JP2016106556A

JP2016106556A - 植物栽培システム

Info

Publication number: JP2016106556A
Application number: JP2014245565A
Authority: JP
Inventors: 信吾日野; Shingo Hino
Original assignee: J & K Co Ltd; J And K
Current assignee: J & K Co Ltd; J And K
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-06-20

Abstract

【課題】太陽エネルギーを有効に活用して省エネルギー化を図りつつ効率的な促成栽培を可能とする植物栽培システムを提供する。【解決手段】農作物を栽培するハウス１０に隣接して設けられる太陽熱温水器２０と、太陽熱温水器２０で温められる温水を貯留する蓄熱プール３０と、蓄熱プール３０内の温水を圧送して太陽熱温水器２０の内部に循環させる太陽熱用循環ポンプ２１と、ハウス１０の内部に設けられて蓄熱プール３０に貯留される温水を循環させる温調パイプ１１と、蓄熱プール３０内の温水を温調パイプ１１へと圧送する温調用循環ポンプ１２と、を有し、蓄熱プール３０は、その周囲壁に断熱材層を有し太陽熱温水器２０の下方の地中に埋設される。これにより、少ない設置面積で大容量の蓄熱プール３０を構築でき、夏季の太陽熱を冬季の暖房に利用して促成栽培の省エネルギー化を図ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、植物栽培システムに関し、特に、太陽熱を利用してハウス内の暖房を行う植物栽培システムに関する。

従来、この種の植物栽培システムとして、特許文献１に開示された温室の加温システムが知られている。同文献に記載された温室の加温システムは、太陽熱温水器と、該太陽熱温水器にて温められた温水を一時的に貯留する貯湯タンクと、該貯湯タンク内に貯留された温水を通過させることにより温室の内部を暖める放熱装置と、を備えている。これにより、温室の温度が高い間に太陽エネルギーを温水に蓄え、温室の温度が低い間に蓄えた太陽エネルギーを利用して温室の暖房を行うことができる。

また、同文献の温室加温システムは、化石燃料の燃焼熱によって温水を加熱するボイラを備えている。これにより、前記貯湯タンクから前記放熱装置へと流れる温水を加熱して、太陽熱のみによる加熱では不足する分の熱量を補うことができる。

特開２００８−２２０２１７号公報（第４−６頁、第１図）

しかしながら、上記した従来技術では、自然エネルギーの利用効率を高めて更なる省エネルギー化を図る観点から改善の余地があった。

具体的には、太陽熱温水器を備えて太陽熱を利用するシステムでは、気温が低下する冬季の夜間等に暖房のための熱量が不足するという問題点があった。そのため、特許文献１に開示された従来技術のように、化石燃料を使用する燃焼式のボイラ等を備えて不足する熱量を補う必要があった。

この熱量不足に対応するため、太陽熱温水器の設置面積（集熱面積）及び貯湯タンクの蓄熱容量を増大させると、農作物への日射量や農作物を栽培するための耕作面積が減少してしまう。他方、気温が上昇する夏季には、暖房の必要がなくなるので、太陽熱温水器で集熱され加温された温水は有効に利用されなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、太陽エネルギーを有効に活用して省エネルギー化を図りつつ効率的な促成栽培を可能とする植物栽培システムを提供することにある。

本発明の植物栽培システムは、農作物を栽培するハウスと、前記ハウスに隣接して設けられる太陽熱温水器と、前記太陽熱温水器で温められる温水を貯留する蓄熱プールと、前記蓄熱プール内の温水を圧送して前記太陽熱温水器の内部に循環させる太陽熱用循環ポンプと、前記ハウスの内部に設けられて前記蓄熱プールに貯留される温水を循環させる温調パイプと、前記蓄熱プール内の温水を前記温調パイプへと圧送する温調用循環ポンプと、を有し、前記蓄熱プールは、その周囲壁に断熱材層を有し前記太陽熱温水器の下方の地中に埋設されることを特徴とする。

本発明の植物栽培システムによれば、太陽熱温水器で温められる温水を貯留する蓄熱プールは、その周囲壁に断熱材層を有し、前記太陽熱温水器の下方の地中に埋設される。このように、蓄熱プールの周囲壁に断熱材層を設け、且つ地中に埋設することにより、蓄熱プールの断熱性能を高めて放熱損失を低減することができる。

また、太陽熱温水器の下方の領域を有効に活用して蓄熱プールを配設し、且つ該蓄熱プールを地中に埋設しているので、少ない設置面積で大容量の蓄熱プールを構築することができる。

このように、断熱性能に優れ熱容量の大きい蓄熱プールを構築できるので、従来有効に利用されていなかった夏季の太陽熱を蓄熱プールに蓄え、その熱を冬季の暖房に利用することができる。これにより、化石燃料、その他暖房用エネルギーの消費量を削減して省エネルギー化を図りつつ、効率的な促成栽培で農作物の生産量を高めることができる。

また、夏季に温水として蓄えた太陽エネルギーによって、冬季の暖房熱量の略全てを賄うことも可能となるので、ボイラ等の加熱設備が不要になり、設備費用を削減することができる。

また、ハウスに隣接して設けられる太陽電池パネルと、該太陽電池パネルで発電された電力を蓄える蓄電装置と、を更に設け、前記蓄電装置に蓄えられた電力を利用して太陽熱用循環ポンプ及び温調用循環ポンプを駆動しても良い。これにより、外部からの電力供給を不要とし、循環ポンプ等の補機用電力を含む略全ての暖房用エネルギーを自然エネルギーによって賄うことができる。

また、蓄熱プールに貯留される温水を熱源として駆動されるヒートポンプ装置を備え、該ヒートポンプ装置によって冷却される冷水をハウス内の温調パイプに循環させても良い。これにより、太陽熱温水器によって集熱される太陽熱を有効に利用して、ハウス内の冷房を行うことができる。

また、ハウス内の温度を検出する温度センサと、蓄電装置に蓄えられた電力を利用して駆動される換気装置と、前記温度センサで検出されるハウス内の検出温度に基づき温調用循環ポンプ、ヒートポンプ装置及び換気装置の駆動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置によって、前記検出温度が所定の暖房設定温度よりも低い場合に温調用循環ポンプを駆動し、前記検出温度が所定の冷房設定温度よりも高い場合にヒートポンプ装置を駆動し、前記検出温度が所定の換気設定温度よりも高く且つ冷房設定温度以下である場合に換気装置を駆動することとしても良い。これにより、自然エネルギーを利用した高効率な温度制御が可能となる。

本発明の実施形態に係る植物栽培システムの概略を示す構成図である。同上、配置を示す平面図である。同上、配置を示す側面断面図である（図２に示すＡ−Ａ線断面）。同上、蓄熱プールの周囲壁を示す断面図である（図３に示すＢ部拡大図）。同上、電力系統を示すブロック図である。同上、電力系統の配線の概略を表した構成図である。同上、温度及び照度の制御系統を示すブロック図である。同上、温度制御を示すフロー図である。同上、運転モード別の制御動作を示す説明図である。同上、充放電制御を示すフロー図である。同上、バッテリ残量検出の動作を示す図である。同上、開閉器の切り替えパターンの一例を示す図である。同上、電源選択制御を示すフロー図である。同上、出力用開閉器の切り替え制御を示すフロー図である。同上、バッテリ残量検出の動作を示す図である。本発明の他の実施形態に係る植物栽培システムの電力系統の概略を示すブロック図である。同上、切替装置の配線系統を表した構成図である。同上、切替装置の切り替えパターンの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る植物栽培システムを図面に基づき詳細に説明する。
図１は、植物栽培システム１の概略を示す構成図である。図１に示すように、植物栽培システム１は、ハウス１０と、太陽熱温水器２０と、蓄熱プール３０と、ヒートポンプ５０と、を有する。

ハウス１０は、その内部で農作物を栽培するいわゆる農業用ビニールハウス等である。ハウス１０の天面及び側面は、太陽光を透過する、例えば、ポリ塩化ビニルやポリオレフィン等の合成樹脂またはガラス等によって構成されている。これにより、農作物の育成に必要な太陽光をハウス１０の内部に取り入れることができる。

ハウス１０の内部には、ハウス１０内を加熱若しくは冷却するための温調パイプ１１が配設されている。温調パイプ１１は、例えば、塩化ビニル等の合成樹脂からなる管であり、その内部には、蓄熱プール３０から供給される温水、若しくはヒートポンプ５０から供給される冷水が循環される。

温調パイプ１１は、栽培される農作物の特性に応じて、ハウス１０内の地中に埋設されても良いし（図３参照）、ハウス１０内の空間に配設されても良い。また、温調パイプ１１を金属材料から構成し、その外面に伝熱フィンを設けても良い。また更に、温調パイプ１１における伝熱を促進するために温調パイプ１１の周辺に送風ファンを設けても良い。

