JP2017524349A - 人工光植物育成システムを制御する方法 - Google Patents
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Abstract
本願は、人工光植物育成システム（１）を制御する方法に関する。本願発明の方法は，前記人工光植物育成システム（１）で育成されるべき植物タイプの生産要求を示す情報及び前記人工光植物育成システム（１）の光源（９）のためのエネルギ源を示す情報を受けるステップ、及び前記人工光植物育成システム（１）で育成される前記植物タイプの植物（８）の生産速度対前記生産要求及び前記エネルギ源が最適化されるように前記受けた情報に依存して前記人工光植物育成システム（１）の植物育成環境の前記光源（９）の動作を制御するステップを含む。本願は、少なくとも１つのプロセッサにより実行された場合、本願発明の方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラム、人工光植物育成システム（１）を制御するためのコントローラ（５）、及び人工光植物育成システム（１）にも関する。
Description
本発明は、人工光植物育成システムを制御する方法に関する。本発明は、少なくとも１つのプロセッサにより実行された場合、本発明の方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラム、人工光植物育成システムを制御するためのコントローラ、及び人工光植物育成システムにも関する。
植物育成システムが知られている。この植物育成システムは、該植物育成システムで育成される植物に人工光を供給するための光源を有する。光源は、例えば、自然光レベルの季節的な変動に起因して、低レベルの自然光が利用可能である期間中植物の育成を促進する。
国際特許出願公開第ＷＯ ２０１３／０８９８２５号公報は、植物の育成を支援するための光源を持つ装置であって、該光源の電力消費が電気料金に応じて変えられる、装置を開示する。光源の電力消費は、電気料金が低く、植物を育成するコストを減らす場合増加される。しかしながら、これは、植物の育成が、市場に大量の当該植物のタイプがある時期に該植物が成熟し、収穫期を迎えるように速められる結果となり得る。この場合、当該植物は必要量に対して過剰となり、無駄になるかもしれない。
米国特許出願公開第ＵＳ ２００５／０２５２０７８号公報は、コスト効率が高くなるように植物生産を最適化するための方法及びシステムを開示する。システムは、照明及び二酸化炭素等の資源を制御するプロセッサを有する。プロセッサは、所望の植物生産速度を受け、植物生産目標及び資源コストと一致する各資源の支出量を決定する。
本発明の目的は、上述した課題を実質的に緩和する又は解消する、人工光植物育成システムを制御する方法、少なくとも１つのプロセッサにより実行された場合、本発明の方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラム、人工光植物育成システムを制御するためのコントローラ、及び／又は人工光植物育成システムを提供することにある。
本発明によれば、人工光植物育成システムを制御する方法であって、前記人工光植物育成システムで育成されるべき植物タイプ(plant type)の生産要求(production demand)を示す情報及び前記人工光植物育成システムの光源のためのエネルギ源(energy supply)を示す情報を受けるステップ、及び前記人工光植物育成システムで育成される前記植物タイプの植物の生産速度(production rate)対前記生産要求及び前記エネルギ源が最適化されるように前記受けた情報に依存して前記人工光植物育成システムの植物育成環境の前記光源の動作を制御するステップを有する方法が提供される。
本方法により、最も効率の良い生産速度の利用が可能である。例えば、育成される植物のタイプの生産要求が低い場合に生産速度を減らし、当該植物タイプの過剰生産によりもたらされる無駄を減らすことができる。また、エネルギの需要が高い場合に生産速度を減らし、前記エネルギ源にかかるピーク負荷を減らすことができる。さらに、育成される植物のタイプの需要が高い場合及びエネルギの需要が低い場合に生産速度を速めることができる。
エネルギ源を示す情報は、利用可能なエネルギ源のコストに基づくエネルギ源の需要(energy supply demand)を示す情報、又はエネルギ源の需要率(energy supply demand ratio)を含む、種々の方法で提供され得る、エネルギ源の需要若しくはエネルギのコストであってもよい。それ故、エネルギ源からの電気エネルギの需要が低いという情報を受ける場合に光源に給電するため電気エネルギを用いることによりエネルギ源にかかるピーク負荷を減らすことができる。エネルギ源は、光源にエネルギを供給し、例えば、配電網(electricity distribution network)又はバッテリであってもよい。代替的な実施形態において、エネルギ源は、燃料、例えば、プロパン又はメタンである。これらは、光源に給電する電気をローカルに生成するために用いられてもよい。斯かる実施形態の一例において、利用可能なエネルギ源のコストは、燃料のコストである。
本発明の方法は、育成されるべき前記植物タイプに依存して１つ以上の植物タイプ特定パラメータ(plant type specific parameter)を参照するステップ、及び前記１つ以上の植物タイプ特定パラメータに依存して前記光源の動作を制御するステップを有してもよい。
それゆえ、育成されるべき植物のタイプに依存して植物育成環境内の植物の育成を制御することができる。それゆえ、本発明の方法は、育成される特定の植物タイプに依存して光源の動作を調整することにより効率を最大化するのに役立つ。
前記１つ以上の植物タイプ特定パラメータのうちの少なくとも１つは、前記植物タイプの植物に供給されるべき最小光照射レベル(minimum light exposure level)であってもよい。
