JP2014097002A - 温室 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な太陽光を内部に導き得るとともに、発電量が時刻で極端に変動することを抑え得る温室を提供する。
【解決手段】ビニールハウス１０に太陽電池パネル２０が設けられた温室であって、上記太陽電池パネル２０が両面受光型の色素増感太陽電池であり、太陽電池パネル２０の両面が東西方向に向けられ、太陽電池パネル２０を設けた位置がビニールハウス１０の屋根部２の上側であり、太陽電池パネル２０がビニールハウス１０の外部に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、温室に関するものである。

植物を栽培するための温室には、その電力供給源として太陽電池が用いられるものがある。このような太陽電池は、温室が設置された敷地を有効活用するためにも、温室の屋根部などに配置されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の温室によると、その長手方向および短手方向に交互に太陽電池を配置することで、温室内の一定の領域で太陽光が長時間妨げられることを防止し、太陽電池の影による温室内の植物への悪影響を低減させる効果を奏する。

また、太陽電池としては、受光面を東西方向に向けたものと、受光面を南上方に向けたものとを組み合わせたアレイが開示されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載のアレイによると、日の出から日の入りまで発電量を平坦にするという効果を奏する。

特開２０１０−１９３８３７号公報 特開２００１−３５８３５３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の温室によると、一般に太陽電池は入射角依存性および照度依存性が高いので、太陽光の入射角が大きく照度が小さい早朝および夕方には発電量が極端に小さくなり、安定して太陽電池の電力を用いることができないという問題がある。また、上記特許文献２に記載のアレイによると、太陽電池による発電量が平坦になるものの、このアレイを特許文献１に記載の温室の屋根部に設置した場合、アレイが温室内の植物への太陽光を妨げ、当該植物に悪影響を与えてしまうという問題がある。

そこで、本発明では、上記問題を解消すべく、十分な太陽光を内部に導き得るとともに、発電量が時刻で極端に変動することを抑え得る温室を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明の温室は、透過性を有する温室ハウスに太陽電池パネルが設けられた温室であって、
上記太陽電池パネルが両面受光型の色素増感太陽電池であり、
上記太陽電池パネルの両面が東西方向に向けられているものである。

また、請求項２に係る本発明の温室は、請求項１に記載の温室において、太陽電池パネルを設けた位置が、温室ハウスの屋根部の上側であり、
上記太陽電池パネルが、上記温室ハウスの外部に位置するものである。

さらに、請求項３に係る本発明の温室は、請求項１に記載の温室において、太陽電池パネルを設けた位置が、温室ハウスの屋根部の下側であり、
上記太陽電池パネルが、上記温室ハウスの内部に位置するものである。

また、請求項４に係る本発明の温室は、請求項３に記載の温室における太陽電池パネルが、温室ハウスの屋根部に垂下されたものである。
また、請求項５に係る本発明の温室は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の温室において、太陽電池パネルが複数あり、
いずれの太陽電池パネルも、太陽光の水平面に対する東西面投影角度が４５°以上の際に、他の太陽電池パネルに入射する太陽光を妨げないように配置されているものである。

また、請求項６に係る本発明の温室は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の温室における太陽電池パネルがシースルー型であるものである。

上記温室によると、十分な太陽光を内部に導くことができるとともに、発電量が時刻で極端に変動することを抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る温室を示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が正面図である。 同温室および従来型の温室における影の様子を比較する正面図であり、（ａ）がδ＝２０°の場合、（ｂ）がδ＝３０°の場合、（ｃ）がδ＝４５°の場合である。 同温室および従来型の温室における影の様子を比較する正面図であり、（ａ）がδ＝６０°の場合、（ｂ）がδ＝７５°の場合、（ｃ）がδ＝９０°の場合である。 従来型の太陽電池と本発明に係る太陽電池との各時刻における発電量についての実験結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る温室を示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が正面図である。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１に係る温室について図１〜図３に基づき説明する。
この温室は、概略的に説明すると、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、透過性を有する温室ハウス１０に太陽電池パネル２０を設けることで、この太陽電池パネル２０から供給される電力を温室ハウスの設備に用いるようにしたものである。ここで、太陽電池パネル２０は、正確には複数のパネル（モジュール）の集合体であるが、以下では便宜上、このように称する。また、透過性を有する温室ハウスとは、太陽光を十分に内部に導いて内部の温度を高めるようにした建物であり、例えばビニールハウスなどが挙げられる。なお、本実施の形態１に係る温室１では、透過性を有する温室ハウス１０がビニールハウスである例について説明する。

