TW201543995A - 使用ｌｅｄ照明之植物生長系統 - Google Patents

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Abstract

一種用於生長一植物之系統，其包括一向內反射性外殼以及較佳地一頂部。多個LEDs，較佳地由一控制單元控制，選擇性地對該植物的預定部分發光。該控制單元與通氣口及氣流的使用、一選擇性的加熱器，以及來自光強度感應器及顏色感應器的回饋控制該外殼之內部的生長條件。該向內反射性外殼可由內壁及外壁構成，其具有一反射性膜夾在該內壁及該外壁之間。當需要時，一循環環領可與該等LEDs之任一者一起使用以增加該光線的強度。該頂蓋可由多個板構成，該等板在一關閉位置及開啟位置之間繞著其縱軸轉動。在另一具體態樣中，一對向內反射性外殼共用一共有的且具有洞的反射性壁。該兩個外殼在光循環及暗循環期間運作，以使得彼此間可交替地交換氧氣及二氧化碳。

Description

使用LED照明之植物生長系統 發明領域/相關申請案之交互參照
本發明係有關一種使用LED照明之植物生長系統。本專利申請案主張於2014年5月6日申請之美國臨時申請案No.61/989,103的優先權；於2014年7月23日申請之美國臨時申請案No.62/027,979的優先權；以及於2015年3月30日申請之美國臨時申請案No.62/140,026的優先權。
發明背景
LEDs的效能在近幾年已大為改善。由於其極低的價格，使用LEDs作為用於植物生長的照明源已成為可行的。因為LEDs可在合理的成本下持續地照明一植物，且潛在地具有較太陽更強的光強度，因此生長的速率可增加至超過在自然日光條件下的自然生長。此外，現在可在日光最少的冬天以及在天黑的晚上時間生長植物。
除了照明條件，植物普遍地在特定的溫度生長得最好。可設計溫室以控制溫度而提供最佳條件。此外，已知的是基於葉子的顏色，葉子的吸收光譜基於不同的植物種類而不同。
發明概要
本發明揭示一種與溫室整合之可擴充之自給式的LED植物生長照明系統，其中該LED被放置在一具有反射內側表面之外罩的內部。該系統的溫度可由通氣口控制，其控制由該等LEDs所產生之熱的移除，以提供最佳生長溫度。此外，可配合該等葉子中的葉綠素的吸收光譜選擇該等LEDs的顏色。由於此類的封閉系統，CO2可在最小損失下被添加，進一步增加該植物的生長速率。藉由在該等葉子的下方放置LEDs，此類的循環光系統也允許該等葉子之底部的照明，以增加光合作用的面積，進一步增加該植物的生長速率。
更具體地，一用於生長植物的系統包括一向內反射性外殼以及較佳地一頂部。多個LEDs，較佳地由一控制單元控制，選擇性地對該植物的預定部分發光。該控制單元與通氣口及氣流的使用、一選擇性的加熱器，以及來自光強度感應器及顏色感應器的回饋控制該外殼之內部的生長條件。
該向內反射性外殼可由內壁及外壁構成，其具有一反射性膜夾在該內壁及該外壁之間。當需要時，一循環環領(recycling collar)可與該等LEDs之任一者一起使用以增加該光線的強度。該頂蓋可由多個板構成，該等板在一關閉位置及開啟位置之間繞著其縱軸轉動，以控制光的進入以及空氣的流動。在另一具體態樣中，一對向內反射性 外殼共用一共有的反射性壁。該共用的壁包括洞，以允許氧氣從一室流動至另一室，且允許二氧化碳從該另一室流動至該第一室。該兩個外殼在光循環及暗循環期間運作，以使得彼此間可交替地交換氧氣及二氧化碳。
或者，可操作上述之系統以使得一室為一犧牲室，該犧牲室具有死亡的有機物質，例如草坪修剪物，以排放二氧化碳至另一室而加速生長。
效能的增加亦允許較高效能的電力使用，其係生產的主要成本。由於能源資源的缺乏，以及降低顆粒污染和CO2排放的需求，增加電力使用之效能將會是一重要的因素。
10‧‧‧花盆
12‧‧‧土壤
14‧‧‧莖
16‧‧‧枝條
18‧‧‧葉子
20、20a‧‧‧外殼
23‧‧‧反射性(內側)表面、反射性側表面
23a‧‧‧金屬或雙向色性塗層、壁
24‧‧‧頂蓋、反射性表面
24a‧‧‧(上)蓋
26‧‧‧通氣口
30‧‧‧LED(s)、LED陣列、LED生長燈、LED光源
30a‧‧‧底蓋
31a‧‧‧側壁
32‧‧‧通氣口
33‧‧‧底部部分、底蓋
34‧‧‧開口
36‧‧‧CO2進氣口
38‧‧‧溫度感應器
40‧‧‧加熱器
42‧‧‧CO2感應器
44‧‧‧光強度感應器
46‧‧‧顏色感應器(單元)
50‧‧‧控制單元
51‧‧‧反射性膜
52、54‧‧‧層
56‧‧‧外殼、開口
58‧‧‧路徑
60‧‧‧循環環領
62‧‧‧準直透鏡
64‧‧‧中心開口
68‧‧‧植物
70‧‧‧溫室
72‧‧‧反射性物質
74‧‧‧外殼
76‧‧‧頂板
78‧‧‧側壁
80‧‧‧反射性板
82‧‧‧樞軸
84‧‧‧開啟位置
86‧‧‧關閉位置
88‧‧‧縱向邊緣
90‧‧‧馬達
92‧‧‧光感應器
100、102‧‧‧室
104‧‧‧反射性隔壁
110‧‧‧光循環外殼
110a、110b、110c、110d、110e‧‧‧外殼
112、112d、114、116‧‧‧焦點
120‧‧‧光源
122‧‧‧反射性外殼
124‧‧‧頂部
126‧‧‧底部
