JP2016067272A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】農地に設置される太陽光発電システムにおいて、農作物の成育に必要な日射量を容易に得られるようにする。
【解決手段】太陽光発電パネル（11）を揺動させるアクチュエータ（51）を設ける。農作に使用する水の水温、気温、及び農地の地温の少なくとも１つを検知する温度検知部（91,92）を設ける。温度検知部（91,92）の検知結果に応じてアクチュエータ（51）によって太陽光発電パネル（11）を揺動させることによって、農作物または農地への日射量を制御する制御部（90）を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、農地に設置される太陽光発電システムに関するものである。

近年、農作物の耕作地に太陽光発電システムを設置することが検討されている（例えば特許文献１を参照）。この特許文献の例では、太陽電池モジュール間などに太陽光の通過を許容する空間を設けて、太陽電池パネルの裏面へ太陽光を導入している。

特開２０１１−０９１０７３号公報

しかしながら、特許文献１の例では、設置後には太陽電池パネルの角度を制御して発電効率の改善若しくは維持を図るのみであり、農作物への日照は何も考慮されていない。そのため、運用中に農作物の成育に十分な日射量を確保できているとは限らない。

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、農地に設置される太陽光発電システムにおいて、農作物の成育に必要な日射量を容易に得られるようにすることを目的としている。

上記の課題を解決するため、第１の発明は、
揺動可能に支持された太陽光発電パネル（11）を有し、農地に設置される太陽光パネルユニット（10a）と、
上記太陽光発電パネル（11）を揺動させるアクチュエータ（51）と、
農作に使用する水の水温、気温、及び農地の地温の少なくとも１つを検知する温度検知部（91,92）と、
上記温度検知部（91,92）の検知結果に応じて上記アクチュエータ（51）によって上記太陽光発電パネル（11）を揺動させて、農作物または農地への日射量を制御する制御部（90）とを備えたことを特徴とする。

この構成では、太陽光発電パネル（11）の向きが調整されて、農作物や農地への日射量が制御される。

また、第２の発明は、第１の発明において、
上記温度検知部（91,92）は、農作に使用する水の水温を検知する水温センサ（91）を有し、
上記制御部（90）は、上記水温センサ（91）の検出値と、農作物の生育段階に応じて定めた水温の目標値との比較結果に基づいて、上記日射量の増減を判断することを特徴とする。

この構成では、農作に使用する水の水温（例えば水田の水温）が調整される。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
上記温度検知部（91,92）は、気温を検知する気温センサ（92）を有し、
上記制御部（90）は、農作物の生育段階と上記気温センサ（92）の検出値とに基づいて、上記日射量の増減を判断することを特徴とする。

この構成では、気温に基づいて農作物等への日射量が調整される。

また、第４の発明は、第１から第３の発明の何れかにおいて、
上記アクチュエータ（51）を共用して太陽光発電パネル（11）が揺動する太陽光パネルユニット（10b）を更に少なくとも１つ備えていることを特徴とする。

この構成では、複数台の太陽光パネルユニット（10a,10b）を備えた太陽光発電システムにおいて、農作物や農地への日射量が調整される。

第１の発明によれば、農作物の成育に必要な日射量を容易に得ることが可能になる。

また、第２の発明によれば、農作物の成育に係る水温の管理に必要な日射量を容易に得ることが可能になる。

また、第３の発明によれば、気温に応じて、農作物の成育に必要な日射量を容易に得ることが可能になる。

また、第４の発明によれば、農地の広範囲にわたって太陽光パネルユニット（10a,10b）を配置した場合に、上記発明の効果を得ることが可能になる。

図１は、実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を示す。 図２は、実施形態に係る第１太陽光パネルユニットの側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《発明の実施形態》
この実施形態では、農地（例えば水田）に設置される太陽光発電システムを説明する。

〈システムの全体構成〉
図１は、実施形態に係る太陽光発電システム（1）の概略構成を示す。また、図２は、実施形態に係る第１太陽光パネルユニット（10a）の側面図である。図１及び図２に示すように、太陽光発電システム（1）は、１つの第１太陽光パネルユニット（10a）、複数（図１では２台）の第２太陽光パネルユニット（10b）、及び制御部（90）を備えている。また、図示を省略しているが、太陽光発電システム（1）には、これらの太陽光パネルユニット（10a,10b）で発電した直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナが設けられている。

