СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИСКУССТВЕННОГО СВЕТА
METHOD OF PLANT GROWING SYSTEM CONTROL USING ARTIFICIAL LIGHT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу управления системой выращивания растений с использованием искусственного света. Настоящее изобретение также относится к компьютерной программе, содержащей команды, которые при выполнении по меньшей мере одним процессором вызывают выполнение способа, к контроллеру для управления системой для выращивания растений с использованием искусственного света и к системе для выращивания растений с использованием искусственного света.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известны системы для выращивания растений, которые содержат источник света для подачи искусственного света на растение, выращиваемое в системе для выращивания растений. Источник света способствует росту растения в периоды низких уровней естественного света, например, вследствие сезонных колебаний уровней естественного света.
Документ WO 2013/089825 раскрывает устройство, имеющее источник света для содействия росту растения, причем энергопотребление источника света изменяется согласно тарифу на электроэнергию. Энергопотребление источника света увеличивается при низком тарифе на электроэнергию для уменьшения стоимости выращивания растения. Однако это может привести к ускорению роста растения так, что оно созреет и будет готово к сбору в то время, когда на рынке уже имеется избыток растений данного вида, в таком случае растение будет обеспечено сверх спроса на него и может быть не востребовано.
Документ US 2005/0252078 раскрывает способ и систему оптимизации выращивания растений экономически эффективным образом. Система содержит процессор, который управляет ресурсами, такими как освещение и углекислый газ. Процессор принимает необходимую скорость производства растений и определяет количество затрат каждого ресурса в соответствии с целями производства растений и стоимостью ресурсов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа управления системой для выращивания растений с использованием искусственного света, компьютерной программы, содержащей команды, которые при выполнении по меньшей мере одним процессором вызывают выполнение способа, контроллера для управления системой для выращивания растений с использованием искусственного света и/или системы для выращивания растений с использованием искусственного света, которая существенно уменьшает или преодолевает упомянутые выше проблемы.
Согласно настоящему изобретению обеспечен способ управления системой для выращивания растений с использованием искусственного света, содержащий этапы, на которых принимают информацию о спросе на производство вида растений, выращиваемых в системе для выращивания растений с использованием искусственного света, и информацию об энергообеспечении для источника света системы для выращивания растений с использованием искусственного света, и управляют работой источника света среды выращивания растений системы для выращивания растений с использованием искусственного света в зависимости от принимаемой информации так, чтобы скорость производства растения указанного вида растений, выращиваемых в системе, по отношению к спросу на производство и энергообеспечению была оптимизирована.
При использовании данного способа можно осуществить наиболее эффективное использование скорости производства, например, путем снижения скорости производства при низком спросе на вид выращиваемого растения для уменьшения невостребованной продукции, вызванной перепроизводством данного вида растений, и снижения скорости производства при высоком спросе на энергию для уменьшения пиковой нагрузки на источник питания. В дополнение, можно ускорить скорость производства при высоком спросе на вид выращиваемого растения и при низком спросе на энергию.
Информация об энергообеспечение может представлять собой стоимость энергии или спрос на энергообеспечение, который может быть предоставлен множеством способов, включая коэффициент спроса на энергообеспечение, или информацию о спросе на энергообеспечение на основе стоимости доступного источника питания. В связи с этим можно уменьшить пиковую нагрузку на источник питания путем использования электроэнергии для питания источника света при приеме информации о том, что спрос на электроэнергию от источника питания является низким. Источник питания обеспечивает энергию источнику света и может представлять собой, например, энергораспределительную сеть или аккумулятор. В альтернативном варианте выполнения источник питания представляет собой топливо, например, пропан или метан, которое может быть использовано для локальной выработки электроэнергии для питания источника света. В одном таком варианте выполнения стоимость доступного источника питания представляет собой стоимость топлива.
Способ может дополнительно содержать этапы, на которых обращаются к одному или более конкретным параметрам вида растений в зависимости от вида выращиваемых растений и управляют работой источника света в зависимости от одного или более конкретных параметров вида растений.
В связи с этим можно управлять ростом растения в среде выращивания растений в зависимости от вида выращиваемого растения. В связи с этим способ может способствовать максимизации эффективности путем регулировки работы источника света в зависимости от конкретного вида выращиваемого растения.
Конкретный параметр вида растений или один из конкретных параметров вида растений может представлять собой минимальный уровень светового воздействия для подачи на растение указанного вида растений.
В связи с этим можно гарантировать обеспечение достаточной подачи света для поддержания жизни растения в зависимости от информации о виде растения. В связи с этим способ позволяет ограничивать рост выращиваемого растения для предотвращения невостребованной продукции, при этом предотвращая гибель растения и, следовательно, предотвращая нерациональное использование растения.
Конкретный параметр вида растений или один из конкретных параметров вида растений может представлять собой максимальный уровень светового воздействия для подачи на растение указанного вида растений.