128‧‧‧反射性塗層
129‧‧‧反射性側壁
130‧‧‧外殼
132‧‧‧直的側壁
134‧‧‧鋸齒狀側壁
136‧‧‧彎曲狀側壁
138‧‧‧聚光燈
140、142‧‧‧光線
144‧‧‧外殼
150a、150b、150c‧‧‧橫切面
152‧‧‧頂部(表面)
154‧‧‧底部表面
156‧‧‧燈棒
160‧‧‧(燈)棒、(擴散性物質)棒
162‧‧‧(燈)棒、(擴散性物質)棒
170‧‧‧燈棒
172‧‧‧萵苣
圖1係根據本發明之一植物生長系統的一側面示意圖；圖2係一替代系統的一側面示意圖；圖3係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；圖4係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；圖5係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；圖6係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；圖7係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；圖8係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；圖9係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；圖10係圖9具體態樣之可轉動之反射性板在關閉位置及開啟位置的一側面示意圖； 圖11係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；圖12係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；圖13係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；圖14-20係用於根據本發明之系統中之具有不同替代形狀之外罩的透視圖；圖21係用於生長植物之一已知系統的一側面示意圖；圖22係根據本發明之另一系統的透視示意圖，以及具有不同替代形狀之外罩外殼的俯視圖；圖23係圖22之圓柱形外罩外殼的透視示意圖，以及具有不同替代形狀之側壁；圖26係根據本發明之一系統之其它照明配置的側面示意圖；圖27-29係與根據本發明之一系統一起使用之其它照明源的示意透視圖；圖30係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；以及圖31係根據本發明之另一系統的一側面示意圖；
較佳實施例之詳細說明
圖1係一基本系統的一示意圖。在第一具體態樣的下列說明中，該植物係以一花盆10、在該花盆中的土壤12、一莖14、枝條16以及葉子18所表示，且為了簡化而省略選擇性果實。該循環照明系統包括一具有反射性內側表面23之外殼20，以及較佳地一可移除之頂蓋24，該頂蓋具有通氣口26穿過其中。該外殼包括側面以及一具有通氣口 32之底部部分33，以允許空氣進入及離開該外殼20的內部。該底部部分33之面向上表面亦包括一內側反射性表面。由於該等通氣口32及26，在特定溫度條件期間，空氣可以經由在該底部部分33之該等通氣口32進入該底部部分33，且經由在該頂蓋24之該等通氣口26向上地離開，以控制該外殼20的內部溫度。
安裝一或多個顏色的一或多個LEDs 30在該頂蓋24的下側以對該等葉子18發光。除了該等通氣口26及該等LEDs，該頂蓋24之底部表面的其它地方被一反射性物質所覆蓋。該底部部分33包括一開口34，該莖延伸通過該開口。雖然沒有具體地顯示，該底部部分33被配置以使得當需要時可以被移除及固定在該莖14周圍。例如，該底部部分33可包括2個部件，且可拆卸地固定至該外殼。當被移除時，該2個部件相對於彼此轉移或分離，以使得該底部部分33可以被固定在該莖14的周圍或者從該莖14被移除。
該外殼20可包括一CO2進氣口36、一溫度感應器38、一加熱器40、一隔熱套(未顯示)、一CO2感應器42、一光強度感應器44，以及一用於葉子之顏色感應器46。該外殼20亦可包括一風扇，其用於循環在該外殼內的空氣以及移動空氣出入該外殼。
當該頂蓋24關閉時呈現在一固定位置，其較佳地係可上下移動地固定至該外殼20，以允許當該植物變高時該外殼可延長。該系統亦包括一電源供應以及一控制單元50，該控制單元較佳地可與該等感應器及加熱器無線地通 信，並且可控制該等LEDs的照明，包括將它們打開或關掉、調整強度，以及基於該顏色感應器46的讀數去選擇使用哪個顏色的LEDs照明。
在圖1，該等LEDs 30被放置在該外殼之該頂蓋24的下方，其中光被向下引導朝向該等葉子18。該光的一部分也將會被引導朝向該外殼之內部的反射性側表面23，且將會朝向該等葉子18被反射回去。由於在該等表面上的高反射性塗層，光的損失甚少，且該光最後將會被該等葉子吸收，當從該等反射性表面23、24的內側多次反射後。此外，可確保該系統的效能，因為該外殼的該底部部分33不允許來自該等LEDs 30的光照明該土壤或花盆，否則會損失光能。這在生長的初始週期的期間係特別的重要，當該等葉子18的數量及大小係最小的，且在傳統生長方法中當大量的土壤係曝露在外。