ハウス１０は、電照栽培用の照明装置１５を備えている。照明装置１５は、例えば、ＬＥＤ照明等であり、後述する太陽電池パネル４０（図２参照）からの電力を利用する。これにより、太陽エネルギーを利用して、農作物の育成を調整（促成若しくは抑制）することができる。

また、ハウス１０は、換気装置１６を備えている。換気装置１６も太陽電池パネル４０からの電力によって稼働される。これにより、ハウス１０内の温度が上昇した際に、太陽エネルギーを利用して外気を取り入れ、過熱による農作物の栽培不良を抑制できる。

太陽熱温水器２０は、その内部に循環若しくは貯留される水（温水）を、太陽エネルギーを利用して温めるものである。また、蓄熱プール３０は、太陽熱温水器２０で温められる温水を貯留するものである。太陽熱温水器２０は、配管２２及び配管２３を介して蓄熱プール３０に接続される。これにより、蓄熱プール３０の内部に貯えられる温水（低温度の温水）を太陽熱温水器２０の内部に循環させて温めるための循環経路が形成される。

蓄熱プール３０から太陽熱温水器２０に温水を供給する配管２２には、蓄熱プール３０内の温水を圧送して太陽熱温水器２０の内部に循環させる太陽熱用循環ポンプとしての循環ポンプ２１が設けられる。

ここで、蓄熱プール３０から太陽熱温水器２０に温水を流す配管２２の吸込口は、蓄熱プール３０内部の下部に形成される。これにより、蓄熱プール３０の下部から比較的温度の低い温水（水）を太陽熱温水器２０へと供給することができ、太陽熱温水器２０における効率的な加熱を行うことができる。

他方、太陽熱温水器２０から蓄熱プール３０に温水を戻す配管２３の吐出口は、蓄熱プール３０内部の上部に形成され、前記吸込口よりも上方に位置する。これにより、太陽熱温水器２０で温められた高温の温水を蓄熱プール３０の上部に戻すことができる。その結果、蓄熱プール３０の内部において、温水を温度成層状（高温の温水を上部に、低温の温水を下部に）に貯えることができ、高温の温水と低温の温水とが混合されることによる熱損失を抑えることができる。

ヒートポンプ５０は、蓄熱プール３０に貯留される温水を熱源として駆動される熱駆動方式のヒートポンプ装置である。ヒートポンプ５０としては、例えば、吸収式冷凍機や吸着式冷凍機を採用し得る。ヒートポンプ５０を備えることにより、太陽熱温水器２０によって集熱される太陽熱を有効に利用して、ハウス１０内の冷房を行うことができる。特に、夏季における温水の有効利用が可能になるという優れた効果が期待できる。

ヒートポンプ５０の熱源となる温水は、ヒートポンプ５０と蓄熱プール３０とを繋ぐ配管４６、４７を介して供給（循環）される。蓄熱プール３０から温水を供給するための配管４６には、温水を圧送して循環させるための循環ポンプ４５が設けられる。

ここで、ヒートポンプ５０に温水を供給するための配管４６の吸込口は、蓄熱プール３０内部の上部に形成される。これにより、蓄熱プール３０の上部から高温の温水をヒートポンプ５０へと供給することができ、ヒートポンプ５０における効率的な冷却運転を行うことができる。

他方、ヒートポンプ５０から蓄熱プール３０に温水を戻す配管４７の吐出口は、蓄熱プール３０内部の下部に形成され、前記吸込口よりも下方に位置する。これにより、ヒートポンプ５０の駆動源として利用され温度が低下した温水を蓄熱プール３０の下部に戻すことができる。その結果、蓄熱プール３０の内部における高温の温水と低温の温水との混合による熱損失を抑えることができる。

ヒートポンプ５０には、配管５７、５８を介して、放熱源としてのクーリングタワー５５が接続される。また、配管５７には、循環ポンプ５６が介挿される。クーリングタワー５５に冷却水を循環させることにより、該冷却水から大気への放熱が行われる。

ヒートポンプ５０によって冷却される冷水を循環させるための配管５３及び配管５４は、温調パイプ１１に繋がる配管１３及び配管１４に夫々接続される。具体的には、冷却された冷水を送り出すための配管５３は、切替弁５１を介して、蓄熱プール３０から温調パイプ１１に温水を供給するための配管１３に接続される。また、ヒートポンプ５０に冷水を戻すための配管５４は、切替弁５２を介して、温調パイプ１１から蓄熱プール３０に温水を戻すための配管１４に接続される。

切替弁５１、５２は、例えば、３方切替弁であり、温調パイプ１１に繋がる流路を、蓄熱プール３０側の循環路若しくはヒートポンプ５０側の循環路（配管５３、５４）の何れかに択一的に接続する。

温調パイプ１１と蓄熱プール３０とを繋ぐ配管１３には、蓄熱プール３０内の温水を温調パイプ１１へと圧送する温調用循環ポンプとしての循環ポンプ１２が設けられる。詳しくは、循環ポンプ１２は、切替弁５１よりも温調パイプ１１側に介挿される。これにより、循環ポンプ１２は、ヒートポンプ５０で冷却された冷水を温調パイプ１１へと圧送して循環させるためにも用いられる。

ここで、蓄熱プール３０から温調パイプ１１に温水を供給するための配管１３の吸込口は、蓄熱プール３０内部の上部に形成される。これにより、蓄熱プール３０の上部から高温の温水を温調パイプ１１へと供給することができ、ハウス１０における効率的な暖房効果を得ることができる。

他方、温調パイプ１１から蓄熱プール３０に温水を戻す配管１４の吐出口は、蓄熱プール３０内部の下部に形成され、前記吸込口よりも下方に位置する。これにより、温調パイプ１１にて放熱して温度が低下した温水を蓄熱プール３０の下部に戻すことができる。その結果、蓄熱プール３０内部の温度成層の乱れを抑止して熱損失を抑えることができる。

また、温調パイプ１１から蓄熱プール３０に温水を戻す配管１４には、浄水器３９が介挿される。浄水器３９は、例えば、フィルター式の浄水器である。これにより、蓄熱プール３０に貯留される熱媒としての温水の質を好適に維持して、蓄熱及び伝熱の効率低下を抑えることができる。

ハウス１０には、その内部の温度を検出する温度センサＴＳ１や、照度を検出する照度センサＳＳ１等のセンサ類が夫々複数箇所に設けられる。また、太陽熱温水器２０には、その内部を循環する温水の温度を検出する温度センサＴＳ２が設けられる。蓄熱プール３０には、その内部に貯留される温水の温度を検出する温度センサＴＳ３が複数箇所に設けられる。

図２は、植物栽培システム１の配置を示す平面図である。図２に示すように、太陽熱温水器２０は、ハウス１０に隣接して配設される。これにより、ハウス１０において農作物を栽培するために必要な日射を確保しつつ太陽熱温水器２０において太陽熱を吸収することができる。

また、植物栽培システム１は、ハウス１０に隣接して設けられる太陽電池パネル４０を有する。太陽電池パネル４０によって発電される電力を利用して、ハウス１０内を暖房若しくは冷房するために必要な補機用の電力や、照明用の電力を賄うことができる。

ここで、例えば、ハウス１０の設置領域は、幅Ｗ１約５５ｍ、奥行Ｄ１約２６ｍである。太陽熱温水器２０の設置領域は、幅Ｗ２約３６ｍ、奥行Ｄ２約６ｍである。太陽電池パネル４０の設置領域は、幅Ｗ４約６．６ｍ（×２箇所）、奥行Ｄ４約６ｍである。

太陽熱温水器２０の設置面積は、ハウス１０の設置面積に対して１５％程度である。本実施形態では、大容量で高断熱の蓄熱プール３０（図１参照）を備えているので、このように太陽熱温水器２０の設置面積比率が比較的小さくても、ハウス１０に要求される暖房負荷の略全てを太陽熱温水器２０にて集熱される太陽熱で賄うことができる。

図３は、植物栽培システム１の配置を示す側面断面図であり、図２に示すＡ−Ａ線断面を示している。図３に示すように、太陽熱温水器２０は、地面５に設置される支持構造物２４の上方に配設される。支持構造物２４は、例えば、Ｈ形鋼、角型鋼、アルミニウム押出形材等の各種構造部材から成るトラス構造やラーメン構造の構造物である。なお、太陽電池パネル４０も支持構造物２４と同様の構造を有する支持構造物の上方に配設される。

蓄熱プール３０は、太陽熱温水器２０の下方の地中に埋設される。蓄熱プール３０の幅Ｗ３（図２参照）は、太陽熱温水器２０の幅Ｗ２（図２参照）と略等しく、約３６ｍである。蓄熱プール３０の奥行Ｄ３は、約５ｍ、有効深さＨ３（標準的貯水量における底面から水面までの高さ）は、約１．５ｍである。

