NL1031185C2 - Verlichtingsinrichting en verlichtingssysteem voor het bevorderen van plantengroei en werkwijze voor het vervaardigen en bedrijven van een verlichtingsinrichting. - Google Patents

Description

Verlichtingsinrichting en verlichtingssvsteem voor het bevorderen van plantengroei en werkwijze voor het vervaardigen en bedrijven van een verlichtingsinrichting 5 Beschrijving

De uitvinding heeft betrekking op een verlichtingsinrichting voor het bevorderen van plantengroei, die ten minste één vaste stof lichtbron omvat, die geschikt is voor het uitzenden van licht met ten minste één golflengte binnen een vooraf bepaald golflengtegebied, waarbij de ten minste ene vaste stof lichtbron is ingericht voor 10 aansluiting op een elektrisch netwerk.

Het fotosyntheseproces voor plantengroei bij diep rood licht berust op de absorptie van licht met een piekgolflengte van 662 nm door chlorofyl A en licht met een piekgolflengte bij 642 nm door chlorofyl B. Rode Light Emitting Diodes (LEDs) 15 hebben in het algemeen de hoogste efficiëntie onder de LEDs, dat wil zeggen een relatief hoog uitgestraald vermogen per Watt, waarbij het niet uitgestraalde vermogen wordt omgezet in warmte .

Echter, de lichtopbrengst van rode LEDs neemt drastisch af bij een verhoging van de junctietemperatuur, dat wil zeggen de temperatuur bij de overgang van P-N 20 halfgeleidermaterialen van de LED. Om deze reden zijn LEDs veelal gemonteerd op een koellichaam.

Het is gebleken dat bij een verhoging van een temperatuur van de LED halfgeleiderovergang van 20°C tot 75°C de lichtopbrengst met ten minste een factor twee kan afhemen..

25 Rode LEDs van o.a. het type AlGalnP (Aluminium Gallium Indium Fosfïde) zijn aanzienlijk gevoeliger voor temperatuursveranderingen dan bijvoorbeeld groene en blauwe LEDs, bijvoorbeeld van het type InGaN (Indium Gallium Nitride). Een voordeel van AlGalnP LED materiaal is dat de levensduur extreem lang is, dat wil zeggen onder normale omstandigheden heeft dergelijk materiaal een levensduur van 30 100.000 uur.

De Japanse octrooiaanvragen JP2003009662 en JP2004113160 en Amerikaans octrooischrift US6921182 beschrijven toepassing van LEDs voor plantengroei. Hierbij 11031185- 2 wordt onder andere gebruik gemaakt van rode LEDs. In al deze octrooischriiten worden laag-vermogen LEDs, in dit geval met een vermogen van circa 60mW toegepast. De temperatuur van de drager van deze LEDs kan snel oplopen, waardoor de efficiency en de toepassingsomvang ruim onder huidige assimilatieverlichting met voor 5 plantengroei aangepaste gasontladingslampen blijft. Voor het ovememen van de taak van een standaard natriumlamp van 600 W zouden bijvoorbeeld 60.000 van dergelijke LEDs ingezet moeten worden.

Grootschalige toepassing van LEDs in kassen vergt derhalve grote aantallen power LEDs van 0,5 W of meer. Dergelijke LEDs produceren veel warmte. De dragers 10 van dergelijke LEDs zijn derhalve voorzien van een gedeelte dat is ingericht voor afgifte van de warmte die door de power LEDs gegenereerd wordt. Een welbekende techniek bij halfgeleiderkoeling is het zodanig op een plaat monteren van de LEDs, dat deze een goede thermische verbinding maken met de plaat. De plaat is op haar beurt weer verbonden met een inrichting waar de opgenomen warmte afgegeven kan 15 worden. In een dergelijk warmteafvoersysteem wordt de gegenereerde warmte door middel van warmtegeleiding door de plaat naar de locatie voor warmteafgifte geleid en daar vervolgens aan de omgeving afgegeven door middel van straling. Hoewel een dergelijk warmteafvoersysteem de temperatuur van een drager verlaagt, is dit doorgaans nog steeds onvoldoende.

20

De uitvinding beoogt een efficiëntere warmteafvoer te bewerkstelligen voor een verlichtingsinrichting voor het bevorderen van plantengroei ten opzichte van inrichtingen uit de stand van de techniek.

De verlichtingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding omvat derhalve het 25 kenmerk dat de ten minste ene vaste stof lichtbron in contact staat met een koelmedium, welk koelmedium een temperatuur heeft in een temperatuurgebied tussen de -50 en -20 °C. De verlichtingsinrichting omvat derhalve een gekoelde vaste stof lichtbron. Door koeling van de lichtbron neemt de efficiency van de verlichtingsinrichting toe.In een uitvoeringsvorm is de verlichtingsinrichting verder 30 voorzien van een eerste buis, waarvan ten minste een deel transparant is voor licht uit het vooraf bepaalde golflengtegebied, waarbij de ten minste ene vaste stof lichtbron in de eerste buis is geplaatst. Een dergelijke plaatsing van de ten minste ene vaste stof lichtbron biedt additionele bescherming.

3

In een uitvoeringsvorm daarvan is de eerste buis geschikt is voor opname van het koelmedium en voorzien van een aanvoeropening en een afvoeropening voor een aanvoer respectievelijk afVoer van het koelmedium en is de verlichtingsinrichting verder voorzien van een tweede buis met een grotere diameter dan de eerste buis en 5 zodanig geplaatst is dat deze de eerste buis omsluit, waarbij de tweede buis ten minste voor een deel transparant is voor licht uit het vooraf bepaalde golflengtegebied. Bij deze uitvoeringsvorm wordt de ten minste ene lichtbron direct door het koelmedium gekoeld. De ruimte tussen de eerste en tweede buis kan gevuld worden met een geschikt inert gas, bijvoorbeeld stikstof om condensatie of ijsvorming op de 10 binnenbuis 1 te voorkomen.