該外殼亦作為一溫室，捕捉由該等LEDs所產生的熱。選擇性地，將一隔熱套(未顯示)包覆在該外殼20的外側周圍，以將溫度增加至所欲的最佳值。
在圖1中，該外殼的形狀實質上像一無柄酒杯。或者如圖2所示，該外殼20a可為圓柱形，其具有一圓形上蓋24a以及一具有一開口34之底蓋30a，其中該等LEDs 30係安裝在亦作為一散熱器的該圓形上蓋，且該莖通過該開口。就圖1而言，該蓋24a較佳地係可移除的，或至少可打開，且較佳地係亦可被放置在不同的高度以允許當該植物生長時該等LEDs可被重新放置。
該外殼之該等內側壁係藉由真空沉積、開放沉積(open deposition)、塗漆或任何其它合適的方法塗上金屬或雙向色性塗層23a而成為反射性。該等壁23a亦可藉由在該等內側表面上塗上一反射性片，諸如由3M製造的反射性膜，而成為反射性。LEDs亦可被放置在該底蓋30a及該側壁31a上，以增加該光的強度，因此增加生長速率。
如圖3所示，在另一具體態樣中，該等反射性膜51可被放置在一雙層壁的兩個層52、54之間的空隙中。此提供該反射性表面較佳的保護。雖然未顯示，在圖3中之該外殼56亦包括一頂蓋24b，以為了該植物而形成一密閉空間。
該外殼可由玻璃、塑膠、金屬等所製成。該外殼亦可被模製以降低生產成本。在一具體態樣中，該外殼可由多個部件所製成，該等部件可被組裝為一蛤殼式結構，其可打開及關閉以插入或移除該植物。
圖4顯示該外殼20具有一頂蓋24，該頂蓋係安裝在該側壁的內側，其在某種程度上可被重新放置以移動該等LEDs 30至一適當的高度，以使得當該植物生長時可容納該植物。例如，該頂蓋24可與該外殼側壁31a的該內側表面具有一摩擦配合(friction fit)。亦可使用其它安裝系統。該頂蓋24可與一馬達(未顯示)耦合，該馬達係由圖1的該控制單元50控制以定期地重新放置該頂蓋24。可使用任何合適的安裝配置以允許該頂蓋24垂直地移動。
圖5顯示另一具體態樣，其中除了在該頂蓋之外， LED陣列30被放置在該等側壁31a以及該底蓋33。此LEDs的配置允許從許多方向照明該等葉子，而增加該植物的生長速率。
參照圖6，在一植物的部分或全部的生長週期的期間，例如當僅有少數小葉子的初始生長時期，可使用由Wavien,Inc.所研發的一循環光技術添加一特別的LED光源至該頂蓋。此類技術涉及一循環環領54的使用。該循環環領54具有一面向該LED 30的弧形凹面反射性表面，以及一中心開口56，其被設置在相對於該LED 30之光束之所欲方向的路徑58中。由於該循環環領54，從LED 30發出的光朝著該光路徑58的方向通過該開口56，且被引導朝向該植物的一或多個葉子18。較大角度的光束撞擊該環領54的內部反射性壁，且直接地或間接地朝向該LED反射回去以便循環。當需要時，可引導從該環領54發出的光通過一透鏡55。該環領增加該光的強度，以使得該光的強度大於該LED本身所發出的光好幾倍。此類技術的使用進一步地增加該初始生長速率。
較佳地，各個環領54係可拆卸地固定在該頂蓋24以覆蓋一LED 30。當需要時，該環領54可被可拆卸地固定至該LED本身。於是，在該年幼植物的生命期間，所有的LED光最初係藉由該環領54被引導朝向該等少數初始葉子18以增加生長速率。當該植物成熟時，移除該等環領以使得更多的該LED光被引導朝向該等較新的葉子。一旦該植物被移除，該環領54可被重新安裝以生長下一個年幼植 物。
可藉由該等葉子所反射之顏色而決定其吸收光譜。由於該等葉子具有許多顏色，因此針對不同植物的最佳生長會有許多的最佳光譜。可結合具有不同顏色之不同數量的LEDs以產生所欲之最佳光譜。由於各個LED或一組LEDs可獨立地由該控制單元50控制，該等具有不同顏色的LEDs可被連接至一選擇性地由電腦控制的經控制電路。由於該等葉子的顏色在生長期間會改變，亦可為了最佳生長速率而調整該等LEDs的顏色。該控制單元50因此監測該顏色感應器46之讀數，並且相應地調整該等發光之LEDs的顏色。
在所有該等具體態樣中，可使用一顏色感應器單元46檢測該等葉子的顏色，並且針對最佳生長速率而相應地調整該等LED燈的顏色。
先前的說明係一與一單一植物放置在一起的單一照光系統。可擴展該系統使其具有多個單元呈陣列式且相互緊靠著放置在架子上，以用於大量生產。在此類的配置中，可組合一些該等組件成為單一單元以降低該系統的成本。例如，可使用一單一電源供應以驅動照光系統的多個單元。可使用一單一控制單元以控制多個照光系統。可將多個植物放置在一單一較大的花盆中，而不是將一單一植物生長在一單一花盆中。在另一具體態樣中，可在土地上生長多個植物而不使用任何花盆。
圖7顯示一使用一單一循環環領60以及一準直透 鏡62之照光系統的一具體態樣。該環領60具有一例如圓形之凸面反射性表面，其面向該LED 30。該環領60亦具有一中心開口64以及該透鏡62，該透鏡被放置以接收自該循環環領60離開並通過該開口的光。因為該循環環領60，由該LED 30在一個大於一預定角度的角度發出的光線撞擊該環領反射性表面，並且反射回至該LED以便循環。較低角度的光線自該開口64離開，並且撞擊該引導此等光線朝向該等葉子18之準直透鏡62。實際上，該環領60作用為集中該等光線，以使得撞擊該等葉子18之光線具有經增加的亮度，以增加該植物的生長速率。
