JP2024512387A - 温室における光起電パネルの角度位置の最適化のための光起電パネルの装置およびシステム - Google Patents

Abstract

光起電パネルの装置が、支持梁を有する温室に設置されるように構成される。本装置は、フレームを有する。各フレームは、ロッドに取り付けられた少なくとも１つの光起電パネルを有する。少なくとも１つのモーターが、各光起電パネルを異なる固定角度位置に導くために１つまたは複数のロッドを回転させるように機械的に接続されている。取付具が、本装置の外周に配置されている。各取付具は、本装置が支持梁によってのみ支持可能であるように、支持梁の少なくとも１つに取り付けられるサイズおよび形状を有する。システムが、少なくとも１つの上記装置と、制御部と、複数のセンサーとを有する。制御部は、環境の状態および植物の状態ならびにセンサー出力に基づいて、植物の成長を促進するために、各光起電パネルの最適な固定角度位置を選択し、各ロッドを選択された角度位置まで回転させるように各モーターに命令するようにプログラムされる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年３月１０日に出願された米国特許出願第１７／１９７，１３１号および２０２１年３月１０日に出願されたイスラエル特許出願第２８１４０７号の優先権の利益を主張し、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、いくつかの実施形態において、温室内の光起電パネルの装置に関し、より具体的には、他の形態を排除するものではないが、植物の成長を最適化するためにセンサー出力および環境の状態に基づいて光起電パネルが回転するように構成された制御システムに関する。

太陽エネルギーから発電するための十分に広いスペースが不足していることから、同じ土地の領域で作物を育てつつ再生可能な電力を生じさせる土地の二重の利用を提供する営農型太陽光発電による解決手段（agrivoltaic solutions）の研究が行われている。

これまでの営農型太陽光発電による解決手段は、温室の屋根に固定された太陽光発電設備に焦点を当ててきた。これらの固定設備には、利点もあるが、様々な課題もある。第１に、これらの設備により、低放射照度の状況においては十分に採光することができず、このような状況では設備を除去しなければならないか、または設備を使用するにしても農業収量が大幅に減少する結果となる。これらの設備は、より高い光レベルが作物に到達するように、通常、冬季に除去されなければならない遮光ネットなどの他の従来の温室遮光デバイスと同様である。第２に、温室に光起電パネルを設置するための従来のシステムは、温室の屋根の上にパネルを設置することを必要とする。屋根への設置は、少なくとも部分的には典型的に行われることである。システムに重いパネルが組み込まれており、支持するために屋根の構造に依存するからである。しかしながら、屋根に設置されるパネルは、特に、放射照度の季節的変化のためにパネルを頻繁に取り外す必要がある場合、設置および取り外しが困難である。さらに、温室の屋根に設置されたパネルは、強風状況で効率的に動作するためには、非常に頑丈で、したがって重い取り付けシステムを必要とし得る。多くの国では、屋根に設置された光起電パネルは、最大１００ｋｍ／ｈの風に耐えることが要求されている。さらに、温室の屋根に設置された特定の材料で作られたパネルの場合、厳しい気象条件および塵の蓄積による急激な劣化を示すことがある。

本開示は、温室で使用するための光起電設備を開示する。軽量光起電パネルが、温室内に回転可能に取り付けられている。パネルは、十分に軽いため、温室のための既存の支持構造によって支持される。したがって、パネルは、設置が容易であり、既存の温室の構造に組み込むことが容易である。制御部が、植物の成長を促進するための環境の状態を測定するセンサーからセンサー入力を受信する。制御部は、植物の成長を促進するため、また、二次的に太陽エネルギーを生成するために最適な角度でパネルが配置されるようにパネルの回転角度を選択する。したがって、パネルは、パネルの向きが植物の成長に最も有利に調整されるため、取り外される必要がない。温室は、換気システムをさらに有してよい。制御部は、温室に入る光と、温室内の植物の温度要件とのバランスをとるように、光起電パネルと連動して換気システムを動作させる。