それゆえ、植物タイプを示す情報に依存して植物の寿命を維持するために適切な光の供給が与えられることを確かにすることができる。それゆえ、本発明の方法は、植物が乾燥することを防ぐことにより該植物の無駄を防ぐ一方、育成されるべき植物の育成を制限することにより無駄を防ぐことを可能にする。
前記１つ以上の植物タイプ特定パラメータのうちの少なくとも１つは、前記植物タイプの植物に供給されるべき最大光照射レベル(maximum light exposure level)であってもよい。
前記１つ以上の植物タイプ特定パラメータのうちの少なくとも１つは、最小レベルにおける前記光源の最小動作期間であってもよい。最小レベルは、植物が、光合成中に蓄積された同化産物(assimilate)を処理するため又は植物の開花(flowering)を誘発するために必要な光レベルであってもよい。一実施形態においては、光源が最小レベルで動作される場合該光源により光は出力されない。前記１つ以上の植物タイプ特定パラメータのうちの少なくとも１つは、前記光源の強度レベル(intensity level)であってもよい。
これは、植物に強制暗闇期間(mandatory dark period)をスケジューリングできることを意味する。これにより、育成されるべき植物は、光源が動作されている期間又は光源がより高い強度レベルで動作されている期間に蓄積された同化産物を処理する期間を備えることができる。植物タイプに依存して強制暗闇期間のパラメータを調整することにより、植物育成の効率を最大化することができ、植物育成環境内の植物育成をより正確に制御することができる。植物育成の効率を最大化することは、植物を育成するため光源に供給されなければならない全エネルギ量を減らし、それゆえ、環境影響及び植物を生産するコストを減らす。一実施形態において、人工光育成システムの植物は、自然光から隔離される。これにより、暗闇期間が、時刻と完全に独立することができる。
本発明の方法は、前記光源により前記植物に供給される光の光スペクトルプロファイル(light spectrum profile)を制御することにより前記植物の育成速度を調整するため前記光源の動作を制御するステップを含んでもよい。
本発明の方法は、前記光源の決定された動作に依存して前記人工光植物育成システムの前記植物育成環境内のＣＯ２レベルを制御するステップを含んでもよい。本発明の方法は、前記光源の決定された動作に依存して前記人工光植物育成システムの前記植物育成環境内の温度を制御するステップを含んでもよい。
本発明の方法は、植物の光の利用効率が最大化されることを提供する。光照射に応じた植物の育成は、植物育成環境内のＣＯ２レベル及び温度にも依存することが分かっている。植物育成環境内のＣＯ２レベル及び温度の一方又は両方を制御することにより、植物タイプに依存して植物育成環境内の植物の育成速度をより正確に制御することができる。
本発明の方法は、前記植物育成環境の環境状態(environmental condition)を検出するステップ、及び前記検出された環境状態に依存して前記光源の動作を制御するステップを含んでもよい。環境状態は、１つ以上のＣＯ２レベル及び温度レベルであってもよい。本発明の方法は、前記植物育成環境内の所望の環境状態が検出される場合に前記光源の動作を調整するステップを有してもよい。
上述した方法により、光源の動作を植物育成環境内の環境状態と協働させることができる。温度及びＣＯ２レベル等いくつかの環境状態の変化の速度は、光源の動作の変化の速度よりかなり遅いことを理解されたい。それゆえ、植物育成システムの動作の効率を最大化するため１つ以上の環境状態に依存して光源を動作させることができる。
受けた情報に基づく光源の動作は、例えば、植物育成システム内の空気の熱容量及び二酸化炭素を植物育成システムに付加する又は取除くために要する時間に起因する温度及び／又は二酸化炭素レベルの変化の所定期間後に定められてもよい。
本発明の方法は、少なくとも第１の植物育成環境の第１の光源及び第２の植物育成環境の第２の光源の動作を、該第１の光源が最小光強度レベル(minimum light intensity level)における動作期間を持ち、該第２の光源が最小光強度レベルにおける動作期間を持つように制御するステップ、及び最小光強度レベルにおける前記第１の光源の動作期間が、最小光強度レベルにおける前記第２の光源の動作期間からオフセットされるように前記少なくとも第１の光源及び第２の光源を動作させるステップを有してもよい。最小光強度レベルは、植物が、光合成中に蓄積された同化産物を処理するため又は植物の開花を誘発するために必要な光レベルであってもよい。一実施形態においては、光源が最小レベルで動作される場合該光源により光は出力されない。
本方法により、複数の植物育成環境の間で必要とされるエネルギを分配することができる。それゆえ、ピーク所要電力(peak power requirement)を最小化することによりエネルギ消費を最小化することができる。さらに、２つ以上の植物育成環境を運用するために必要なコンポーネントの大きさ及び数を最小化することができる。
本発明の他の態様によれば、人工光植物育成システムを制御する方法であって、少なくとも第１の植物育成環境の第１の光源及び第２の植物育成環境の第２の光源の動作を、該第１の光源が最小光強度レベルにおける動作期間を持ち、該第２の光源が最小光強度レベルにおける動作期間を持つように制御するステップ、及び最小光強度レベルにおける前記第１の光源の動作期間が、最小光強度レベルにおける前記第２の光源の動作期間からオフセットされるように前記少なくとも第１の光源及び第２の光源を動作させるステップを有する方法が提供される。最小光強度レベルは、植物が、光合成中に蓄積された同化産物を処理するため又は植物の開花を誘発するために必要な光レベルであってもよい。一実施形態においては、光源が最小レベルで動作される場合該光源により光は出力されない。
本方法により、複数の植物育成環境の間で必要とされるエネルギを分配することができる。