In een andere uitvoeringsvorm daarvan is de verlichtingsinrichting verder voorzien van een derde buis met een kleinere diameter dan de eerste buis en zodanig geplaatst dat deze door de eerste buis wordt omsloten, waarbij de derde buis een metalen buis is die geschikt is voor opname van het koelmedium en is voorzien van een 15 aanvoeropening en een afvoeropening voor respectievelijk een aanvoer en afvoer van het koelmedium en waarbij de ten minste ene vaste stof lichtbron in contact met de derde buis tussen de eerste en de derde buis geplaatst is. In tegenstelling tot de vorige uitvoeringsvorm is er géén direct contact tussen de ten minste ene vaste stof lichtbron en het koelmedium, waardoor een oplossen in het koelmedium van een deel van de ten 20 minste ene vaste stoflichtbronaansluitingen, met name indien deze gesoldeerd zijn, voorkomen wordt. Een dergelijke oplossing kan een breuk van de aansluiting of een vertroebeling van het koelmedium veroorzaken. De derde buis kan een metaal als koper en/of aluminium omvatten. Dergelijke metalen zijn goede elektrische geleiders en kunnen ervoor zorgen dat de derde buis als elektrische verbinding kan dienen. De derde 25 buis kan derhalve als een eerste aansluiting van de ten minste ene lichtbron met het elektrische netwerk vormen. In een dergelijk geval kan de verlichtingsinrichting verder voorzien zijn van een metalen strip, die elektrisch geïsoleerd is van de derde buis en een tweede aansluiting van de ten minste ene lichtbron met het elektrische netwerk vormt.

30 In beide voomoemde uitvoeringsvormen kan de verlichtingsinrichting verder een spatieermiddel omvatten voor het op een vooraf bepaalde afstand houden van de eerste buis ten opzichte van de tweede buis of de derde buis. Op deze wijze kunnen de buizen gecontroleerd ten opzichte van elkaar worden uitgelijnd.

4

De ten minste ene vaste stof lichtbron kan een LED zijn. Een dergelijke lichtbron is dichtbij planten te plaatsen zonder dat deze een te hoge temperatuur bereiken door dissipatie. De LED kan een openingshoek tussen 30° en 90° omvatten. Deze hoek biedt de mogelijkheid het uitgezonden licht te richten. De LEDs kunnen op een substraat van 5 keramiek bevestigd zijn.

Lichtbronnen, die zeer gebaat zijn bij deze uitvinding, zijn lichtbronnen die zijn ingericht om licht uit te zenden tussen 640 - 700 nm, bijvoorbeeld rode LEDs. Een optimale temperatuur voor het functioneren van met name dergelijke LEDs is gelegen tussen -40 en -20 °C. Geschikte koelmedia omvatten koolstofdioxide en alcohol.

10 De uitvinding heeft verder betrekking op een verlichtingssysteem voor het bevorderen van plantengroei in een kas omvattende: - een veelvoud van verlichtingsinrichtingen volgens één van voomoemde uitvoeringsvormen met meer dan één buis; - een koelsysteem ingericht voor het koelen van een koelmedium voorzien van 15 een ingang en een uitgang; waarbij buizen in het veelvoud van verlichtingsinrichtingen, die zijn ingericht voor het opnemen en afVoeren van het koelmedium, in serie met elkaar verbonden zijn, zodanig dat zij een circulatiekanaal vormen dat in contact staat met de ingang en uitgang van het koelsysteem, en waarbij de ten minste ene vaste stof lichtbron per 20 verlichtmgsinrichting van het veelvoud van verlichtingsinrichtingen elektrisch parallel ten opzichte van elkaar geschakeld zijn.

De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een verlichtmgsinrichting als hierboven beschreven, waarbij de werkwijze omvat: - verschaffen van een eerste buis; 25 - verschaffen van ten minste één van een tweede buis en een derde buis; - plaatsen van de eerste buis ten opzichte van de ten minste ene van de tweede buis en de derde buis zodanig dat één van beide buizen door de ander omsloten wordt; - aanbrengen van een spatieermiddel tussen de beide buizen om hun onderlinge 30 positie vast te leggen; plaatsen van de ten minste ene vaste stof lichtbron in de eerste buis zodanig dat deze, bij gebruik van de verlichtmgsinrichting, in contact staat met een koelmedium, dat zich in één van beide buizen bevindt.

5

In een uitvoeringsvorm hiervan wordt het verschaffen van de buizen, het plaatsen van de eerste buis ten opzichte van ten minste één van de tweede buis en de derde buis, alsmede het aanbrengen van het spatieermiddel simultaan uitgevoerd door middel van extrusie.

5 Tenslotte heeft de uitvinding verder betrekking op een werkwijze voor het bedrijven van een verlichtingsinrichting als hierboven beschreven met het kenmerk, dat de werkwijze omvat koelen van de ten minste ene lichtbron tot een temperatuur gelegen in een temperatuurgebied tussen -50°C en -20°C.

10 De uitvinding zal hierna verder bij wijze van voorbeeld uitgelegd worden aan de hand van de volgende figuren. De figuren zijn niet bedoeld ter beperking van de reikwijdte van de uitvinding, maar slechts ter illustratie daarvan. Waarbij: FIGUUR 1 toont een grafiek waarin de relatieve lichtopbrengst van een LED als 15 functie van een temperatuur op een halfgeleiderovergang in een LED is uitgezet; FIGUUR 2 toont een dwarsdoorsnede van een eerste uitvoeringsvorm van een verlichtingsinrichting overeenkomstig de onderhavige uitvinding; FIGUUR 3 toont een dwarsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van een verlichtingsinrichting overeenkomstig de onderhavige uitvinding; 20 FIGUUR 4 toont een detail van de uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting als getoond in figuur 3; FIGUUR 5 toont een zijaanzicht van een type koppeling van koelbuiselementen in een uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting als getoond in figuur 3; FIGUUR 6 toont een type koppeling van een koelbuiselement en een 25 aansluitslang in een uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting als getoond in figuur 3; FIGUUR 7 toont een verlichtingssysteem die een uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting omvat.

