農場規模的光線質量控制設備的製作方法

2023-10-18 03:32:59

專利名稱：：農場規模的光線質量控制設備的製作方法
技術領域：
：本發明的實施例涉及用於作物的農場規模的光線質量控制設備，其包括紅色發光二極體以促進作物的生長。
背景技術：
：光線是植物光合作用的能量來源並且是光周期現象和光形態建成以及晝長效應的信息來源。在對植物的光線輻射中，植物的光形態建成和光合作用產物的分布受到紅光/遠紅外光的比率的影響，如1984年Kasperbauer所報導的。在1989年，Kasperbauer已經報導了葉等中的內部分布、水溶的糖、澱粉含量等受依賴於光線質量的光敏色素的活性而改變。此外，Kasperbauer等人己經報導了在晝長的結束時控制的紅光和/或遠紅外光可以使得在晝長的結束時處理的菸草中的糖、有機酸、和/或胺基酸的含量改變(1970)。植物可以使用感光器蛋白質(即，光敏色素)來感測紅光(660nm)和遠紅外光(730nm)的改變。光敏色素起初以惰性形式Pr出現，由紅光將Pr轉換為活性形式Pfr，以誘發生物反應，然後由紅外光再次使其返回到惰性形式Pr。也就是說，一旦紅光誘發反應暴露在遠紅外下，其將失效，並且該反應是可逆的，將其稱為光可逆性。光可逆反應是僅在生物系統中植物的具體的反應中發現的獨特的反應。另一方面，人們已經知道由紅光引起的作物的各種生理反應並且可以包括，例如在紅辣椒中的葉擴展，在黃瓜中的加速的莖擴展，在花椰菜中增加的己糖(離體繁殖)，在葡萄愈傷組織培養中的減少的花青素含量，在鬱金香中加速的花柄擴展，在韭蔥中增加的分櫱數量(拉丁名稱是AlliumtuberosumRoth)，在蘋果中的減少的花青素生成，嫁接苗中增強的建立嫁接(葫蘆)，吊鐘花的加速的擴展(培育的植物)，人參的增加的光和作用等。使用紅光用於作物照射的當前已知的方法可以應用具有增加的紅色的紅光光屏蔽和紅色乙烯薄膜以將紅光反射到光源，例如白熾燈、節能燈燈泡、用於釣魚的汞弧等。然而，大多數前述光源具有極大增加的電子消耗的問題並且難於擴展其設備以向廣大的範圍供電。光源總是暴露於高溫度和高溼度的環境下並且需要頻繁地更換新的光源。然而，傳統的光源具有各種缺點，例如複雜的替換、由接線材料磨損引起的電擊的危險等。為了解決上述的問題，本發明公開描述一種用於作物的農場規模的光線質量控制設備，其具有優點例如容易安裝、擴展和/或維護光源、利用低的功率消耗而得到提高的作物生長和種子採集等。
發明內容為了實現上述目的，本發明的一個方面提供了用於作物的農場規模的光線質量控制設備，其包括支架，該支架具有洞，通過所述洞將柱插入其中；和用於以波長為660nm的紅光來照射作物的至少一個發光二極體(LED)模塊，將其置於圍繞在支架周圍。可以將在本發明的上述方面的光線質量控制設備中使用的支架形成截錐形狀。可以將根據本發明的上述方面的光線質量控制設備的LED模塊放置在上述截錐類型支架的立柱上。可以將截錐類型支架的上述立柱配置為多面體形式，該立柱中的每一個側具有LED模塊。或者，根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的支架可以具有十六(16)面體形式的立柱。可以以6m的間隔布置根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的柱，所述支架位於地面上200cm到230cm處，並且支架的截錐部分可以與垂直方向傾斜45°角。或者，可以以7m至8m的間隔來布置根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的柱，所述支架位於地面上200cm到230cm處，並且支架的截錐部分可以與垂直方向傾斜45°角。經受根據本發明的上述方面的農場規模的光線質量控制設備處理的作物可以從瓜、萵苣和大白菜中選取。本發明的另一個方面是提供用於作物的農場規模的光線質量控制設備，其包括支架，其懸掛在天花板上；和置於支架周圍的至少一個紅色LED模塊。本發明的上述方面的光線質量控制設備中使用的支架可以形成截錐形狀。可以將根據本發明的上述方面的光線質量控制設備的LED模塊放置在上述截錐類型支架的每一個立柱和底側上。也可以將截錐類型支架的上述立柱配置為多面體形式，該支架的每一個側具有LED模塊。或者，根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的支架可以具有16面體的立柱，其連同支架的底側繼而形成所述支架的十七(17)面體主體。根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備可以具有至少一個LED模塊，其包括在其一側的多個紅色LED並且將所述至少一個LED模塊置於遍布整個17面體主體，以便於在660nm、以強度為0.177ymolm-ls"和0.675nmoln^.s'1的紅光來照射蔬菜紫蘇。或者，根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備可以具有至少一個LED模塊，其包括在其的一個側的多個紅色LED並且將所述至少一個LED模塊置於遍布整個17面體主體，以便於以6m的間隔在地面上方200cm到230cm處以強度為0.215umolm-2.s"和0.675umolm—2.s"的紅光來照射蔬菜紫蘇。根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的17面體主體可以與垂直方向傾斜35°角。