上記ビニールハウス１０は、例えば蒲鉾型であり、平面視が図１（ｂ）に示す矩形状、正面視が図１（ｃ）に示す略半月状となる。勿論、上記ビニールハウス１０は、この形状に限定されず、箱型、多角形型、錘型、または半球型などであってもよい。また、上記ビニールハウス１０の設置は、図１（ｂ）に示す平面視において、長手方向が南北方向となるようにされている。さらに、上記ビニールハウス１０は、その骨組となる躯体と、この躯体に張られた透明被覆材１６とから構成されている。上記躯体は、ビニールハウス１０の骨組となるものであればよく、例えば複数のパイプ１１からなる。上記透明被覆材１６は、太陽光を通過させる（透過性を有する）ものであればよく、例えば農業用ポリ塩化ビニルフィルム、より耐候性に優れた材料である農業用ポリオレフィン系フィルム若しくはフッ素樹脂フィルム、他の樹脂シート、またはガラスなどである。なお、上記透明被覆材１６には、透過性を有しない材料を部分的に使用してもよい。

上記ビニールハウス１０は、略上方を向いた屋根部２と、略側方を向いた側壁部３と、地表に面した底面部４とに分けられる。上記躯体を構成するパイプ１１は、少なくとも、屋根部２において長手方向（南北方向）に渡されている。上記透明被覆材１６は、底面部４のみに張られておらず、それ以外（屋根部２および側壁部３）に張られている。すなわち、上記ビニールハウス１０は、底面部４の地表を屋根部２および側壁部３で保護するように構成されている。言い換えれば、上記ビニールハウス１０は、底面部４の地表を風雨に曝されないようにするとともに、底面部４の地表まで太陽光を導き得るようにすることで、底面部４の地表を植物などの栽培に適した環境にするものである。ところで、図示しないが、上記ビニールハウス１０には、底面部４の地表の植物に水を撒くための散水管や、上記植物の栽培を補助するその他の設備が設けられている。上記散水管は、上記太陽電池パネル２０を濡らさないためにも、太陽電池パネル２０よりも下方に配置されている。その他の設備としては、ビニールハウス１０の内部の温度が上がりすぎるのを防ぐ換気設備、上記散水管への水供給設備、ＬＥＤ光源を有する電灯設備などである。なお、これら設備への電力の供給は、主として、上記太陽電池パネル２０から行われる。

上記太陽電池パネル２０は、図１（ａ）に示すように短冊形（長辺および短辺を有する）であり、屋根部２において長手方向（南北方向）に渡された複数のパイプ１１に沿ってそれぞれ上側に上記長辺が固定されている。これら太陽電池パネル２０は、両面が水平方向を向くように、つまり水平面に対して垂直に固定されている。すなわち、図１（ｃ）に示すように、各太陽電池パネル２０の水平面に対する傾斜角θが９０°にされている。また、図１（ｂ）に示すように、上記複数のパイプ１１は南北方向に渡されているので、これらパイプ１１にそれぞれ固定された上記各太陽電池パネル２０は、両面を東西方向に向けている。これら太陽電池パネル２０の水平面に対する傾斜角θは、９０°に限定されず、４５〜１３５°であればよく、７０〜１１０°が好ましい。ところで、上記各太陽電池パネル２０の固定高さ（上記パイプ１１の高さ）の差、太陽電池パネル２０の上下方向幅、および太陽電池パネル２０の短手方向（東西方向）の間隔については、太陽光の水平面に対する東西面投影角δが４５°以上の際に、いずれの太陽電池パネル２０も他の太陽電池パネル２０に入射する太陽光を妨げないように設計されている。なお、太陽光の水平面に対する東西面投影角δとは、東西方向の面に投影された太陽光と、水平面とがなす角度である。このため、太陽の極上正中（日本だと南中）時における上記東西面投影角δは、季節に関係なく９０°となる。