FIGUUR 8 toont een schematische weergave van een mogelijke LED-schakeling 30 voor gebruik in de onderhavige uitvinding.

FIGUUR 1 toont een grafiek waarin de relatieve lichtopbrengst van een LED als functie van een temperatuur op een halfgeleiderovergang in een LED is uitgezet. Uit 6 deze grafiek blijkt dat voor de getoonde LED-typen, te weten rood (gestippelde lijn), roodoranje (doorgetrokken grijze lijn) en amber (doorgetrokken zwarte lijn), de lichtopbrengst snel met de temperatuur van de haifgeleiderovergang, hierna junctie genoemd, afiieemt Uit de grafiek in figuur 1 kan echter ook opgemaakt worden dat de 5 lichtopbrengst bij verlaging van de temperatuur, met name bij temperaturen die dalen onder de 20°C, snel toeneemt.

Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede van een eerste uitvoeringsvorm van een verlichtingsinrichting overeenkomstig de onderhavige uitvinding. De 10 verlichtingsinrichting omvat een koelinrichting voor het koelen van ten minste één vaste stof lichtbron, bijvoorbeeld één of meer LEDs 6. De koelinrichting omvat een binnenbuis 1 en een buitenbuis 2, waarbij beide buizen 1,2 transparant zijn voor het licht dat door de één of meer LEDs wordt uitgezonden. De binnenbuis 1 en buitenbuis 2 zijn onderling verbonden, bijvoorbeeld via contactpunten 5 van een spatieermiddel, 15 bijvoorbeeld een afstandsschijf 4, waarbij de contactpunten 5 bij voorkeur op regelmatige afstanden op de binnenbuis 1 aangrijpen. De binnenbuis 1 is deels of volledig gevuld met een koelmedium, bijvoorbeeld een koelvloeistof met een geschikte stollingstemperatuur, zoals glycol, alcohol of vloeibaar koolstofdioxide (CO2) of een gas, bijvoorbeeld (CC>2)gas of lucht. In de binnenbuis 1 zijn één of meer LEDs 6 20 geplaatst, hierna kortweg aangeduid met LEDs 6, die vrij aaneengeschakeld in de binnenbuis 1 kunnen liggen. De LEDs 6 maken onderdeel uit van een elektrische schakeling die ertoe leidt dat een geschikte verlichting van de omgeving plaatsvindt, met name ter bevordering van plantengroei.

De LEDs 6 hebben bij voorkeur een openingshoek van 30° tot 90°. Het door de 25 LEDs geproduceerde licht kan door deze beperkte openingshoek uitsluitend op het gewas gericht worden en de hoeveelheid licht, die niet in contact komt met het gewas, wordt zodoende tot een minimum beperkt. Bij het bepalen van een optimale openingshoek kan rekening gehouden worden met het feit dat de intensiteit van het uitgestraalde vermogen toeneemt met het kwadraat van de afname van de 30 openingshoek.

Gezien de lage temperatuur van het koelmedium waarin de LEDs 6 zich bevinden is een drager 7 voor de LEDs 6, zoals getoond in figuur 2 en die gebruikt kan worden als extra koellichaam, niet persé noodzakelijk. Holtes 8 tussen de binnenbuis 1 en 7 buitenbuis 2 kunnen met een geschikt inert gas, bijvoorbeeld stikstof gevuld zijn om condensatie of ijsvorming op de binnenbuis 1 te voorkomen. De contactpunten 5 tussen de binnenbuis 1 en de buitenbuis 2 dienen zo klein mogelijk te zijn teneinde verliezen door warmte overdracht tot een minimum te beperken.

5 In figuur 2 is een afstandsschijf 4 als spatieermiddel getoond, waarbij de afstandsschijf aangrijpt op de binnenbuis 1 en contactpunten 5 omvat, die contact maken met de buitenbuis 2. Het is evenwel mogelijk dat een afstandsschijf ontworpen kan worden waarbij de afstandsschijf aangrijpt op de buitenbuis 2 en contactpunten 5 omvat, die contact maken met de binnenbuis 1, als bij de vakman bekend.

10 In deze uitvoeringsvorm, worden elektrische verbindingen tussen LEDs, alsmede verbinding met een extern elektrisch netwerk, gevormd door een aaneenschakeling via geleidende draden, bijvoorbeeld van koper.

Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van een 15 verlichtingsinrichting overeenkomstig de onderhavige uitvinding voorzien van een koelinrichting voor het koelen van ten minste één vaste stof lichtbron, bijvoorbeeld één of meer LEDs 6. Ook deze koelinrichting omvat een binnenbuis 1 en een buitenbuis 2, waarbij beide buizen 1,2 transparant zijn voor het licht dat door de LEDs 6 wordt uitgezonden. De binnenbuis 1 en buitenbuis 2 kunnen wederom onderling verbonden 20 zijn, bijvoorbeeld via contactpunten 5 van een spatieermiddel, bijvoorbeeld een afstandsschijf 4, waarbij de contactpunten 5 bij voorkeur op regelmatige afstanden op de binnenbuis 1 aangrijpen.