8或者，根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備可以具有至少一個LED模塊，其包括在其一側處的多個紅色LED並且將所述至少一個LED模塊置於遍布整個17面體主體，以便於以4x2m間隔的兩條線在地面上方200cm到230cm處以強度為0.194umolm^.s"和0.361Pmolm—2.S"的紅光來照射蔬菜紫蘇。根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的17面體主體可以與垂直方向傾斜45°角。本發明的另一個方面提供了用於作物的農場規模的光線質量控制設備，其包括支架，將其固定到牆上；和置於支架周圍的至少一個紅色LED模塊。本發明的上述方面的光線質量控制設備中使用的支架可以形成半截錐形狀。可以將根據本發明的上述方面的光線質量控制設備的LED模塊放置在上述半截錐類型支架的每一個立柱和底側上。也可以將上述半截錐類型支架的立柱配置為多面體形式，該立柱的每一個側具有LED模塊。或者，根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的支架可以具有在八(8)面體或四(4)面體形式的立柱，其連同支架的底側繼而形成九(9)面體或五(5)面體的主體。或者，所述立柱可以包括一對五面體，進而以整體形成十(10)面體主體。根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備可以具有至少一個LED模塊，其包括在其一側處的多個紅色LED並且將所述至少一個LED模塊置於遍布整個五面體主體，以便於以3.5X2m間隔的兩條線在地面上方200cm到230cm處以強度為0.215umolm'2.s"禾n0.530umolm'2.s"的紅光來照射寬度為7m的地面面積。根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的立柱可以與垂直方向傾斜35°角。或者，根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備可以具有至少一個LED模塊，其包括在其一側處的多個紅色LED並且將所述至少一個LED模塊置於遍布整個十面體的主體，以便於以3.5x2m間隔的兩條線在地面上方200cm到230cm處以強度為0.215ymolm-2.s"和0.530Umolm_2.s"的紅光來照射寬度為7m的地面面積。所述十面體主體，即，根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的立柱可以包括一對上下對準的五面體並且兩個五面體分別與垂直方向呈35。和25。角。或者，根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備可以具有至少一個LED模塊，其包括在其一側處的多個紅色LED並且將所述至少一個LED模塊置於遍布整個九面體主體，以便於以3.5x2m間隔的兩條線在地面上方200cm到230cm處以強度為0.277ymoln^.s"禾口0.611umolrn^.s"的紅光來照射寬度為7m的地面面積。根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的九面體主體可以包括所述半截錐類型支架的八面體立柱和底側，並且所述立柱與垂直方向呈35。角。如上所公開，根據本發明的上述方面的用於作物的農場規模的使用紅色LED的光線質量控制設備具有有益的特徵，因為可以安全地安裝和檢查所述設備，並且可以大大減少由於光發射所導致的各個方向的光散射同時筆直地發射光，由此具有高輻射使用效率並且防止光從期望的地點(例如裝備、裝置等)散射出去。此外，與其它己知的裝置相比，由於將電費減少了大約60%到86%，因此使用上述光線質量控制設備可以有效地減少生產成本並且使得作物能夠有質量的生長。為了保持LED的恆定的輻射角度，將這些LED布置在模塊中並且將多面體支架安裝在光線質量控制設備上，以使得通過使用連接器可以容易地組合多個光線質量控制單元。此外，可以將多面體支架配置為五面體、九面體、十面體或16面體形式，以便改善在製造光線質量控制設備過程中的方便性並且使得能夠將支架固定到柱、天花板、牆等，因此均勻地照射作物而不產生陰影區域。根據以下實施例的描述，結合其附圖，本發明的這些和/或其它方面將變得明確並且更容易理解。圖1是示出了根據本發明的示範性實施例的用於作物的光線質量控制設備的分解透視圖2是示出了根據如圖1中所說明的本發明的示範性實施例的用於作物的光線質量控制設備的側視圖3是示出了根據如圖1中所說明的本發明的示範性實施例的用於作物的光線質量控制設備的電路圖4是描述了使用根據如圖1中所說明的本發明的示範性實施例的用於作物的光線質量控制設備的示例；圖5是描述了使用根據如圖1中所說明的本發明的示範性實施例的用於作物的光線質量控制設備的另一個示例；圖6是示出了根據如圖1中所說明的本發明的示範性實施例的用於作物的光線質量控制設備中使用的紅色LED的波長的圖7是示出了根據本發明的另一個示範性實施例的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的分解透視圖8是示出了根據如圖7中所說明的本發明的示範性實施例的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的側視圖9是描述了使甩根據如圖7中所說明的本發明的示範性實施例的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的示例；圖IO是示出了根據本發明的另一個示例性的實施例的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的分解透視圖11是示出了根據如圖10中所說明的本發明的示範性實施例的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的側視圖12是描述了使用根據如圖10中所說明的本發明的示範性實施例的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的示例。