第１の態様によれば、複数の光起電パネルを有する装置であって、複数の支持梁によって支持された屋根を有する温室に設置されるように構成された装置が開示される。本装置は、複数のフレームを有し、各フレームは、ロッドに取り付けられた少なくとも１つの光起電パネルを備えている。本装置は、少なくとも１つのモーターをさらに有する。各モーターは、各光起電パネルを複数の異なる固定角度位置に導くために１つまたは複数の対応するロッドを回転させるように機械的に接続されている。複数の取付具が、本装置の外周に配置されている。各取付具は、本装置が複数の支持梁によってのみ支持可能であるように、複数の支持梁のうちの少なくとも１つに取り付けられるサイズおよび形状を有する。

有利なことに、各光起電パネルは、ロッドに対するモーターの作用によって回転可能であり、これにより、パネルを取り外すことを必要とせずに、温室内の作物の必要な放射照度レベルに応じてパネルの位置決めを調整することができる。また、パネルは、温室内に設置され、したがって、パネルは損傷から保護されている。さらに、パネルは、温室自体の支持梁以外のパネル用の追加の構造的支持を必要とせずに、温室の既存のフレームに設置されている。

第１の態様による他の実装形態では、支持梁はアーチを有し、フレームは、異なるアーチの間の横つなぎ材として配置され、これにより、骨組部材の構造的支持を強化している。有利なことに、本装置は、本装置自体の支持のために温室の既存の支持構造に依存することができるだけでなく、温室の構造的安定性を高めることもできる。

第１の態様による他の実装形態では、フレームおよびロッドの各々は、アルミニウムから作製される。アルミニウムは、フレームおよびロッドについて本明細書に記載される機能に適した軽量材料である。

第１の態様による他の実装形態では、対応する各モーターが、１つまたは複数の対応するロッドを最大５０箇所の異なる固定角度位置に維持することができる。多数の角度位置により、パネルが、植物の成長およびエネルギー生産のために最適な角度に確実に位置決めされ得る。

第１の態様による他の実装形態では、温室内の光起電パネルの角度位置の位置決めを最適化するためのシステムが開示される。本システムは、第１の態様による光起電パネルの少なくとも１つの装置を含む。制御部が、無線トランシーバを含む。少なくとも１つの無線トランシーバは、各フレームに関連付けられ、制御部から命令を受信するように構成されている。本システムは、複数のセンサーをさらに含む。複数のセンサーの各々は、温室内の各場所における気温、葉温、根温、放射照度、湿度、および二酸化炭素濃度のうちの少なくとも１つを監視し、センサー出力を生成するように構成されている。複数の無線トランシーバが、センサー出力を制御部に送信するように構成されている。制御部は、環境の状態および植物の状態の組合せならびにセンサー出力に基づいて、植物の成長を促進するために、各光起電パネルの最適な固定角度位置を選択し、対応する各モーターに、選択された固定角度位置まで１つまたは複数の対応するロッドを回転するように命令するようにプログラムされている。有利なことに、本システムは、センサー出力および環境の状態に応答することにより、植物の成長を促進するためおよびエネルギーを生成するための最適な位置に各パネルを位置決めする。

オプションとして、複数のセンサーは、建造物内の垂直支柱の様々な高さに取り付けられ、気温、葉温、放射照度、湿度、および二酸化炭素濃度を監視するように構成された複数のセンサーユニットと、温室内の植物の根に配置され、根温を監視するように構成された複数の根温センサーと、を有する。垂直方向の様々な高さにセンサーを配置することにより、作物の放射照度および温度に対する要件のより正確な評価が可能になる。

オプションとして、ファンによる換気システムが設置される。制御部は、植物の高さより上のセンサーユニットによって感知される温度が、植物の高さのセンサーユニットによって感知される温度よりも高い場合、かつ植物の高さの温度が、植物の成長のための事前定義された最適温度よりも低い場合、温室内で空気を循環させるように換気システムに命令するように構成されている。したがって、有利なことに、垂直方向の様々な高さのセンサーは、換気システムの制御のための情報も提供する。

オプションとして、環境の状態および植物の状態は、光起電パネルの不透明度、光起電パネルを透過する光の周波数の範囲、現在の日付、現在の時刻、栽培されている作物の種類、当該作物の植え付けの日付、温室の地理的位置、温室の形状、温室のカバーの材料、および温室のカバーの透過率を含む。これらの入力に基づいて、制御部は、栽培されている各作物の必要とされる最小限の日積算光量（ＤＬＩ：Daily Light Integral）、日別の天候によって生成される放射照度の量、および必要な光量が作物に到達することを可能にするために必要とされるパネルの各々の対応する角度を決定することができる。