上記太陽電池パネル２０は、両面受光型で且つシースルー型であり、一または複数の色素増感太陽電池のモジュールから構成されている。これらモジュールは、必要に応じて、直列および／または並列に接続されている。上記モジュールは、上述の通り色素増感太陽電池が好ましいが、この他に、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、微結晶シリコン型、アモルファスシリコン型、薄膜シリコン型、ハイブリッド型、化合物系、有機薄膜型、量子ドット型、これらをタンデム化したものなどであってもよい。

以下、上記温室１の作用について図２および図３に基づき説明する。
図２および図３では、左側に従来型の温室１０１を示し、右側に本発明に係る温室１を示す。この従来型の温室１０１は、太陽電池パネル１２０を、その両面が上下方向を向くようにして屋根部２に固定したものである。なお、従来型の太陽電池パネル１２０は、本発明のように色素増感太陽電池のモジュールから構成されておらず、それ以外の公知の太陽電池のモジュールから構成されており、さらにシースルー型ではない。

図２（ａ）に示すように、太陽光の水平面に対する東西面投影角δが２０°、つまり日の出の直後（日の入りの直前）では、従来型および本発明のいずれにも、底面部４の地表において、太陽電池パネル２０，１２０の影ができることなく太陽光が導かれる。一方で、従来型よりも本発明の方が、太陽電池パネル２０に対する太陽光の入射角が０°に近く、発電量が大きくなる。なお、本発明では、太陽電池パネル２０が他の太陽電池パネル２０に入射する太陽光を一部妨げるものの、太陽電池パネル２０がシースルー型なので、この妨げによる影響は小さい。

図２（ｂ）に示すように、太陽光の水平面に対する東西面投影角δが３０°では、底面部４の地表において、従来型だと太陽電池パネル１２０の影が僅かにできるが、本発明だと影ができることなく太陽光が導かれる。一方で、従来型よりも本発明の方が、太陽電池パネル２０に対する太陽光の入射角が０°に近く、発電量が大きくなる。なお、本発明では、太陽電池パネル２０が他の太陽電池パネル２０に入射する太陽光を僅かに妨げるものの、太陽電池パネル２０がシースルー型なので、この妨げによる影響は小さい。

図２（ｃ）に示すように、太陽光の水平面に対する東西面投影角δが４５°では、従来型および本発明のいずれにも、底面部４の地表において、太陽電池パネル２０，１２０の影ができる。しかし、従来型よりも本発明の方が、底面部４の地表において、太陽電池パネル２０の影が小さく、また太陽電池パネル２０がシースルー型なので、太陽光が十分に導かれる。一方で、従来型および本発明のいずれにも、太陽電池パネル２０に対する太陽光の入射角は概ね等しくなる。しかし、本発明では、太陽電池パネル２０として変換効率の入射角依存性が低い色素増感太陽電池から構成されているので、従来型よりも発電量が大きくなる。

図３（ａ）に示すように、太陽光の水平面に対する東西面投影角δが６０°では、従来型および本発明のいずれにも、底面部４の地表において、太陽電池パネル２０，１２０の影ができる。しかし、従来型よりも本発明の方が、底面部４の地表において、太陽電池パネル２０の影がかなり小さく、また太陽電池パネル２０がシースルー型なので、太陽光が十分に導かれる。一方で、本発明では、太陽電池パネル２０に対する太陽光の入射角が大きくなるが、太陽電池パネル２０として変換効率の入射角依存性が低い色素増感太陽電池から構成されているので、発電量が小さくなりにくい。

図３（ｂ）に示すように、太陽光の水平面に対する東西面投影角δが７５°では、従来型および本発明のいずれにも、底面部４の地表において、太陽電池パネル２０，１２０の影ができる。しかし、従来型よりも本発明の方が、底面部４の地表において、太陽電池パネル２０の影が極めて小さく、また太陽電池パネル２０がシースルー型なので、太陽光が十分に導かれる。一方で、本発明では、太陽電池パネル２０に対する太陽光の入射角が大きくなるが、太陽電池パネル２０として変換効率の入射角依存性が低い色素増感太陽電池から構成されているので、発電量が小さくなりにくい。