Конкретный параметр растений или один из конкретных параметров растений может представлять собой минимальный период работы источника света на минимальном уровне. Минимальный уровень может представлять собой уровень света, необходимый растениям для переработки ассимилятов, накопленных в процессе фотосинтеза, или для стимулирования цветения растений. В одном варианте выполнения источник света не выводит свет при работе на минимальном уровне. Конкретный параметр растений или один из конкретных параметров растений может представлять собой уровень интенсивности источника света.
Это значит, что можно запланировать принудительный темный период для растений. Это позволяет обеспечивать выращиваемым растениям период для переработки ассимилятов, накопленных в период работы источника света или работы источника света на более высоком уровне интенсивности. Путем регулировки параметров принудительного темного периода в зависимости от вида растений можно максимизировать эффективность выращивания растений и более точно управлять ростом растений в среде выращивания растений. Максимизация эффективности выращивания растений уменьшает общее количество энергии, которое должно быть обеспечено источнику света для выращивания растения и, следовательно, уменьшает воздействие на окружающую среду и стоимость производства растения. В одном варианте выполнения растения в системе для выращивания растений с использованием искусственного света изолированы от естественного света. Это позволяет создание темного периода полностью независимо от времени суток.
Способ может дополнительно содержать этап, на котором управляют работой источника света для регулировки скорости роста указанного растения путем управления спектральным профилем света, подаваемого на растения источником света.
2
Способ может дополнительно содержать этап, на котором управляют уровнем CO в среде выращивания растений системы для выращивания растений с использованием искусственного света в зависимости от определенной работы источника света. Способ может дополнительно содержать этап, на котором управляют температурой в среде выращивания растений системы для выращивания растений с использованием искусственного света в зависимости от определенной работы источника света.
2
2
Настоящий способ обеспечивает максимизацию эффективности использования света растением. Обнаружено, что рост растения в ответ на световое воздействие также зависит от уровня CO и температуры в среде выращивания растений. Путем управления одним или обоими параметрами из уровня CO и температуры в среде выращивания растений можно более точно управлять скоростью роста растения в среде выращивания растений в зависимости от вида растений.
2
Способ может дополнительно содержать этап, на котором определяют условие окружающей среды для среды выращивания растений и управляют работой источника света в зависимости от определенного условия окружающей среды. Условие окружающей среды может представлять собой один или более параметров из уровня CO и уровня температуры. Способ может дополнительно содержать этап, на котором регулируют работу источника света при определении требуемого условия окружающей среды в среде выращивания растений.
2
С учетом вышесказанного можно координировать работу источника света с условием окружающей среды в среде выращивания растений. Следует понимать, что скорость изменения некоторых условий окружающей среды, таких как уровни температуры и CO, намного меньше скорости изменения работы источника света. В связи с этим можно управлять источником света в зависимости от одного или более условий окружающей среды для максимизации эффективности работы системы для выращивания растений.
Работа источника света на основе принимаемой информации может быть начата в течение заданного периода времени после изменения температуры и/или уровня углекислого газа, например, из-за теплоемкости воздуха в системе для выращивания растений и времени, необходимого для добавления или удаления углекислого газа из системы для выращивания растений.
Способ может дополнительно содержать этапы, на которых управляют работой по меньшей мере первого источника света первой среды выращивания растений для обеспечения периода работы на минимальном уровне интенсивности света и второго источника света второй среды выращивания растений для обеспечения периода работы на минимальном уровне интенсивности света, осуществляют работу по меньшей мере первого и второго источников света так, чтобы период работы первого источника света на минимальном уровне интенсивности света был сдвинут относительно периода работы второго источника света на минимальном уровне интенсивности света. Минимальный уровень интенсивности света может представлять собой уровень света, необходимый растениям для переработки ассимилятов, накопленных в процессе фотосинтеза, или для стимулирования цветения растений. В одном варианте выполнения источник света не выводит свет при работе на минимальном уровне.
При использовании настоящего способа можно распределять необходимую энергию между множеством сред выращивания растений. В связи с этим можно минимизировать потребление энергии путем минимизации пиковой потребности в энергии. Кроме того, можно минимизировать размер и число компонентов, необходимых для работы двух или более сред выращивания растений.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечен способ управления системой для выращивания растений с использованием искусственного света, содержащий этапы, на которых управляют работой по меньшей мере первого источника света первой среды выращивания растений для обеспечения периода работы на минимальном уровне интенсивности света и второго источника света второй среды выращивания растений для обеспечения периода работы на минимальном уровне интенсивности света и осуществляют работу по меньшей мере первого и второго источников света так, чтобы период работы первого источника света на минимальном уровне интенсивности света был сдвинут относительно периода работы второго источника света на минимальном уровне интенсивности света. Минимальный уровень интенсивности света может представлять собой уровень света, необходимый растениям для переработки ассимилятов, накопленных в процессе фотосинтеза, или для стимулирования цветения растений. В одном варианте выполнения источник света не выводит свет при работе на минимальном уровне.