バリアが、少なくとも第１び第２の植物育成環境間に配置されてもよい。それゆえ、第１び第２の植物育成環境間の光の漏れを制限することができる。これは、各植物育成環境内の植物の育成が厳格に制御され得ることを意味する。
第１及び第２の植物育成環境は、別個の育成ユニット、又は育成ユニットの別個の層であってもよい。
本発明の他の態様によれば、少なくとも１つのプロセッサにより実行された場合、前述の本発明の方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラムが提供される。
本発明の他の態様によれば、人工光植物育成システムを制御するためのコントローラであって、前記人工光植物育成システムで育成されるべき植物タイプの生産要求を示す情報及び前記人工光植物育成システムの光源のためのエネルギ源を示す情報を受け、前記人工光植物育成システムで育成される前記植物タイプの植物の生産速度対前記生産要求及び前記エネルギ源が最適化されるように前記受けた情報に依存して前記人工光植物育成システムの植物育成環境の前記光源の動作を制御するように構成される、コントローラが提供される。
それゆえ、当該植物の育成速度が該植物の需要が減る場合に減らされることができ、これにより、植物が必要とされない場合に該植物が成熟してしまう可能性を減らし、無駄を軽減することができる。
一実施形態において、前記コントローラは、プロセッサ、メモリ及びデータ接続を有し、前記人工光植物育成システムで育成されるべき植物タイプの１つ以上の生産要求を示す情報及び前記人工光植物育成システムの光源のためのエネルギ源を示す情報が、前記データ接続を用いて前記プロセッサにより取得される。
本発明の他の態様によれば、植物育成環境であって、該植物育成環境内で育成される植物に光を供給するための光源を持つ植物育成環境、及び人工光植物育成システムを制御するためのコントローラであって、前記人工光植物育成システムで育成されるべき植物タイプの生産要求を示す情報及び前記人工光植物育成システムの光源のためのエネルギ源を示す情報を受け、前記人工光植物育成システムで育成される前記植物タイプの植物の生産速度対前記生産要求及び前記エネルギ源が最適化されるように前記受けた情報に依存して前記人工光植物育成システムの植物育成環境の前記光源の動作を制御するように構成される、コントローラを有する、人工光植物育成システムが提供される。
本発明のこれらの及び他の態様が、以下に述べられる実施形態から明らかになると共に、詳述されるであろう。
本発明の実施形態は、例示として、添付の図面を参照して述べられる。
図１乃至４を参照し、本発明の一実施形態による人工光植物育成システム１が示されている。植物育成システム１は、エンクロージャ２、第１の植物育成ユニット３、第２の植物育成ユニット４及びコントローラ５を有する。
第１の植物育成ユニット３及び第２の植物育成ユニット４は、エンクロージャ２内に配置される。第１の植物育成ユニット３及び第２の植物育成ユニット４は、同一の構造であり、それゆえ、簡潔さのため、第１の育成ユニット３のみが以下詳細に述べられる。一方の育成ユニットが省かれてもよい、又はさらなる育成ユニットが含まれてもよいことを理解されたい。
第１の育成ユニット３は、複数の水平に配置された棚６を有する。棚６は、複数の直立した足７により支持されている。植物８は、例えば、水耕育成又は気耕育成の原理に従って各棚６上で育成される。用語"植物(plant)"は、果物、野菜、花、藻及び／又はその他のバイオマス若しくはバイオマテリアルを称してもよいことを理解されたい。
光源として働く、光ユニット９が、各棚６上で育つ植物８に光を供給するため各棚６の上方に配置される。一番上の棚６上の植物８に光を供給するための光ユニット９は、第１の育成ユニット３の足７の上部に固定される。残りの光ユニット９の各々は、上方の棚６の下側に固定されることにより、対応する棚６の上方に位置付けられる。しかしながら、代替的な配置も想定される。これら棚６上の光ユニット９は、一緒に光源を形成してもよいことを理解されたい。すなわち、これら光ユニット９は、一緒に動作される。
エンクロージャ２は、植物育成環境１０を規定する。エンクロージャ２は、例えば、部屋又は戸棚(cupboard)である。本実施形態における植物育成環境１０は、閉環境である。植物育成環境１０は、自然光から隔離される。それゆえ、植物育成環境内の植物の育成は、より正確に制御され得る。植物育成環境１０内で育成される植物は、一般には、同じ植物タイプのものであろう。
気候制御装置１１が、植物育成環境１０内の温度を制御するため配置される。気候制御装置１１は、植物育成環境１０内の温度Ｔを制御するよう構成される。植物育成環境１０内の相対湿度及び空調も、気候制御装置１１により制御されてもよい。気候制御装置１１は、温度センサ１２及びコントローラ１３を持つ。
二酸化炭素（ＣＯ２）レベル制御装置１４が、植物育成環境１０内の二酸化炭素レベルを制御するため配置される。二酸化炭素レベル制御装置１４は、二酸化炭素レベルセンサ１５、二酸化炭素源（図示せず）及び二酸化炭素レベルコントローラ１６を有する。二酸化炭素レベルコントローラ１６は、二酸化炭素センサ１５により測定された二酸化炭素レベルＣＯ２に従って二酸化炭素源から植物育成環境１０に供給される二酸化炭素量を調整する。気候制御装置１１及び二酸化炭素レベル制御装置１４の一方又は両方が省かれてもよいことを理解されたい。
温度センサ１２は、植物育成環境１０内の温度を示す情報を生成する。この情報は、コントローラ５に供給される。二酸化炭素レベルセンサ１５は、植物育成環境１０内の二酸化炭素レベルを示す情報を生成する。この情報は、コントローラ５に供給される。それゆえ、エンクロージャ２内の温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２が、コントローラ５によりモニタ及び／又は制御され得る。コントローラ５は、光ユニット９を動作させるように動作可能である。光ユニット９は、各光ユニット９の光出力がコントローラ５により制御され得るようにコントローラ５と通信する。これは、例えば、各光ユニット９に供給される電力を調整することにより行われてもよい。