在上述該等具體態樣中，該土壤及該等花盆係遠離該照光系統被放置，以允許方便灌溉。如圖8所示，可以以相似的方式完成此類系統的一大規模實施。多個植物68係相隔特定距離被放置，它們的根部土壤12不是在花盆10中就是在地面(未顯示)。在該等植物68之間的該地表面被反射性物質覆蓋，使得光不會被浪費而是將會被反射。同樣地，這在生長的初始階段當該等植物係幼小的且具有少數葉子是重要的。一溫室70係在該等植物周圍建構，且其所有的內側表面被反射性物質72覆蓋。然後在該等植物的上方、下方及側面將LED生長燈30放置在該反射性物質72的內側，以提供最大化照明。
如圖9及圖10所示，在另一具體態樣中，該外殼74具有一頂板76以及側壁78，覆蓋有平的以及延長的反射性板80。各個板80被安裝在樞軸82上，使得其可以在一開 啟位置84及一關閉位置86之間轉換。在該關閉位置，該等板80的縱向邊緣88較佳地係互相重疊或者緊密地鄰接以阻擋或至少實質上阻擋外面的光進入該外殼74的內部。
在圖9及圖10的具體態樣中，在有陽光的時刻的期間，該等反射性板80維持在開啟位置84，使得陽光可穿過該等間隔並且照明該等植物。當陽光係弱的或是缺乏的，該等反射性板80被轉換至該關閉位置，形成一具有反射性內部表面之完全封閉的外殼。然後該等LED 30作為光源而照明。此類實施允許陽光及LED光的有效使用以及最佳生長速率，同時能節省電力。該等板80的開啟及關閉，以及該等LEDs的開啟及關閉可經由該控制單元50使用一馬達90及一光感應器92而控制。
一種用以增加生長速率之已知方法係在光合作用期間增加二氧化碳(CO2)的濃度。擁有溫室的農夫時常會燃燒丙烷以增加濃度，其係不節能的。圖11揭露一藉由使用2個室100、102增加二氧化碳濃度的系統及方法，該等2個室係藉由一具有通氣道通過其中之反射性隔壁104而互相隔開的。該等室100、102的外側表面亦被一反射性壁覆蓋，且一LED光源L1及L2係被放置在各個室100、102中。
藉由僅利用2個植物，亦即P1及P2，來簡化該系統的說明。植物P1被放置在室100的內部，且植物P2被放置在另一室102中。通過該隔壁104之該通氣道的面積相較於該隔板的面積係小的，使用光損失將會被最小化。必要時，可使用反射性遮罩(未顯示)以防止漏光。
該照光循環具有2個階段。如圖12所示，在第一個階段，該植物P1在黑暗中休息，且燈L1係關閉的。該植物P1將不會經歷光合作用，且將會吸收氧氣(O2)並釋放二氧化碳(CO2)。在另一室102中，燈L2係開啟的，且在光合作用的期間P1將會吸收二氧化碳並釋放氧氣。淨結果係該植物P1供應額外的二氧化碳給該植物P2，且該植物P2供應額外的氧氣給P1。
如圖13所示，在第二個階段的期間，該系統被反轉。該燈L1係開啟的，且該燈L2係關閉的。植物P1供應氧氣給植物P2，且植物P2供應二氧化碳給P1。對於某些植物，取決於該等生長速率的最佳化，L1及L2兩者可同時被開啟或關閉。
可進一步擴大此系統使其具有犧牲性植物，其中該燈始終是關閉的。若植物P1係一犧牲性植物，該燈L1將保持關閉，且植物P1釋放二氧化碳以協助植物P2較快地生長。在此情況下，該燈L1將總是保持關閉，且在其生命期間產生二氧化碳之植物P1最後將會枯萎以及死亡。此類的犧牲性植物P1可為一不同於植物P2的物種，或者可為依然是活的之新鮮的植物修剪物。例如，修剪草坪而割下的草可被使用為犧牲性植物。該經割下的草可用來替代P1，且其保持在黑暗中直到枯萎及死亡，同時提供二氧化碳給植物P2以加速生長。在其它具體態樣中，可將用於運作該等階段的參數程式化至該控制單元50中以在適當的時刻開啟及關閉該等燈。
如圖14所示，該光循環外殼110可為球形。在此情況下，該光將不會以一特定模式在該外殼的內側混合。如圖15所示，該外殼110a亦可為圓柱形以容納較高的植物。圖16顯示一圓錐形外殼110b給具有較長的莖且具有葉子在頂部之植物。
圖17顯示一具有一焦點112之雙重拋物線反射器外殼110c，該焦點具有所示之特定的預定光路徑。該外殼110c可被使用在本發明的任一具體態樣中。
圖18顯示另一雙重拋物線反射器外殼110d，其具有一個以上的焦點112d，該等焦點具有所示之光路徑。圖19顯示一具有2個焦點114的截雙重拋物線反射器外殼110e。圖20顯示另一具有焦點116的雙重拋物線反射器外殼110f。對於具有特定葉子/莖形狀的特定植物，當特定的光模式係所欲，可使用此等具有特別的反射器的系統，以針對經增加之生長速率提供進一步最佳化。
圖21顯示一典型的在頂部使用一光源120之植物生長系統，其具有一植物68在一容器或花盆10中。此系統係簡單的，但在光的使用以及在用於光合作用之可利用葉子表面的使用並不是非常有效率。
為了克服這些缺點，圖22顯示一具有一反射性外殼122之系統，其具有一選擇性頂部124、一底部126以及一在該外殼122上的選擇性反射性塗層128。所有由該等LEDs產生的光(未顯示)將會被侷限在該外殼122的內部，以增加該系統的效能。該外殼可為圓形、方形、六角形、八角形 或任何其它形狀。