При использовании настоящего способа можно распределять необходимую энергию между множеством сред выращивания растений.
Между по меньшей мере первой и второй средами выращивания растений может быть расположена перегородка. В связи с этим можно ограничивать рассеяние света между первой и второй средами выращивания растений. Это означает, что рост растения в каждой из сред выращивания растений может находиться под жестким контролем.
Первая и вторая среды выращивания растений могут представлять собой отдельные блоки для выращивания или отдельные уровни блока для выращивания.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечена компьютерная программа, содержащая команды, которые при выполнении по меньшей мере одним процессором вызывают выполнение каждого из описанных выше способов.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечен контроллер для управления системой для выращивания растений с использованием искусственного света, причем контроллер выполнен с возможностью приема информации о спросе на производство вида растений, выращиваемых в системе для выращивания растений с использованием искусственного света, и об энергообеспечении для источника света системы для выращивания растений с использованием искусственного света, и управления работой источника света среды выращивания растений системы для выращивания растений с использованием искусственного света в зависимости от принимаемой информации так, чтобы скорость производства растения указанного вида растений, выращиваемых в системе, по отношению к спросу на производство и энергообеспечению, была оптимизирована.
В связи с этим скорость роста указанного растения может быть снижена при снижении спроса на растения для уменьшения вероятности созревания растений тогда, когда они не требуются, тем самым уменьшая невостребованную продукцию.
В одном варианте выполнения контроллер содержит процессор, память и соединение для передачи данных, причем информация об одном или более параметров из спроса на производство вида растений, выращиваемых в системе для выращивания растений с использованием искусственного света, и энергообеспечения для источника света системы для выращивания растений с использованием искусственного света может быть получена процессором с использованием соединения для передачи данных.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечена система для выращивания растений с использованием искусственного света, содержащая среду выращивания растений с источником света для подачи света на растение, выращиваемое в среде выращивания растений, и контроллер для управления системой для выращивания растений с использованием искусственного света, причем контроллер выполнен с возможностью приема информации о спросе на производство вида растений, выращиваемых в системе для выращивания растений с использованием искусственного света, и об энергообеспечении для источника света системы для выращивания растений с использованием искусственного света, и управления работой источника света среды выращивания растений системы для выращивания растений с использованием искусственного света в зависимости от принимаемой информации так, чтобы скорость производства растения указанного вида растений, выращиваемых в системе, по отношению к спросу на производство и энергообеспечению, была оптимизирована.
Эти и другие аспекты изобретения будут понятны и объяснены со ссылкой на описанные далее варианты выполнения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее будут описаны варианты выполнения изобретения исключительно путем примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет собой схематический вид спереди системы для выращивания растений согласно варианту выполнения изобретения;
Фиг. 2 представляет собой график, показывающий зависимость между уровнем света, спросом на производство и спросом на энергообеспечение системы для выращивания растений на Фиг. 1;
Фиг. 3 представляет собой блок-схему некоторых этапов, выполняемых процессором системы для выращивания растений на Фиг. 1; и
Фиг. 4 представляет собой структурную электрическую схему системы для выращивания растений на Фиг. 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
Далее обратимся к Фиг. 1-4, на которых показана система 1 для выращивания растений с использованием искусственного света согласно варианту выполнения изобретения. Система 1 для выращивания растений содержит корпус 2, первые и второй блоки 3, 4 для выращивания растений и контроллер.
Первый и второй блоки 3, 4 для выращивания расположены в корпусе 2. Первый и второй блоки 3, 4 для выращивания являются идентичными по конструкции, и в связи с этим для краткости далее будет подробно описан только первый блок 3 для выращивания. Следует понимать, что один из блоков для выращивания может быть исключен, или могут быть добавлены дополнительные блоки для выращивания.
Первый блок 3 для выращивания содержит множество горизонтально расположенных полок 6. Полки 6 поддерживаются множеством вертикальных ножек 7. Растения 8 выращиваются на каждой из полок 6 в соответствии, например, с принципами гидропонного выращивания или аэропонного выращивания. Следует понимать, что выражение «растение» может относиться к фруктам, овощам, цветам, водорослям и/или другой биомассе или биоматериалу.
Световой блок 9, действующий в качестве источника света, расположен над каждой из полок 6 для обеспечения света на растения 8, растущие на каждой из полок 6. Световой блок 9 для обеспечения света на растения 8 на самой верхней полке 6 прикреплен к верхнему участку ножек 7 первого блока 3 для выращивания. Каждый из остальных световых блоков 9 расположен над соответствующей полкой 6, будучи прикрепленным к нижней стороне расположенной выше полки 6. Однако предусмотрены альтернативные конструкции. Следует понимать, что световые блоки 9 на полках 6 вместе могут образовывать источник света. То есть световые блоки 9 работают вместе.