コントローラ５は、プロセッサ１７及びメモリ１８を持つ。コントローラ５は、例えば、パーソナル若しくはラップトップコンピュータ、マイクロコントローラ又はフィールドプログラマブルゲートアレイを有する。
プロセッサ１７は、任意の適切な形態のものを採用できる。例えば、プロセッサ１７は、マイクロコントローラ、複数のマイクロコントローラ、回路、単一プロセッサ又は複数のプロセッサであってもよく、これらを含むものでもよい。コントローラ５は、１つの又は複数のモジュールから成ってもよい。
メモリ１８は、任意の適切な形態のものを採用できる。メモリ１８は、不揮発性メモリ及び／又はＲＡＭを含んでもよい。不揮発性メモリは、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）又はソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）を含んでもよい。メモリは、とりわけ、オペレーティングシステムを格納する。メモリは、遠隔に配置されてもよい。ＲＡＭは、データの一時的な格納のためプロセッサ１７により用いられる。オペレーティングシステムは、コントローラ５により実行された場合、植物育成システム１の各ハードウェアコンポーネントの動作を制御するコードを含んでもよい。コントローラ５は、１つ以上のプロファイル等の１つ以上のオブジェクトが、メモリ１８により遠隔に又はローカルに格納され得るようにしてもよい。コントローラ５は、不揮発性メモリに格納されている１つ以上のプロファイル等の１つ以上のオブジェクトを参照し、格納されている該１つ以上のオブジェクトをＲＡＭにアップロードできるようにしてもよい。
コントローラ５は、入力、例えば、ユーザ入力に応じて植物育成システム１を動作させるよう動作可能である。
コントローラ５は、第１の植物育成ユニット３及び第２の植物育成ユニット４内の植物８の植物生産速度Ｐを制御するよう構成される。バイオマスの生産は、植物８に供給される光量に略々線形比例する。それゆえ、植物生産速度Ｐは、例えば、光源として働く光ユニット９により出力される光の強さが変えられるように、光ユニット９に供給される電力を変えることによりコントローラ５により制御され得る。
式１は、植物生産速度Ｐ（ｋｇ／ｍ２／ｈ）、光利用効率η（ｇ／ｍｏｌ）、光レベルＬ（μｍｏｌ／ｓ／ｍ２）、定数Ｃ１、及び以後光オフセット(light offset)Ｌ０とも称される、呼吸に必要とされる最小光レベルの関係を示す。植物生産速度Ｐは、葉の発育、植物の大きさ(plant size)及び植物８同士の空間に依存する、植物８により捕捉される光の割合(fraction of light)Ｉによっても影響を受ける。
（式１）
植物８に供給される光レベルＬは、光合成有効放射（ＰＡＲ）フラックスである。光利用効率ηは、ＰＡＲ波長域内の１モルの光子に対して生成される乾燥バイオマスの量(amount of dry biomass)を表し、植物８の温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２に依存する。植物８が該植物８に供給される光を有効に光合成できるように光レベルＬが大きい場合に植物８の光利用効率ηを最大化することが望ましい。光利用効率ηは、エンクロージャ２内の温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２を増加させることにより増加され得る。
本実施形態において、コントローラ５は、植物８の生産要求Ｄを示す情報に依存して植物８に供される光レベルＬを調整するよう構成される。コントローラ５はまた、エネルギ源Ｃを示す情報に依存して植物８に供される光レベルＬを調整するよう構成される。エネルギ源Ｃの情報は、多くのファクタに基づいてもよい。エネルギ源は、一般に、一定の電力出力を持つ発電所により供給される。需要の変化、ゆえに、エネルギ利用可能性(energy availability)、それゆえ、余剰分(surplus)は可変である。それゆえ、需要が低い場合にエネルギを用いることにより、エネルギ浪費を減らすことができる。エネルギ源に相当する測定可能な変数の一つは、エネルギコストファクタ(cost of energy factor)ＣＥに基づく。エネルギのコストは、エネルギ利用可能性が低い場合、すなわち、付加的な電力供給手段が用いられる必要があり得るようにエネルギ需要が高い場合に高い。同様に、エネルギのコストは、エネルギ利用可能性が高い場合、すなわち、エネルギが浪費され得るようにエネルギ需要が低い場合に低い。ある実施形態においては、生産要求Ｄ又はエネルギ源Ｃの何れかを示す情報が省かれてもよい。本実施形態において、コントローラ５は、式２に示されるように、光ユニット９により出力される光レベルＬが、植物生産要求Ｄを示す情報、及びエネルギのコストＣＥに基づくエネルギ源Ｃを示す情報の関数であるようにプログラムされる。本実施形態の光レベルＬ、植物生産要求Ｄ及びエネルギのコストＣＥの関係が、図２にグラフを使って示されている。図２に示されるグラフ２０において、Ｘ軸は時間を表している。一点鎖線２２は、植物生産要求を表し、実線２３は、エネルギのコストを表し、破線２４は、光レベル２４を示している。これら変数のその他の関係も、本発明の範囲内に入ることが意図されていることを認識されたい。
（式２）
植物生産要求Ｄを示す情報及びエネルギ源Ｃを示す情報は、通信モジュール１９、例えば、有線又は無線通信を介してコントローラ５に供給される。一実施形態において、コントローラ５は、通信モジュール１９を用いて、電力会社のウェブサイトから又はインターネットデータベース若しくはソフトウェアからエネルギコストファクタＣＥを取得する。代替的な実施形態において、コントローラ５は、通信モジュール１９を用いて、スマートメータリングシステム(smart metering system)からエネルギ源Ｃを示す情報を取得する。