圖23顯示該外殼130之該反射性側壁129的其它具體態樣，其中該側壁可為直的132、鋸齒狀134、彎曲狀136或任何其它形狀以提供更多結構給該外殼。該側壁形狀可提供特定選擇性功能，其將在下文中說明。
圖24顯示在該植物68的中心的上方及側邊添加聚光燈138。較佳地係在該植物的早期生長階段期間當僅具有少數小樹葉時使用該等聚光燈138。來自該等聚光燈138之光線140因此被聚焦在該植物68的該等初始葉子上。在此具體態樣中，較佳地係在早期生長階段期間關閉該等LEDs(未顯示)，因為它們的光大部分不會被使用，降低該效能。
圖25顯示另一具有鋸齒狀側壁134的具體態樣，其具有反射性表面。該等節(sections)係如所示的在水平線及一定角度之間交替。該光源可如所示被放置在該等轉彎處(comers)，以使得該等光線142將會被向下引導朝向該植物68。具有向上引導的光可能會對該植物產生不良影響，且在光合作用方面係不有效的。
或者，如圖26所示，該外殼144的橫切面為方形。該等LED光源30的各個包括一具有電路板之線形散熱器，一或多個LEDs 30聚集在該線形散熱器，該一個或多個LEDs 30較佳地係從該外殼144的該頂蓋24延伸。取決於植物的種類，可使用不同顏色的LEDs，包括白色、紅色、綠色、藍色及其它顏色。可同時使用一或多個LEDs以及一或 多個顏色。圖26顯示一選擇性頂部，當需要時，可添加來自LEDs的額外的光。
圖27顯示三種燈棒的類型，亦即橫切面為長方形150a、橫切面為圓形150b，以及橫切面為三角形150c，當需要更多的光時，其可被添加至例如20之該等反射性外殼之任一者的內部。這是特別地有效的，當該等植物具有茂密葉子且當從頂部或從側邊的光無法到達這些葉子時。其將會降低該植物的效能及生長速率。可經由在該外殼的側邊的開口插入一或多個此等燈棒，並且可在該等葉子之間插入一或多個此等燈棒以照明原本在黑暗中的該等葉子。該燈棒的橫切面可為方形、長方形、圓形、三角形或其它合宜形狀。該等表面可全部為光亮的、部分為光亮的，或部分為黑暗的。例如，如圖28所示，就所示的長方形橫切面150a而言，該頂部表面152可為黑暗的，使得其不會照射該等葉子的底部，且該底部表面154係光亮的，使得其可照明該等葉子的頂部，以促進光合作用。為了提供光，LEDs可以被安裝在該燈棒的一側邊，使得該頂部不會有光，且光輸出僅來自該底部。選擇性地，該頂部152可以被漆成黑色或覆蓋不透明層。
在另一具體態樣中，該燈棒156可以係末端發光的(end-lit)，其中該等LEDs 30係被放置在該燈棒的末端，且為了較佳散熱，該燈棒可在該外殼的外側。該燈棒將會以擴散性物質或者結構散射表面而製成，其類似於使用在用於LCD面板的黑燈中的系統。該頂邊可以是反射性的， 以使得所有的光將會被引導朝向該底部。
如圖29所示，在另一具體態樣中，可沿著該燈棒160的長度放置該等LEDs 30，以用於邊緣照明該製成該棒160之擴散性物質。可將該末端發光系統應用至一所示之具有擴散性物質或表面之圓形燈棒162。該等LEDs 30輸入光至該擴散性物質棒160及162的一端。較佳地係該相對末端具有一反射性物質。在棒160的情況下，較佳地係該頂端、該等側邊，以及相對於具有該等LEDs之末端的末端包括一反射性物質，使得所有漫射光從該底部表面出現。在棒162的例子中，除了相對於該等LEDs的末端，該燈棒的該擴散性物質係未被覆蓋的。
圖30顯示一系統的示意圖，其中一或多個上述類型的燈棒170經由該外殼壁被插入以用於照明該等葉子的頂部。
參見圖31，可使用燈棒170以照明一例如萵苣172之多葉蔬菜的內部。一般來說，對於此種蔬菜，該等葉子係從裡至外生長，因此當該蔬菜生長，陽光主要會被較外部的葉子吸收，而光合作用發生在其中。結果是，該蔬菜的自然反應係該等較外部的葉子相較於該等較內部的葉子翠綠。眾所皆知，一萵苣之該等較內部的葉子通常是發白的，且並不像該等較外部的葉子一樣翠綠。使用如圖31所示的燈棒，該等較內部的葉子以可被照明以提供光合作用，且自然的是，該等較內部的葉子亦將會變得翠綠，以對同一蔬菜提供更多綠色營養。
10‧‧‧花盆
12‧‧‧土壤
14‧‧‧莖
16‧‧‧枝條
18‧‧‧葉子
23‧‧‧反射性(內側)表面、反射性側表面
24‧‧‧頂蓋
26‧‧‧通氣口
30‧‧‧LEDs
32‧‧‧通氣口
33‧‧‧底部部分
34‧‧‧開口
36‧‧‧CO2進氣口
38‧‧‧溫度感應器
40‧‧‧加熱器
42‧‧‧CO2感應器
44‧‧‧光強度感應器
46‧‧‧顏色感應器
50‧‧‧控制單元

Claims (30)

  1. 一種用於生長一具有莖、枝條及葉子之植物的系統，其包含：一向內反射性外殼，其包括至少一側邊部分以及一底部部分，該側邊部分供用於將一植物於所有4個側邊予以圍住，且該底部部分具有一用於接受一植物之莖的穿通孔；多個LED，其作用為一光源，用於在該外殼內發光並照明具有枝條及葉子被放置在該外殼內之一植物的預定部分；以及其中該外殼的一頂部包括一具有通氣口之頂蓋，或者該外殼的一頂部係開著的，以允許空氣流動進出該外殼。
  2. 如請求項1之系統，其中該底部部分額外地具有多個通氣口以允許空氣流動進出該外殼。