Корпус 2 образует среду 10 выращивания растений. Корпус 2 представляет собой, например, помещение или шкаф. Среда 10 выращивания растений в настоящем варианте выполнения является замкнутой средой. Среда 10 выращивания растений изолирована от естественного света. В связи с этим рост растений в среде выращивания растений можно более точно регулировать. Растения, выращиваемые в среде 10 выращивания растений, в общем будут относиться к одному виду растений.
Устройство 11 управления климатом расположено с возможностью управления температурой в среде 10 выращивания растений. Устройство 11 управления климатом выполнено с возможностью управления температурой T в среде 10 выращивания растений. Относительная влажность и вентиляция в среде 10 выращивания растений также могут регулироваться устройством 11 управления климатом. Устройство 11 управления климатом имеет датчик 12 температуры и контроллер 13 температуры.
2
2
Устройство 14 управления уровнем углекислого газа (CO) выполнено с возможностью управления уровнем углекислого газа в среде 10 выращивания растений. Устройство 14 управления уровнем углекислого газа содержит датчик 15 уровня углекислого газа, источник углекислого газа (не показан) и контроллер 16 уровня углекислого газа. Контроллер 16 уровня углекислого газа регулирует количество углекислого газа, подаваемого в среду 10 выращивания растений от источника углекислого газа согласно уровню углекислого газа CO, измеренному датчиком 15 углекислого газа. Следует понимать, что одно или оба из устройства 11 управления климатом и устройства 14 управления уровнем углекислого газа могут быть исключены.
2
Датчик 12 температуры генерирует информацию о температуре в среде 10 выращивания растений. Эта информация передается в контроллер 5. Датчик 15 уровня углекислого газа генерирует информацию об уровне углекислого газа в среде 10 выращивания растений. Эта информация передается в контроллер 5. В связи с этим один или оба параметра из температуры T и уровня углекислого газа CO в корпусе 2 могут отслеживаться и/или регулироваться контроллером 5. Контроллер 5 выполнен с возможностью управления световыми блоками 9. Световые блоки 9 сообщаются с контроллером 5 так, что световой выход каждого светового блока 9 может регулироваться контроллером 5. Это может быть достигнуто, например, путем регулировки питания, подаваемого каждому из световых блоков 9.
Контроллер 5 имеет процессор 17 и память 18. Контроллер 5 представляет собой, например, персональный или переносной компьютер, микроконтроллер или программируемую пользователем вентильную матрицу.
Процессор 17 может иметь любую подходящую форму. Например, процессор 17 может представлять собой или включать в себя микроконтроллер, множество микроконтроллеров, схему, один процессор или множество процессоров. Контроллер 5 может быть образован из одного или множества модулей.
Память 18 имеет любую подходящую форму. Память 18 может включать в себя энергонезависимую память и/или RAM. Энергонезависимая память может включать в себя постоянное запоминающее устройство (ROM), жесткий диск (HDD) или твердотельный накопитель (SSD). Память помимо прочего хранит операционную систему. Память может быть расположена удаленно. Процессор 17 использует RAM для временного хранения данных. Операционная система может содержать код, который при выполнении контроллером 5 управляет работой каждого из аппаратных компонентов системы 1 для выращивания растений. Контроллер 5 может вызывать удаленное или локальное сохранение в памяти 18 одного или более объектов, таких как один или более профилей. Контроллер 5 может обращаться к одному или более объектам, таким как один или более профилей, сохраненным в энергонезависимой памяти и загружать один или более сохраненных объектов в RAM.
Контроллер 5 выполнен с возможностью управления системой 1 для выращивания растений в ответ на входные данные, например, входные данные от пользователя.
Контроллер 5 выполнен с возможностью управления скоростью P производства растений 8 в первом и втором блоках 3, 4 для выращивания. Производство биомассы приблизительно линейно пропорционально количеству света, обеспечиваемому на растения 8. В связи с этим скорость P производства растений может регулироваться контроллером 5 путем изменения, например, питания, подаваемого световым блокам 9, так, что интенсивность светового выхода световых блоков 9, действующих в качестве источника света, изменяется.
2
2
1
0
Формула 1 показывает зависимость между скоростью P производства растений (кг/м/ч), эффективностью η использования света (г/моль), уровнем L света (мкмоль/с/м), постоянной C и минимальным уровнем света, необходимым для дыхания, далее называемым световое смещение L. Скорость P производства растений также зависит от доли света I, который усваивается растениями 8, которая зависит от развития листьев, размера растения и расстояния между растениями 8.
[Формула 1]
Уровень L света, подаваемый на растения 8, представляет собой поток фотосинтетически активной радиации (ФАР). Эффективность η использования света показывает количество сухой биомассы, получаемой на один моль фотонов в области длины волны ФАР, и зависит от температуры T растений 8 и уровня углекислого газа CO2. Необходимо максимизировать эффективность η использования света растениями 8 при наличии высокого уровня L света так, чтобы растения 8 могли эффективно фотосинтезировать свет, подаваемый на них. Эффективность η использования света может быть повышена путем повышения температуры T и уровня углекислого газа CO2 в корпусе 2.