これらの太陽光パネルユニット（10a,10b）は、東西方向に一直線上に並んで配置される(詳細は後述)。第１太陽光パネルユニット（10a）と第２太陽光パネルユニット（10b）の相違点は、後述のアクチュエータユニット（50）を有するか否かである。アクチュエータユニット（50）は、第１太陽光パネルユニット（10a）には設けられているが、第２太陽光パネルユニット（10b）には設けられていない。なお、以下の説明では、第１太陽光パネルユニット（10a）と第２太陽光パネルユニット（10b）とを区別する必要がない場合には、参照符合として「１０」を付して太陽光パネルユニット（10）と表す。

〈太陽光パネルユニット〉
それぞれの太陽光パネルユニット（10）は、太陽光発電パネル（11）と支持架台（12）とを有している。

太陽光発電パネル（11）は、板状に形成され、一方の面が太陽光の受光面（11a）である。各太陽光発電パネル（11）は、受光面（11a）が上面となるように配置され、太陽光を受光面（11a）に受けて直流電力を発生する。太陽光発電パネル（11）の裏面には、２本の桟部材（15a,15b）が固定されている。これらの桟部材（15a,15b）は、後述の回転軸（S）と直交する方向に、互いに並行に配置されている。

支持架台（12）は、太陽光発電パネル（11）を回転自在に支持する。図２に示すように、支持架台（12）は、２つの接手部材（13）と支持部材（14）とを有している。支持部材（14）は、太陽光発電パネル（11）を支える部材であり、所定長さを有したリップ溝型綱（Ｃ型綱）やチャンネル鋼で形成されている。２つの接手部材（13）は、同一直線上に並ぶように、支持部材（14）の両端付近に回転自在に取り付けられるとともに、桟部材（15a,15b）に固定される。それにより、太陽光発電パネル（11）は、所定の回転軸（S）周りに回転できる。

支持部材（14）には、固定金具（19a）によって支柱（19）が固定されている。支柱（19）は、円筒形状の鋼材であり、その下端部（固定金具（19a）とは反対側）が地中に埋設される。

〈アクチュエータユニット〉
図２に示すように、アクチュエータユニット（50）は、アクチュエータ（51）と、伝達機構（53）とを有している。本実施形態のアクチュエータ（51）は、回転式の空気圧アクチュエータであり、空気圧によって出力軸（51a）を回転させる。出力軸（51a）の回転角は、空気の供給量の制御によって制御できる。伝達機構（53）は、具体的にはクランク機構であり、出力軸（51a）の回転に応じて太陽光発電パネル（11）を回転軸（S）周りに揺動させる。

−太陽光パネルユニットの設置−
これらの太陽光パネルユニット（10）は、図１に示すように、東西方向に一直線上に並び、且つ各太陽光発電パネル（11）の回転軸（S）が平行となるように設置されている。すなわち、回転軸（S）は、南北方向を向くことになる。また、それぞれの太陽光発電パネル（11）は、北側ほど高くなるように、傾斜して支持架台（12）に支持されている。これらの太陽光パネルユニット（10）には、後述のリンク機構（60）が接続され、各第２太陽光パネルユニット（10b）の太陽光発電パネル（11）は、第１太陽光パネルユニット（10a）の太陽光発電パネル（11）の動作に同期して駆動されるようになっている。

〈リンク機構（60）〉
リンク機構（60）は、リンク部材（17）と連結ロッド（61）とを有している。リンク部材（17）は、図２に示すように、板状の部材を三角形状に組み合わせて形成したものであり、桟部材（15b）に固定される。リンク部材（17）を構成する部材の一つである板状部材（17a）は、太陽光発電パネル（11）に対して垂直に下向きに延びている。

連結ロッド（61）は、それぞれのリンク部材（17）同士を連結する円管状の部材である。それぞれの連結ロッド（61）は、リンク部材（17）の板状部材（17a）の下端付近に、回転自在にピン連結されている。第１太陽光パネルユニット（10a）において、太陽光発電パネル（11）が揺動すると、この太陽光発電パネル（11）とともに、板状部材（17a）が回転軸（S）周りに揺動し、連結ロッド（61）が東西方向（図１参照）に変位する。その結果、それぞれの第２太陽光パネルユニット（10b）においても太陽光発電パネル（11）が揺動する。すなわち、各第２太陽光パネルユニット（10b）の太陽光発電パネル（11）は、アクチュエータ（51）を共用して動作し、その動作は、第１太陽光パネルユニット（10a）の太陽光発電パネル（11）の動作に同期する。なお、アクチュエータ（51）の回転角（すなわち太陽光発電パネル（11）の揺動角）は、制御部（90）が制御する。