このように太陽熱温水器２０の下方の領域を有効に活用して蓄熱プール３０を配設することにより、農作物を栽培するハウス１０の設置面積を広く確保しつつ大容量の蓄熱プール３０を構築することができる。また、蓄熱プール３０を地中に埋設しているので、蓄熱プール３０の断熱性が向上し、放熱損失を低減することができる。

断熱性能に優れ熱容量の大きい蓄熱プール３０を構築することにより、従来有効に利用されていなかった夏季の太陽熱を蓄熱プール３０に蓄え、その熱を冬季の暖房に利用することができる。これにより、化石燃料、その他暖房用エネルギーの消費量を削減して省エネルギー化を図りつつ、自然エネルギーを効率的に活用した促成栽培で農作物の生産量を高めることができる。

ここで、蓄熱プールの有効貯湯容積は、太陽熱温水器の設置面積１平方メートル当たり少なくとも０．２５立方メール以上、またはハウスの設置面積１平方メートル当たり少なくとも０．０６立方メール以上であることが望ましい。

これにより、夏季に温水として蓄えた太陽エネルギーによって、冬季の暖房熱量を略全て賄うことも可能となる。その結果、化石燃料等の暖房用エネルギーが不要になり、更なる省エネルギー化を図ることができる。また、ボイラ等の加熱設備も不要になるので、設備費用を削減することができる。

図４は、蓄熱プール３０の周囲壁３１を示す断面図であり、図３に示すＢ部拡大図である。図４に示すように、蓄熱プール３０の周囲壁３１は、鉄筋コンクリート構造の構造壁３３と、構造壁３３の内面に設けられる断熱材層３４と、断熱材層３４の内面に形成される防水層３５と、を有する。

断熱材層３４は、例えば、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂材料から成る発泡材（フォーム材）である。また、断熱材層３４として、前記発泡材の両主面に鋼板若しくは合成樹脂板等の表面材を設けても良い。つまり、断熱材層３４として、裏表一対の表面材と、その表面材の間に発泡成形される発泡材と、を有する断熱板材を採用しても良い。このように、蓄熱プール３０の周囲壁３１に断熱材層３４を設けることにより、蓄熱プール３０の断熱性能を更に高めて放熱損失を低減することができる。

ここで、断熱材層３４を構成する発泡材は、内部の気泡が互いに連通していない独立気泡タイプの発泡材であることが望ましい。これにより、断熱材層３４の気泡内部に水分が浸入することを抑止でき、水分浸入による断熱性能の低下を抑制することができる。

防水層３５は、例えば、軟質塩化ビニル等の合成樹脂製シート材であり、断熱材層３４の内面に接着される。防水層３５を設けることにより、断熱材層３４の内部に水分が浸入することを防止でき、且つ断熱材層３４を保護して劣化等を抑制することができる。これにより、断熱材層３４の高い断熱性能を維持することができる。なお、合成樹脂製シート材を用いる方式に代えて、塗装等によって防水層３５を形成しても良い。

図５は、植物栽培システム１の電力系統を示すブロック図である。図５に示すように、植物栽培システム１は、太陽電池パネル４０と、太陽電池パネル４０によって発電される電力を蓄えるバッテリモジュール４１と、インバータ４３と、を有する。

バッテリモジュール４１は、太陽電池パネル４０による発電を制御すると共に、発電される電力を蓄えてインバータ４３へと供給する装置である。バッテリモジュール４１は、第１の充電器としての太陽光充電器７４と、第２の充電器としてのパルス充電器７５と、パルス発振器７６と、検出器７２と、開閉手段としての充放電切替装置８０と、鉛蓄電池であるバッテリ７１から構成される蓄電装置４２と、を有する。

太陽光充電器７４は、太陽電池パネル４０に接続され、例えば、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ：ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ）等を実行して太陽電池パネル４０の発電を好適に制御する。そして、太陽光充電器７４は、太陽電池パネル４０で発電される電力を変換して蓄電装置４２のバッテリ７１を充電する。なお、太陽光充電器７４は、出力に４０００〜７０００Ｈｚのパルス状電圧を付加する機能を有していても良い。これにより、バッテリ７１におけるサルフェーションの発生を抑制することができる。

パルス充電器７５は、例えば、商用電源等の外部電源１２０、１２１に接続され、その外部電源１２０、１２１によって蓄電装置４２のバッテリ７１を充電する。なお、パルス充電器７５は、出力に４０００〜７０００Ｈｚのパルス状電圧を付加する機能を有し、これにより、バッテリ７１におけるサルフェーションの発生を抑制することができる。また、パルス充電器７５を設けず、外部電力１２０、１２１を利用しない独立電源型のシステム構成を採用することも可能である。

パルス発振器７６は、パルス状電圧を発生させるものであり、充放電切替装置８０を介して蓄電装置４２に接続される。具体的には、パルス発振器７６は、バッテリ７１の電力で作動して、バッテリ７１の電圧に対してマイナスとなる４０００〜７０００Ｈｚのパルス状電圧を発生し、バッテリ７１に印加する。これにより、バッテリ７１に対してサルフェーションの発生を抑制でき、またはサルフェーションの除去（電極に付着した硫酸鉛の除去）を行うことができる。なお、太陽光充電器７４がパルス状電圧を出力する機能を備えている場合には、パルス発信器７６を省略したシステム構成も可能である。

検出器７２は、蓄電装置４２の残存容量を検出するものであり、充放電切替装置８０を介して蓄電装置４２のバッテリ７１に接続される。詳しくは、検出器７２は、バッテリ７１の電圧を検出し、デジタル信号に変換して、後述する制御装置７７（図６参照）へと出力する。バッテリ７１の残存容量は、電圧と残存容量との相関により求めることができる。

蓄電装置４２は、太陽電池パネル４０によって発電される電力を蓄える装置であり、鉛蓄電池から構成されて複数の系列に分けられるバッテリ７１を有する。バッテリ７１は、充放電切替装置８０を介して、太陽光充電器７４、パルス充電器７５、パルス発振器７６、検出器７２及びインバータ４３に選択的に接続される。

インバータ４３は、蓄電装置４２のバッテリ７１に蓄えられた電力を所定の電圧及び周波数の交流に変換して負荷側回路へと供給する装置であり、バッテリモジュール４１の出力側に接続される。インバータ４３の出力側には、インバータ４３の出力側回路及び外部電源１２０の何れか１つを選択して負荷側回路に接続する出力用開閉器９０が設けられる。なお、出力用開閉器９０を省略して、外部電力１２０を利用しない独立電源型のシステムを構築することも可能である。

負荷側回路に接続される設備としては、植物栽培システム１の全体を制御する制御装置６０、温調用の循環ポンプ１２、太陽熱用の循環ポンプ２１、照明装置１５、換気装置１６及びヒートポンプ５０等である。

これにより、太陽電池パネル４０で発電されて蓄電装置４２に蓄えられた電力によって太陽熱用の循環ポンプ２１及び温調用の循環ポンプ１２を駆動して、暖房及び冷房用の補機電力を賄うことができる。つまり、太陽熱温水器２０（図１参照）によって集熱される太陽熱と、太陽電池パネル４０によって発電される電力と、を利用して、暖房及び冷房用の略全てのエネルギーを自然エネルギーによって賄うことができる。

また更に、照明装置１５においても太陽電池パネル４０からの電力を利用することができる。これにより、電照栽培用の電力を含む略全てのエネルギーを、外部からのエネルギー供給なしに、自然エネルギーによって自給することができる。

図６は、植物栽培システム１の電力系統の配線の概略を表した構成図である。図６に示すように、蓄電装置４２のバッテリ７１は、３つの系列（バッテリ７１ａ、バッテリ７１ｂ、バッテリ７１ｃ）に分割される。なお、蓄電装置４２は、少なくとも３つの系列を有することが好ましいが、蓄電装置４２に４つ以上の系列を設けても良い。

各系列のバッテリ７１には、充放電切替装置８０を構成する３つの開閉器８３、８４、８５が夫々接続される。開閉器８３は、バッテリ７１を充電側の回路（太陽光充電器７４若しくはパルス充電器７５の出力側の回路）に接続する充電用の開閉器である。開閉器８４は、バッテリ７１を負荷側の回路（インバータ４３の入力側の回路）に接続する放電用の開閉器である。開閉器８５は、バッテリ７１をパルス発振器７６若しくは検出器７２側の回路に接続する検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器である。

ここで、1つの系列に接続される開閉器８３、開閉器８４及び開閉器８５は、択一的に閉じられる。例えば、バッテリ７１ａにつながる開閉器８３ａ、開閉器８４ａ及び開閉器８５ａは、何れか１つのみが選択され閉じられる。換言すれば、１つの系列のバッテリ７１は、充電側の回路、負荷側の回路及び検出器７２側の回路から選択される何れか１つの回路に接続される。