具體實施例方式在下文中，將詳細參考本發明的實施例進行說明。圖1是示出了根據本發明的示範性實施例的用於作物的光線質量控制設備的分解透視圖，圖2是其側視圖。參照這些圖，根據上述示範性實施例的光線質量控制設備包括支架UO和置於支架周圍的多個LED模塊120。支架110可以由塑料材料製成並且可以放置在作物上方，例如在柱1上，以向作物發光，因此均勻地照射在田地中培育的作物。在這種情況下,支架可以具有洞112，將柱插入該洞，並且可以將所述支架配置為截錐形以向下發光。在實際的裝配中，可以將截錐類型支架110配置為多面體形式以便於其的製造。例如，如果截錐類型支架具有呈多面體形式的立柱114，則可以容易地將LED模塊120和PCB安裝在支架上。當將支架110配置為至少16面體形式時，具有直線輻射性質的LED在照射作物期間可以沒有盲區(即，陰影區域)。支架110可以具有主體111和蓋113。主體111可以包括立柱114和底部。蓋113可以覆蓋主體111的頂部。為了防水，蓋113完全地覆蓋主體111並且可以在蓋和主體之間插入封裝部分(未示出)。可以通過聯軸器螺栓(從主體的下方向上插入)將主體111螺旋地耦合到蓋113。截錐類型支架110可以具有沿著立柱114的多個LED模塊。LED模塊中的每一個可以包括多個紅色LED122，其每一個直徑是5mm，波長是660nm。在實際使用中，將多個紅色LED集成以形成一個模塊，以便容易地調節作物生長所需要的光線的強度。根據上述示範性實施例所述的光線質量控制設備可以具有電源130，如在圖3中所說明。電源130包括變壓器132、直流(DC)轉換器134、阻抗控制器136。變壓器132將用於交流(AC)電的220V的電壓減少到20V至50V，具有2A容量的DC轉換器134將AC轉換為DC，並且阻抗(或電流)控制器將電流控制在10A到35A的範圍內以控制紅色LED122的光線強度。電源130還具有內置的數字計時器(未示出)以使LED模塊120在某個時期中發光。一個電源可以具有驅動(或操作)連接在一起的50到100個光線質量控制設備單元的結構。光線質量控制設備單元中的一個可以容易地通過連接器2電連接到相鄰的一個和/或外部的電源。以下的示例將詳細地描述以下內容使用根據本發明的示範性實施例的前述的光線質量控制設備以控制作物的生長和其種子收集。這裡，將用於光線照射的光線質量控制設備放置在柱1上面，柱1具有可變的長度和200到230cm的高度。控制設備具有16面體形式的支架110，如在圖4中12所說明。當以6m的間隔安裝多個柱1時，多面體支架110的立柱可以相對於垂直方向傾斜55。角的以消除光線照射的可能的陰影區域。當以7m到8m的間隔放置柱1時，多面體支架110的立柱可以相對於垂直方向傾斜45°角。圖5是示出了使用用於作物的光線質量控制設備的實際實施例的照片。作為測量實驗前在本發明的示範性實施例中使用的紅色LED的光線波長的結果，光線波長的範圍從最短的620nm到最長的680nm並且中間峰值的波長是660nm，如在圖6中所示。實驗示例1紅光照射的瓜的產量反應表1-紅光照射的瓜產量和特徵tableseeoriginaldocumentpage13nmolirf.s'為了識別對於大白菜和萵苣的紅光照射效果，在日落之後，將植物中的每一個暴露在紅光中2至4個小時並且在上面的表2中示出了所測量的結果。紅光照射的結果顯示了植物中的每一個的植物長度和鮮重與對照組相比相當大的增加了。實驗的示例3紅光照射的萵苣的葉產量表3-紅光照射的萵苣的每種類葉產量光線波長野萵苣(g/星期)極快速(GrandRapids)(g/星期)散葉萵苣("Toocksum-Jeokchukmyeon")(g/星期)對照組137.4115.8128.8紅光，0.330'156.7135.9144.6*umolm.s為了識別在生長階段的對於萵苣的紅光照射效果，在從移植期到生長後期的時期中，在日落之後，用紅光照射萵苣2至4個小時，之後調查萵苣的葉產量。在上面的表3中示出了所測量的結果。參照該表，在日落之後紅光照射的結果顯示了萵苣的葉產量與對照組相比相當大地增加了。實驗的示例4紅光照射的大白菜的種子產量反應表4-紅光照射的大白菜的莢產量光線波長莢的數量(數量/星期)莢重量(g/星,鄉對照組7.00.3紅光，0.330'13.30.9*(xmolm國s—為了識別對大白菜的花莖(花莖擴展)和莢(莢產量)的紅光照射效果，在春天花莖生長階段的開始，在日落之後，將通過在田地中越冬經歷了一段低溫度的時間的植物暴露在紅光下2到4個小時，之後調查上述植物的莢產量。在上面的表4中示出了所測量的結果。參照該表，在日落之後紅光照射的結果顯示了在冬天后期的大白菜的花莖生長之後種子莢的數量和其重量顯著地增加了，由此期望在其種子生產培育期間大白菜的種子的發芽會增加。