〈制御部（90）〉
制御部（90）は、アクチュエータ（51）に供給される空気量を制御することによって、第１太陽光パネルユニット（10a）における太陽光発電パネル（11）の揺動角（太陽光発電パネル（11）の傾斜角）を制御する。それにより、第１太陽光パネルユニット（10a）と同期して作動する、第２太陽光パネルユニット（10b）の太陽光発電パネル（11）の傾斜角も制御されることになる。

本実施形態の制御部（90）は、マイクロコンピュータとそれを動作させるプログラムを格納したメモリディバイス（何れも図示は省略）とを有している。制御部（90）の設置場所は特に限定は無いが、前述のパワーコンディショナのケーシング内に納めることなどが考えられる。

制御部（90）は、アクチュエータ（51）に対して、その回転角を指示する制御信号（S1）を出力する。そのため、制御部（90）とアクチュエータ（51）とは、配線で結ばれている。

また、この制御部（90）には、水温センサ（91）からの検知信号（S2）、及び気温センサ（92）からの検知信号（S3）が入力されている。水温センサ（91）は、農作に使用する水の水温を検知して検知信号（S2）として出力し、気温センサ（92）は農作物の成育環境の気温を検知して検知信号（S3）として出力する。水温センサ（91）と気温センサ（92）とは、本発明の温度検知部の一例である。

そして、制御部（90）は、これらの検知信号（S2,S3）に応じて太陽光発電パネル（11）の傾斜角を適宜変化させることによって、農作物または農地（以下、農地等と呼ぶ）への日射量を制御する。具体的には、制御部（90）は、農作物の生育段階に応じて日射量を制御するためのテーブルまたは関数（以下、説明の便宜のためテーブル等と呼ぶ）をメモリディバイスに格納しており、このテーブル等に基づいて日射量を決定する。

−テーブル等の構成例−
本実施形態では、制御部（90）は、農作に使用する水の水温の目標値と、農作物の生育段階（例えば播種や苗の植え付けからの経過日数で表す）との関係を示すテーブル等をメモリディバイスに格納している。制御部（90）は、水温センサ（91）の検出値と、このテーブル等から定めた水温の目標値との比較結果に基づいて、日射量の増減を判断する。なお、制御部（90）は、農作物の成育段階を把握するために、タイマー機構を内蔵している。このタイマー機構は、所定のタイミング（例えば播種の日）にユーザなどがリセットする。

また、制御部（90）には、気温（この例では正確には日最低気温）と農作物の生育段階とに基づいて日射量を定めるテーブル等も格納されている。制御部（90）は、気温センサ（92）の検知信号（S3）を所定間隔でモニターして日最低気温を求める。そして、制御部（90）は、求めた日最低気温と農作物の現在の生育段階とに基づいて、このテーブルの検索或いは関数の演算を行って、農作物への日射量を増加すべきか、減少すべきか、若しくは現状のままでよいかを判断する。この例では、日射量の制御が必要な場合には、制御部（90）は、判断を行った日の翌日に日射量の制御を行う。

テーブル等に基づいて日射量を決定した結果、現状よりも日射量を減らすべき場合には、制御部（90）は、太陽光発電パネル（11）の受光面（11a）の法線と、太陽からの入射光とのなす角がより小さくなる方向にアクチュエータ（51）の回転角を制御し、農地等への日射量を現状よりも増やすべき場合には、受光面（11a）の法線と太陽からの入射光とのなす角を９０°に近づける方向にアクチュエータ（51）の回転角を制御する。

〈太陽光発電システムの動作〉
太陽光発電システム（1）が水田内に設置されている場合の制御を一例に挙げる。太陽光発電システム（1）を水田内に設置すると、植え付けた苗の上方に太陽光発電パネル（11）が位置することになる。

稲作では、水温の管理が稲の成育に重要であり、特に田植え後の２０日間程度の生育段階では、草丈や重量に水温が大きく影響する。例えば平均水温が１３℃の場合と１６℃の場合を比べると、草丈で２倍、重量で３倍の差が出るともいわれている。そこで、制御部（90）には、田植え後の２０日程度の生育段階における水温の目標値を、１６℃以上としたテーブル等を格納しておく。また、水温センサ（91）は、水田の水温を検知するように配置する。

制御部（90）は、水温センサ（91）の検知信号（S2）が目標値を下回りそうな場合（或いは既に下回っていた場合）には、水田への日射量を増やす必要があると判断し、日射量が増加するように太陽光発電パネル（11）の傾斜角を変更する。それにより、水田の水温が上昇することになる。その後も制御部（90）は水温センサ（91）からの検知信号（S2）の検知を続ける。そして、水温が上昇して上記目標値を超えたら、制御部（90）は、発電量が最大となるように、太陽光発電パネル（11）の向きを太陽の動きに追従させる。その後も更に制御部（90）は検知信号（S2）の検知を続け、水温が目標値を下回りそうになったら、水田への日射量が増えるように太陽光発電パネル（11）の向きを再び制御する。