また、充電用の開閉器８３は、１つの系列のバッテリ７１に対してのみ閉じられる。即ち、開閉器８３ａ、開閉器８３ｂ及び開閉器８３ｃは、択一的に閉じられる。例えば、開閉器８３ａが閉じられる場合、開閉器８３ｂ及び開閉器８３ｃは遮断される。同様に、放電用の開閉器８４ａ、開閉器８４ｂ及び開閉器８４ｃも択一的に閉じられる。また、検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器８５ａ、開閉器８５ｂ及び開閉器８５ｃも、同じように択一的に閉じられる。

つまり、充放電切替装置８０によって、複数の系列から選択される１つの系列のバッテリ７１（例えば、バッテリ７１ａ）は、太陽光充電器７４若しくはパルス充電器７５の出力側の回路に接続され、他の系列のバッテリ７１（例えば、バッテリ７１ｂ）は、インバータ４３の入力側の回路に接続され、更に他の系列のバッテリ７１（例えば、バッテリ７１ｃ）は、検出器７２若しくはパルス発振器７６に接続される。

太陽光充電器７４の出力側と各系列の開閉器８３とをつなぐ充電側の回路には、開閉器８１が介装される。また、パルス充電器７５と各系列の開閉器８３とをつなぐ充電側の回路には、開閉器８２が介装される。開閉器８１及び開閉器８２は、択一的に閉じられる。即ち、開閉器８１が閉じられる場合、開閉器８２は開かれ、開閉器８２が閉じられる場合、開閉器８１が開かれる。

パルス充電器７５の入力側には、開閉器８７を介して外部電源１２０が、開閉器８８を介して外部電源１２１が接続される。外部電源１２０は、例えば、一般の商用電源であり、外部電源１２１は、夜間電力契約による商用電源である。開閉器８７及び開閉器８８は、択一的に閉じられるよう構成され、これにより、外部電源１２０からの通常の電力または外部電源１２１からの夜間電力がパルス充電器７５に供給される。

インバータ４３の出力側に設けられる出力用開閉器９０は、インバータ４３の出力側と負荷側回路とを接続する開閉器９１と、外部電源１２０と負荷側回路とを接続する開閉器９２と、を有する。開閉器９１及び開閉器９２は、択一的に閉じられるよう構成され、これにより、バッテリモジュール４１から供給される電力及び外部電源１２０から供給される電力の何れか一方が負荷側回路に供給される。

開閉器８５につながる検査用兼サルフェーション抑制用の回路には、バッテリ７１を検出器７２及びパルス発振器７６の何れか一方に接続する切替器８６が設けられる。

また、バッテリモジュール４１は、太陽電池パネル４０による発電状態を検出する発電量検出器７３を備えている。発電量検出器７３は、例えば、太陽電池パネル４０の出力電圧を検出し、デジタル信号に変換して、制御装置７７へ出力する。なお、発電量検出器７３として、日射量センサ等を利用して太陽電池パネル４０の発電状態を検出しても良い。

制御装置７７は、バッテリモジュール４１の充放電制御を行う装置である。具体的には、制御装置７７は、検出器７２によって検出されるバッテリ７１の残存容量及び発電量検出器７３によって検出される発電状態に基づいて所定の演算を実行し、開閉器８１〜８５、８７、８８、９１、９２の開閉及び切替器８６の切り替えを制御する。

図７は、植物栽培システム１の温度及び照度の制御系統を示すブロック図である。図７に示すように、植物栽培システム１は、ハウス１０内の温度や照度を制御する制御装置６０を有する。制御装置６０は、システムの運転、停止等の指示や各種設定値の入力等の操作を行うための操作部６１と、各部の温度等の各種入力値や各種設定値等を表示する表示部６２と、各種入力値及び設定値等に基づき所定の演算を実行して出力する演算部６３と、時間演算を実行するタイマ６４と、を有する。

制御装置６０には、ハウス１０内の温度を検出する温度センサＴＳ１、太陽熱温水器２０の温水温度を検出する温度センサＴＳ２、蓄熱プール３０の温水温度を検出する温度センサＴＳ３、ハウス１０内の照度を検出する照度センサＳＳ１等の各種センサが接続される。そして、制御装置６０には、前記各種センサからの検出値が入力される。

また、制御装置６０には、操作対象となる、温調用の循環ポンプ１２、太陽熱用の循環ポンプ２１、照明装置１５、換気装置１６、ヒートポンプ５０及び切替弁５１、５２等の各機器が接続される。そして、制御装置６０は、前記の各種入力値及び各種設定値に基づき所定の演算を実行し、操作対象の各機器を制御するための信号を出力する。

次に、図１及び図７を参照して、植物栽培システム１の制御装置６０による温水の加熱に関する制御動作について説明する。制御装置６０は、温度センサＴＳ２によって検出される太陽熱温水器２０内の温水温度（温度Ｔ２）及び温度センサＴＳ３によって検出される蓄熱プール３０内の温水温度（温度Ｔ３）に基づき、太陽熱温水器２０による温水の加熱を制御する。

具体的には、制御装置６０は、太陽熱温水器２０内の温水の温度Ｔ２と蓄熱プール３０内の温水の温度Ｔ３とを比較し、温度Ｔ２と温度Ｔ３との温度差が所定の値（例えば、５℃）を超えて温度Ｔ２が上昇したら、太陽熱用の循環ポンプ２１を駆動する。

これにより、太陽熱温水器２０における効率的な温水加熱が可能になると共に、循環ポンプ２１の不必要な稼働を減らし、消費電力を削減することができる。また、蓄熱プール３０においては、高温と低温の温水が混合されることが抑えられ、熱損失の少ない効率的な蓄熱が可能となる。

次に、図１及び図７を参照して、植物栽培システム１の制御装置６０による照度制御の動作について説明する。制御装置６０は、タイマ６４の時間演算に基づき、照明装置１５の点灯、消灯を制御する。照明装置１５による点灯時間等については、栽培される農作物の種類に応じて、その生育を促成若しくは抑制するよう予め設定される。

また、制御装置６０は、前述のタイマ６４に基づく照度制御に加えて、照度センサＳＳ１によって検出されるハウス１０内の照度Ｓ１に基づき、照明装置１５の点灯、消灯を制御する。これにより、天気の変化による日射量の変化に対応して、不足する光量を照明装置１５で補い、農作物の栽培に適した光量を維持することができる。

なお、前述のとおり、照明装置１５は、太陽電池パネル４０（図５参照）によって発電されて蓄電装置４２（図５参照）に蓄えられる電力を利用するので、外部からの電力供給なしに、効率的な電照栽培を行うことができる。

次に、図１並びに図８及び図９を参照して、植物栽培システム１の制御装置６０によるハウス１０内の温度制御について詳細に説明する。図８は、植物栽培システム１のハウス１０内の温度制御を示すフロー図である。図９は、植物栽培システム１の運転モード別の制御動作を示す説明図である。

図８に示すように、ハウス１０内の温度制御を開始すると（Ｓ０）、制御装置６０は、予め設定されて記憶された暖房設定温度ＴＬ、換気設定温度ＴＨ１及び冷房設定温度ＴＨ２を読み込む（Ｓ１０）。

ここで、暖房設定温度ＴＬは、暖房運転開始の基準となる温度であり、栽培される農作物の種類に応じて、冷害の防止若しくは促成に適した所定の値に設定される。換気設定温度ＴＨ１は、換気運転開始の基準となる温度であり、ハウス１０内の温度が農作物の生育に適した温度に維持されるように、暖房設定温度ＴＬよりも高い所定の値に設定される。また、冷房設定温度ＴＨ２は、冷房運転開始の基準となる温度であり、農作物の熱害を防止すべく、換気設定温度ＴＨ１よりも高い所定の値に設定される。

次に、制御装置６０は、温度センサＴＳ１によってハウス１０内の温度（温度Ｔ１）を検出する（Ｓ２０）。なお、温度センサＴＳ１を複数箇所設けた場合には、制御装置６０は、各温度センサＴＳ１による検出値を平均する演算を行い、その平均化された温度Ｔ１に基づいて以降の制御を行う。

次に、制御装置６０は、ハウス１０内の温度Ｔ１と暖房設定温度ＴＬとを比較し（Ｓ３０）、温度Ｔ１が暖房設定温度ＴＬよりも低ければ（Ｓ３０のＹＥＳ）、暖房運転を行う（Ｓ４０）。