オプションとして、センサー出力は、温室の様々な部分における放射照度、温室の様々な部分における温度、温室の様々な部分における湿度、温室の様々な部分における葉温、温室の様々な部分における根温、および温室の様々な部分における二酸化炭素濃度を含む。これらの出力の各々は、パネルの最適な位置決めを決定するときに、制御部によって考慮される。

オプションとして、センサー出力の状態にかかわらず、制御部は、温室内の各植物が所定の最小限の日積算光量（ＤＬＩ）を受け取るように、パネルの各々の固定角度位置を選択するように構成される。したがって、制御部は、植物の成長のためのパネルの最適な位置決めを優先し、二次的にのみ電力生成のためにパネルの位置決めを行う。

オプションとして、特定の日に植物が所定の最小限ＤＬＩを受け取らなかったと制御部が判定した場合、制御部は、少なくとも後続の１日の所定の最小限ＤＬＩを超えるように当該後続の日のパネルの固定角度位置を指示することにより累積的に一連の日の平均最小限ＤＬＩを達成するように構成されている。したがって、有利なことに、制御部は、長期的には、作物が必要な量の光を確実に受け取るように構成されている。

オプションとして、本システムは、ファンによる換気システムをさらに含む。制御部は、温室内の温度が所定の温度を超えたときに温室の上部から熱風を抽出し、温室内の二酸化炭素レベルが所定のレベルを下回ったときに温室の外部から温室の内部に空気を注入するように換気システムに命令するように構成されている。所定の温度および所定のレベルは、環境の状態および植物の状態に基づいて決定される。有利なことに、制御部は、同一の環境の状態および植物の状態を使用して、パネルの角度位置の決定およびファンによる換気システムの動作の決定を行う。

オプションとして、環境の状態および植物の状態は、作物の特定の成長段階ごとの最大および最小の適切な範囲の温度および放射照度を含み、制御部は、パネルの回転を介して各作物の放射照度レベルを調整し、かつパネルの回転および換気システムの動作を介して各作物の温度レベルを調整することにより温度および放射照度レベルを適切な範囲内に維持するように構成されている。例えば、環境の状態および植物の状態が、作物がより多くの照射を必要とすることを示す場合、制御部は、ロッドにパネルを回転させて、より多くの光がパネルを通過できるようにする。これにより作物の最適温度を超えて温度が上昇する場合、換気システムは、温室を必要な温度まで冷却する。

第２の態様によれば、植物の成長を助長するための建造物における光起電パネルの角度位置の位置決めを最適化する方法が開示される。上記建造物は、複数のフレームを有し、各フレームは、ロッドに少なくとも１つの光起電パネルを有する。上記建造物は、少なくとも１つのモーターをさらに有する。各モーターは、１つまたは複数の対応するロッドを回転させるように、また、１つまたは複数の対応するロッドを複数の固定角度位置に維持するように構成される。上記建造物は、無線受信機をさらに有する。本方法は、建造物内の複数のセンサーを用いて、建造物内の場所における気温、葉温、根温、放射照度、湿度、および二酸化炭素濃度のうちの少なくとも１つを監視し、それによってセンサー出力を生成することを含む。本方法は、センサー出力を制御部に送信するステップと、環境の状態および植物の状態の組合せならびにセンサー出力に基づいて、植物の成長を促進するために、各光起電パネルの最適な固定角度位置を制御部で選択するステップと、１つまたは複数の対応するロッドを選択された固定角度位置まで回転させるように少なくとも１つの対応するモーターに命令するステップと、をさらに含む。有利なことに、本方法の実行によって、各パネルは、植物の成長を促進するための、およびエネルギーを発生させるための最適な位置に角度付けされる。

第２の態様による他の実装形態では、環境の状態および植物の状態は、光起電パネルの不透明度、光起電パネルによって通される光の周波数の範囲、現在の日付、現在の時刻、栽培されている作物の種類、当該作物の植え付けの日付、上記建造物の地理的位置、上記建造物の形状、上記建造物のカバーの材料、および上記建造物のカバーの透過率を含む。これらの入力に基づいて、制御部は、栽培されている各作物に必要とされる最小限の日積算光量、日別の天候によって生成される放射照度の量、および必要な光量が作物に到達することを可能にするために必要とされるパネルの各々の対応する角度を決定することができる。