其間，圖7是示出了根據本發明的另一個示範性實施例的用於作物的農場規模的光線質量控制設備分解透視圖，圖8是其側視圖。除了支架110沒有固定在柱上(而是通過電線3懸掛在天花板上)之外，根據該示範性實施例的光線質量控制設備與根據前述的實施例的設備基本相似。所以，將省略對如在前述的實施例中描述的相同部分的詳細解釋，並且同樣具有相同的數字編號的部分被認為是具有相同的功能，在下文中將省略對其的詳細解釋。以下的示例將詳細地描述以下內容使用根據本發明的另一個示範性實施例的前述的光線質量控制設備以控制蔬菜紫蘇的開花。這裡，將用於光線照射的光線質量控制設備放置在蔬菜紫蘇的葉的上面200cm到230cm之間，並且具有17面體形式的支架110，其以6m的間隔懸掛在天花板上，如在圖9中所說明。當以6m的間隔安裝多個支架IIO時，多面體支架IIO的立柱可以相對於垂直方向傾斜35。度以消除光線照射(標準17面體)的可能的陰影區域。當以4x2m的間隔將支架110放置在兩行中時，多面體支架110的立柱可以相對於垂直方向傾斜45。角以消除光線照射(小17面體)的可能的陰影區域。實驗的示例5蔬菜紫蘇的開花的光可逆性為了檢查與蔬菜紫蘇的生長和開花有關的光可逆性，在從移植階段到開花階段的時期中從晚上11:00按順序，根據光線質量對植物採用紅色LED和遠紅外LED使植物經受夜間中斷(nightbreak)處理方法，以調查植物的開花。作為調査的結果，發現示出了向植物的生殖生長發生改變的花蕾形成受到紅光抑制，然後通過使用遠紅外光的連續處理方法來使植物開花。接下來，開花再次受到紅光限制。根據這些結果可以判斷這種由夜間中斷引起的蔬菜紫蘇的開花反應展示了感光體蛋白質(即光敏色素)的活性決定的光可逆性。這些結果與Downs報導的(1956)基本相似。在以下的表5中示出了在進行光可逆的處理之後蔬菜紫蘇的生長和開花。表5-與蔬菜紫蘇的生長和開花有關的光可逆性光線質量植物長度(cm)葉的數量(數量/星期)葉的鮮重(g/星期)葉面積(cm2)花蕾的數量(數量/星期)R26.512.028.21,611-R+FR29.810.014.350238.0R+FR+R26.312.026.01,0633.0*蔬菜紫蘇培育1/5,000瓦氏盆，開放培育*光線處理(夜間中斷)時間從晚上ll:00*R:紅光(660nm)，FR:遠紅夕卜(730nm)*R:紅光15分鐘，*R+FR:紅光15分鐘+遠紅外光15分鐘*R+FR+R:紅光15分鐘+遠紅外光15分鐘+紅光15分鐘*光線強度R(0,322~0.43(Vmolm-2.s-1)，FR(0.2500.366|_imolm々s隱1)人們發現緊接在紅光處理之後進行遠紅外光照射下的蔬菜紫蘇顯示了增加的植物長度，但是，葉的鮮重和葉的數量由於進一步使用紅光的連續處理而減少。這些事實的原因是植物的生殖生長由遠紅外光所控制，因此抑制了葉的出現。實驗示例6針對晝長延長的取決於紅光強度的蔬菜紫蘇的生長和開花特徵為了檢查足以控制蔬菜紫蘇開花的紅光的強度，緊接在移值階段之後，從上午6:00到下午5:00(持續ll小時)，在具有受控的溫度和光線強度的人工光線環境下的生長室中，使該植物經受每天的晝長處理。緊接在每天的晝長處理之後，從下午6:OO到凌晨O:00(持續6個小時)，以0.046ymolm-ls-:0.114umolm-2.s"和0.177nmolm^s"的強度使紅光處理樣本經受紅光照射。因此，晝長處理的總時間是17個小時。使用計時器來調整光線照射時間。為了進行對比，僅對對照組進行單個的處理，即，進行ll小時的每天的晝長處理。在以下的表6中示出了生長和開花情況的結果。表6-針對晝長延長的取決於紅光強度的蔬菜紫蘇的生長和開花特徵tableseeoriginaldocumentpage16*在列的範圍內的共同字母意味著在最小顯著差別測試的5%概率水平上沒有顯著的差異*對照組單個的處理(晝長ll小時)針對在11小時晝長的單個處理下的對照組，與紅光處理的樣本相比，其生成花蕾而葉的鮮重和葉的面積減少。對於使用0,046和0.114umolm氣s"強度的紅光所處理的樣本，其生長了一些花蕾，儘管其數量比對照組的數量少。在另一方面，使用0.177umolm氣s"紅光所處理的樣本沒有植物的花蕾而保持並且持續植物的輸出生長。因此，可以確定適於保持蔬菜生長和產生葉的紅光強度的安全界限是0.177umolm氣s"。試驗的示例7針對晝長延長的取決於紅光強度的蔬菜紫蘇的生長和開花特徵為了延長晝長並且抑制蔬菜紫蘇的蔬菜生長進入到生殖生長而保持蔬菜生長以生長植物的葉，大多數農場主目前使用各種光源，例如白熾燈、節能燈燈泡、用於釣魚的汞弧燈等，並且通常地使用白光源。為了比較已知的白光源與均勻地發射660nm光的紅色LED之間的晝光延長效應，準備了與在農場中用於蔬菜紫蘇培育的塑料大棚基本相似的測試環境。改變用於晝長延長的光源，調查植物的生長和開花的特徵，在以下的表7-l中示出了其結果。表7-1:針對晝長延長的取決於紅光強度的蔬菜紫蘇的生長和開花特徵光源tableseeoriginaldocumentpage17*LSD為5%*對照組單個的處理(晝長是ll小時)在8月5日該植物被移植，在8月20日之後培育並且持續地生長，在8月20日晝長縮短到12小時30分鐘以下。對照組(自然單個的處理)示出了由縮短的晝長引起的生殖生長，導致花蕾的生長。與此形成對比，使用農場通常使用的白熾燈所處理的植物和使用紅色LED所處理的植物都在持續地進行蔬菜的生長。