Adaptive Innenraum- und Pflanzenbeleuchtung

Intelligente Lichtsteuerung im Innenraum bedeutet heutzutage mehr als das automatische Ein- und Ausschalten von Lampen. Das Ziel intelligenter Innenraumbeleuchtung ist die zeitabhängige Anpassung der Lichteinstellung auf die Umgebung und den psychologischen Zustand des Nutzers. Neben dem Menschen rücken auch Pflanzen aufgrund der stetig wachsenden Bevölkerung stärker in den Fokus von intelligenten Lichtsystemen. So entsteht durch intelligente Pflanzenbelichtung die Möglichkeit das Pflanzenwachstum positiv zu beeinflussen und somit die globale Nahrungsmittelversorgung nachhaltig zu verbessern.

Der Mensch ist evolutionsbedingt an den Sonnenverlauf und somit an eine sich ändernde Helligkeit und Farbtemperatur des Lichts angepasst. Der Tagesverlauf eines jeden Menschen weist einen anderen Ablauf auf und ist somit durch die Industrialisierung nicht mehr synchron mit dem Sonnenaufgang und -untergang. Weiterhin ändert sich der psychologische Zustand eines Menschen über den Tag. In dieser Forschungsgruppe wird der Fokus auf die dynamische Anpassung des Lichtes auf den persönlichen psychologischen Zustand sowie der auf die Person einwirkende Umgebung gelegt, um ein optimales Licht auszuwählen. Die Lichteinstellung wird sich somit mit dem psychologischen Zustand, der Zeit und der Umgebung ändern.

Das Licht erfüllt mehrere Hauptaufgaben: Es soll das Sehen und die Wahrnehmung der Umgebung optimal ermöglichen. Das Licht kann physiologisch und psychologisch auf den Menschen einwirken und die Arbeitsleistung sowie Stimmung verändern. Eine für den aktuellen Zustand der Person angepasste Beleuchtung trägt zum besseren Wohlbefinden, Stimmung und Leistungsfähigkeit bei. Die Forschungsfragen, die sich daraus ergeben beinhalten welche Einflussparameter aus der Umgebung und des Psychen-Zustandes Einfluss auf den Menschen haben. Können Nutzer in Lichtpräferenzgruppen unterteilt werden? Welche Lichtspektren sind mindestens nötig, um diese Einteilung zu erhalten? Was sind die wichtigsten Umgebungsparameter, die zur psychologischen Lichtpräferenz beitragen? Wie kann die dynamische, auf die Umgebung und Person angepasste Steuerung erfolgen? Wie schnell/Wie oft sollte eine Lichtänderung erfolgen?

Mithilfe dieser Forschungsfragen wird ein dynamisches, auf die Psychologie und Umgebungsbedingungen basierendes Lichtpräferenzmodell abgeleitet. Dieses Modell sollte den Menschen bei verschiedensten Tätigkeiten wie beispielsweise Arbeiten am Computer, auf dem Papier oder bei Besprechungen das optimale Licht auswählen. Somit können die Sehaufgabe und Wahrnehmung der Umgebung sowie die Stimmung und Emotion positiv beeinflusst werden.

Aktuelle Forschungsprojekte beschäftigen sich mit:

  • Vernetzung von 14 Standorten in Deutschland und Auswerten der Sensordaten
  • Zusammenhang zwischen Lichtpräferenz und dem psychologischen Zustand
  • Nutzer- und Nutzerpräferenzclustering
  • Recommender-System zur Lichtpräferenzauswertung

In der Forschungsgruppe für Lichttechnik in Algen- und Pflanzenkulturen werden lichttechnische Fragestellungen mit Anknüpfung zur Pflanzen- und Algenbelichtung bearbeitet.

Anders als Menschen nutzen Pflanzen Licht nicht zur visuellen Wahrnehmung, sondern unter anderem als primäre Energiequelle für den Stoffwechsel. Eine Beeinflussung der Morphologie durch Licht ist ebenfalls möglich. Aus diesen komplexen Zusammenhängen ergeben sich verschiedene Fragestellungen, die lichttechnisch gelöst werden können. Die Forschungsgebiete der Gruppe umfassen schwerpunktmäßig die Interaktionen von Licht innerhalb des Habitus und die Messung der entsprechenden photonenbasierten Größen mittels verschiedener Sensorik.

In den vergangenen Jahren erhielten LED basierte Lichtquellen Verbreitung in Gewächshäusern. Technologisch bieten LEDs, gegenüber konventionellen Leuchtmitteln, eine deutlich gesteigerte Effizienz, sowie die Möglichkeit das Spektrum des emittierten Lichts dynamisch zu beeinflussen. Gezielte Anpassungen, sowohl an die vorhandene Globalstrahlung als auch an die Pflanzeneigenschaften selbst sind damit möglich. Eine Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik von Pflanzenleuchten – und damit der Lichtverteilung innerhalb des Habitus, geschieht ebenfalls. Welche Kombinationen der lichttechnischen Einflussparameter führen hierbei zu welcher Lichtabsorption? Kann durch eine gezielte Wahl der Parameter eine erhöhte Lichtausbeute erreicht werden? Unter anderem werden diese Forschungsfragen mit der Forschungstätigkeit beantwortet.

Bild: FGLT

Aufgrund der Vielzahl möglicher Parameter und des damit verbundenen experimentellen Aufwands werden gezielt Experimente in Computersimulationen durchgeführt. Hierbei steht die Entwicklung eines präzisen und genauen optischen Pflanzenmodells im Vordergrund. Dieses Modell dient als Basis zum späteren Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz. Die Ermittlung der zahlreichen optischen Eigenschaften, die sowohl spektral- als auch winkelabhängig erforderlich sind, erfolgt in den lichttechnischen Laboren am Fachgebiet.

Die Forschung zur Messung der photonenbasierten Größen ermöglicht es langfristig Feldexperimente mit umfangreichen Messungen der Lichtquantität und -qualität durchzuführen. So gewonnene Daten können für weitere Computersimulationen verwendet werden, jedoch auch für die Regelung von Leuchten. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit der Lichtmessung werden verschiedene Algorithmen getestet und weiterentwickelt. Das Ziel ist die Erforschung einer kostengünstigen und genauen Messmethodik zur Erfassung dieser Größen.