第２の態様による他の実装形態では、センサー出力は、建造物の様々な部分における放射照度、建造物の様々な部分における温度、建造物の様々な部分における湿度、建造物の様々な部分における葉温、建造物の様々な部分における根温、および建造物の様々な部分における二酸化炭素濃度を含む。これらの出力の各々は、パネルの最適な位置決めを決定するときに、制御部によって考慮される。

第２の態様による他の実装形態では、本方法は、センサー出力の状態にかかわらず、建造物内の各植物が所定の日積算光量（ＤＬＩ）を受け取るように、パネルの各々の固定角度位置を選択することをさらに含む。したがって、本方法は、植物の成長のためのパネルの最適な位置決めを優先し、二次的にのみ電力生成のためにパネルの位置決めを行う。

オプションとして、本方法は、特定の日に植物が所定の最小限ＤＬＩを受け取らなかったと制御部が判定した場合、制御部は、少なくとも後続の１日の所定の最小限ＤＬＩを超えるように当該後続の日のパネルの固定角度位置を指示することにより累積的に一連の日の平均最小限ＤＬＩを達成することをさらに含む。有利なことに、長期的には、作物が必要な量の光を受け取る。

第２の態様による他の実装形態では、上記建造物は、温室であり、ファンによる換気システムをさらに有する。本方法は、温室内の温度が所定の温度を超えたときに温室の上部から熱風を抽出し、温室内の二酸化炭素レベルが所定のレベルを下回ったときに温室の外部から温室の内部に空気を注入するように換気システムに命令することをさらに含む。所定の温度および所定のレベルは、環境の状態および植物の状態に基づいて決定される。有利なことに、制御部は、同一の環境の状態および植物の状態を使用して、パネルの角度位置の決定およびファンによる換気システムの動作の決定を行う。

オプションとして、環境の状態および植物の状態は、作物の特定の成長段階ごとの最大および最小の適切な範囲の温度および放射照度を含む。制御部は、パネルの回転および換気システムの動作を通して各作物の放射照度レベルを調整することにより温度および放射照度レベルを適切な範囲内に維持するように構成されている。例えば、環境の状態および植物の状態が、作物がより多くの照射を必要とすることを示す場合、作物の成長段階に基づいて、制御部は、ロッドにパネルを回転させて、より多くの光がパネルを通過できるようにする。これにより作物の最適温度を超えて温度が上昇する場合、換気システムは、温室を必要な温度まで冷却する。

オプションとして、本方法は、植物の成長を促進するための各パネルの固定角度位置の最適化にたいする二次的な考慮事項として、太陽の移動を追跡するように各パネルの固定角度位置を調整することをさらに含む。太陽の移動を追跡することにより、パネルのエネルギー出力が最大化される。本方法は、植物の成長のためのパネルの最適な位置決めを優先し、二次的にのみ電力生成のためにパネルの位置決めを行う。

オプションとして、上記建造物は、露地作物上に配置された開放フレームであり、複数のセンサーは、１つまたは複数の風速計を備え、本方法は、１つまたは複数の風速計を用いて風速および風向を検出するステップと、検出された風速および風向が、少なくとも１つのパネルの環境の状態および現在の固定角度位置に応じた風速の最大許容度を超えることを決定するステップと、少なくとも１つのパネルの異なる固定角度位置への回転を指示するステップと、をさらに含む。上記建造物が開放フレームである場合、パネルは風にさらされており、パネルが所定のレベルよりも高い風力にさらされる場合、風はパネルを損傷し得る。パネルを移動し、風速が所定のレベルを上回る場合のパネルへの風荷重を最小限に抑えることにより、パネルが悪天候条件下でも確実に安全な状態に留まることに役立つ。

本開示の他のシステム、方法、特徴、および利点は、以下の図面および詳細な説明を検討すれば、当業者には明らかであるか、または明らかになるであろう。追加のシステム、方法、特徴、および利点はすべて、以下の説明内に含まれ、本開示の範囲内にあり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