紅光所處理的植物顯示了開花抑制效應，其與白熾燈所處理的植物基本相似。對於對照組(自然單個的處理)，由於開花的過程，與使用白熾燈與紅色LED兩者來處理的植物相比，植物長度、葉的數量、葉的鮮重和葉面積減少。在被測量為葉齡的第6階段之後持續地收穫葉，植物開花並且結果，然後植物的葉沒有進一步長出。另一方面，對於使用白熾燈和紅光所處理的植物中的每一個的植物長度、葉的數量、葉的鮮重和葉面積趨向於增加，例如對於植物的長度是3%，對於葉的數量是12%，對於葉的鮮重是19%，對於葉面積是21%。所處理的植物都正常地開花，並且特別地，與白熾燈所處理的植物相比，紅光處理的植物顯示出在植物長度、葉的數量、葉的鮮重、莖的鮮重和花的重量等方面有增加。這些事實的預期原因是由於從下午6:00到凌晨0:00的6個小時的晝長延長效應以及在白熾燈和/或紅光燈下進行光合作用，所以抑制了開花。更特別的是，在660nm的紅光針對光合作用比白熾燈更有效。因此，可以確定與使用白熾燈相比，使用紅色LED所處理的蔬菜紫蘇的生長是加速的並且可靠的。基於前述的結果，檢查適合於蔬菜紫蘇的紅色LED的光強度界限是在0.177到0.675umolm'2的範圍內。如果光線強度超過0.675umolm-2.s"，那麼紅光沒有經濟優勢。tableseeoriginaldocumentpage18試驗的示例8對比在蔬菜紫蘇的光培養中使用的不同的光源之間的功率消耗和電費比較了在蔬菜紫蘇的光培養中使用的不同的光源之間的功率消耗，並且將其結果顯示在以下的表8-l中。tableseeoriginaldocumentpage18tableseeoriginaldocumentpage19*光線質量控制設備的機器折舊(線纜折舊、AC/DC轉換下降等)應用1.6標準17面體類型和小17面體類型光線質量控制設備分別地顯示了4.6W到13.8W和2.3W到9.2W的功率消耗，其功率消耗比60W的典型的白熾燈消耗的功率顯著地減小。因此，如果將具有紅色LED的光線質量控制設備應用到用於蔬菜紫蘇的大約1,270公頃的全國的耕地面積以替代白熾燈，那麼上述的標準17面體類型光線質量控制設備可以將85,068Kwh的功率消耗減少到70,861Kwh，而小17面體類型光線質量控制設備可以將88,620Kwh的功率消耗減少到77,965Kwh，兩種設備所對應的功率消耗減少率的範圍分別是92%到76%和96%到84%。此外，比較在蔬菜紫蘇的光培養中使用的不同的光源的電費並且在以下的表8-2中示出了其結果。表8-2:在蔬菜紫蘇的光培養中使用的白熾燈與紅色LED之間的電費比較tableseeoriginaldocumentpage20*合同容量如果應用IOKW、60W白熾燈並且具有農場規模B和C(10a)，那麼控制設備的84個單元在10a中以2m的間隔排列在一條直線上。*基本速率農場規模B(930韓元/kw)，農場規模C(l,070/kw)*功率容量電費農場規模B(26.3韓元/kwh)，農場規模C(36.4韓元/kwh)H十算單元10a/8個月*培育蔬菜紫蘇的大多數農場家庭屬於農場規模C的範疇(KoreaElectricPowerCorporation,(KEPOC)，，07.10)光線質量控制設備，例如標準17面體類型和小17面體類型控制設備的功率消耗範圍分別是4.6W到13.8W和2.3W到9.2W。即，與典型的60W的白熾燈相比，功率消耗顯著地減少。因此，如果將具有紅色LED的光線質量控制設備應用到用於蔬菜紫蘇的大約1,270公頃的全國耕地面積以替代白熾燈，那麼按照農場規模B，上述的標準17面體類型光線質量控制設備可以將2，237百萬韓元的電費減少到1,864百萬韓元而小17面體類型光線質量控制設備可以將2,331百萬韓元電費減少到2050百萬韓元。這種結果所對應的電費減少率的範圍分別是88%到73%和91%到80%。此外，圖IO是示出了根據本發明的另一個示範性實施例的用於作物的農場規模的光線質量控制設備的分解透視圖，圖ll是其側視圖。參照這些圖示，根據上述示範性實施例的光線質量控制設備包括支架210，其具有洞和置於所述支架周圍的至少一個LED模塊220。支架210可以由塑料材料製作並且可以放置在作物上方，例如在牆體上以向作物發光，因此均勻地照射在塑料大棚中培育的作物。在這種情況下，可以將支架210形成為半圓截錐形(在下文中，將稱為"半截錐形")，其具有向下傾斜的側面以便均勻地照射靠近支架210的作物。在實際的裝配中，半截錐類型支架210可以具有立柱214，將所述立柱214配置為多面體形式以便於其的製造。例如，如果截錐類型支架具有呈多面體形式的立柱214，則可以容易地將LED模塊220和PCB安裝在支架上。在圖10中，(a)和(b)分別地示出了八面體立柱和四面體立柱，而圖(c)示出了十面體類型的立柱，其以兩行五面體A和B形式來布置的。支架210可以具有主體211和蓋213。主體211可以包括立柱214和底部215。蓋213可以覆蓋主體211的頂部。為了防水，蓋213完全地覆蓋主體211並且可以在蓋和主體之間插入封裝部分(沒有示出)。主體211可以通過聯軸器螺栓(從主體的下方向上插入)將主體211螺旋地耦合到蓋213。半截錐類型支架210可以具有在立柱214上的多個LED222和底部215。對於八面體(圖10(a))和四面體(圖10(b))，將LED安裝在底部215上以便消除具有直線輻射性質的LED的光線照射的可能陰影區域。