具体的には、暖房運転（Ｓ４０）では、制御装置６０は、図９に示すように、切替弁５１、５２を蓄熱プール３０側の循環路に切り替えて、温調パイプ１１（図１参照）と蓄熱プール３０とを連通した状態で、温調用の循環ポンプ１２を駆動する。その際、ヒートポンプ５０及び換気装置１６は、停止している。これにより、図１を参照して、蓄熱プール３０内に貯留される温水を温調パイプ１１の内部に循環させて、温調パイプ１１を介した放熱によってハウス１０内を暖房する。

ここで、循環ポンプ１２として、例えば、インバータによって駆動される回転数制御可能なポンプを用いており、制御装置６０は、温度Ｔ１と暖房設定温度ＴＬとの偏差に基づく比例制御によって循環ポンプ１２による吐出量を制御する。これにより、循環ポンプ１２の消費電力を抑え、且つ蓄熱プール３０に蓄えられた熱を有効に利用する熱損失の少ない高効率な暖房運転が可能となる。なお、循環ポンプ１２の回転数制御に代えて、別途、流量調整弁等を設けて温調パイプ１１への温水循環量を制御しても良い。

図８を参照して、ステップＳ３０において、温度Ｔ１が暖房設定温度ＴＬ以上であれば（Ｓ３０のＮＯ）、制御装置６０は、ハウス１０内の温度Ｔ１と冷房設定温度ＴＨ２とを比較する（Ｓ５０）。そして、温度Ｔ１が冷房設定温度ＴＨ２よりも高ければ（Ｓ５０のＹＥＳ）、制御装置６０は、冷房運転を実行する（Ｓ６０）。

図９を参照して、冷房運転（Ｓ６０）では、制御装置６０は、切替弁５１、５２をヒートポンプ５０側の循環路に切り替えて、温調パイプ１１（図１参照）とヒートポンプ５０とを連通した状態で、温調用の循環ポンプ１２及びヒートポンプ５０を駆動する。なお、ヒートポンプ５０に関連する、図１に示す、循環ポンプ４５、５６及びクーリングタワー５５の送風機等も同時に運転される。その際、換気装置１６は、稼働されない。

これにより、図１を参照して、ヒートポンプ５０によって冷却される冷水を温調パイプ１１の内部に循環させてハウス１０内を冷房する。前述のとおり、ヒートポンプ５０は、蓄熱プール３０に貯留される温水を熱源として駆動されるので、太陽熱温水器２０にて集熱される太陽熱を有効に利用してハウス１０内の冷房を行うことができる。

ここで、制御装置６０は、温度Ｔ１と冷房設定温度ＴＨ２との偏差に基づく比例制御によって循環ポンプ１２による吐出量を制御する。また、ヒートポンプ５０は、出力される冷水の温度が所定の目標温度になるよう制御される。これにより、自然エネルギーを利用した高効率な冷房運転が行われる。

図８に示すように、Ｓ５０において、温度Ｔ１が冷房設定温度ＴＨ２以下であれば（Ｓ５０のＮＯ）、制御装置６０は、ハウス１０内の温度Ｔ１と換気設定温度ＴＨ１とを比較する（Ｓ７０）。そして、温度Ｔ１が換気設定温度ＴＨ１よりも高ければ（Ｓ７０のＹＥＳ）、制御装置６０は、換気運転を実行する（Ｓ８０）。即ち、制御装置６０は、温度Ｔ１が換気設定温度ＴＨ１よりも高く、冷房設定温度ＴＨ２以下である場合に、換気運転（Ｓ８０）を行う。

図９を参照して、換気運転（Ｓ８０）では、制御装置６０は、循環ポンプ１２及びヒートポンプ５０を停止した状態で、換気装置１６を稼働する。その際、切替弁５１、５２の切り替え制御は不要であり、温調パイプ１１（図１参照）は、蓄熱プール３０側の循環路若しくはヒートポンプ５０側の循環路の何れに連通していても良い。

換気装置１６を稼働させることにより、温度の低い外気をハウス１０内に取り入れると共に、温度が上昇したハウス１０内の空気を外部へと排出して、ハウス１０内の温度を下げることができる。これにより、蓄熱プール３０に蓄えられる熱エネルギーの消費を抑えて、高効率な温度調節を行うことができる。

図８を参照して、Ｓ７０において、温度Ｔ１が換気設定温度ＴＨ１以下であれば（Ｓ７０のＮＯ）、制御装置６０は、ハウス１０内を加熱若しくは冷却する動作を行わない（Ｓ９０）。即ち、制御装置６０は、温度Ｔ１が暖房設定温度ＴＬよりも高く、換気設定温度ＴＨ１以下である場合に、循環ポンプ１２、ヒートポンプ５０及び換気装置１６の何れも稼働させない。これにより、温度調節のためのエネルギー消費量を抑えることができる。

そして、温度制御を停止する操作が行われず、その他異常等の発生がなければ（Ｓ１００のＹＥＳ）、制御装置６０は、上記の温度制御を繰り返し実行する。これにより、自然エネルギーを利用した高効率な温度制御が行われる。

次に、図１０ないし図１５を参照して、図６に示す植物栽培システム１の電力系統の制御動作について詳細に説明する。
先ず、図６及び図１０を参照して充放電制御の全体的な流れを説明する。図１０は、植物栽培システム１の充放電制御を示すフロー図である。

図６及び図１０に示すように、システムの運転を開始すると（Ｓ２００）、制御装置７７は、蓄電装置４２のバッテリ７１の残存容量を検出する（Ｓ２１０）。ここでは、複数設けられる各系列について残存容量を検出する。
次に、制御装置７７は、検出された系列毎のバッテリ７１の残存容量に基づき、充放電の組み合わせを決定し、開閉器８３〜８５を開閉する（Ｓ２２０）。

そして、制御装置７７は、バッテリ７１の残存容量及び太陽電池パネル４０の発電状況に応じて、バッテリ７１を充電するための好適な電源を選択して開閉器８１、８２、８７、８８を切り替える（Ｓ２３０）。

更に、制御装置７７は、バッテリ７１の残存容量に基づき、バッテリ７１の放電を行うか否かを判別し、負荷側回路に電力を供給するための開閉器９１、９２を切り替える（Ｓ２５０）。

次に、制御装置７７は、蓄電装置４２の系統毎のバッテリ７１の残存容量を再度検出する（Ｓ２６０）。なお、開閉器８１〜８５、８７、８８、９１、９２の開閉動作や切替器８６の切り替え動作が頻繁に行われることを防止するために、残存容量を検出する制御動作に適度な待ち時間（ディレイ時間）を設けても良い。例えば、１０分毎にバッテリ７１の残存容量を検出することとし、１０分経過するまでは、ステップＳ２６０をスキップしても良い。

そして、システムの異常等が発生せず、利用者による停止の指示等がなければ（Ｓ２８０のＹＥＳ）、制御装置７７は、Ｓ２２０〜Ｓ２６０の制御動作を繰り返し実行する。これにより、太陽電池パネル４０による発電と、その発電される電力及び外部電源１２０、１２１による蓄電装置４２への充電、並びに蓄電装置４２に蓄えられた電力及び外部電源１２０による安定した給電が行われる。

次に、図１０に示すステップＳ２１０〜Ｓ２６０について各々詳細に説明する。
図１１は、植物栽培システム１のバッテリ７１の残存容量を検出する動作を示す図であり、図１０におけるステップＳ２１０の詳細を示すものである。

図６及び図１１を参照して、制御装置７７は、切替器８６を検出器７２側に切り替え、図１１に示す順序（Ｓ２１１〜Ｓ２１７）で、開閉器８３〜８５を順次切り替える。
即ち、制御装置７７は、開閉器８３〜８５が全て開放された状態（Ｓ２１１）から、バッテリ７１ａにつながる開閉器８５ａを閉じる（Ｓ２１２）。これにより、バッテリ７１ａが検出器７２に接続され、バッテリ７１ａの残存容量（電圧）が検出される。

次に、制御装置７７は、開閉器８５ａを遮断した後（Ｓ２１３）、バッテリ７１ｂにつながる開閉器８５ｂを閉じる（Ｓ２１４）。これにより、バッテリ７１ｂが検出器７２に接続され、バッテリ７１ｂの残存容量（電圧）が検出される。

次に、制御装置７７は、開閉器８５ｂを遮断した後（Ｓ２１５）、バッテリ７１ｃにつながる開閉器８５ｃを閉じる（Ｓ２１６）。これにより、バッテリ７１ｃが検出器７２に接続され、バッテリ７１ｃの残存容量（電圧）が検出される。そして、制御装置７７は、開閉器８５ｃを遮断する（Ｓ２１７）。

このように、充放電切替装置８０の開閉器８３〜８５を切り替えることにより、蓄電装置４２の各系列（バッテリ７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）を検出器７２に順次接続して系列毎の残存容量を検出することができる。