В настоящем варианте выполнения контроллер 5 выполнен с возможностью регулировки уровня L света, подаваемого на растения 8, в зависимости от информации о спросе D на производство растений 8. Контроллер 5 также выполнен с возможностью регулировки уровня L света, подаваемого на растения 8, в зависимости от информации об энергообеспечении C. Информация об энергообеспечении C может быть основана на нескольких факторах. Энергообеспечение в общем обеспечивается электростанциями, которые имеют фиксированную выходную мощность. Спрос изменяется, и, следовательно, доступность энергии, а также избыточная энергия являются переменными. В связи с этим путем использовании энергии при низком спросе может быть снижен перерасход энергии. Одна измеряемая переменная, которая соответствует энергообеспечению, основана на стоимости CE энергетического фактора. Стоимость энергии является высокой при низкой доступности энергии, то есть спрос на энергию является высоким так, что может быть необходимо использование дополнительных средств подачи питания. Подобным образом стоимость энергии является низкой при высокой доступности энергии, то есть спрос на энергию является низким так, что энергия может быть перерасходована. В вариантах выполнения информация о спросе D на производство или энергообеспечении C может быть опущена. В настоящем варианте выполнения контроллер 5 запрограммирован так, что уровень L света, выводимого световыми блоками 9, представляет собой функцию от информации о спросе D на производство растений и энергообеспечении C, на основе стоимости CE энергии, как показано в Формуле 2. Зависимость между уровнем L света, спросом D на производство растений и стоимостью CE энергии согласно настоящему варианту выполнения графически показана на Фиг. 2. На графике 20, показанном на Фиг. 2, ось x 21 показывает время. Штрихпунктирная линия 22 показывает спрос на производство растений, сплошная линия 23 показывает стоимость энергии, а пунктирная линия 24 обозначает уровень L света. Следует понимать, что другие зависимости между этими переменными также предназначены для включения в пределы объема охраны изобретения.
[Формула 2]
E
Информация о спросе D на производство растений и энергообеспечении C передается в контроллер 5 посредством модуля 19 связи, например, проводного или беспроводного соединения. В одном варианте выполнения контроллер 5 использует модуль 19 связи для получения стоимости C энергетического фактора с веб-сайта энергетической компании или из интернет-базы данных или программного обеспечения. В альтернативном варианте выполнения контроллер 5 использует модуль 19 связи для получения информации об энергообеспечении C из системы интеллектуального учета.
Спрос D на производство растений 8 представляет собой индикатор текущего спроса на производство вида растений, выращиваемых в системе 1 для выращивания растений. Он может быть обеспечен, например, информацией об объеме спроса на вид растений, рыночной цене вида растений и/или объемах невостребованной продукции для вида растений. Когда информация о спросе D на производство растений 8 указывает повышенный спрос, контроллер 5 увеличивает скорость P производства растений так, чтобы растения 8 были готовы к сбору быстрее. В связи с этим растения 8 могут быть собраны, когда они необходимы, и нерациональное использование может быть минимизировано. Когда информация о спросе D на производство растений указывает пониженный спрос, контроллер 5 снижает скорость P производства растений так, чтобы растения 8 не созревали для сбора в период низкого спроса на данный вид растений. Это предотвращает созревание растений 8 тогда, когда они не требуются, и, таким образом, уменьшает невостребованную продукцию.
0
E
2
Контроллер 5 также выполнен так, что при изменении информации об энергообеспечении C контроллер 5 изменяет скорость P производства растений так, чтобы система 1 для выращивания растений эффективно управляла потреблением энергии. Контроллер 5 запрограммирован в соответствии с Формулой 3, которая характеризует зависимость между уровнем L света, световым смещением L, спросом D на производство растений, стоимостью C энергии и второй постоянной C.
[Формула 3]
2
E
2
E
3
0
Из Формулы 1 можно увидеть, что эффективность η использования света и, следовательно, скорость P производства растений зависят от температуры T и уровня углекислого газа CO в корпусе 2. В связи с этим для максимизации эффекта, согласно которому спрос D на производство растений и стоимость C энергии влияют на скорость P производства растений, контроллер 5 может быть выполнен так, что температура T и уровень углекислого газа CO зависят от уровня L света, который коррелирует со спросом D на производство растений и стоимостью C энергии. В таком варианте выполнения контроллер 5 запрограммирован в соответствии с зависимостью, показанной в Формуле 4, которая характеризует зависимость между температурой T, уровнем L света, третьей постоянной C и минимальной температурой, необходимой для поддержания растений 8, далее называемой температурное смещение T.
[Формула 4]
2
4
20
Контроллер 5 запрограммирован в соответствии с зависимостью, показанной в Формуле 5, которая характеризует зависимость между уровнем углекислого газа CO, уровнем L света, четвертой постоянной C и минимальным уровнем углекислого газа, необходимым для поддержания растений 8, далее называемым смещение CO уровня углекислого газа.