植物８の植物生産要求Ｄは、植物育成システム１により育成される植物のタイプの現在の生産要求のインジケータである。これは、例えば、植物タイプの需要量(volume of demand)、植物タイプの市場価格、及び／又は植物タイプの廃棄量(wasted volume)を示す情報により提供されてもよい。植物８の植物生産要求Ｄを示す情報が、需要の増加を示す場合、コントローラ５は、植物がより早く収穫期を迎えるように植物生産速度Ｐを上げる。それゆえ、植物８は、該植物が必要とされ、無駄が最小化されるときに収穫され得る。植物生産要求Ｄを示す情報が、需要の低下を示す場合、コントローラ５は、当該植物のタイプの需要が低いときの収穫に向け成熟しないように植物生産速度Ｐを落とす。これは、植物８が必要とされない場合に該植物８が成熟することを防止し、それゆえ、無駄を軽減する。
コントローラ５はまた、エネルギ源Ｃを示す情報が変化する場合、植物育成システム１がエネルギ利用効率を制御するように植物生産速度Ｐを変えるよう構成される。コントローラ５は、光レベルＬ、光オフセットＬ０、植物生産要求Ｄ，エネルギコストＣＥ及び第２の定数Ｃ２の関係を特徴付ける、式３を用いてプログラムされる。
（式３）
式１から、光利用効率η、斯くして、植物生産速度Ｐは、エンクロージャ２内の温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２に依存することが分かる。それゆえ、植物生産速度Ｐに対して植物生産要求Ｄ及びエネルギコストＣＥが持つ効果を最大化するため、コントローラ５は、温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２が、植物生産要求Ｄ及びエネルギコストＣＥと相関関係にある、光レベルＬに依存するように構成されてもよい。斯かる実施形態において、コントローラ５は、温度Ｔ、光レベルＬ、第３の定数Ｃ３、及び以後温度オフセットＴ０とも称される、植物８を維持するために必要とされる最低温度の関係を特徴付ける、式４に示される関係を用いてプログラムされる。
（式４）
コントローラ５は、二酸化炭素レベルＣＯ２、光レベルＬ、第４の定数Ｃ４、及び以後二酸化炭素レベルオフセットＣＯ２０とも称される、植物８を維持するために必要とされる最低二酸化炭素レベルの関係を特徴付ける、式５に示される関係を用いてプログラムされる。
（式５）
図３は、コントローラ５のプロセッサ１７により実行される１０のステップＳ１〜Ｓ１０を図示するフローチャートである。プロセッサ１７により実行される第１のステップＳ１は、植物生産要求Ｄを示す情報及びエネルギのコストＣＥを示す情報を取得するステップである。この情報は、通信モジュール１９を介して得られる。プロセッサ１７により実行される第２のステップＳ２は、コントローラ５のメモリ１８から光オフセットＬ０及び第２の定数Ｃ２の値を取得するステップである。プロセッサ１７により実行される第３のステップＳ３は、植物生産要求Ｄ、エネルギコストＣＥ、光オフセットＬ０及び第２の定数Ｃ２の値に従い式３を用いて植物８に供給されるべき所望の光レベルＬを演算するステップである。
プロセッサ１７により実行される第４のステップＳ４は、コントローラ５のメモリ１８から温度オフセットＴ０及び第３の定数Ｃ３の値を取得するステップである。プロセッサ１７により実行される第５のステップＳ５は、第３の定数Ｃ３、温度オフセットＴ０、及び第３のステップにおいてプロセッサ１７により演算された所望の光レベルＬの値に従い式４を用いてエンクロージャ２内の所望の温度Ｔを演算するステップである。
プロセッサ１７により実行される第６のステップＳ６は、コントローラ５のメモリ１８から二酸化炭素レベルオフセットＣＯ２０及び第４の定数Ｃ４の値を取得するステップである。プロセッサ１７により実行される第７のステップＳ７は、第４の定数Ｃ４、二酸化炭素レベルオフセットＣＯ２０、及び第３のステップにおいてプロセッサ１７により演算された所望の光レベルＬの値に従い式５を用いてエンクロージャ２内の所望の二酸化炭素レベルＣＯ２を演算するステップである。
プロセッサ１７により実行される第８のステップＳ８は、第５のステップＳ５及び第７のステップＳ７により演算された所望の温度Ｔ及び所望の二酸化炭素レベルＣＯ２に従いエンクロージャ２内の温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２を調整するため気候制御装置１１及び二酸化炭素レベル制御装置１４を制御するステップである。上述したように、エンクロージャ２内の温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２を制御することにより、植物８の光利用効率ηが調整されることができる。
プロセッサ１７により実行される第９のステップＳ９は、所定期間待つことである。プロセッサ１７により実行される第１０のステップＳ１０は、所望の光レベルＬが光ユニット９により出力される現在の光レベルＬと等しいかどうかチェックし、これに応じて光レベルＬを調整するステップである。光レベルＬが調整されることと、温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２が調整されることとの間の所定期間は、例えば、エンクロージャ２内の空気の熱容量及び二酸化炭素レベルコントローラ２Ｂにより放出された二酸化炭素ガスがエンクロージャ２内で空気と混合するためにかかる時間に起因する温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２の変化における応答遅延を埋めるよう選択される。植物育成システム１の効率は、光レベルコントローラ５が、植物８に供給される光レベルＬを変更する前にエンクロージャ２内の温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２が所望の値に順応するため待つように構成される場合に改善されることが分かった。なぜなら、これにより、植物８の光利用効率ηが、新しい光レベルＬが植物８に供給される前に調整されることができるからである。
