Entwicklung eines Pulsweitenmodulationssystems (PWM-System) zur ganzheitlichen Effizienzsteigerung einer Indoor Farm (PWM)
Indoor Vertical Farming (IVF) ist ein zukunftsweisendes Produktionssystem für hochwertige Pflanzen, hat aber einen hohen Energiebedarf. Etwa 40 – 50 % der Produktionskosten entfallen auf Strom, der mehr als zur Hälfte allein für die Beleuchtung eingesetzt wird, denn beim IVF steht den Pflanzen kein natürliches Sonnenlicht zur Verfügung. Gerade in Deutschland bedrohen hohe Strompreise das IVF. Innovationen zur Steigerung der Energieeffizienz sind daher dringend erforderlich. Lichtenergie ist die Wachstumsgrundlage von Pflanzen schlechthin. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass sich mit gepulster LEDBelichtung (Pulsweitenmodulation, PWM) die Pflanzenerträge häufig halten lassen, obwohl die Gesamtbelichtungsenergie geringer ist. Der Grund dafür liegt in der Trägheit der Photosynthese, die nur innerhalb bestimmter Zeitfenster Lichtenergie optimal verwerten kann. Ein hohes Stromsparpotenzial der PWM liegt daher nahe, wurde bisher aber noch wenig untersucht.
Das Ziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung eines PWM-Systems für das IVF. Dabei soll ein Verständnis der Auswirkungen verschiedener PWM-Einstellungen auf Photosynthese, Pflanzenwachstum, Ertrag, Inhaltsstoffe und Energiekosten gewonnen werden. Außerdem soll das Labormuster eines PWMSystems zur energieoptimierten Kultivierung und qualitativen Beeinflussung von Pflanzen im IVF entwickelt werden. Dies beinhaltet zum einen eine Belichtung mit adäquater Steuerung, welche die separate Einstellung von Tastverhältnis und Pulsfrequenz zulässt. Zum anderen soll eine automatische Optimierungsfunktion der Belichtungsparameter durch ein sensorgestütztes Feed-back-Loop integriert sein. Dabei erfassen verschiedene Sensoren die tatsächliche Lichtnutzung durch die Pflanzen, um entsprechende Anpassungen an der PWM vorzuschlagen bzw. vorzunehmen.