図３（ｃ）に示すように、太陽光の水平面に対する東西面投影角δが９０°では、つまり太陽の極上正中（日本だと南中）時では、従来型および本発明のいずれにも、底面部４の地表において、太陽電池パネル２０，１２０の影ができる。しかし、従来型よりも本発明の方が、底面部４の地表において、太陽電池パネル２０の影が遥かに小さく、また太陽電池パネル２０がシースルー型なので、太陽光が十分に導かれる。一方で、本発明では、太陽電池パネル２０に対する太陽光の入射角が大きくなるが、太陽電池パネル２０として変換効率の入射角依存性が低い色素増感太陽電池から構成されているので、発電量が小さくなりにくい。

次に、太陽電池パネル２０，１２０の各時刻における発電量についての実験結果を図４に示す。
本発明に対応した実験として、色素増感太陽電池（変換効率ηが５％）を、その両面を東西方向に向けて、水平面に対して垂直に配置した。また、従来型に対応した実験として、化合物系のＣＩＧＳ太陽電池（変換効率ηが１０％）を、その両面が上下面を向くようにして、つまり水平に配置した。こうして配置した２つの太陽電池（本発明および従来型）の発電量（図４では縦軸のAmount of Power）を、５時〜２０時（図４では横軸のtime）に亘って計測した。なお、図４では、本発明に係る色素増感太陽電池をＤＳＣと示し、従来型のＣＩＧＳ太陽電池を単にＣＩＧＳと示す。

図４に示すように、本発明の色素増感太陽電池では、８時および１６時で発電量が大きくなり、太陽光の入射角が大きくなる１２時で発電量が小さくなった。しかし、色素増感太陽電池は変換効率の入射角依存性が低く、また１２時だと太陽光の照度が高くなるので、１２時での発電量は極端に小さくなっていない。さらに、色素増感太陽電池は変換効率の照度依存性が低く、太陽光の照度が低い日の出の直後および日の入りの直前でも、発電量は極端に小さくなっていない。このため、図４に示すように、本発明の色素増感太陽電池では、発電量が時刻で極端に変動しなかった。これに対して、従来型のＣＩＧＳ太陽電池では、変換効率の入射角依存性および照度依存性が高いので、太陽光の入射角が小さく照度が高い１０時〜１５時で発電量が大きくなり、それ以外では発電量が極端に小さくなった。このため、図４に示すように、従来型のＣＩＧＳ太陽電池では、発電量が時刻で極端に変動した。また、発電量が多い時間帯（日射量が多い時間帯）は、植物への日射が遮られてしまう。

したがって、図２および図３から分かるように、本発明では、従来型に比べて、十分な太陽光が底面部４の地表に導かれる。また、図４から分かるように、本発明では、従来型に比べて、発電量が時刻で極端に変動しない。

このように、本発明の実施の形態１に係る温室１によると、十分な太陽光を底面部４の地表に導くことができるとともに、発電量が時刻で極端に変動することを抑えることができる。

また、太陽電池パネル２０がビニールハウス１０の外部にあることで、太陽電池パネル２０に太陽光が直射されて、発電量を高めることができる。
さらに、太陽電池パネル２０が短冊形でビニールハウス１０の長手方向に固定されたものであるから、太陽電池パネル２０を長くすることで、その枚数を少なくすることができる。

また、太陽光の水平面に対する東西面投影角δが４５°以上で、太陽電池パネル２０が他の太陽電池パネル２０に入射する太陽光を妨げないので、太陽電池パネル２０に太陽光が十分に入射されて、発電量を高めることができる。

また、太陽電池パネル２０がシースルー型で太陽光を通過させるので、太陽光の水平面に対する東西面投影角δが小さい場合には、太陽電池パネル２０に入射する太陽光を妨げる影響が小さくなるとともに、上記東西面投影角δが大きい場合には、底面部４の地表に導かれる太陽光を妨げる影響が小さくなる。したがって、より十分な太陽光を底面部４の地表に導くことができるとともに、発電量が時刻で極端に変動することをより抑えることができる。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る温室は、上記実施の形態１に係る温室１の太陽電池パネル２０を、屋根部２の上側（ビニールハウス１０の外部）に固定するのではなく、屋根部２の下側（ビニールハウス１０の内部）に配置したものである。