  3. 如請求項1之系統，進一步包含一具有至少一些該等LED的頂蓋。
  4. 如請求項3之系統，其中該頂蓋包括通氣口以允許空氣流動進出該外殼。
  5. 如請求項3之系統，其中該頂蓋係安裝在該外殼的側壁內以便上下移動。
  6. 如請求項3之系統，進一步包含一控制單元，其與該等LED通信以控制該等LED的照明。
  7. 如請求項6之系統，進一步包含一加熱器元件，其係由該控制單元控制。
  8. 如請求項6之系統，進一步包含一光強度感應器，其與該控制單元通信。
  9. 如請求項6之系統，進一步包含一光強度感應器，其與該控制單元通信以控制光強度。
  10. 如請求項3之系統，其中該向內反射性外殼包含內壁及外壁，且具有一反射性膜夾在該內壁及該外壁之間。
  11. 如請求項3之系統，其中該側邊部分具有數個LED。
  12. 如請求項3之系統，進一步包含與至少一經選擇之LED有關聯的一循環環領(recycling collar)，該循環環領具有一面向該經選擇之LED的向內弧形反射性部分以及一用以允許具有小於一預定角度的光線朝向該植物通過的中心開口，且可將具有大於該預定角度的光線朝向該LED反射回去以便循環。
  13. 如請求項12之系統，進一步包含一放置在該中心開口及該植物之間的透鏡。
  14. 如請求項13之系統，其中該透鏡係一準直透鏡。
  15. 如請求項3之系統，其中該頂蓋係由多個可在一關閉位置及一開啟位置之間移動的板所構成，當在該關閉位置時，該等板相互作用以至少實質上阻止光離開該外殼，以及當在該開啟位置時，光可實質上自由地進出該外殼。
  16. 如請求項15之系統，其中各個板係沿著一軸延長，該軸 延伸穿過該板，且該各個板在該開啟位置及該關閉位置之間繞著該軸轉動。
  17. 如請求項3之系統，進一步包含一第二向內反射性外殼，其與該向內反射性外殼共用一共有的壁，其中該共有的壁包括通氣道；其中該向內反射性外殼及第二向內反射性外殼各自具有至少一LED，以及其中該控制單元被程式化以操作該等LED，以使得各個外殼在光階段及暗階段交替地運作以與另一個外殼交換氧氣及二氧化碳，且當一室在一暗階段運作時，另一室在一光階段運作。
  18. 如請求項3之系統，其中該外殼係選擇性地塑形為一柱體、錐體、雙重拋物面鏡或者截雙重拋物面鏡以在該外殼內達成一所欲的光反射模式。
  19. 如請求項3之系統，其中該側邊部分係由一鋸齒模式或一連串的弧線所構成。
  20. 如請求項3之系統，進一步包含至少一聚光燈，其可在早期植物生長期間用來代替該等LED。
  21. 如請求項20之系統，包含一控制該聚光燈及該等LED之運作的控制單元。
  22. 如請求項3之系統，包含多個位於該側邊部分的LED，其用於將光橫向地及向下地引導朝向植物葉子。
  23. 如請求項1之系統，進一步包含至少一具有一光源且在一預定方向輸出光的燈棒，以及進一步包含安裝硬體以在該外殼內側的一經選擇的位置及方位安裝該燈棒以提供額外的光至該植物的葉子或葉子的一部分。
  24. 如請求項3之系統，進一步包含一第二向內反射性外殼，其與該向內反射性外殼共用一共有的壁，其中該共有的壁包括通氣道，其中該第二向內反射性外殼作用為一犧牲外殼，用於容納腐朽的有機物質以產生二氧化碳給該反射性外殼。
  25. 一種用於生長一具有莖及葉子之植物的方法，其包含下列步驟：在該植物的上方安裝一第一向內反射性外殼，使該莖從該外殼伸出且該等葉子係在該外殼的內部；以及提供至少一LED以在該外殼的內部向該植物的一經選擇部分發光。
  26. 如請求項25之方法，進一步包含下列步驟：提供一第二向內反射性外殼以及至少一LED以在該第二外殼的內部發光；將一第二植物放置在該第二外殼內，使該等葉子係在該第二外殼的內部且該莖從該第二外殼伸出；操作該等LED，使各個外殼經歷交替的光階段及暗階段，其中當該第一外殼係明亮時，該第二外殼係黑暗的，而當該第一外殼係黑暗時，該第二外殼係明亮的；以及在該第一及第二外殼之間交換空氣，使得當一外殼係明亮時所產生之額外的氧氣，以及當一外殼係黑暗時所產生之額外的二氧化碳，被提供至另一外殼以促進生長。
  27. 如請求項25之方法，進一步包含下列步驟：提供一第二向內反射性外殼；在該第二外殼的內部放置一犧牲植物物質以提供二氧化碳；以及在第一及第二外殼之間交換空氣，使得在該第二外殼的內部所產生的二氧化碳係提供給當該第一外殼係明亮時的該第一外殼。
  28. 如請求項25之方法，進一步包含下列步驟：當一植物年幼時，提供至少一聚光燈以在該第一外殼的內部對該植物的該等葉子發光，而非使用該等LED。
  29. 如請求項25之方法，進一步包含下列步驟：當一植物年幼時，在該第一外殼內安裝至少一具有一中心開口的反射環領，該反射環領具有一面向一LED之向內弧形表面，其用於將由該LED所發出的光集中導朝向該年幼植物，以及當一植物到達一預定成熟期時便移除該環領。
  30. 如請求項25之方法，包含進一步步驟為：提供一LED燈棒，該LED燈棒在至少一預定方向發光；以及在該植物的該等葉子中插入該燈棒以照明該植物的一內部葉子表面。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107646389A (zh) * 2017-11-11 2018-02-02 福建农林大学 基于植物生长特性的led光照灯箱及使用方法