また、稲の成育には、気温も重要な要因である。本実施形態の太陽光発電システム（1）は、米の高温障害の対策にも利用できる。米は、出穂後の２０日程度の生育段階に気温が高すぎると、低日射の影響によって一等米比率が顕著に低下すると言われている。すなわち、日最低気温が高いときには、一等米比率を高く維持するのに多くの日射量が必要ということになる。なお、日最低気温が低い場合には、日射量が下がっても一等米比率の低下は小さい。

そこで、制御部（90）では、出穂後の２０日程度の生育段階には、日最低気温が所定値を超えた場合に農作物への日射量が増えるようにテーブル等を構成しておく。また、気温センサ（92）は、稲の周辺の気温を検知するように配置する。一例としては、気温センサ（92）は太陽光発電パネル（11）の下方に配置することが考えられる。

制御部（90）は、出穂後の２０日程度の生育段階において、日最低気温が所定値を超えた場合には、その翌日の日中に、受光面（11a）の法線と太陽からの入射光とのなす角が９０°に近づく方向にアクチュエータ（51）の回転角を制御する。それにより、農作物に照射される日射量が増えることになる。

農作物に十分な日射量が確保できたら、制御部（90）は発電量が最大となるように、太陽の動きに追従して太陽光発電パネル（11）の向きを調整する。その後も制御部（90）は、検知信号（S3）の検知を続けて日最低気温を求め、日最低気温が所定値を超えた場合には、水田への日射量が増えるように太陽光発電パネル（11）の向きを再び制御する。

〈本実施形態における効果〉
以上のように，本実施形態の太陽光発電システム（1）によれば、農作物（例えば米）の成育に必要な日射量を容易に得ることが可能になる。

《その他の実施形態》
なお、水温センサ（91）及び気温センサ（92）の何れか一方のみを設けるようにしてもよい。

また、これらの温度センサ（91,92）に代えて、或いはこれらの温度センサ（91,92）とともに、別の種類の温度センサを用いてもよい。一例として、農地の地温を検知する地温センサが挙げられる。

また、太陽光発電システム（1）を構成する太陽光パネルユニット（10）の設置数は例示であり、１台の第１太陽光パネルユニット（10a）のみでもよいし、１台の第１太陽光パネルユニット（10a）とともに３台以上の第２太陽光パネルユニット（10b）を用いて太陽光発電システム（1）を構成してもよい。

また、アクチュエータ（51）の構成も例示であり、回転式のものに限定されないし、空気圧式のものにも限定されない。

本発明は、農地に設置される太陽光発電システムとして有用である。

１ 太陽光発電システム
１０ａ 太陽光パネルユニット
１０ｂ 太陽光パネルユニット
１１ 太陽光発電パネル
５１ アクチュエータ
９０ 制御部
９１ 水温センサ（温度検知部）
９２ 気温センサ（温度検知部）

Claims (4)

1. 揺動可能に支持された太陽光発電パネル（11）を有し、農地に設置される太陽光パネルユニット（10a）と、
   上記太陽光発電パネル（11）を揺動させるアクチュエータ（51）と、
   農作に使用する水の水温、気温、及び農地の地温の少なくとも１つを検知する温度検知部（91,92）と、
   上記温度検知部（91,92）の検知結果に応じて上記アクチュエータ（51）によって上記太陽光発電パネル（11）を揺動させて、農作物または農地への日射量を制御する制御部（90）とを備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
2. 請求項１において、
   上記温度検知部（91,92）は、農作に使用する水の水温を検知する水温センサ（91）を有し、
   上記制御部（90）は、上記水温センサ（91）の検出値と、農作物の生育段階に応じて定めた水温の目標値との比較結果に基づいて、上記日射量の増減を判断することを特徴とする太陽光発電システム。
3. 請求項１または請求項２において、
   上記温度検知部（91,92）は、気温を検知する気温センサ（92）を有し、
   上記制御部（90）は、農作物の生育段階と上記気温センサ（92）の検出値とに基づいて、上記日射量の増減を判断することを特徴とする太陽光発電システム。
4. 請求項１から請求項３の何れかにおいて、
   上記アクチュエータ（51）を共用して太陽光発電パネル（11）が揺動する太陽光パネルユニット（10b）を更に少なくとも１つ備えていることを特徴とする太陽光発電システム。

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