以下、本実施の形態２に係る温室について図５に基づき説明するが、上記実施の形態１と異なる太陽電池パネル５０の配置に着目して説明するとともに、上記実施の形態１と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態２に係る太陽電池パネル５０は、図５（ａ）に示すように短冊形（長辺および短辺を有する）であり、屋根部２において長手方向（南北方向）に渡された複数のパイプ１１に沿ってそれぞれ下側に上記長辺が垂下されている。このため、これら太陽電池パネル５０は、両面が水平方向を向くように、つまり水平面に対して垂直に配置されている。すなわち、図５（ｃ）に示すように、各太陽電池パネル５０の水平面に対する傾斜角θが９０°にされている。また、図５（ｂ）に示すように、上記複数のパイプ１１は南北方向に渡されているので、これらパイプ１１にそれぞれ配置された上記各太陽電池パネル５０は、両面を東西方向に向けている。

本実施の形態２に係る温室３１は、上記実施の形態１に係る温室１と同様の作用効果を奏する。
また、本実施の形態２に係る温室３１は、太陽電池パネル５０がビニールハウス１０の内部に配置されているので、太陽電池パネル５０が風雨に曝されず長寿命化するとともに、太陽電池パネル５０のメンテンナンスを容易にすることができる。

さらに、本実施の形態２に係る温室３１は、太陽電池パネル５０が固定されずに垂下されているので、当該作業者が太陽電池パネル５０に衝突することによる負傷を防止することができる。

また、透明被覆材１６が通過する光を散乱させる素材（例えば梨地処理された素材）である場合に、散乱した太陽光が太陽電池パネル５０に入射するので、発電量をより高めることができる。

ところで、上記実施の形態１および２では、太陽電池パネル２０，５０の水平面に対する傾斜角θが９０°（４５〜１３５°であればよい）として説明したが、この太陽電池パネル２０，５０と、傾斜角θが４５〜１３５°から外れる太陽電池パネル（シースルー型）とを組み合わせてもよい。例えば、図２において、左側の従来型の太陽電池パネル１２０の配置と、右側の本発明に係る太陽電池パネル２０の配置とを組み合わせるともに、上記太陽電池パネル１２０をシースルー型のものとする構成である。このような構成であれば、十分な太陽光を底面部４の地表に導くことができる効果を奏したまま、発電量を高めることができる。

また、図１〜図３および図５には、ビニールハウス１０に設けられた太陽電池パネル２０，５０が３列である例を示したが、これに限定されるものではない。
さらに、上記実施の形態１および２では、太陽電池パネル２０，５０が屋根部２のパイプ１１に固定されているとして説明したが、側壁部３のパイプ１１に固定されているものであってもよい。

また、上記実施の形態１および２では、太陽電池パネル２０，５０の両面を東西方向に向けているとして説明したが、完全な東西方向に限定されるものではなく、方位角で±４５°程度の誤差を許容するものである。

また、上記実施の形態１および２では、ビニールハウス１０がその長手方向を南北方向に向けて設置されるとして説明したが、これに限定されるものではない。ビニールハウス１０を設置する方向は、例えば、立地条件や必要とする発電量に基づいて適宜決定される。

θ 太陽電池パネルの水平面に対する傾斜角
δ 太陽光の水平面に対する東西面投影角
１ 温室
２ 屋根部
３ 側壁部
４ 底面部
１０ ビニールハウス
１１ パイプ
１６ 透明被覆材
２０ 太陽電池パネル

Claims (6)

1. 透過性を有する温室ハウスに太陽電池パネルが設けられた温室であって、
   上記太陽電池パネルが両面受光型の色素増感太陽電池であり、
   上記太陽電池パネルの両面が東西方向に向けられていることを特徴とする温室。
2. 太陽電池パネルを設けた位置が、温室ハウスの屋根部の上側であり、
   上記太陽電池パネルが、上記温室ハウスの外部に位置することを特徴とする請求項１に記載の温室。
3. 太陽電池パネルを設けた位置が、温室ハウスの屋根部の下側であり、
   上記太陽電池パネルが、上記温室ハウスの内部に位置することを特徴とする請求項１に記載の温室。
4. 太陽電池パネルが、温室ハウスの屋根部に垂下されたものであることを特徴とする請求項３に記載の温室。
5. 太陽電池パネルが複数あり、
   いずれの太陽電池パネルも、太陽光の水平面に対する東西面投影角度が４５°以上の際に、他の太陽電池パネルに入射する太陽光を妨げないように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の温室。
6. 太陽電池パネルがシースルー型であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の温室。

Images