Montaje de iluminación LED hortícola.

Un aparato de iluminación hortícola que comprende al menos un Diodo Emisor de Luz (LED) que tiene

a) primeras características espectrales que incluyen un pico en el intervalo de longitud de onda de 600 a 700 nm y dispuestas para mostrar un semimáximo de achura completa de al menos 50 nm o más;

b) segundas características espectrales con un máximo de 50 nm de semimáximo de achura completa y dispuestas para mostrar una longitud de onda pico en el intervalo de 440 a 500 nm, y

c) toda o parte de la emisión a una longitud de onda de 600-800 nm se genera usando una conversión aumentando la longitud de onda total o parcial de la potencia de radiación del chip LED con al menos un material de conversión aumentando la longitud de onda en proximidad del LED, y

d) la emisión a longitudes de onda de 500-600 nm está dispuesta para ser reducida por debajo de la intensidad en la banda de 400-500 nm y por debajo de la intensidad en la banda de 600-700 nm.

Montaje de iluminación LED hortícola Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere al uso de LED en aplicaciones de iluminación hortícola. En particular, la presente invención se refiere a un aparato de iluminación para facilitar el crecimiento de plantas que comprende al menos un Diodo de Emisión de Luz (LED) que tiene características espectrales que incluyen un pico en el intervalo de longitud de onda de 600 a 700 nm. La presente invención se refiere también a componentes de emisión de luz novedosos que son particularmente adecuados para facilitar el crecimiento de plantas y que comprenden un chip semiconductor compuesto de emisión de luz.

Descripción de la técnica relacionada En la Tierra el sol es la fuente principal de radiación electromagnética visible (es decir, luz) e invisible y el principal factor responsable de la existencia de vida. La energía solar neta diaria promedio que alcanza la Tierra es aproximadamente 28 10^23 J (es decir, 265 EBtu) . Este valor es 5500 veces superior que el consumo de energía principal anual mundial, estimado en 2007, que es de 5 10^20 J . La distribución espectral de la radiación del sol, como puede medirse en la superficie de la Tierra, tiene una banda de longitud de onda amplia de entre aproximadamente 300 nm y 1000 nm.

Sin embargo, únicamente el 50 % de la radiación que alcanza la superficie es radiación fotosintéticamente activa (PAR) . La PAR, de acuerdo con las recomendaciones de la CIE (Comisión Internacional de la Iluminación) comprende la región de longitud de onda de entre 400 nm y 700 nm del espectro electromagnético. Las leyes de la fotoquímica pueden expresar en general la manera en la que las plantas recolectan radiación. El carácter dual de la radiación hace que se comporte como una onda electromagnética cuando se propaga en el espacio y como partículas (es decir, fotón o cuanto de energía radiante) cuando interactúa con la materia. Los fotorreceptores son los elementos activos que existen principalmente en las hojas de la planta responsables de la captura de fotones y de la conversión de su energía en energía química.

Debido a la naturaleza fotoquímica de la fotosíntesis, la tasa fotosintética, que representa la cantidad de la evolución de O2 o la cantidad de fijación de CO2 por unidad de tiempo, se correlaciona bien con el número de fotones que caen por unidad de área por segundo en una superficie foliar. Por lo tanto, las cantidades recomendadas para la PAR están basadas en el sistema cuántico y se expresan usando el número de moles (mol) o micromoles (mol) de fotones. El término recomendado para informar y cuantificar mediciones instantáneas de PAR es la densidad de flujo de fotones fotosintético (PPFD) , y se expresa típicamente en moles/m2/s. Esto proporciona el número de moles de fotones que caen en una superficie por unidad de área por unidad de tiempo. El término flujo de fotones fotosintético (PPF) se usa también frecuentemente para referirse a la misma cantidad.

Los fotorreceptores que existen en organismos vivos, tales como plantas, usan la energía radiante capturada para mediar procedimientos biológicos importantes. Esta mediación o interacción puede tener lugar de una diversidad de formas. La fotosíntesis junto con el fotoperiodismo, fototropismo y fotomorfogénesis, son los cuatro procedimientos representativos relacionados con la interacción entre radiación y plantas. La siguiente expresión muestra la ecuación química simplificada de la fotosíntesis:

H2O + 6 CO2 (+ energía de fotón) C6H12O6 + 6 O2

Como se verá a partir de la ecuación, los carbohidratos, tales como glucosa de azúcar (C6H12O6) , y oxígeno (O2) , son los productos principales del procedimiento de la fotosíntesis. Estos se sintetizan a partir de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) usando la energía de los fotones aprovechada usando fotorreceptores especializados, tales como clorofilas y convirtiéndola en energía química.

A través de la fotosíntesis, la energía radiante se usa también como la fuente principal de energía química, que es importante para el crecimiento y desarrollo de plantas. Naturalmente, el equilibrio de los reactivos de entrada -salida de la ecuación es dependiente también de la cantidad (es decir, número de fotones) y de la calidad (es decir, energía de los fotones) de la energía radiante y, en consecuencia, también de la biomasa producida de las plantas. El "fotoperiodismo" se refiere a la capacidad que tienen las plantas para detectar y medir la periodicidad de la radiación, el fototropismo al movimiento de crecimiento de las plantas hacia y lejos de la radiación, y la fotomorfogénesis al cambio en forma en respuesta a la calidad y cantidad de radiación.

Los espectros de absorción típicos de los fotorreceptores fotosintéticos y fotomorfogenéticos más comunes, tales como la clorofila a, clorofila b y betacaroteno, y las dos formas interconvertibles de fitocromos (Pfr y Pr) se presentan en la Figura 1.