CN111163627A (zh) * 2017-07-31 2020-05-15 昕诺飞控股有限公司 恒定光强度的调光方法
CN114206100A (zh) * 2019-08-08 2022-03-18 蒙迪制品有限公司 带有垂直分布的光源的植物围栏

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10179694B2 (en) * 2014-05-02 2019-01-15 Thc Acquistion Corp. Constant illuminated tamper-resistant plant shipping container
WO2015168678A1 (en) * 2014-05-02 2015-11-05 Cloneshipper, Llc Constant illuminated, tamper-resistant plant shipping container
US10427118B2 (en) 2014-11-24 2019-10-01 Brisben Water Solutions Llc Ultrasonic nutrient mixing reactor
US20170188531A1 (en) * 2015-03-05 2017-07-06 John J. Daniels Accelerated plant growth system
RU2708795C2 (ru) * 2015-03-19 2019-12-12 Рокеха Лтд. Система культивации растений в помещении в условиях, имитирующих естественное освещение
US20170027109A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-02 Douglas H. Powell Grow light matrix system
US9995446B2 (en) * 2015-07-27 2018-06-12 Douglas H. Powell Grow light matrix system incorporating blade lighting system
CN105746203A (zh) * 2016-04-21 2016-07-13 盐城工学院 一种基于plc控制的大棚led照明装置
CN106386120A (zh) * 2016-09-05 2017-02-15 深圳市双赢伟业科技股份有限公司 农业互联垂直种植方法
JP2018046774A (ja) * 2016-09-21 2018-03-29 宜彦 水島 植物工場における植物栽培方法
US10595469B2 (en) 2016-11-14 2020-03-24 Grow Lites, LLC Lighting fixture and method for making and using
CN106613439A (zh) * 2016-11-22 2017-05-10 京东方科技集团股份有限公司 智能容器
DE202018002826U1 (de) * 2017-06-14 2018-08-24 Compled Solutions Gmbh Pflanzenbeleuchtungskammer
US10980190B2 (en) * 2017-07-18 2021-04-20 Sat Parkash Gupta Environment-controlled greenhouse with compressor and blower modules
AU2018200792B1 (en) * 2017-07-18 2018-08-23 Sat Parkash GUPTA Improvements in environment controlled multi-span structured l1 capital and operating cost greenhouses for l1 cost food production
IT201700104209A1 (it) * 2017-09-18 2019-03-18 Federico Barcarotti Dispositivo per piante
CN108040657A (zh) * 2017-11-30 2018-05-18 深圳市普耐科技有限公司 一种植物生长护理系统
CN108200678A (zh) * 2017-11-30 2018-06-22 深圳市普耐科技有限公司 一种植物生长灯系统
JP2019103452A (ja) * 2017-12-13 2019-06-27 千代田化工建設株式会社 植物栽培システムおよび植物栽培方法