In tegenstelling tot de verlichtingsinrichting zoals getoond in figuur 2, zijn de LEDs 6, die onderdeel uitmaken van een elektrische schakeling,, vanaf nu LED-25 schakeling 10 genoemd, op een metalen koelhuis 11 aangebracht. Het metaal van de metalen koelhuis 11 kan materialen als koper (Cu) en/of aluminium (Al) omvatten. De LED-schakeling 8 kan door middel van soldeerverbindingen direct op de metalen koelhuis 11 zijn aangebracht. Het is evenwel ook mogelijk dat de LED-schakeling 10 op keramische strippen, dat wil zeggen substraten van keramiek, met gedrukte 30 bedrading, die in verbinding staan met de metalen koelhuis 11, is aangebracht. Door de koelhuis stroomt een koelmedium, bijvoorbeeld een koelvloeistof of een gekoeld gas, zoals bijvoorbeeld gekoeld CCVgas.

g

Naast het verschaffen van koeling kan de metalen koelhuis 11 tevens een functie als elektrische kabel voor een eerste aansluiting van de LED-schakeling 10 op een elektrisch netwerk (niet getoond) vervullen. Omdat in veel toepassingen, zoals het verlichten van een grote hoeveelheid planten in een plantenkas, een relatief grote 5 elektrische stroomsterkte nodig zal zijn, zal de metalen koelhuis 11 voldoende dik moeten zijn. Door de omvang van kassen zijn elektrische stromen van 100 Ampère of meer geen uitzondering. Voor koperen leidingen geldt als vuistregel, dat een stroom van 10 Ampère per dwarsdoorsnede mm2 verwerkt kan worden. Bij een lage temperaturen, zoals -30°C, is de soortelijke weerstand lager, bij -30eC bijvoorbeeld 10 ongeveer 25% lager. Bij deze temperatuur kan derhalve minstens met 12,5 Ampère per mm2 worden gerekend. Als de buis ook nog actief gekoeld wordt, hetgeen hier het geval is, is het mogelijk met nog hogere stroomdichtheden te werken, bijv. 25 A/mm2.

Doordat in deze uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting alleen de LED-schakeling 8 op de koelhuis 11 gekoeld is, bijvoorbeeld tot een temperatuur van -30'C, 15 kan de overige ruimte in de binnenbuis 1 van de koelinrichting met een geschikt gas, bijvoorbeeld stikstof, of met een isolatieschuim, bijvoorbeeld polyurethaan, worden opgevuld met uitzondering van de zichtlijn, dat wil zeggen het gedeelte waardoor licht afkomstig van de LEDs naar buiten treedt, van de LEDs. De verlichtingsinrichting als getoond in figuur 3 heeft het voordeel dat er géén direct contact is tussen de LEDs en 20 het koelmedium, met name als dit een koelvloeistof betreft In dat geval is de kans groot dat een deel van de LED aansluitingen, met name indien deze gesoldeerd zijn, oplost in het koelmedium, waardoor een breuk van de aansluiting of een vertroebeling van het koelmedium optreedt. Verder biedt de verlichtingsinrichting als getoond in figuur 3 een betere thermische isolatie dan de verlichtingsinrichting als getoond in 25 figuur 2.

Afzonderlijke onderdelen of een combinatie van onderdelen, bijvoorbeeld een combinatie van binnenbuis 1, buitenbuis 2 en één of meer afstandschijven 4, in de verlichtingsinrichtingen als getoond in figuren 2 en 3 kunnen door extrusie gevormd 30 worden. De binnenbuis 1 en buitenbuis 2 kunnen natuurlijk ook afzonderlijk gevormd en daarna in elkaar geschoven worden. Of een uitvoeringsvorm met één of twee buisdelen de voorkeur geniet hangt af van de op te vangen krimp/uitzetting verschillen over de lengte van het betreffende koelelement.

9

Figuur 4 toont in detail een mogelijke verbinding van de metalen koelhuis 11 met de LED-schakeling 10 in de uitvoeringsvorm als getoond in figuur 3. Door de in figuur 4 getoonde verbinding is de LED-schakeling 10 tevens via een tweede elektrische 5 aansluiting met een elektrisch netwerk (niet getoond) verbonden. De tweede elektrische aansluiting heeft bijvoorbeeld de vorm van een metalen strip 15, bijvoorbeeld van koper en/of aluminium. Om er voor te zorgen dat er een galvanische scheiding is tussen de eerste elektrische aansluiting, te weten de metalen koelhuis 11 en de tweede elektrische aansluiting is een elektrisch isolerende klemstrip 16, bijvoorbeeld van een 10 geschikt kunststof, tussen beide aansluitingen 11,15 aangebracht. Ook een elektrisch isolerende klemstrip 16 van kunststof kan met behulp van extrusietechnieken worden vervaardigd.

In veel toepassingen is het makkelijk als één of meer van de verschillende buizen 1,2,11 is opgebouwd uit buiselementen. Bij een verlichtingsinrichting als getoond in 15 figuur 3, kan een metalen koelhuis 11 gevormd worden door het verbinden van koelbuiselementen. Door deze verbinding wordt tevens een elektrisch geleidende verbinding verkregen. De metalen koelhuis 11 is met een elektrisch netwerk (niet getoond) verbonden, dat bijvoorbeeld op 22 V gelijk of wisselspanning bedreven kan worden. De metalen koelhuis 11 vormt een eerste elektrische aansluiting met één of 20 meer LED-schakelingen 8. De tweede elektrische aansluiting kan op identieke wijze als hierboven beschreven worden aangebracht. De dikte van de metalen koelhuis 11 is wederom afhankelijk van de stroomsterkte en het gebruikte materiaal. Door een elektrische parallelkoppeling van meerdere koelelementen zal bij gebruik van een grote stroomsterkte een voldoende dikke metalen koelhuis 11 nodig zijn. Zoals eerder 25 beschreven geldt voor koperen leidingen als vuistregel, dat een stroom van 10 Ampère per dwarsdoorsnede mm2 verwerkt kan worden. Bij een lage temperaturen, zoals -30’C, is de soortelijke weerstand lager, bij -30°C bijvoorbeeld ongeveer 25% lager. Bij deze temperatuur kan derhalve minstens met 12,5 Ampère per mm2 worden gerekend. Als de buis ook nog actief gekoeld wordt, hetgeen hier het geval is, is het mogelijk met nog 30 hogere stroomdichtheden te werken, bijv. 25 A/mm2.

Figuur 5 toont een zijaanzicht van een verlichtingsinrichting als getoond in figuur 3, waarbij de metalen koelhuis 11 verschillende koelbuiselementen 11a, 11b omvat. Bij 10 de getoonde uitvoeringsvorm zijn tevens de binnenbuis 1 en buitenbuis 2 in segmenten opgedeeld. Een dwarsdoorsnede als getoond in figuur 3 is te vormen door de verlichtingsinrichting door te snijden volgens de lijn ΙΙΙ-ΙΠ.