Las respuestas fotomorfogenéticas, al contrario de la fotosíntesis, pueden conseguirse con cantidades de luz

extremadamente bajas. Los diferentes tipos de fotorreceptores fotosintéticos y fotomorfogenéticos pueden agruparse en al menos tres fotosistemas conocidos: fotosintético, fitocromo y criptocromo o azul/UV-A (ultravioleta-A) .

En el fotosistema fotosintético, los pigmentos existentes son clorofilas y carotenoides. Las clorofilas están localizadas en los tilacoides de los cloroplastos localizados en las células mesófilas foliares de las plantas. La cantidad o la energía de la radiación es el aspecto más significativo, puesto que la actividad de esos pigmentos está estrechamente relacionada con la recolección de luz. Los dos picos de absorción más importantes de clorofila están localizados en las regiones del rojo y del azul de 625 a 675 nm y de 425 a 475 nm, respectivamente. Adicionalmente, existen también otros picos localizados en el UV cercano (300 -400 nm) y en la región del rojo lejano (700 -800 nm) . Los carotenoides tales como las xantófilas y carotenos están localizados en los orgánulos plástidos de los cromoplastos en células de las plantas y absorben principalmente en la región del azul.

El fotosistema fitocromo incluye las dos formas interconvertibles de fitocromos, Pr y Pfr, que tienen sus picos de sensibilidad en el rojo a 660 nm y en el rojo lejano a 730 nm, respectivamente. Las respuestas fotomorfogenéticas mediadas por los fitocromos están normalmente relacionadas con la detección de la calidad de luz a través de la relación de rojo (R) a rojo lejano (FR) (R/FR) . La importancia de los fitocromos puede evaluarse mediante las diferentes respuestas fisiológicas donde estén implicados, tales como expansión foliar, percepción de los vecinos, evitación de sombras, alargamiento de tallo, germinación de semillas e inducción de floración. Aunque la respuesta de evitación de sombras se controla normalmente mediante los fitocromos a través de la detección de la relación de R/FR, la luz azul y el nivel de la PAR están también implicados en las respuestas morfológicas adaptivas relacionadas.

Los fotorreceptores sensibles al azul y al UV-A (ultravioleta A) se encuentran en el fotosistema criptocromo. Los pigmentos de absorción de luz azul incluyen tanto criptocromos como fototropinas. Están implicados en varias tareas diferentes, tales como monitorizar la calidad, cantidad, dirección y periodicidad de la luz. Los diferentes grupos de fotorreceptores sensibles al azul y al UV-A median respuestas morfológicas importantes tales como el ritmo endógeno, orientación de órganos, alargamiento de tallo y apertura de los estomas, germinación, expansión foliar, crecimiento de la raíz y fototropismo. Las fototropinas regulan el contenido pigmentario y la situación de los órganos y orgánulos fotosintéticos para optimizar la recolección de luz y la fotoinhibición. Como con la exposición a radiación de rojo lejano continua, la luz azul también promueve la floración a través de la mediación de los fotorreceptores criptocromos. Además, los fotorreceptores sensibles a la luz azul (por ejemplo, flavinas y carotenoides) son sensibles también a la radiación de ultravioleta cercano, donde puede encontrarse un pico de sensibilidad localizado a aproximadamente 370 nm. Los criptocromos no son únicamente comunes a todas las especies de plantas. Los criptocromos median una diversidad de respuestas de luz, incluyendo la incorporación de los ritmos circadianos en las plantas de floración tales como Arabidopsis. Aunque la radiación de las longitudes de onda por debajo de 300 nm puede ser altamente perjudicial para los enlaces químicos de las moléculas y para... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de iluminación hortícola que comprende al menos un Diodo Emisor de Luz (LED) que tiene a) primeras características espectrales que incluyen un pico en el intervalo de longitud de onda de 600 a 700 nm y dispuestas para mostrar un semimáximo de achura completa de al menos 50 nm o más;

b) segundas características espectrales con un máximo de 50 nm de semimáximo de achura completa y dispuestas para mostrar una longitud de onda pico en el intervalo de 440 a 500 nm, y c) toda o parte de la emisión a una longitud de onda d.

60. 800 nm se genera usando una conversión aumentando la longitud de onda total o parcial de la potencia de radiación del chip LED con al menos un material de conversión aumentando la longitud de onda en proximidad del LED, y d) la emisión a longitudes de onda d.

50. 600 nm está dispuesta para ser reducida por debajo de la intensidad en la banda d.

40. 500 nm y por debajo de la intensidad en la banda d.

60. 700 nm

2. El aparato de iluminación de la reivindicación 1, en el que el LED tiene unas características espectrales con un pico libremente ajustable en el intervalo de longitud de onda de 500 a 800 nm y dispuesto para mostrar al menos 30 nm de semimáximo de achura completa.

3. El aparato de iluminación de cualquiera de las reivindicaciones 1, que comprende un segundo LED con al menos una característica espectral con máximo de 50 nm de semimáximo de achura completa y una longitud de onda pico en el intervalo de 400 a 500 nm y opcionalmente segundas y terceras características espectrales dispuestas para tener unas longitudes de onda pico libremente ajustables en el intervalo de 450 nm a 800 nm.

4. Uso del aparato de iluminación de la reivindicación 1 para proporcionar luz para al menos una planta.

5. Un procedimiento para mejorar el crecimiento de plantas en el que al menos un aparato de iluminación de la reivindicación 1 emite luz a al menos una planta.