Mar 28 [0009]

Claims

Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung, aufweisend: mindestens eine Leuchtdiode eines ersten Typs, wobei die mindestens eine Leuchtdiode des ersten Typs kaltweißes Licht mit einer Farbtemperatur in einem Bereich von 5300 K bis 8500 K ausstrahlt, mindestens eine Leuchtdiode eines zweiten Typs, wobei die mindestens eine Leuchtdiode des zweiten Typs warmweißes Licht mit einer Farbtemperatur in einem Bereich von 2000 K bis 3300 K ausstrahlt, mindestens eine Leuchtdiode eines dritten Typs, wobei die mindestens eine Leuchtdiode des dritten Typs UV-A-Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge in einem Bereich von 335 nm bis 395 nm ausstrahlt, ein Substrat, wobei die Leuchtdioden des ersten, des zweiten und des dritten Typs auf dem Substrat angeordnet sind, und eine erste Verschaltung, wobei die Leuchtdioden des ersten Typs derart verschaltet sind, dass sie mit einem ersten Betriebsstrom steuerbar sind, wobei die Leuchtdioden des zweiten Typs derart verschaltet sind, dass sie mit einem zweiten Betriebsstrom steuerbar sind, wobei die Leuchtdioden des dritten Typs derart verschaltet sind, dass sie mit einem dritten Betriebsstrom steuerbar sind, und wobei die erste Verschaltung so angeordnet ist, dass der erste Betriebsstrom, der zweite Betriebsstrom und der dritte Betriebsstrom jeweils unabhängig voneinander steuerbar sind.
Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach Anspruch 1, wobei das kaltweiße Licht der Leuchtdioden des ersten Typs eine Farbtemperatur von 6500 K und einen Farbwiedergabeindex >90 aufweist, wobei das warmweiße Licht der Leuchtdioden des zweiten Typs eine Farbtemperatur von 3000 K und einen Farbwiedergabeindex >90 aufweist, und wobei die Peak-Wellenlänge der UV-A-Strahlung 365 nm ist.
Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leuchtdioden des ersten Typs 30 % bis 50 %, die Leuchtdioden des zweiten Typs 30 % bis 50 % und die Leuchtdioden des dritten Typs 1 % bis 40 % an der Gesamtzahl der Leuchtdioden ausmachen.
Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Anzahl der Leuchtendioden des ersten Typs, die Anzahl der Leuchtdioden des zweiten Typs und die Anzahl der Leuchtdioden des dritten Typs im Verhältnis 2:2:1 oder 2:2:2 stehen.
Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Leuchtdioden des ersten, des zweiten und des dritten Typs jeweils eine der Bauformen 3030 oder 3528 oder 2835 oder 5630 aufweisen, das bedeutet, dass die Leuchtdioden jeweils in einer entsprechenden Verpackung mit einer Länge von 3,0 mm und einer Breite von 3,0 mm bei Bauform 3030 oder einer Länge von 3,5 mm und einer Breite von 2,8 mm bei Bauform 3528 oder einer Länge von 2,8 mm und einer Breite von 3,5 mm bei Bauform 2835 oder einer Länge von 5,6 mm und einer Breite von 3,0 mm bei Bauform 5630 untergebracht sind.
Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet wird, und wobei das Substrat eine Beschichtung aus Polymethylmethacrylat aufweist.
Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leuchtdioden des ersten, des zweiten und des dritten Typs auf dem Substrat in Gruppen von Leuchtdioden angeordnet sind, wobei die Gruppen von Leuchtdioden auf dem Substrat in einer Matrix von M Spalten und N Zeilen angeordnet sind, wobei jede der M Spalten zu einer ersten oder zu einer zweiten Kategorie gehört, wobei jede Gruppe jeder Spalte der ersten Kategorie aus einer Leuchtdiode der ersten Typs und einer Leuchtdiode des zweiten Typs besteht, wobei jede Gruppe jeder Spalte der zweiten Kategorie aus einer Leuchtdiode der ersten Typs, einer Leuchtdiode des zweiten Typs und einer Leuchtdiode des dritten Typs besteht, und wobei die Spalten der ersten Kategorie und die Spalten der zweiten Kategorie auf dem Substrat abwechselnd angeordnet sind.
Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach Anspruch 7, wobei die Gruppen einer jeden Reihe, die in benachbarten Zeilen angeordnet sind, in Reihenrichtung lateral zu einander versetzt angeordnet sind.
Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach Anspruch 7 oder 8, wobei M = 11 ist, und wobei N = 6 ist.
Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach Anspruch 9, wobei das Array eine Länge und eine Breite in einem Bereich von jeweils 240 bis 250 mm aufweist.
Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach Anspruch 10, wobei die Länge und die Breite des Arrays jeweils 245 mm sind.
Lichtregal oder Klimaschrank oder Pflanzenzüchtungsanlage, aufweisend: ein Array zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Lichtregal oder Klimaschrank oder Pflanzenzüchtungsanlage, aufweisend: mehrere Arrays zur Bestrahlung eines Objektes, insbesondere einer Pflanze und/oder Tier, mit sichtbarem Licht und UV-A-Strahlung nach einem der Ansprüche 1 bis 11; und eine zweite Verschaltung, wobei alle ersten Betriebsströme derart in Reihe geschalten sind, dass alle ersten Betriebsströme durch eine Steuerung des ersten Betriebsstroms steuerbar sind, wobei alle zweiten Betriebsströme derart in Reihe geschalten sind, dass alle zweiten Betriebsströme durch eine Steuerung des zweiten Betriebsstroms steuerbar sind, und wobei alle dritten Betriebsströme derart in Reihe geschalten sind, dass alle dritten Betriebsströme durch eine Steuerung des dritten Betriebsstroms steuerbar sind.
Lichtregal oder Klimaschrank oder Pflanzenzüchtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 13, aufweisend eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass die durch blaues Licht an einer Pflanze, insbesondere am Chlorophyll der Pflanze, induzierbaren morphogenetischen Prozesse durch den ersten Betriebsstrom gesteuert werden, die durch rotes Licht an der Pflanze, insbesondere am Chlorophyll und am Phytochrom der Pflanze, induzierbaren morphogenetischen Prozesse durch den zweiten Betriebsstrom gesteuert werden, die durch UV-A-Strahlung an der Pflanze, insbesondere an den Phototropinen der Pflanze, induzierbaren morphogenetischen Prozesse durch den dritten Betriebsstrom gesteuert werden, und die Steuerung den ersten Betriebsstrom, den zweiten Betriebsstrom und den dritten Betriebsstrom jeweils unabhängig voneinander derart steuert, dass die durch sichtbares Licht, insbesondere von für die Photosynthese wichtigem blauen und roten Licht, und UV-A-Strahlung induzierbaren morphogenetischen Prozesse an der Pflanze und/oder den Tieren, wie etwa eine verstärkte Bildung gewünschter sekundärer Pflanzenstoffe, insbesondere von Flavonoiden und Glucosinolaten, eine Verstärkung photoprotektiver Mechanismen, insbesondere eine verstärkte Bildung von Photolyase und UV-Strahlung absorbierenden Pigmenten, wie etwa von UV-B-Licht absorbierenden Pigmenten, eine verstärkte Blütenbildung, ein kompakteres Wachstum, eine verstärkte Bildung von Schutzgewebe, etwa gegen pflanzenfressende Insekten oder Pilze, ein verstärktes Längenwachstum, eine verstärkte Zuwendung der photosynthetisch aktiven Pflanzenzorgane zur Lichtquelle, die Fortpflanzung bei Insekten, die Navigation von Fluginsekten und eine verbesserte Photosyntheseleistung steuerbar sind.
Lichtregal, Klimaschrank oder Pflanzenzüchtungsanlage nach Anspruch 14, wobei die Steuerung während der Züchtung der Pflanze, das heißt, von der Keimung bis zur Ernte, den dritten Betriebsstrom und damit die Menge der ausgestrahlten UV-A-Strahlung derart steuert, dass ein höherer Ertrag gewünschter sekundärer Pflanzenstoffe, etwa für eine medizinische Verwendung, ein höherer Ertrag von anderem Pflanzenmaterial, wie etwa von Blüten, oder eine erhöhte Produktion von Insekten erreicht wird.