FR3078857A1 (fr) * 2018-03-15 2019-09-20 Axel Riou Cloche pour dispositif horticole integrant un systeme d’eclairage
US10999980B2 (en) * 2018-04-03 2021-05-11 Demegrow, Inc. Dual-layer LED grow-light system
US11246267B2 (en) * 2018-04-03 2022-02-15 Deme Grow Inc. LED grow-light system
CA3003437C (en) * 2018-04-30 2019-10-01 Mondi Products Ltd. Plant cultivator with light
US20200037512A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-06 Sat Parkash Gupta Environment-controlled multi-span structured greenhouses
CA3143194A1 (en) * 2019-03-28 2020-10-01 Precision Process Systems Llc Phenotypic horticulture systems and methods
US20220132747A1 (en) * 2019-04-05 2022-05-05 Demegrow, Inc. Grow-light system
WO2021119674A1 (en) * 2019-12-12 2021-06-17 Santiago Carlos T System and method for portable self-contained greenhouse
US20230003369A1 (en) * 2020-02-18 2023-01-05 DemeGrow, Inc Contolled grow-light container systems
CN114636121A (zh) * 2020-12-16 2022-06-17 佛山市国星光电股份有限公司 一种植物照明装置及植物种植系统
US20220330502A1 (en) 2021-04-13 2022-10-20 Steam Tech, Llc Plant Growing System
US20230172115A1 (en) * 2021-12-08 2023-06-08 Eden Green US & Caribbean Produce Holdings Inc. Lighting system and method for use in vertical hydroponics

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3704545A (en) * 1970-04-21 1972-12-05 George Van Zonneveld Plastic container for bulbous plants
US3896586A (en) * 1973-07-30 1975-07-29 Edward Neal Caldwell System for promoting plant growth
US6536157B2 (en) * 2000-12-18 2003-03-25 Grietje Wijbenga Portable greenhouse
US20080148630A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 Institute For Technology Development Methods and systems for growing plants using diffuse scattering illumination

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111163627A (zh) * 2017-07-31 2020-05-15 昕诺飞控股有限公司 恒定光强度的调光方法
CN107646389A (zh) * 2017-11-11 2018-02-02 福建农林大学 基于植物生长特性的led光照灯箱及使用方法
CN114206100A (zh) * 2019-08-08 2022-03-18 蒙迪制品有限公司 带有垂直分布的光源的植物围栏

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Publication number Publication date
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US20150319933A1 (en) 2015-11-12

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