In figuur 5 is tevens getoond dat de verschillende koelbuiselementen 1 Ia, 11b 5 met elkaar zijn verbonden door middel van een koppeling. De koppeling van de koelbuiselementen 11a, 11b en daarmee de koppeling van de LED-schakelingen 10a, 10b, die elk respectievelijk met koelbuiselementen 11a, 11b verbonden zijn, is bijvoorbeeld realiseerbaar door gebruik te maken van aangepaste vormen aan de uiteinden van de koelbuiselementen 11a, 11b.

10 In het geval als getoond in figuur 5 zijn de metalen koelbuiselementen 11a, 11b, als getoond in figuur 4. Vervolgens is van deze koelbuiselementen 11a, 11b een gedeelte vanaf het uiteinde overeenkomend met het in figuur 4 omcirkelde vlak B afgehaald, bijvoorbeeld tot op ongeveer 2 cm . De overgebleven nagenoeg ronde uiteinden kunnen vervolgens met elkaar worden verbonden, bijvoorbeeld met behulp 15 van een elektrisch geleidende koppelbuis. In dat geval kunnen de uiteinden van de koelbuiselementen 11a, 11b tegen elkaar aan worden geschoven, aangegeven door de pijlen in figuur 5, totdat de koelbuiselementen 11a, 11b contact maken. Vervolgens kunnen de koelbuiselementen 11a, 11b met één of meer klemmiddelen, bijvoorbeeld slangklemmen, drukdicht worden vastgeklemd. Op deze wijze kunnen verschillende 20 typen koppelingen gevormd worden. Het zal derhalve duidelijk zijn dat de getoonde spleet tussen koelbuiselementen 11a, 11b bij een dergelijke koppeling niet aanwezig is, daar het ongewenst is dat er koelmedium naar de omgeving lekt.

Bij een eerste type koppeling 31 is één van de één of meer slangklemmen elektrisch op een elektrisch netwerk aangesloten om zo de eerste elektrische aansluiting 25 22 met het elektrische netwerk, als beschreven met betrekking tot figuur 4, mogelijk te maken. Om de tweede elektrische aansluiting 23 met het elektrische netwerk voor de LED-schakelingen 10a, 10b, als beschreven met betrekking tot figuur 4, te bewerkstelligen, kan met een bevestigingsmiddel, bijvoorbeeld een schroef 20, een metalen strip 15 worden bevestigd. Op soortgelijke wijze kunnen verdere 30 koelbuiselementen 11a, 11b zijn aangesloten. De koppeling vindt plaats met een passend koppelstuk met metalen, bijvoorbeeld koperen, en rubberen afdichtingen. Door de gehele koppelverbinding goed te isoleren, bijvoorbeeld met een geschikt isolatiemateriaal 21, bijvoorbeeld polyurethaan, kan ijsgroei en/ofrijpvorming 11 voorkomen worden. Het zal duidelijk zijn dat de metalen strip 15 ook doorverbonden kan zijn, net zoals koelbuiselementen 11a, 11b, in tegenstelling tot datgene wat getoond is in figuur 5. Een dergelijke doorverbinding is echter niet getoond om verwarring ten aanzien van de andere elementen te voorkomen.

5 Bij een tweede type koppeling 32 (niet apart getoond) worden op identieke wijze als getoond in figuur 5 twee koelbuiselementen 11a, 11b met elkaar verbonden. Bij dit type is echter géén sprake van een directe aansluiting met het elektrische netwerk. Daarentegen zijn de metalen strip 15 verbonden met de LED-schakeling 10a en de metalen strip 15 verbonden met de LED-schakeling 10b elektrisch met elkaar 10 doorverbonden. De koelbuiselementen 11a, 11b zijn ook elektrisch parallel geschakeld, daar zij beiden elektrisch geleidend zijn.

Voor een derde type koppeling 33, namelijk een eindkoppeling van een reeks aan elkaar gekoppelde koelbuiselementen, kunnen einddelen, als getoond in figuur 6, worden gebruikt, die aan één zijde geschikt zijn voor passing aan de buizen 1,2 en aan 15 de andere zijde geschikt zijn voor aansluiting op één of meer geïsoleerde aansluitslangen 25, geschikt voor verbinding met een koelsysteem en verdere elektrische kabels 26,27 geschikt voor verbinding met het elektrische netwerk 40. Een dergelijk einddeel is derhalve een einddeel waar het de elektrische voorziening betreft, maar géén einddeel waar het gaat om het koelen, aangezien het koelmedium 20 rondgepompt dient te worden, hetgeen bekend is bij de vakman, en getoond zal worden in figuur 7.

Het geniet de voorkeur dat ook de verdere elektrische kabels 26,27 thermisch goed geïsoleerd zijn, zodat uitkoppeling van koude koelbuiselementen 11a, 11b naar de verdere elektrische kabels zo min mogelijk verlies opleveren.

25

Figuur 7 toont een verlichtingssysteem voor het bevorderen van plantengroei in een kas, die een uitvoeringsvorm van de verlichtingsinrichting als hierboven beschreven omvat. Het verlichtingssysteem omvat derhalve een reeks gekoppelde koelbuiselementen 11a, 11b. Zoals te zien is zijn alle typen van koppeling 31,32,33 30 als hierboven beschreven aanwezig. Het verlichtingssysteem omvat verder een koelsysteem 41, dat is ingericht voor het koelen van het koelmedium. Het koelsysteem 41 is voorzien van ten minste één ingang en ten minste één uitgang. De koelbuiselementen, zoals koelbuiselementen 11a, 11b, zijn zodanig in serie met elkaar 12 verbonden, dat zij een circulatiekanaal vormen dat in contact staat met de ten minste ene ingang en ten minste ene uitgang van het koelsysteem. Merk op dat de LED-schakelingen 10a, 10b wederom elektrisch parallel ten opzichte van elkaar geschakeld zijn.