これにより、検出器７２を複数設けることなく、１つの検出器７２で各系列の残存容量を検出することができるので、システムのコストを削減することができる。
なお、制御装置７７は、バッテリ７１の残存容量を検出した後、切替器８６をパルス発振器７６側に切り替える。

図１２は、図１０に示すステップＳ２２０における植物栽培システム１の開閉器８３〜８５の切り替えパターンの一例を示す図である。図１２は、バッテリ７１ａの残存容量が最も多く、次いでバッテリ７１ｂの残存容量が多く、バッテリ７１ｃの残存容量が最も少ない場合の例を示している。

図６及び図１２に示すように、検出された系列毎のバッテリ７１の残存容量に基づき、制御装置７７は、充放電の組み合わせを決定し、開閉器８３〜８５を開閉する。
具体的には、残存容量の最も少ない系列のバッテリ７１ｃを太陽光充電器７４若しくはパルス充電器７５に接続して充電する。即ち、制御装置７７は、残存容量の最も少ない系列のバッテリ７１ｃにつながる充電用の開閉器８３ｃを選択的に閉じる。

このように残存容量の少ない系列を優先して充電することにより、バッテリ７１の過放電が抑止され、サルフェーションの発生を抑えることができる。その結果、長期に亘って十分な蓄放電容量を維持することができる。

また、残存容量の少ない系列のバッテリ７１を優先して充電することにより、十分な日射量が得られる状態においては、太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる。即ち、太陽電池パネル４０で発電される電力を、蓄電可能な容量が大きい系列のバッテリ７１に蓄えることができるので、太陽電池パネル４０の発電量を低下させずに好適な発電状態を維持することができる。

他方、制御装置７７は、残存容量の最も多い系列のバッテリ７１ａを負荷側回路に接続して放電させる。即ち、制御装置７７は、残存容量の最も多い系列のバッテリ７１ａつながる放電用の開閉器８４ａを選択して閉じる。

そして、充電及び放電を行っていない残りの系列のバッテリ７１ｂをパルス発振器７６に接続してパルス電圧を印加する。即ち、制御装置７７は、開閉器８３ｂ及び開閉器８４ｂの双方が遮断されている系列のバッテリ７１ｂについて開閉器８５ｂを閉じる。なお、バッテリ７１の系列が４つ以上あり、充電若しくは放電を行っていない系列のバッテリ７１が複数存在する場合には、充放電を行っていない残りの各系列に対して開閉器８５を順番に開閉させても良い。

このように、蓄電装置４２を構成する１つの系列のバッテリ７１ｃについて充電を行いつつ、他の系列のバッテリ７１ａから負荷側回路への給電を行い、且つ、更に他の系列のバッテリ７１ｂにパルス状電圧を印加してサルフェーションの発生を抑止することができる。

つまり、太陽光発電による充電や負荷側回路への給電を中断することなく、充電若しくは放電を行っていない系列のバッテリ７１をパルス発振器７６に接続してサルフェーションの発生防止若しくは除去を行うことができる。これにより、バッテリ７１の劣化を防止して更なる高寿命化を図ることができる。

図１３は、植物栽培システム１の電源選択制御を示すフロー図であり、図１０のステップＳ２３０の詳細を示している。
図６及び図１３に示すように、制御装置７７は、発電量検出器７３で検出される発電の情報（電圧）に基づき、太陽光発電による充電の可否を判断する（Ｓ２３２）。太陽光発電による充電が可能であると判断した場合（Ｓ２３２のＹＥＳ）、制御装置７７は、パルス充電器７５の出力側につながる開閉器８２を開き（Ｓ２３３）、太陽光充電器７４の出力側につながる開閉器８１を閉じる（Ｓ２３４）。これにより、太陽光充電器７４の出力側が開閉器８３を介してバッテリ７１に接続され、太陽電池パネル４０の出力によって蓄電装置４２のバッテリ７１を充電することができる。

このように、発電量検出器７３によって検出される太陽電池パネル４０の発電状況に基づき太陽電池パネル４０による充電を優先して行うことにより、太陽エネルギーの利用効率を向上させることができる。

他方、ステップＳ２３２において、太陽電池パネル４０の出力が小さく、太陽光発電による充電ができないと判断した場合（Ｓ２３２のＮＯ）、制御装置７７は、太陽光充電器７４の出力側の開閉器８１を開く（Ｓ２３５）。

そして、ステップＳ２３６では、バッテリ７１が通常の使用可能状態であるか否かが判別される。即ち、制御装置７７は、検出器７２によって検出されたバッテリ７１の残存容量が所定の基準値（第１基準値）以上であるかを判断する。詳しくは、全ての系列のバッテリ７１の残存容量が第１基準値以上であるか否かを判断する。

具体的には、制御装置７７は、検出器７２によって検出されるバッテリ７１の電圧が残存容量の第１基準値に相当する電圧値（第１基準電圧値）以上であるかを判別する。なお、バッテリ７１の残存容量の第１基準値は、例えば、全充電容量の約２５％であり、第１基準電圧値は、約１２Ｖである。

全ての系列のバッテリ７１の残存容量が第１基準値以上であれば（Ｓ２３６のＹＥＳ）、制御装置７７は、開閉器８２を開く（Ｓ２３７）。つまり、この場合、開閉器８１及び開閉器８２が共に遮断されるので、バッテリ７１の充電は行われない。

他方、ステップＳ２３６において、少なくとも１つの系列のバッテリ７１の残存容量が第１基準値よりも小さい場合（Ｓ２３６のＮＯ）、制御装置７７は、夜間電力を利用できる時間帯であるか否かを判断する（Ｓ２３８）。

夜間電力を利用できる場合（Ｓ２３８のＹＥＳ）、制御装置７７は、通常電力である外部電源１２０用の開閉器８７を開き（Ｓ２３９）、夜間電力である外部電源１２１用の開閉器８８を閉じる（Ｓ２４０）。そして、制御装置７７は、パルス充電器７５の出力側の開閉器８２を閉じる（Ｓ２４３）。これにより、外部電源１２１から供給される夜間電力を利用してバッテリ７１の充電が行われる。

他方、夜間電力を利用できない場合（Ｓ２３８のＮＯ）、制御装置７７は、夜間電力である外部電源１２１用の開閉器８８を開き（Ｓ２４１）、通常電力である外部電源１２０用の開閉器８７を閉じる（Ｓ２４２）。そして、制御装置７７は、パルス充電器７５の出力側の開閉器８２を閉じる（Ｓ２４３）。これにより、通常電力である外部電源１２０によるバッテリ７１の充電が行われる。

このように、バッテリ７１の残存容量が第１基準値を下回った場合にのみ外部電源１２０、１２１による充電を行うことにより、外部電力の利用を最小限に抑えて太陽光発電のための蓄電容量を確保しつつ、蓄電池の過放電を抑止することができる。また、夜間電力を利用できる場合には、夜間電力を優先して利用するので、電力コストを抑えることができる。

図１４は、植物栽培システム１の出力用開閉器９０の切り替え制御を示すフロー図であり、図１０におけるステップＳ２５０の詳細を示している。
図６及び図１４に示すように、制御装置７７は、蓄電装置４２が放電禁止状態であるか否かを判別する。即ち、制御装置７７は、検出器７２によって検出されたバッテリ７１の残存容量が所定の基準値（第２基準値）以上であるかを判断する（Ｓ２５２）。詳しくは、少なくとも１つの系列のバッテリ７１の残存容量が第２基準値以上であれば、蓄電装置４２は放電禁止状態ではないと判断される。

具体的には、制御装置７７は、検出器７２によって検出されるバッテリ７１の電圧が残存容量の第２基準値に相当する電圧値（第２基準電圧値）以上であるかを判別する。なお、バッテリ７１の残存容量の第２基準値は、前述の第１基準値よりも低い値であり、例えば、全充電容量の約２０％、第２基準電圧値は、約１１．７Ｖである。

少なくとも１つの系列のバッテリ７１の残存容量が第２基準値以上であれば（Ｓ２５２のＹＥＳ）、制御装置７７は、外部電源１２０を接続する開閉器９２を開き（Ｓ２５３）、インバータ４３の出力側につながる開閉器９１を閉じる（Ｓ２５４）。これにより、バッテリ７１に蓄えられた電力が負荷側回路に供給される。

他方、ステップＳ２５２で全ての系列のバッテリ７１の残存容量が第２基準値を下回っている場合（Ｓ２５２のＮＯ）、制御装置７７は、インバータ４３の出力側につながる開閉器９１を開き（Ｓ２５５）、外部電源１２０につながる開閉器９２を閉じる（Ｓ２５６）。即ち、インバータ４３の出力側回路と負荷側回路とを遮断して（Ｓ２５５）、外部電源１２０と負荷側回路とを接続する（Ｓ２５６）。これにより、外部電源１２０から負荷側回路に電力が供給される。