[Формула 5]
E
0
2
E
0
2
Фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую десять этапов S1-S10, выполняемых процессором 17 контроллера 5. На первом этапе S1, выполняемом процессором 17, получают информацию о спросе D на производство растений и стоимости C энергии. Эту информацию получают посредством модуля 19 связи. На втором этапе S2, выполняемом процессором 17, получают значения светового смещения L и второй постоянной C из памяти 18 контроллера 5. На третьем этапе S3, выполняемом процессором 17, вычисляют требуемый уровень L света для подачи на растения 8 с использованием Формулы 3 согласно значениям спроса D на производство растений, стоимости C энергии, светового смещения L и второй постоянной C.
0
3
3
0
На четвертом этапе S4, выполняемом процессором 17, получают значения температурного смещения T и третьей постоянной C из памяти 18 контроллера 5. На пятом этапе S5, выполняемом процессором 17, вычисляют требуемую температуру T в корпусе 2 с использованием Формулы 4 согласно значениям третьей постоянной C, температурного смещения T и требуемого уровня L света, который был вычислен процессором 17 на третьем этапе S3.
20
4
2
4
20
На шестом этапе S6, выполняемом процессором 17, получают значения смещения CO уровня углекислого газа и четвертой постоянной C из памяти 18 контроллера 5. На седьмом этапе S7, выполняемом процессором 17, вычисляют требуемый уровень углекислого газа CO в корпусе 2 с использованием Формулы 5 согласно значениям четвертой постоянной C, смещения CO уровня углекислого газа и требуемого уровня L света, который был вычислен процессором 17 на третьем этапе S3.
2
2
2
На восьмом этапе S8, выполняемом процессором 17, управляют устройством 11 управления климатом и устройством 14 управления уровнем углекислого газа для регулировки температуры T и уровня углекислого газа CO в корпусе 2 в соответствии с требуемыми температурой T и уровнем углекислого газа CO, вычисленными процессором 17 на пятом и седьмом этапах S5, S7. Как рассмотрено выше, управление температурой T и уровнем углекислого газа CO в корпусе 2 позволяет регулировать эффективность η использования света растениями 8.
2
2
2
На девятом этапе S9, выполняемом процессором 17, ожидают заданный период времени. На десятом этапе S10, выполняемом процессором 17, проверяют, равен ли требуемый уровень L света текущему уровню L света, выводимому световыми блоками 9, и соответственно регулируют уровень L света. Заданный период времени между регулировкой уровня L света и регулировкой температуры T и уровня углекислого газа CO выбран с учетом задержки отклика изменения температуры T и уровня углекислого газа CO, например, из-за теплоемкости воздуха в корпусе 2 и времени, которое необходимо для смешивания углекислого газа, выпущенного контроллером 2B уровня углекислого газа, с воздухом в корпусе 2. Обнаружено, что эффективность системы 1 для выращивания растений повышается, когда контроллер 5 уровня света выполнен с возможностью ожидания регулировки температуры T и уровня углекислого газа CO в корпусе 2 до требуемого значения перед изменением уровня L света, подаваемого на растения 8, поскольку это позволяет регулировку эффективности η использования света растениями 8 перед подачей на них нового уровня L света.
Процессор 17 контроллера 5 циклически выполняет и повторяет каждый из этапов S1-S10 с первого по десятый. Следует понимать, что хотя в вышеописанном варианте выполнения этапы S1-S10 с первого по десятый выполнены последовательно, в альтернативных вариантах выполнения (не показаны) два или более из этих этапов могут быть выполнены одновременно. Также следует понимать, что в альтернативных вариантах выполнения один или более этапов могут быть опущены.
Контроллер 5 выполнен с возможностью управления световыми блоками 9 для обеспечения растениям 8 «светлого периода», в котором световые блоки 9 работают, как описано выше, для подачи света на растения 8, и «темного периода», в котором световые блоки 9 выключены или работают на минимальном уровне светового воздействия. Темный период важен для обеспечения растениям 8 возможности переработки углерода, усвоенного в процессе фотосинтеза в светлый период, путем выделения кислорода в воздух и транспортировки углеводов и для стимулирования растений 8 к началу процесса цветения.
В настоящем варианте выполнения световые блоки 9 системы 1 для выращивания растений разделены на первую, вторую и третью осветительные группы 9A, 9B, 9C. Контроллер 5 управляет всеми световыми блоками 9 в каждой осветительной группе 9A, 9B, 9C одновременно. Однако следует понимать, что контроллер 5 может управлять каждой из осветительных групп 9A, 9B, 9C независимо. Каждая из первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C обеспечивает свет на разные растения 8 в системе 1 для выращивания растений.
В настоящей конструкции контроллер выполнен с возможностью обращения к базовому профилю, сохраненному контроллером для управления системой 1 так, чтобы темный период каждой из первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C составлял 8 часов, а светлый период составлял 16 часов. В связи с этим в 24-х часовой период контроллер 5 циклически управляет каждой из первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C через полный светлый период и полный темный период.