LED222的每一個可以是直徑為5mm，波長為660nm的紅色LED122。在實際使用中，將多個紅色LED集成以形成一個模塊，以便容易地調節作物生長所需要的光線的強度。上述示範性實施例的光線質量控制設備還可以包括電源130，如在圖3中所說明。以下的示例將詳細地描述以下內容使用根據本發明的前述示範性實施例的前述光線質量控制設備，以便控制菊花的開花。這裡，將用於光線照射的光線質量控制設備放置在菊花的葉的上面200cm到230cm，如在圖12中所說明。支架IIO形成五面體形狀(包括四面體立柱和底部)或九面體形狀(包括8面體立柱和底部)。此外，可以以3.5x2m的間隔將多個支架布置在兩行中。當以7m的間隔安裝多個支架210時，多面體支架210的立柱可以相對於垂直方向傾斜35。角以消除光線照射的可能陰影區域(A、C組)。當以3.5x2m的間隔將支架210放置在兩行並且形成十面體的形狀時，多面體支架210中的A和B行中的立柱分別可以相對於垂直方向傾斜35°和25。角以消除光線照射的可能陰影區域(B組)。實驗示例9菊花的開花的光可逆性為了檢查與菊花的生長和開花有關的光可逆性，在塑料大棚中，在從移植階段到開花階段的時期中從晚上ll:OO按順序，根據光線質量對植物採用紅色LED和遠紅外LED使植物經受夜間中斷的處理方法，以調查植物的開花。作為調查的結果，發現示出了向菊花的生殖生長發生改變的花蕾形成受到紅光抑制，然後通過使用遠紅外光的連續處理方法來使植物開花。接下來，開花再次受到紅光限制。根據這些結果可以判斷這種由夜間中斷引起的菊花的開花反應展示了感光體蛋白質(即光敏色素)的活性決定的光可逆性。這些結果與Borthwick報導的(1962)基本相似。在以下的表9中示出了在進行光可逆的處理之後菊花的生長和開花特徵。表9-與菊花的生長和開花有關的光可逆性光線質量植物長度葉的數量(數量/枝的數量(數量/花蕾的數量(數(cm)星刺星期)量/星期)R47.038.314-R+FR56.446.01812R+FR+R61.251.817-*菊花培育1/5,000瓦氏盆，開放培育*光線處理(夜間中斷)時間從晚上ll:00*R:(紅光)660nm，FR:(遠紅外)730nm*R:紅光15分鐘，*R+FR:紅光15分鐘+遠紅外光15分鐘*R+FR+R:紅光15分鐘+遠紅外光15分鐘+紅光15分鐘光線強度R(OJSZwCMSOymolm-ls-1),FR(0.250~0.366Pmolmf2s")實驗示例10針對晝長延長的取決於紅光強度的菊花的生長和開花特徵在對該菊花幼苗移植到培育地點之後，從晚上6:OO到凌晨O:00，持22續40天，使植物經受使用了典型的白熾燈和紅色LED中的每一個的光線處理，以控制其開花。檢査植物的生長情況並且在以下的表10-1中示出了其結果。表10-1針對晝長延長的取決於紅光強度的菊花的生長和開花特徵光源植物長度(cm)葉的數量(數量/星恥葉面積(cm^星期)葉的鮮重(g/數量)花蕾的數量(數量/星期)對照組76.9a10.1a22.0a1,077a26.6a白熾燈76.9a10.6a22.4a1，131a-b紅色LED79.4a11.4a27.2a1,356a-bLSD7.22.29.4465.911.8*LSD為5%*對照組單個的處理(晝長是ll小時)在使用紅色LED作為在光線處理中的光源的情況下，植物沒有長出花蕾。該結果與在使用白熾燈時的結果基本相似。所以，紅色LED和白熾燈兩者可以有效地控制菊花的開花。與白熾燈相比，使用紅色LED的光線處理使植物的長度增加2%,葉的數量增加4%，葉的鮮重增加8%，莖的鮮重增加15°/。。基於前述的結果，將菊花在以下的表10-2中示出的各種情況下暴露於紅光。對於其它作物或植物，例如瓜，如果光線強度至少是0.2umolmJ.s"，那麼紅光可以幫助光合作用並且加速植物的生長。表10-2:菊花的光線強度實驗的結果tableseeoriginaldocumentpage23C-3270300.361~0.530C-4324360.380~0.580C-5423470.466-0.611實驗示例11對比在菊花的光培養中使用的不同的光源之間的功率消耗和電費比較了在菊花的光培養中使用的不同的光源之間的功率消耗，並且將其結果顯示在以下的表ll-l中。表11-1:對比在菊花的光培養中使用的白熾燈和紅色LED之間的功率消耗光源計算標準類型功率容量(瓦特)電費(韓元/10a)電費的節省(韓元/10a)在全國的耕地面積中的電費(百萬韓在全國的耕地面積中節省的電費(百萬韓電費的減少率(%)元/700公頃)元/700公頃)白熾燈農場規模B-■168,362-1,179-農場規模c-100230,847-1,616-紅色LED農場規A-15.718,494△149,869129△1,04989.0模BA-27.421,198△147,165148△1,03087.4A-39.123,902△144,460167△1,01185.8A-410.826,606厶141'756186A99284.2A-514.232,014A136,348224A95481,0B陽15.718,494A149,869129A1,04989.0B隱27.421,198△147,165148△1,03087.4B-39.123,902A144,460167△1,01185.8B"410.826,606厶141,756186△99284.2B-514.232,014A136,348224A95481.0C-16.119,035△149,328133△1,04588.7C-27.621,468△146,894150△1,02887,2C-39.123,902A144,460167△1,01185.8C-411.026,822A141,540188A99184.1C-514.332,176△136,186225△95380.9*合同容量如果應用IOKW、100W白熾燈並且具有農場規模B和C(10a)，那麼控制設備的186個單元在10a中以2m的間隔排列在一條直線上。