5

De LED schakeling 10 kan op verschillende manieren worden uitgevoerd. In de navolgende beschrijving worden enkele overwegingen beschreven, die een rol kunnen spelen bij keuzes voor een bepaalde uitvoeringsvorm van LED schakeling 10. Om binnen elektrische veiligheidsgrenzen te blijven geniet gebruik van een lage spanning, 10 bijvoorbeeld een spanning van 24V of lager, de voorkeur. Een fotosyntheseproces voor plantengroei bij diep rood licht berust op de absorptie van licht met een piekgolflengte van 662 nm door chlorofyl A en licht met een piekgolflengte bij 642 nm door chlorofyl B. Gebruik van LEDs, die een dergelijke golflengte kunnen bewerkstelligen geniet derhalve de voorkeur. Om voldoende licht te genereren is met name een LED met een 15 hoge luminescentie geschikt. Een voorbeeld van een dergelijke LED is een zogenaamde power LED.

De gemiddelde spanning van een rode power LED is 2,2 Volt. Bij gebruik van een (gelijk/- of wissel-) spanning van 22 Volt kunnen er dus 10 rode power LEDs in serie geschakeld worden. Binnen een verlichtingsinrichting als hierboven beschreven 20 kunnen de LEDs het best in seriebruggen worden geschakeld voor aansluiting op een wisselspanning ter voorkoming van een te grote belasting in sperrichting.

Door koppeling van koelbuiselementen als hierboven beschreven wordt automatisch een serieschakeling gevormd en zijn de afzonderlijke koelelementen vervolgens automatisch elektrisch parallel geschakeld.

25

Figuur 8 toont een schematische weergave van een mogelijke LED-schakeling 10. In deze LED-schakeling 10 zijn 60 LEDs in bruggen geschakeld. Bij gebruik van een power LED van 0,77 W, waarbij de typische stroom door een power LED 350 mA bedraagt, resulteert dit binnen één koelelement in een gegenereerd vermogen van 30 46.2W bij een spanning van 22 volt en een stroom van 2,1 Ampère. Afhankelijk van de lengte van het koelbuiselement 11a, 11b is het mogelijk schakelingen van 231W of meer in één enkel koelbuiselement 11a, 11b te realiseren.

13

Geschakelde LED bruggen zoals beschreven in Nederlandse octrooiaanvrage 1027960 resulteren in een schakeling waarbij de betrouwbaarheid en levensduur van de schakeling toeneemt. Daarnaast geldt voor veel biochemische processen dat voor elke 10°C temperatuurverlaging de levensduur met ongeveer een factor drie toeneemt.

5 Hierbij wordt gebruik gemaakt van een gegeven voor chemische reacties, en daar horen verouderingsprocessen ook bij, dat deze verlopen met een snelheid die evenredig is met exp^—'j, waarbij T de temperatuur in Kelvin, k de constante van Bolzmann (de gasconstante R gedeeld door getal van Avogadro) en ΔΗ de activeringsenergie is.

10 Een geschikte samenstelling van LEDs voor het laten groeien van planten, zoals te lezen is in Amerikaans octrooischrift US6,921,182, is een combinatie van rode LEDs, die licht uitzenden tussen 600 en 700 nm, en blauwe LEDs, die licht uitzenden met een golflengte van ongeveer 470nm. Het aandeel rood licht is hierbij groter dan het aandeel blauw licht. Als alternatief voor blauwe LEDs zouden eventueel ook geschikte 15 gasontladingslampen gebruikt kunnen worden. Blauwe LEDs zijn minder efficiënt dan rode LEDs maar ook aanzienlijk minder temperatuurgevoelig. De hoeveelheid warmte-energie die blauwe LEDs aan de hierboven beschreven koelinrichting toevoegt, verstoort de efficiëntie van deze inrichting. Bij voorkeur worden blauwe LEDs in een aparte gescheiden elektrische schakeling buiten het koelsysteem met rode LEDs 20 toegepast.

Bij golflengten van 600 tot 700 nm is het visueel waarneembare gedeelte van het uitgestraalde vermogen aanzienlijk minder dan bijvoorbeeld het licht dat met natrium groeilampen op hoofdzakelijk 580 nm wordt uitgestraald. De lichtopbrengst in 25 waarneembare lumen bij verschillende golflengten volgens ‘C.I.E. Photopic Luminous Efficiency Function 1988’ zijn opgesomd in tabel 1.

Tabel 1 Lichtopbrengst in lumen bij verschillende golflengten (Bron: C.I.E. Photopic Luminous Efficiency Function 1988)

Golflengte (nm) C.I.E. factor (lumen) 605 5j63Ï 630 0,265 660 ÖvÖ6Ï 14 690 0,010

Uit tabel 1 blijkt dat bij 630 nm de waarneembare lichtopbrengst nog maar 26,5% van de waarneembare lichtopbrengst bij daglicht bedraagt. Bij 660 nm is dat zelfs nog maar 6,1% en bij 690 nm wordt slechts 1% van de bij daglicht waarneembare lichtopbrengst 5 gehaald.

Lampen voor assimilatie verlichting in kassen zijn bedoeld voor bij verlichting in korte dagen naast het normale daglicht. In een aantal gevallen zal daarbij het blauwe licht achterwege kunnen blijven, omdat daarvan de benodigde dosis voor de groei reeds uit het daglicht is opgenomen. Rode LEDs zijn verder ook zeer geschikt voor het 10 verkrij gen van bloei bij planten.

Een belangrijk aspect in met name dichtbevolkte gebieden als Nederland is dat groeilicht een aanzienlijke lichthinder kan veroorzaken. Er is derhalve een wettelijke beperking op de hoeveelheid licht die buiten kassen waarneembaar mag zijn.

15 Zoals valt op te maken uit tabel 1, zullen rode LEDs met een golflengte van 690 nm bij dezelfde hoeveelheid uitgestraald elektromagnetische vermogen als van LEDs met een kortere golflengte, nog maar 1% aan zichtbaar licht uitstralen.