Контроллер 5 выполнен так, что темный период первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9B разнесен по времени в течение 24-х часового периода так, что не более чем две из первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C работают одновременно для обеспечения светлого периода соответствующим растениям 8. Например, во время 24-х часового периода, начавшегося в 12 часов, первая осветительная группа 9A получает питание с 12 до 16 часов для обеспечения светлого периода части растений 8, а затем выключается с 16 до 12 часов для обеспечения темного периода. При этом вторая осветительная группа 9B получает питание с 8 до 12 часов для обеспечения светлого периода части растений 8, а затем выключается с 12 до 8 часов для обеспечения темного периода. Кроме того, третья осветительная группа 9C получает питание с 16 до 8 часов для обеспечения светлого периода части растений 8, а затем выключается с 8 до 16 часов для обеспечения темного периода. Перегородка (не показана), например, экраны или шторы, обеспечена с возможностью изоляции каждой из первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C друг от друга. Осветительные группы 9A, 9B, 9C изолированы друг от друга для предотвращения рассеивания света на часть растений 8, для которых обеспечен темный период. Продолжительность светлого периода относительно темного периода может регулироваться в соответствии с информацией о спросе D на производство растений и/или энергообеспечении C. Например, в одном таком варианте выполнения, если спрос D на производство снижается, то темный период растений для каждой из первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C увеличивается, и, следовательно, светлый период уменьшается, для снижения скорости P изготовления.
2
2
2
В вышеописанном варианте выполнения растения 8, обеспечиваемые светом от каждой из первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C, оптически изолированы друг от друга для образования независимых сред 10A, 10B, 1°C выращивания растений. Например, растения 8 могут быть обеспечены в отдельных корпусах, или может быть выполнено индивидуальное уплотнение каждой полки 6, так, что температура T и уровень углекислого газа CO может независимо регулироваться. Контроллер 5 выполнен с возможностью повышения эффективности ηиспользования света растениями 8, для которых обеспечен светлый период, путем повышения их температуры T и уровня углекислого газа CO. Подобным образом контроллер 5 выполнен с возможностью снижения эффективности η использования света растениями 8, для которых обеспечен темный период, путем снижения их температуры T и уровня углекислого газа CO. Это дополнительно снижает общую установленную энергоемкость системы 1 для выращивания растений.
Поскольку светлый и темный периоды световых блоков 9 распределены так, что не более чем две из первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C работают для обеспечения светлого периода в любой момент времени, энергопотребление всех объединенных световых блоков 9 в системе 1 для выращивания растений не будет превосходить две трети от максимальной номинальной мощности световых блоков 9. В связи с этим максимальная энергоемкость системы 1 для выращивания растений снижается. Можно распределять необходимую энергию между множеством сред выращивания растений. В связи с этим можно минимизировать потребление энергии путем минимизации пиковой потребности в энергии. Кроме того, можно минимизировать размер и количество компонентов, необходимых для работы двух или более сред выращивания растений.
Хотя в вышеописанном варианте выполнения светлый период первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C составляет 16 часов, а светлый период составляет 8 часов, следует понимать, что другие продолжительности светлого и темного периодов предназначены для включения в пределы объема охраны изобретения и, кроме того, следует понимать, что общий светлый и темный период первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C не обязательно должен составлять 24 часа по продолжительности. В одном варианте выполнения (не показан) контроллер выполнен с возможностью изменения продолжительности светлого и темного периодов в соответствии с видом выращиваемых растений и/или информацией о возрасте растения. Обнаружено, что в некоторых случаях оптимальная продолжительность светлого периода и темного периода для стимулирования роста изменяется согласно возрасту растений и/или виду растения. В связи с этим путем изменения продолжительностей светлого и темного периодов в соответствии с видом растения и/или информацией о возрасте растений эффективность и/или скорость процесса выращивания растений увеличивается.
Хотя в вышеописанном варианте выполнения световые блоки 9 разделены на первую, вторую и третью осветительные группы 9A, 9B, 9C, в альтернативных вариантах выполнения (не показаны) световые блоки могут быть разделены на большее или меньшее, чем три, число осветительных групп. В одном таком варианте выполнения (не показан) световые блоки разделены на две осветительных группы, и контроллер выполнен так, что только одна из осветительных групп работает для обеспечения светлого периода в любой момент времени.
2
E
0
0
20
2
3
4
Хотя в вышеописанном варианте выполнения контроллер 5 запрограммирован в соответствии с Формулами 3, 4 и 5 для управления уровнем L света, температурой T и уровнем углекислого газа CO согласно рыночному спросу D, стоимости C энергии, световому смещению L, температурному смещению T, смещению CO уровня углекислого газа и второй, третьей и четвертой постоянным C, C и C, в альтернативных вариантах выполнения (не показаны) контроллер 5 запрограммирован в соответствии с другими формулами, которые характеризуют зависимость между этими или некоторыми из этих переменных.