コントローラ５のプロセッサ１７は、第１のステップＳ１乃至第１０のステップＳ１０の各ステップを循環し、繰り返す。上述した実施形態において、第１のステップＳ１乃至第１０のステップＳ１０は順々に行われるが、代替的な実施形態（図示せず）においては、これらステップのうちの２つ以上のステップが同時に行われてもよいことを認識されたい。代替的な実施形態においては、１つ以上のステップが省かれてもよいことを理解されたい。
コントローラ５は、光ユニット９が上述したように植物８に光を供給するよう動作される"光期間(light period)"及び光ユニット９がスイッチオフされる又は最小光照射レベルで動作される"暗闇期間(dark period)"を植物８に設けるため光ユニット９を動作させるよう構成される。暗闇期間は、植物８が、酸素を空気中に放出し、糖質を輸送することにより、光期間中に光合成により蓄積された炭素を処理できるようにするため、及び植物８が開花プロセスを開始するよう誘発するため重要である。
本実施形態において、植物育成システム１の光ユニット９は、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃに分けられている。コントローラ５は、各照明グループ９Ａ、９Ｂ及び９Ｃ内の全ての光ユニット９を同時に動作させる。しかしながら、コントローラ５は、照明グループ９Ａ、９Ｂ及び９Ｃのそれぞれを独立して動作させてもよいことを理解されたい。第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃはそれぞれ、植物育成システム１内の別個の植物８に光を供給する。
本実施形態において、コントローラは、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃのそれぞれの暗闇期間が８時間であり、光期間が１６時間であるようにシステム１を動作させるため該コントローラにより格納されている基準プロファイルを参照するよう構成される。それゆえ、２４時間周期で、コントローラ５は、完全な光期間及び完全な暗闇期間を第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃのそれぞれに巡回させる。
コントローラ５は、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃのうちの２つだけが同時にそれぞれ対応する植物８に光期間を与えるため動作されるように、、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃの暗闇期間が２４時間周期にわたってシフトされるように構成される。例えば、午前１２時に始まる２４時間周期中、第１の照明グループ９Ａは、植物８の一部に光期間を与えるよう午前１２時から午後４時まで給電され、次いで、暗闇期間を与えるため午後４時から午前１２時までスイッチオフされる。一方、第２の照明グループ９Ｂは、植物８の一部に光期間を与えるよう午前８時から午前１２時まで給電され、暗闇期間を与えるため午前１２時から午前８時までスイッチオフされる。さらに、第３の照明グループ９Ｃは、植物８の一部に光期間を与えるよう午後４時から午前８時まで給電され、暗闇期間を与えるため午前８時から午後４時までスイッチオフされる。スクリーン又はカーテン等のバリア（図示せず）が、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃのそれぞれを互いに隔絶するため設けられる。第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃは、暗闇期間が与えられる植物８の部分への光の漏れを緩和するため互いに隔絶される。暗闇期間及び光期間の相対継続時間は、植物生産要求Ｄを示す情報及び／又はエネルギ源Ｃを示す情報に応じて調整されてもよい。例えば、斯かる一実施形態において、生産要求Ｄが減少する場合、生産速度Ｐを落とすよう、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃのそれぞれに対する植物の暗闇期間が増やされ、斯くして、光期間が減らされる。
上述した実施形態において、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃのそれぞれにより光が供給される植物８は、個別の植物育成環境１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを規定するため互いに光学的に隔絶される。例えば、植物８は、温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２が個別に制御され得るように、別個のハウジング内に設けられてもよく、各棚６を個別に密閉することにより設けられてもよい。コントローラ５は、温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２を上げることにより光期間が与えられる植物８の光利用効率ηを増加させるよう構成される。同様に、コントローラ５は、温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２を下げることにより暗闇期間が与えられる植物８の光利用効率ηを減らすよう構成される。これは、さらに、植物育成システム１の総インストールエネルギ容量(total installed energy capacity)を減らす。
光ユニット９の光期間及び暗闇期間は、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃのうちの２つしかどの時点でも光期間を提供しないよう動作されるので、植物育成システム１内の組み合わされる光ユニット９全ての電力消費は、光ユニット９の最大電力定格の２／３を超えないであろう。それゆえ、植物育成システム１の最大電力容量が低減される。複数の植物育成環境の間で必要とされるエネルギを分配することができる。それゆえ、ピーク所要電力を最小化することによりエネルギ消費を最小化することができる。さらに、２つ以上の植物育成環境を運用するために必要なコンポーネントの大きさ及び数を最小化することができる。