*基本速率農場規模B(930韓元/千瓦)，農場規模C(l，070/千瓦)*功率容量電費農場規模B(26.3韓元/千瓦小時)，農場規模C(36.4韓元/千瓦小時)*計算單元10a/50天*培育菊花的大多數農場家庭屬於農場規模C的範疇(KoreaElectricPowerCorporation,(KEPOC)，，07.10)光線質量控制設備，例如五面體類型(A組)、十面體類型(B組)和九面體類型(C組)控制設備的功率消耗的範圍分別是5.7W到14.2W、5.7W到14.2W和6.1W到14.3W。g卩，與典型的60W的白熾燈相比，功率消耗顯著地減少。因此，如果將具有紅色LED的光線質量控制設備應用到用於菊花的大約700公頃的全國的耕地面積以替代白熾燈，那麼就農場規模B的電費而言，上述的五面體類型、十面體類型和九面體類型控制設備分別可以將1，049百萬韓元的功率消耗減少到954百萬韓元、將1，049百萬韓元減少到954百萬韓元、將1，045百萬韓元減少到953百萬韓元。這種結果所對應的電費減少率的範圍分別是89%到81°/。和88%到80°/。。此外，比較了在菊花的光培養中使用的不同的光源之間的電費，並且將其結果顯示在以下的表11-2中。表11-2:對比在菊花的光培養中使用的白熾燈與紅色LED之間的電費光源計算標準類型功率容量(瓦特)電費(韓元/10a)電費的節省(韓元/10a)在全國的耕地面積中的電費(百萬韓在全國的耕地面積中節省的電費(百萬韓電費的減少率(%)元扁公頃)元/700公頃)白熾燈農場規模B-100168,362-1,179-農場規模c-100230,847-1,616-紅色農場規A-15.723,425△207,423164A1,45289.9LED模cA-27.427,167△203,680190A1,42688.2A-39.130,910A199,938216A1,40086.610.834,652△196,195243A1,37385.0A-514.242,137A188,710295△1,32181.7B-15.723,425A207,423164A1,45289.9B-27.427,167△203,680190△1,42688.2B-39.130,910△199,938216A1,40086.6B-410.834,652△196,195243A1,37385.0B-514.242,137△188,710295△1,32181.7C-16.124,174A206,673169△1,44789.5C-27.627,543△203,304193△1,42388.1C-39.130,913△199,935216△1,40086.6CM11.034,955A195,892245△1,37184.925tableseeoriginaldocumentpage26*合同容量如果應用IOKW、100W白熾燈並具有農場規模B和C(10a)。*基本速率農場規模B(930韓元/kw)，農場規模C(l，070/kw)*功率容量電費農場規模B(26.3韓元/kwh)，農場規模C(36.4韓元/kwh)H十算單元10a/50天*培育菊花的大多數農場家庭屬於農場規模C的範疇(KoreaElectricPowerCorporation,(KEPOC)，，07.10)光線質量控制設備，例如五面體類型、十面體類型和九面體類型控制設備的功率消耗的範圍分別是5.7W到14.2W、5.7W至lj14.2W和6.1W到14.3W。g口，與典型的60W的白熾燈相比，功率消耗顯著地減少。因此，如果將具有紅色LED的光線質量控制設備應用到用於菊花的大約700公頃的全國的耕地面積以替代白熾燈，那麼按照農場規模C，上述的五面體類型、十面體類型和九面體類型光線質量控制設備分別可以將1,452百萬韓元的功率消耗減少到1,321百萬韓元、將1,452百萬韓元減少到1，321百萬韓元、將1,477百萬韓元減少到1，319百萬韓元。這種結果所對應的電費減少率的範圍分別是89%到81%、89%到81%和89%到81%。儘管已經示出並且描述了本發明的一些實施例，但是本領域技術人員將會意識到可以對這些實施例做出改變而不脫離本發明的精神和原理，本發明的範圍由權利要求及其等效物限定。權利要求1、一種用於作物的農場規模的光線質量控制設備，包括支架，該支架具有洞，柱通過所述洞插入；以及至少一個發光二極體(LED)模塊，用於以波長為660nm的紅光來照射所述作物，將所述發光二極體模塊置於所述支架周圍。2、根據權利要求1所述的設備，其中，所述支架可以形成截錐形狀。3、根據權利要求2所述的設備，其中，將所述LED模塊放置在所述截錐類型支架的立柱上。4、根據權利要求3所述的設備，其中，將所述立柱配置為多面體形狀，所述立柱的每一側具有所述LED模塊。5、根據權利要求3或4所述的設備，其中，將所述立柱配置為十六(16)面體的形式。6、根據權利要求1所述的設備，其中，以6m的間隔布置所述柱，所述支架位於地面上方200cm到230cm處，並且使所述支架的截錐部分與垂直方向傾斜55°角。