E
E
Хотя в вышеописанном варианте выполнения контроллер 5 выполнен с возможностью регулировки уровня L света, подаваемого на растения 8, согласно спросу D на производство растений и стоимости C энергии, в альтернативном варианте выполнения (не показан) контроллер выполнен так, что уровень L света не регулируется согласно стоимости C энергии.
2
2
Хотя в вышеописанном варианте выполнения контроллер 5 выполнен с возможностью регулировки температуры T и уровня углекислого газа CO в корпусе 2 согласно требуемому уровню L света, в альтернативных вариантах выполнения (не показаны) контроллер 5 не регулирует температуру T и/или уровень углекислого газа CO.
E
Хотя в вышеописанном варианте выполнения контроллер 5 выполнен с возможностью регулировки уровня L света, подаваемого на растения 8, согласно спросу D на производство растений и стоимости C энергии и дополнительно выполнен с возможностью сдвига светлых периодов первой, второй и третьей осветительных групп 9A, 9B, 9C, в альтернативных вариантах выполнения контроллер 5 выполнен с возможностью выполнения только одной из двух этих операций.
В вышеописанном варианте выполнения контроллер 5 выполнен так, что уровень L света световых блоков 9 регулируется для управления скоростью P производства растений 8. В альтернативных вариантах выполнения скорость P производства растений 8 вместо этого или в дополнение к этому изменяется путем регулировки спектрального профиля света, выводимого световыми блоками 9. Например, если растения 8 в системе 1 для выращивания растений богаты пигментом хлорофилла, который плохо поглощает зеленую составляющую видимого спектра света, то скорость P производства растений может быть снижена путем увеличения доли зеленой составляющей света, который испускается от световых блоков 9. Наоборот, скорость P производства растений может быть увеличена путем уменьшения доли зеленой составляющей света, который испускается от световых блоков 9. В другом варианте выполнения контроллер 5 выполнен так, что спектральный профиль света, выводимого световыми блоками 9, изменяется согласно уровню L света, выводимому световыми блоками 9. Обнаружено, что для определенных видов растений оптимальный спектральный профиль света для стимулирования роста изменяется согласно уровню L света, который обеспечивается на растения. Например, некоторые виды растений будут более эффективно использовать свет из одной части спектра света при низком уровне L света и более эффективно использовать свет из другой части спектра света при высоком уровне L света. В связи с этим путем изменения спектрального профиля света, выводимого световыми блоками 9, в соответствии с уровнем L света эффективность и/или скорость P процесса выращивания растений увеличивается. В другом варианте выполнения спектральный профиль света, выводимого световыми блоками 9, регулируется согласно информации о возрасте растений, например, даты, в которую растения были посажены, или общего количества света, который приняли растения. Обнаружено, что для некоторых разновидностей растений оптимальный спектральный профиль света для стимулирования роста изменяется согласно возрасту растений. Например, для некоторых видов растений, растения, которые посажены недавно, растут более эффективно, если они подвержены воздействию спектрального профиля света с большой долей синего света, тогда как растениям, которые достигли зрелости, необходима меньшая доля синего света. В связи с этим путем изменения спектрального профиля света, выводимого световыми блоками 9, в соответствии с информацией о возрасте растений, эффективность и/или скорость P процесса выращивания растений увеличивается. В еще одном варианте выполнения спектральный профиль света, выводимого каждым из световых блоков 9, регулируется согласно виду растения, на которое обеспечивает свет каждый световой блок 9. Это позволяет адаптацию спектрального профиля света к потребностям света вида растения, выращиваемого в настоящее время, поскольку определенные виды растений более эффективно используют свет из определенных частей спектра света. В одном таком варианте выполнения вид растения вводится в контроллер 5 пользователем.
В одном таком варианте выполнения система 1 для выращивания растений содержит датчик света (не показан) для определения спектрального профиля света, испускаемого от световых блоков 9. Это позволяет измерение спектрального профиля света в корпусе 2, даже если световые блоки 9 используются в сочетании с дополнительным источником света, имеющим неизвестный или переменный спектральный профиль света.
Следует понимать, что выражение «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и что неопределенный артикль «a» или «an» не исключает множества. Один процессор может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт того, что определенные признаки перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих признаков не может быть использовано для преимущества. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничение объема охраны формулы изобретения.
Хотя формула изобретения сформулирована в настоящей заявке для конкретных сочетаний признаков, следует понимать, что объем охраны раскрытия настоящего изобретения также включает любые новые признаки или любые новые сочетания признаков, раскрытые в настоящем документе явно или неявно, либо любое их обобщение, независимо от того относится ли оно к тому же изобретению, которое настоящим заявлено в любом пункте формуле изобретения, и независимо от того, решает ли оно какую-либо или все те же технические проблемы, что и родительское изобретение. Настоящим заявители уведомляют, что новые пункты формулы изобретения могут быть сформулированы с такими признаками и/или сочетаниями признаков во время делопроизводства по настоящей заявке или любой дополнительной заявке, полученной на ее основе.