Zoals eerder aangegeven is voor fotosynthese een spectrale spreiding in het gebied van 20 600 tot 700 nm nodig voor een optimale chlorofyl A en B absorptie.

De beste verdeling van LEDs met verschillende golflengten hangt daarnaast af van het type gewas. Onderzoek van de NASA (Verenigde Staten) leverde bijvoorbeeld de volgende in tabel 2 opgenomen resultaten op:

Tabel 2 Netto snelheid van fotosynthese en biomassa opbrengst voor spinazieplanten bij 28 dagen 25 periode (Bron: NASA)

Type Lamp Fotosynthese in Geproduceerde biomassa Geproduceerde biomassa pmol C02/(m2s) per oppervlak in per tijdseenheid in kg FM/m2 g FM/mol PAR8 CWF £1 £Ö 24 HPS 6/7 M 35 66Ö 63 7J 3Ï 15 670 83 83 33 68Ö ÜÜ 73 31 690 <Ü 93 36 8 Berekend over 28 dagen met een 16 uur licht/8 uur donker fotoperiode met 250 pmol C02/(m2s)

Het blijkt dat het meeste C02 wordt omgezet en de hoogste hoeveelheid biomassa 5 wordt geproduceerd bij een golflengte tussen 640 en 690 nm. Voorbij 690 nm neemt zowel de omzetting van C02 (fotosynthese) als de geproduceerde biomassa snel af. Bij 705 nm zijn beide processen bijna verwaarloosbaar. Het is gebleken dat bij samenstelling van een geschikte combinatie van LEDs met verschillende golflengten een gunstige combinatie van LEDs, een zogenaamde LED-module, verkregen kan 10 worden, waarbij het aandeel van LEDs met een golflengte rond 662 nm, dat wil zeggen de absorptiepiekgolflengte voor chlorofyl A, ongeveer 75% van het totaal aantal LEDs in de LED-module uitmaakt dat het rode spectrum van 640 tot 700 nm beslaat.

Bij het selecteren van een optimale combinatie van LEDs, dat wil zeggen bij het samenstellen van een LED-module, is het verstandig rekening te houden met het feit 15 dat een dominante golflengte van LEDs als gevolg van verlaging van temperatuur verschuift. Voor rode LEDs geldt dat de verschuiving van de golflengte, Δλ, ten opzichte van een verschuiving in junctietemperatuur, ATj, van een LED in de orde is van 0,05 Δλ/ ΔΊ) in nmPC. Een verlaging van de junctietemperatuur met 50°C, ATJ = 50, resulteert derhalve in een golflengteverschuiving Δλ van de emissie van 2,5 nm in 20 de richting van een kortere golflengte.

Het is gebleken dat volgens bovenstaande criteria samengestelde LED-modulen een elektromagnetisch (licht)vermogen afdragen, dat wordt verdubbeld bij afkoeling tot een temperatuur van circa -30°C. Bij een dergelijke temperatuur zal van dit elektromagnetische (licht)vermogen bij een geschikte keuze van rode LEDs ongeveer 25 50% in licht en 50% in warmte worden omgezet.

Bij een toepassing als assimilatieverlichting in een kas zal er afhankelijk van de grootte van de kas sprake zijn van duizenden LEDs. Indien iedere LED opereert met een spanning van 2,2 V en een elektrische stroom van 350 mA zal het opgewekte elektrische vermogen per LED 0,77 W bedragen. Bij een omzettingspercentage als 30 hierboven beschreven, namelijk 50% licht, 50% warmteontwikkeling, zal derhalve bij 16 een temperatuur van -30 °C de helft van deze 0.77 W als gegenereerde warmte door middel van een warmtepomp moeten worden afgevoerd. Koeling tot -30°C bij een omgevingstemperatuur van 30°C resulteert in een verschil temperatuur ΔΤ van 60°C. Volgens de tweede hoofdwet van de thermodynamica zou om de warmte weg te 5 pompen ongeveer 22% van de warmte energie nodig zijn. Bij toepassing van 1000 LEDs komt dit dus theoretisch overeen met 22% van 385 Watt = 85 Watt. Een koelinstallatie om een dergelijk vermogen weg te pompen is met behulp van in de cryogene technologie bekende technieken door een gemiddelde vakman te ontwerpen. Er zal derhalve niet verder op worden ingegaan.

10 LEDs bieden de mogelijkheid om licht precies daar te brengen waar het nodig is, hetgeen veel moeilijker is met hedendaags gebruikte assimilatieverlichting, zoals hoge druk natriumlampen.

Dergelijke lampen hebben een verbruik van 400 tot 600 W. Vanwege de warmte, die 15 deze lampen voortbrengen, dienen deze op respectabele afstand, bijvoorbeeld minimaal 180 cm, boven het gewas te blijven om verbranden van het gewas te voorkomen.

Daarnaast geldt dat de intensiteit van op een gewas vallende elektromagnetische straling toeneemt met het kwadraat van de afstand tussen een lichtbron en het gewas. Derhalve zal bij een hoge druk natriumlamp het feit dat deze op een grotere afstand van 20 het gewas geplaatst is leiden tot een minder effectieve belichting van dit gewas.

Immers, veel van de voor de groei gegenereerde energie zal op locaties naast het gewas vallen.

In tegenstelling tot hoge druk natriumlampen kunnen LEDs tot vlak boven het gewas gebracht worden en vervolgens met behulp van bij de gemiddelde vakman 25 bekende verplaatsingstechnieken met de groei van het gewas meebewogen worden. Hierdoor kan een effectievere belichting van het gewas bewerkstelligd worden.

Daarnaast is het mogelijk om het licht uit de LEDs met behulp van optische elementen, zoals lenzen en spiegels naar gewenste locaties te leiden. Hierdoor wordt het mogelijk om licht op moeilijk bereikbare plaatsen te laten vallen.