7、根據權利要求1所述的設備，其中，以7m至8m的間隔來布置所述柱，所述支架位於地面上方200cm到230cm處，並且使所述支架的截錐部分與垂直方向傾斜45°角。8、根據權利要求6或7所述的設備，其中，所述作物從瓜、萵苣和大白菜中選取至少一個。9、一種用於作物的農場規模的光線質量控制設備，包括支架，將其懸掛在天花板上；以及至少一個紅色LED模塊，將其置於所述支架周圍。10、根據權利要求9所述的設備，其中，所述支架形成截錐形狀。11、根據權利要求IO所述的設備，其中，將所述LED模塊放置在所述截錐類型支架的立柱和底側兩者上。12、根據權利要求11所述的設備，其中，將所述立柱配置為多面體的形式，所述立柱的每一側具有所述LED模塊。13、根據權利要求12所述的設備，其中，所述截錐類型支架包括16面體形式的立柱和所述底側，進而以整體形成十七(17)面體主體。14、根據權利要求13所述的設備，其中，所述LED模塊包括在其一側上的多個紅色LED,並且將所述LED模塊置於遍布整個所述17面體主體，以便於以660nm、強度為0.177umolm—2.s"和0.675Umolm-2.s"的紅光來照射蔬菜紫蘇。15、根據權利要求13所述的設備，其中，所述LED模塊包括在其一側上的多個紅色LED,並且將所述LED模塊置於遍布整個所述17面體主體，以便於以6m的寬度間隔在地面上方200cm到230cm處並以強度為0.215Pmolm—2.s"和0.675umolm—ls"的紅光來照射蔬菜紫蘇。16、根據權利要求15所述的設備，其中，所述17面體主體與垂直方向傾斜35。角。17、根據權利要求13所述的設備，其中，所述LED模塊包括在其一側上的多個紅色LED,並且將所述LED模塊置於遍布整個所述17面體主體，以便於以4x2m間隔的兩條線在地面上方200cm到230cm處並以強度為0.194umolm-ls"和0.361umolm-2.s"的紅光來照射蔬菜紫蘇。18、根據權利要求17所述的設備，其中，所述17面體主體與垂直方向傾斜45。角。19、一種用於作物的光線質量控制設備，包括支架，將其固定到牆上；以及至少一個紅色LED模塊，將其置於所述支架周圍。20、根據權利要求19所述的設備，其中，所述支架可以形成半截錐形狀。21、根據權利要求20所述的設備，其中，將所述紅色LED模塊置於所述半截錐類型支架的每一個立柱和底側上。22、根據權利要求21所述的設備，其中，將所述立柱配置為多面體形式，所述立柱的每一個側具有所述紅色LED模塊。23、根據權利要求20所述的設備，其中，所述支架包括以八(8)面體或四(4)面體形式的立柱，其連同所述支架的底側繼而形成九(9)面體主體或五(5)面體主體，或者，所述立柱包括一對五面體進而整體形成十(10)面體主體。24、根據權利要求23所述的設備，其中，所述LED模塊包括在其一側上的多個紅色LED，並且將所述LED模塊置於遍布整個所述五面體主體，以便於以3.5x2m間隔的兩條線在地面上方200cm到230cm處並以強度為0.215umolm-2.s"禾口0.530umolm-2.s"的紅光來照射寬度為7m的地面面積。25、根據權利要求24所述的設備，其中，所述立柱與垂直方向傾斜45。角。26、根據權利要求23所述的設備，其中，所述LED模塊包括在其一側上的多個紅色LED，並且將所述LED模塊置於遍布整個所述十面體主體，以便於以3.5x2m間隔的兩條線在地面上方200cm到230cm處並以強度為0.215nmolm-2.s"禾Q0.530umolm-2.s"的紅光來照射寬度為7m的地面面積。27、根據權利要求26所述的設備，其中，所述十面體主體包括一對上下對準的五面體，並且兩個五面體分別與垂直方向傾斜35°和25°角。28、根據權利要求23所述的設備，其中，所述LED模塊包括在其一側上的多個紅色LED，並且將所述LED模塊置於遍布整個九面體主體，以便於以3.5x2m間隔的兩條線在地面上方200cm到230cm處並以強度為0.277umolm-2.s"禾n0.611umolm'ls"的紅光來照射寬度為7m的地面面積。29、根據權利要求28所述的設備，其中，所述九面體主體包括所述半截錐類型支架的八面體立柱和底側，並且所述立柱與垂直方向傾斜35。角。全文摘要公開了一種用於作物的光線質量控制設備，其確保光源的安裝、擴展和維護並且提高作物的生長和種子的採集。根據本發明的示範性實施例的用於作物的光線質量控制設備包括以模塊形式布置以適當地控制光輻射角度的多個LED，並且將其安裝在支架上，從而使得通過連接器容易地將多個光線質量控制設備單元連接在一起。所述支架形成至少16面體形狀以改進其製造的方便性並且均勻地照射作物而沒有陰影區域。此外，根據本發明的另一個示範性實施例的用於作物的光線質量控制設備可以發射660nm波長的紅光以激活作為感光器蛋白質的光敏色素，以便控制作物的生長並且與其它已知的設備相比，減少60％到86％的電費，由此減少生產成本。例如，如果以至少0.2μmolm-2.s-1的強度的光來照射作物，那麼可以加速作物的光合作用，其繼而促進作物的生長。對於蔬菜紫蘇，至少0.177μmolm-2.s-1的強度的、660nm波長的光可以抑制作物的開花而使得其能夠可靠的生長。文檔編號F21S8/00GK101676604SQ20091016689公開日2010年3月24日申請日期2009年9月3日優先權日2008年9月3日發明者張安徹,李基尚,洪性昌,洪洙烈,申平均申請人:大韓民國:農村振興廳;洪洙烈