このように、蓄電装置４２の残存容量が第２基準値を下回った場合には、バッテリ７１の放電を停止して過放電を防止できるので、サルフェーションの発生を抑えてバッテリ７１の劣化を防止することができる。また、蓄電装置４２の残存容量が低下して放電を中止した場合であっても、外部電源１２０を利用して負荷側回路に電力を供給することができるので、安定した電力供給が可能となる。

図１５は、植物栽培システム１のバッテリ残量検出の動作を示す図であり、図１０におけるステップＳ２６０の詳細を示すものである。図１５は、バッテリ７１ａの残存容量が最も多く、次いでバッテリ７１ｂの残存容量が多く、バッテリ７１ｃの残存容量が最も少ない場合の例を示している。

図６及び図１５を参照して、例えば、検出器７２で検出されたバッテリ７１の残存容量が「バッテリ７１ａ＞バッテリ７１ｂ＞バッテリ７１ｃ」の関係にある場合、残存容量の最も多いバッテリ７１ａは放電中、次に多いバッテリ７１ｂは待機中（サルフェーション抑制中）、最も少ないバッテリ７１ｃは充電中になっている。即ち、バッテリ７１ａにつながる放電用の開閉器８４ａ、バッテリ７１ｂにつながる検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器８５ｂ及びバッテリ７１ｃにつながる充電用の開閉器８３ｃが閉じられ、その他の開閉器８３〜８５は、遮断されている（Ｓ２６１）。

制御装置７７は、切替器８６を検出器７２側に切り替え、図１５に示す順序（Ｓ２６１〜Ｓ２７６）で、開閉器８３〜８５を順次切り替える。切替器８６が検出器７２側に切り替えられると、検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器８５ｂが閉じられているバッテリ７１ｂが検出器７２に接続されて、その残存容量が検出される（Ｓ２６２）。そして、バッテリ７１ｂにつながる開閉器８５ｂを開放する（Ｓ２６３）。

次に、ステップＳ２６４〜Ｓ２６９で、制御装置７７は、バッテリ７１ａの残存容量を検出するための動作を実行する。具体的には、バッテリ７１ｂにつながる放電用の開閉器８４ｂを閉じた後（Ｓ２６４）、バッテリ７１ａにつながる放電用の開閉器８４ａを開く（Ｓ２６５）。これにより、バッテリ７１ａの残存容量を検出する間、バッテリ７１ｂから負荷側回路への給電を行うことができる。

この状態で、制御装置７７は、バッテリ７１ａにつながる検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器８５ａを閉じて（Ｓ２６６）、バッテリ７１ａの残存容量を検出した後、開閉器８５ａを開放する（Ｓ２６７）。そして、制御装置７７は、バッテリ７１ａにつながる放電用の開閉器８４ａを閉じた後（Ｓ２６８）、バッテリ７１ｂにつながる放電用の開閉器８４ｂを開放して（Ｓ２６９）、バッテリ７１ａによる放電に切り替える。

このように、蓄電装置４２から負荷側回路への給電を中断することなく、放電中のバッテリ７１ａの残存容量を検出することができる。なお、放電させるバッテリ７１を切り替える際、ステップＳ２６４、Ｓ２６８のように、瞬時的に（例えば、１０ｍｓ程度）、開閉器８４ａと開閉器８４ｂとを同時に閉状態にすることにより、瞬時的な停電を発生させることなく、連続的な給電が行われる。

次に、ステップＳ２７０〜Ｓ２７５で、制御装置７７は、バッテリ７１ｃの残存容量を検出するための動作を実行する。具体的には、バッテリ７１ｂにつながる充電用の開閉器８３ｂを閉じた後（Ｓ２７０）、バッテリ７１ｃにつながる充電用の開閉器８３ｃを開く（Ｓ２７１）。これにより、バッテリ７１ｃの残存容量を検出する間、太陽電池パネル４０で発電される電力等をバッテリ７１ｂに蓄えることができる。

この状態で、制御装置７７は、バッテリ７１ｃにつながる検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器８５ｃを閉じて（Ｓ２７２）、バッテリ７１ｃの残存容量を検出した後、開閉器８５ｃを開放する（Ｓ２７３）。そして、制御装置７７は、バッテリ７１ｃにつながる充電用の開閉器８３ｃを閉じた後（Ｓ２７４）、バッテリ７１ｂにつながる充電用の開閉器８３ｂを開放して（Ｓ２７５）、バッテリ７１ｃの充電を継続する。

このように、蓄電装置４２の充電を中断することなく、充電中のバッテリ７１ｃの残存容量を検出することができる。なお、充電させるバッテリ７１を切り替える際にも、ステップＳ２７０、Ｓ２７４のように、瞬時的に（例えば、１０ｍｓ程度）、開閉器８３ｂと開閉器８３ｃとを同時に閉状態にして、連続的な充電を行っている。

次に、制御装置７７は、バッテリ７１ｂにつながる検査用兼サルフェーション抑制用の開閉器８５ｂを閉じて（Ｓ２７６）、切替器８６をパルス発振器７６側に切り替え、残量検査開始前の状態に戻す。

このように、本実施形態では、蓄電装置４２を構成する１つの系列のバッテリ７１について充電を行いつつ、他の系列のバッテリ７１から負荷側回路（インバータ４３等）への給電を行い、且つ、更に他の系列のバッテリ７１の残存容量を検出することができる。

そして、充放電切替装置８０の開閉器８３〜８５を切り替えることにより、太陽光発電による充電や負荷側回路への給電を中断することなく、蓄電装置４２の各系列（バッテリ７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）を検出器７２に順次接続して系列毎の残存容量を正確に検出することができる。これにより、蓄電装置４２の充放電状況の管理が容易になり、バッテリ７１の過放電を抑止してサルフェーションの発生を抑え、バッテリの高寿命化を図ることができる。

また、バッテリ７１の残存容量を検出する際に、蓄電装置４２への充電を中断しないので、十分な日射量が得られる状態においては、太陽光発電を中断することなく太陽エネルギーを有効に利用することができる。

また、バッテリ７１として安価な鉛蓄電池を採用することができ、且つバッテリ７１の劣化を抑止して長寿命化を図ることができるので、システムの初期費用及びバッテリ７１を交換する等の維持費用を大幅に低減することができる。

次に、図１６ないし図１８を参照して、実施形態を変形した例について詳細に説明する。なお、図１６ないし図１８において、既に説明した実施形態と同一若しくは同様の作用、効果を奏する構成要素については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１６は、本発明の他の実施形態に係る植物栽培システム１０１の概略を示すブロック図である。図１６に示すように、植物栽培システム１０１は、夫々蓄電装置４２（図５参照）を有する複数のバッテリモジュール４１（バッテリモジュール４１Ａ、バッテリモジュール４１Ｂ、バッテリモジュール４１Ｃ）を備えている。

また、植物栽培システム１０１は、複数の系統Ｘ、Ｙ、Ｚに分割される負荷側回路に夫々対応させて、複数のインバータ４３（インバータ４３ｘ、インバータ４３ｙ、インバータ４３ｚ）と、複数の負荷検出器７９（負荷検出器７９ｘ、負荷検出器７９ｙ、負荷検出器７９ｚ）と、複数の出力用開閉器９０（出力用開閉器９０ｘ、出力用開閉器９０ｙ、出力用開閉器９０ｚ）と、を有する。

更に、植物栽培システム１０１は、負荷側の各系統Ｘ、Ｙ、Ｚに対応するインバータ４３にバッテリモジュール４１の出力側回路を択一的に接続する切替装置９５を備えている。なお、負荷側回路の系統数やバッテリモジュール４１等の数は、４つ以上でも良い。

図１７は、植物栽培システム１０１の切替装置９５の配線系統を表した構成図である。図１７に示すように、植物栽培システム１０１は、３つのバッテリモジュール４１（４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ）を有し、３つの系統Ｘ、Ｙ、Ｚに分割される負荷側回路に接続される。各系統Ｘ、Ｙ、Ｚの負荷側回路には、各々出力用開閉器９０を構成する開閉器９１を介してインバータ４３の出力側が接続される。

各系統Ｘ、Ｙ、Ｚに対応するインバータ４３の入力側には、切替装置９５を構成する３つの開閉器９６、９７、９８が夫々接続される。開閉器９６は、バッテリモジュール４１Ａの出力側につながる開閉器である。開閉器９７は、バッテリモジュール４１Ｂの出力側につながる開閉器である。開閉器９８は、バッテリモジュール４１Ｃの出力側につながる開閉器である。