上述した実施形態において、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃの光期間は１６時間であり、暗闇期間は８時間であるが、光期間及び暗闇期間の他の継続時間も、本発明の範囲内に入ることが意図されていることを認識されたく、さらに、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃの光期間及び暗闇期間の合計は、２４時間の継続時間である必要がないことを認識されたい。一実施形態（図示せず）において、コントローラは、育成される植物のタイプ及び／又は植物の齢を示す情報に応じて光期間及び暗闇期間を変えるよう構成される。いくつかの場合において、育成を促進させるために最適な光期間及び暗闇期間の継続時間は、植物の齢及び／又は植物のタイプにより異なることが分かった。それゆえ、植物のタイプ及び／又は植物の齢を示す情報に応じて光期間及び暗闇期間の継続時間を変えることにより、植物育成プロセスの効率及び／又は生産速度が増加される。
上述した実施形態において、光ユニット９は、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃに分けられているが、代替的な実施形態（図示せず)において、光ユニットは、４つ以上又は２つ以下の照明グループに分けられてもよい。斯かる一実施形態において、光ユニットは、２つの照明グループに分けられ、コントローラは、これら照明グループのうちの１つしかどの時点でも光期間を与えないよう動作される。
上述した実施形態において、コントローラ５は、市場の需要Ｄ、エネルギコストＣＥ、光オフセットＬ０、温度オフセットＴ０、二酸化炭素レベルオフセットＣＯ２０並びに第２の定数Ｃ２、第３の定数Ｃ３及び第４の定数Ｃ４に応じて光レベルＬ、温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２を制御するため式３、４及び５を用いてプログラムされるが、代替的な実施例（図示せず）において、コントローラ５は、これらの変数又はこれらのうちのいくつかの変数の関係を特徴付ける異なる式を用いてプログラムされる。
上述した実施形態において、コントローラ５は、植物生産要求Ｄ及びエネルギコストＣＥに応じて植物８に供給される光レベルＬを調整するよう構成されるが、代替的な実施形態（図示せず）において、コントローラは、光レベルＬが、エネルギコストＣＥに応じて調整されないよう構成される。
上述した実施形態において、コントローラ５は、所望の光レベルＬに応じてエンクロージャ２内の温度Ｔ及び二酸化炭素レベルＣＯ２を調整するよう構成されるが、代替的な実施形態（図示せず）において、コントローラ５は、温度Ｔ及び／又は二酸化炭素レベルＣＯ２を調整しないよう構成される。
上述した実施形態において、コントローラ５は、植物生産要求Ｄ及びエネルギコストＣＥに応じて植物８に供給される光レベルＬを調整するよう構成され、付加的に、第１の照明グループ９Ａ、第２の照明グループ９Ｂ及び第３の照明グループ９Ｃの光期間をオフセットするよう構成されるが、代替的な実施形態（図示せず）において、コントローラ５は、これら２つのオペレーションのうちの一方しか実行しないよう構成される。
上述した実施形態において、コントローラ５は、光ユニット９の光レベルＬが、植物８の植物生産速度Ｐを制御するため調整されるように構成される。代替的な実施形態において、植物８の植物生産速度Ｐは、これに代えて又は付加的に、光ユニット９により出力される光スペクトルプロファイルを調整することにより変えられる。例えば、植物育成システム１内の植物８が、可視光スペクトルの緑色成分を容易に吸収しない、クロロフィル色素に富んでいる場合、植物生産速度Ｐは、光ユニット９から放たれる光の緑色成分の割合を増やすことにより落とされ得る。逆に、植物生産速度Ｐは、光ユニット９から放たれる光の緑色成分の割合を減らすことにより上げられ得る。他の実施形態において、コントローラ５は、光ユニット９により出力される光スペクトルプロファイルが、光ユニット９により出力される光レベルに応じて変えられるように構成される。あるタイプの植物について、育成を促進するために最適な光スペクトルプロファイルは、植物が受ける光レベルＬにより異なることが分かった。例えば、あるタイプの植物は、光レベルＬが低い場合に光スペクトルのある部分からの光をより効率良く利用し、あるタイプの植物は、光レベルＬが高い場合に光スペクトルの他の部分からの光をより効率良く利用するであろう。それゆえ、光レベルＬに応じて光ユニット９により出力される光の光スペクトルプロファイルを変えることにより、植物育成プロセスの効率及び／又は生産速度Ｐが増加される。他の実施形態において、光ユニット９により出力される光の光スペクトルプロファイルは、植物の齢を示す情報、例えば、植物が植えられた日又は植物が受けた光の総量に応じて調整される。ある品種の植物について、育成を促進するために最適な光スペクトルプロファイルは、植物の齢により異なることが分かった。例えば、あるタイプの植物について、最近植えられた植物は、該植物が青色光の割合が多い(large blue light fraction)光スペクトルプロファイルに曝される場合より効率良く育ち、一方、成熟に近づいている植物は、青色光の割合が少ないことを要する。それゆえ、植物の齢を示す情報に応じて光ユニット９により出力される光の光スペクトルプロファイルを変えることにより、植物育成プロセスの効率及び／又は生産速度Ｐが増加される。さらに他の実施形態においては、各光ユニット９により出力される光スペクトルプロファイルが、各光ユニット９により光が供給される植物のタイプに応じて調整される。これにより、光スペクトルプロファイルが、現在育成されている植物のタイプの光要件(light requirement)に合わせられることができる。なぜなら、あるタイプの植物は、光スペクトルのある部分からの光を効率良く利用するからである。かかる一実施形態において、植物のタイプは、ユーザによりコントローラ５に入力される。