Bovenstaande beschrijving omschrijft slechts een aantal mogelijke uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. Het is eenvoudig in te zien dat er vele alternatieve uitvoeringsvormen van de uitvinding bedacht kunnen worden, die allen onder de 30 17 reikwijdte van de uitvinding vallen. Deze wordt bepaald door de navolgende conclusies.

1031185-

Claims (18)

1. Verlichtingsimichting voor het bevorderen van plantengroei, die ten minste één vaste stof lichtbron omvat, die geschikt is voor het uitzenden van licht met ten minste 5 één golflengte binnen een vooraf bepaald golflengtegebied, waarbij de ten minste ene vaste stof lichtbron is ingericht voor aansluiting op een elektrisch netwerk met het kenmerk dat de ten minste ene vaste stof lichtbron in contact staat met een koelmedium.

2. Verlichtingsimichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de verlichtingsinrichting verder is voorzien van een eerste buis, waarvan ten minste een deel transparant is voor licht uit het vooraf bepaalde golflengtegebied, waarbij de ten minste ene vaste stof lichtbron in de eerste buis is geplaatst.

3. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de eerste buis geschikt is voor opname van het koelmedium en is voorzien van een aanvoeropening en een afvoeropening voor een aanvoer respectievelijk afvoer van het koelmedium en waarbij de verlichtingsinrichting verder is voorzien van een tweede buis met een grotere diameter dan de eerste buis en zodanig geplaatst is dat deze de eerste buis 20 omsluit, waarbij de tweede buis ten minste voor een deel transparant is voor licht uit het vooraf bepaalde golflengtegebied.

4. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de verlichtingsinrichting verder is voorzien van een derde buis met een kleinere diameter 25 dan de eerste buis en dat deze zodanig geplaatst is dat deze door de eerste buis wordt omsloten, waarbij de derde buis een metalen buis is die geschikt is voor opname van het koelmedium en is voorzien van een aanvoeropening en een afvoeropening voor respectievelijk een aanvoer en afvoer van het koelmedium en waarbij de ten minste ene vaste stof lichtbron in contact met de derde buis tussen de eerste en de derde buis 30 geplaatst is.

5. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 4 met het kenmerk, dat het metaal van de derde buis koper en/of aluminium omvat. 103 1 1 85

6. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 4 of 5 met het kenmerk, dat de derde buis een eerste aansluiting van de ten minste ene lichtbron met het elektrische netwerk vormt 5

7. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 6 met het kenmerk, dat de verlichtingsinrichting verder is voorzien van een metalen strip, die elektrisch geïsoleerd is van de derde buis en een tweede aansluiting van de ten minste ene lichtbron met het elektrische netwerk vormt. 10

8. Verlichtingsinrichting volgens één van conclusies 3 tot en met 7 met het kenmerk, dat de verlichtingsinrichting verder een spatieermiddel omvat voor het op een vooraf bepaalde afstand houden van de eerste buis ten opzichte van de tweede buis of de derde buis. 15

9. Verlichtingsinrichting volgens één van voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de ten minste ene vaste stof lichtbron een LED is.

10. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 9 met het kenmerk, dat de ten minste ene 20 LED is ingericht voor het uitzenden van licht met een openingshoek tussen 30° en 90°.

11. Verlichtingsinrichting volgens conclusie 9 of 10 met het kenmerk, dat de ten minste ene LED via een substraat in contact staat met het koelmedium, waarbij het substraat van een keramiek omvat. 25

12. Verlichtingsinrichting volgens één van voorgaande conclusies met het kenmerk, dat het temperatuurgebied is gelegen tussen -40 en -20 °C.

13. Verlichtingsinrichting volgens één van voorgaande conclusies met het kenmerk, dat 30 het vooraf bepaalde golflengtegebied ligt tussen 640 - 700 nm.

14. Verlichtingsinrichting volgens één van voorgaande conclusies met het kenmerk, dat het koelmedium ten minste één van koolstofdioxide, glycol en alcohol omvat.

15. Verlichtingssysteem voor het bevorderen van plantengroei in een kas omvattende: - een veelvoud van verlichtingsinrichtingen volgens één van conclusies 3 tot en met 14; 5. een koelsysteem ingericht voor het koelen van een koelmedium voorzien van een ingang en een uitgang; waarbij buizen in het veelvoud van verlichtingsinrichtingen, die zijn ingericht voor het opnemen en afvoeren van het koelmedium, in serie met elkaar verbonden zijn, zodanig dat zij een circulatiekanaal vormen dat in contact staat met de ingang en uitgang van 10 het koelsysteem, en waarbij de ten minste ene vaste stof lichtbron per verlichtingsinrichting van het veelvoud van verlichtingsinrichtingen elektrisch parallel ten opzichte van elkaar geschakeld zijn.

16. Werkwijze voor het vervaardigen van een verlichtingsinrichting volgens één van 15 conclusies 3-14, waarbij de werkwijze omvat: - verschaffen van een eerste buis; - verschaffen van ten minste één van een tweede buis en een derde buis; - plaatsen van de eerste buis ten opzichte van de ten minste ene van de tweede buis en de derde buis zodanig dat één van beide buizen door de ander omsloten 20 wordt; - aanbrengen van een spatieermiddel tussen de beide buizen om hun onderlinge positie vast te leggen; - plaatsen van de ten minste ene vaste stof lichtbron in de eerste buis zodanig dat deze, bij gebruik van de verlichtingsinrichting, in contact staat met een 25 koelmedium, dat zich in één van beide buizen bevindt.

17. Werkwijze volgens conclusie 16 met het kenmerk dat het verschaffen van de buizen, het plaatsen van de eerste buis ten opzichte van ten minste één van de tweede buis en de derde buis, alsmede het aanbrengen van het spatieermiddel simultaan wordt 30 uitgevoerd door middel van extrusie.

18. Werkwijze voor het bedrijven van een verlichtingsinrichting volgens één van conclusies 3 tot en met 14 met het kenmerk, dat de werkwijze omvat koelen van de ten minste ene lichtbron tot een temperatuur gelegen in een temperatuurgebied tussen -50°C en -20°C. 1031185