ここで、1つのインバータ４３に接続される開閉器９６、開閉器９７及び開閉器９８は、択一的に閉じられる。例えば、インバータ４３ｘにつながる開閉器９６ｘ、開閉器９７ｘ及び開閉器９８ｘは、何れか１つのみが選択され閉じられる。換言すれば、系統Ｘ、Ｙ、Ｚの１つにつながるインバータ４３は、バッテリモジュール４１Ａ、バッテリモジュール４１Ｂ及びバッテリモジュール４１Ｃから選択される何れか１つのバッテリモジュール４１に接続される。

また、１つのバッテリモジュール４１に接続される開閉器９６、開閉器９７若しくは開閉器９８は、夫々１つの系統のインバータ４３に対してのみ閉じられる。即ち、バッテリモジュール４１Ａにつながる開閉器９６ｘ、開閉器９６ｙ及び開閉器９６ｚは、択一的に閉じられる。例えば、開閉器９６ｘが閉じられる場合、開閉器９６ｙ及び開閉器９６ｚは遮断される。

同様に、バッテリモジュール４１Ｂにつながる開閉器９７ｘ、開閉器９７ｙ及び開閉器９７ｚも択一的に閉じられる。また、バッテリモジュール４１Ｃにつながる開閉器９８ｘ、開閉器９８ｙ及び開閉器９８ｚも、同じように択一的に閉じられる。
つまり、切替装置９５によって、複数設けられるバッテリモジュール４１と、各系統の負荷側回路に接続されるインバータ４３とは、夫々１対１で対応するように接続される。

また、各系統Ｘ、Ｙ、Ｚにつながるインバータ４３の出力側には、夫々出力用開閉器９０が設けられる。出力用開閉器９０の構成及び動作は、既に説明した実施形態と同等である。ここでは、各系統Ｘ、Ｙ、Ｚの出力用開閉器９０は、その系統Ｘ、Ｙ、Ｚに接続されるバッテリモジュール４１のバッテリ７１（図５参照）の残存容量に応じて制御される。

負荷検出器７９は、各系統Ｘ、Ｙ、Ｚの電力負荷を検出する装置であり、各インバータ４３の入力側に設けられる。詳しくは、負荷検出器７９は、インバータ４３の入力側回路に設けられるシャント抵抗の電圧を検出し、デジタル信号に変換して、制御装置８８へと出力する。

制御装置８８は、バッテリモジュール４１と負荷側回路の各系統Ｘ、Ｙ、Ｚとの切替制御を行う装置である。制御装置８８には、負荷検出器７９から電力負荷に関する信号が入力されると共に、制御装置７７（図６参照）から各バッテリモジュール４１のバッテリ７１の残存容量に関する信号が入力される。

制御装置８８は、負荷検出器７９によって検出される各系統Ｘ、Ｙ、Ｚの電力負荷、及び検出器７２（図６参照）によって検出されて制御装置７７から送信される各バッテリモジュール４１のバッテリ７１の残存容量に基づいて所定の演算を実行し、開閉器９６〜９８、９１、９２の開閉を制御する。

図１８は、植物栽培システム１０１の切替装置９５の切り替えパターンの一例を示す図である。図１８は、負荷側回路の電力負荷が「系統Ｘ＞系統Ｙ＞系統Ｚ」の関係にあり、バッテリモジュール４１の残存容量が「バッテリモジュール４１Ａ＞バッテリモジュール４１Ｂ＞バッテリモジュール４１Ｃ」の関係にある場合の例を示している。

図１７及び図１８に示すように、制御装置８８は、各系統Ｘ、Ｙ、Ｚの電力負荷及び各バッテリモジュール４１の残存容量に基づき、電力負荷の大きい系統Ｘ、Ｙ、Ｚから順に残存容量の大きいバッテリモジュール４１を対応させて接続する。

即ち、図１８の例では、電力負荷が最も大きい系統Ｘに対しては、開閉器９６ｘを閉じて、残存容量の最も多いバッテリモジュール４１Ａを接続する。次いで電力負荷が大きい系統Ｙに対しては、開閉器９７ｙを閉じて、２番目に残存容量の大きいバッテリモジュール４１Ｂを接続する。そして、電力負荷が最も小さい系統Ｚに対しては、開閉器９８ｚを閉じて、残存容量の最も少ないバッテリモジュール４１Ｃを接続する。

なお、バッテリモジュール４１の残存容量としては、各バッテリモジュール４１に備えられるバッテリ７１（図６参照）の夫々の残存容量の検出値をバッテリモジュール４１毎に平均化した値を用いている。

以上説明の如く、本実施形態によれば、複数のバッテリモジュール４１を組み合わせることにより、安価な鉛蓄電地を利用して大容量の蓄電システムを構築することができる。また、切替装置９５を用いた上記の切替制御を実行することにより、蓄電装置４２（図６参照）のバッテリ７１の過放電を抑止してバッテリ７１の高寿命化を図りつつ、高効率で安定した電力供給を行うことができる。

なお、以上説明の本実施形態では、蓄熱プール３０に貯留される温水を直接的に太陽熱温水器２０、温調パイプ１１及びヒートポンプ５０に循環させる構成であるが、蓄熱プール３０に貯留される温水と太陽熱温水器２０等に循環される熱媒とを分離しても良い。即ち、配管２２、２３に繋がる熱交換器、配管４６、４７に繋がる熱交換器、若しくは配管１３、１４に繋がる熱交換器を設け、それら熱交換器を蓄熱プール３０の内部に浸漬するよう配設しても良い。前記熱交換器としては、例えば、コイル状に成形される金属管等を採用し得る。

このように太陽熱温水器２０、温調パイプ１１及びヒートポンプ５０に循環される熱媒を蓄熱プール３０に貯留される温水と分離することにより、夫々使用条件に適した熱媒を採用することが可能となる。例えば、熱媒としてエチレングリコールや防錆剤等の添加剤を所定の比率で混合した不凍液等を利用して、太陽熱温水器２０、温調パイプ１１及びヒートポンプ５０における凍結を防止すると共に熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、ヒートポンプ５０によってハウス１０内の冷房を行うこととしたが、これに代えて、地下水を利用した冷房を行っても良い。即ち、地下水を汲み上げて温調パイプ１１の内部に循環させることによってハウス１０内を冷却することができる。また、クーリングタワー５５を利用して大気に放熱する構成に代えて、ヒートポンプ５０の放熱源として地下水を利用することも可能である。これにより、外気温が高い状態であっても高効率な冷房運転を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。

１植物栽培システム
１０ハウス
１１温調パイプ
１２循環ポンプ
１５照明装置
１６換気装置
２０太陽熱温水器
２１循環ポンプ
３０蓄熱プール
３１周囲壁
３４断熱材層
４０太陽電池パネル
４１バッテリモジュール
４２蓄電装置
４３インバータ
５０ヒートポンプ
５１切替弁
５２切替弁
６０制御装置
７４太陽光充電器
７５パルス充電器
７６パルス発振器
８０充放電切替装置
９０出力用開閉器
９５切替装置
ＴＳ１温度センサ
ＴＳ２温度センサ
ＴＳ３温度センサ

Claims

農作物を栽培するハウスと、
前記ハウスに隣接して設けられる太陽熱温水器と、
前記太陽熱温水器で温められる温水を貯留する蓄熱プールと、
前記蓄熱プール内の温水を圧送して前記太陽熱温水器の内部に循環させる太陽熱用循環ポンプと、
前記ハウスの内部に設けられて前記蓄熱プールに貯留される温水を循環させる温調パイプと、
前記蓄熱プール内の温水を前記温調パイプへと圧送する温調用循環ポンプと、を有し、
前記蓄熱プールは、その周囲壁に断熱材層を有し前記太陽熱温水器の下方の地中に埋設されることを特徴とする植物栽培システム。
前記ハウスに隣接して設けられる太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルで発電された電力を蓄える蓄電装置と、を有し、
前記蓄電装置に蓄えられた電力を利用して前記太陽熱用循環ポンプ及び前記温調用循環ポンプを駆動することを特徴とする請求項１に記載の植物栽培システム。
蓄熱プールに貯留される温水を熱源として駆動されるヒートポンプ装置と、を有し、
前記ヒートポンプ装置によって冷却される冷水を前記温調パイプに循環させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の植物栽培システム。
前記ハウス内の温度を検出する温度センサと、
前記ハウスに設けられて前記蓄電装置に蓄えられた電力を利用して駆動される換気装置と、
前記温度センサで検出される前記ハウス内の検出温度に基づき前記温調用循環ポンプ、前記ヒートポンプ装置及び前記換気装置の駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記検出温度が所定の暖房設定温度よりも低い場合に前記温調用循環ポンプを駆動し、前記検出温度が所定の冷房設定温度よりも高い場合に前記ヒートポンプ装置を駆動し、前記検出温度が所定の換気設定温度よりも高く且つ前記冷房設定温度以下である場合に前記換気装置を駆動することを特徴とする請求項３に記載の植物栽培システム。