斯かる一実施形態において、植物育成システム１は、光ユニット９から放たれる光の光スペクトルプロファイルを検出するための光センサ（図示せず）を有する。これにより、光ユニット９が未知の又は可変の光スペクトルプロファイルを持つ付加的な光源と連動して用いられる場合にも、エンクロージャ２内の光の光スペクトルプロファイルが測定されることを可能にする。
"有する"という用語は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞は複数を除外するものではない。単一のプロセッサが、請求項に列挙されている幾つかの項目の機能を実現してもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有効に用いられ得ないことを示すものではない。請求項中のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。
請求項は、本願明細書において、特定の特徴の組み合わせに対して策定されているが、本発明の開示の範囲は、現在請求項に記載されているものと同じ発明に関するかどうかにかかわらず、及び任意の又は全ての本発明と同じ技術的課題を緩和するかどうかにかかわらず、本願明細書に明示的及び暗示的に開示されている任意の新規の特徴若しくは任意の新規の特徴の組み合わせ、又は任意のその一般化を含むことを理解されたい。
Claims (15)
- 人工光植物育成システムを制御する方法であって、
前記人工光植物育成システムで育成されるべき植物タイプの生産要求を示す情報及び前記人工光植物育成システムの光源のためのエネルギ源を示す情報を受けるステップ、及び
前記人工光植物育成システムで育成される前記植物タイプの植物の生産速度対前記生産要求及び前記エネルギ源が最適化されるように前記受けた情報に依存して前記人工光植物育成システムの植物育成環境の前記光源の動作を制御するステップ、
を有する、方法。 - 育成されるべき前記植物タイプに依存して１つ以上の植物タイプ特定パラメータを参照するステップ、及び
前記１つ以上の植物タイプ特定パラメータに依存して前記光源の動作を制御するステップ、
を有する、請求項１に記載の方法。 - 前記１つ以上の植物タイプ特定パラメータのうちの少なくとも１つは、前記植物タイプの植物に供給されるべき最小光照射レベルである、請求項２に記載の方法。
- 前記１つ以上の植物タイプ特定パラメータのうちの少なくとも１つは、前記植物タイプの植物に供給されるべき最大光照射レベルである、請求項２又は３に記載の方法。
- 前記１つ以上の植物タイプ特定パラメータのうちの少なくとも１つは、最小レベルにおける前記光源の最小動作期間である、請求項２乃至４の何れか一項に記載の方法。
- 前記１つ以上の植物タイプ特定パラメータのうちの少なくとも１つは、前記光源の強度レベルである、請求項２乃至５の何れか一項に記載の方法。
- 前記光源の決定された動作に依存して前記人工光植物育成システムの前記植物育成環境内のＣＯ２レベルを制御するステップ、
を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。 - 前記光源の決定された動作に依存して前記人工光植物育成システムの前記植物育成環境内の温度を制御するステップ、
を有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法。 - 前記植物育成環境の環境状態を検出するステップ、及び
前記検出された環境状態に依存して前記光源の動作を制御するステップ、
を有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法。 - 前記植物育成環境内の所望の環境状態が検出される場合に前記光源の動作を調整するステップ、
を有する、請求項９に記載の方法。 - 少なくとも第１の植物育成環境の第１の光源及び第２の植物育成環境の第２の光源の動作を、該第１の光源が最小光強度レベルにおける動作期間を持ち、該第２の光源が最小光強度レベルにおける動作期間を持つように制御するステップ、及び
最小光強度レベルにおける前記第１の光源の動作期間が、最小光強度レベルにおける前記第２の光源の動作期間からオフセットされるように前記少なくとも第１の光源及び第２の光源を動作させるステップ、
を有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の方法。 - 人工光植物育成システムを制御する方法であって、
少なくとも第１の植物育成環境の第１の光源及び第２の植物育成環境の第２の光源の動作を、該第１の光源が最小光強度レベルにおける動作期間を持ち、該第２の光源が最小光強度レベルにおける動作期間を持つように制御するステップ、及び
最小光強度レベルにおける前記第１の光源の動作期間が、最小光強度レベルにおける前記第２の光源の動作期間からオフセットされるように前記少なくとも第１の光源及び第２の光源を動作させるステップ、
を有する、方法。 - 少なくとも１つのプロセッサにより実行された場合、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の方法を実行させる命令を含むコンピュータプログラム。
- 人工光植物育成システムを制御するためのコントローラであって、
前記人工光植物育成システムで育成されるべき植物タイプの生産要求を示す情報及び前記人工光植物育成システムの光源のためのエネルギ源を示す情報を受け、
前記人工光植物育成システムで育成される前記植物タイプの植物の生産速度対前記生産要求及び前記エネルギ源が最適化されるように前記受けた情報に依存して前記人工光植物育成システムの植物育成環境の前記光源の動作を制御する、
ように構成される、コントローラ。 - 植物育成環境であって、該植物育成環境内で育成される植物に光を供給するための光源を持つ植物育成環境、及び
請求項１４に記載のコントローラ、
を有する、人工光植物育成システム。
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