本開示のいくつかの実施形態について、その例示のみを目的として添付の図面を参照して本明細書に記載する。以下、特に図面を詳細に参照して示す細部は、例示を目的とし、また本発明の実施形態の詳細な説明を目的とすることを強調する。同様に、図面と共に説明を見ることで、本開示の実施形態をどのように実践する可能性があるかが当業者には明らかとなる。

本開示の実施形態による、光起電パネルの装置の上面図 本開示の実施形態による、図１の装置の上方斜視図 本開示の実施形態による、図１の装置の正面図 本開示の実施形態による、図１の装置の側面図 本開示の実施形態による、温室のフレーム内に取り付けられた図１の装置の模式図 本開示の実施形態による、様々な高さに複数のセンサーユニットを有する垂直支柱の模式図 本開示の実施形態による、図１の光起電パネルの装置を制御するためのシステムの様々な構成要素を示すブロック図 本開示の実施形態による、放射照度条件の違いに基づく、図１の装置における光起電パネルの角度の変化を示す模式図

本発明は、いくつかの実施形態において、温室内の光起電パネルの装置に関し、より具体的には、他の形態を排除するものではないが、植物の成長を最適化するためにセンサー出力および環境の状態に基づいて光起電パネルが回転するように構成された制御システムに関する。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、必ずしもその用途が、以下の記載に示す、および／または図面および／または実施例で例示する、構成の詳細および要素の配置および／または方法に限定されるものではないことを理解するべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、また、さまざまな手段で実施または実行することが可能である。

特に定義しない限り、本明細書で使用する全ての技術および／または科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者により通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと同様のまたは等価な方法および材料を、本開示の実施形態の実践または試験に使用することができるが、例示的な方法および／または材料を下記に記載する。矛盾する場合、定義を含む特許明細書が優先する。加えて、材料、方法、および実施例は単なる例示であり、必ずしも限定を意図するものではない。

図１～図４を参照すると、光起電パネルの装置１０は、温室などの植物の成長を助長するための建造物に設置されるように構成されている。装置１０は、本明細書ではモジュールと呼ばれることもある。図１は、装置１０の上面図を示し、図２は、装置１０の上方斜視図を示し、図３は、装置１０の正面図を示し、図４は、装置１０の側面図を示す。

本開示で使用される「植物の成長を助長するための建造物」という用語は、畑に配置された温室および開放フレーム式建造物を包含する。本開示において使用される「温室」という用語は、ガラス、ポリエチレン、または他の種類のプラスチックなどの、主に透明な材料で作られた壁部および屋根を有する建造物を指し、温室内では、調節された気候条件を必要とする植物が育成される。温室は、支持梁で構成されたフレームと、支持梁によって支持される透明材料のカバーならびに／または壁部パネルおよび屋根パネルと、を有する。装置１０は、任意の形状を有し、任意の材料で作られた温室に設置されてもよい。例えば、温室の形状は、平アーチ、ドーム、トンネル、クオンセット、ゴシックアーチ、切妻、差し掛け（skillion）、差し掛け（lean-to）、両屋根式（even span）、不均一屋根式（uneven span）、連棟型（ridge and furrow）、Ａフレーム、または鋸歯状のうちの１つを有し得る。代替的に、装置１０は、露地作物の上に配置される。そのような実施形態では、フレームは、装置１０を支持するために、露地作物の上に構築される。フレームは、露地に構築された開放フレームであり、これは、開放フレームによって支持されたガラスパネルまたはプラスチックパネルがないことを意味する。いくつかのそのような実施形態では、フレームは、装置１０を支持するためだけに構築される。

また、本開示で使用される「支持梁」という用語は、温室または植物の成長を助長するための他の建造物のためのフレームを支持するために使用されるすべての材料を含み、アーチ、棟木、垂木、筋交い、垂直梁、木製フレーム部材、パイプフレーム部材、および鋼トラスまたは鉄トラスを含むが、これらに限定されない。

装置１０は、１つまたは複数のフレーム１２を含む。例示的な実施形態では、各フレーム１２は矩形であり、約１．５×２ｍの寸法を有する。各フレーム１２は、ロッド１６に取り付けられた少なくとも１つの光起電パネル１４を有する。フレーム部材１８は、光起電パネル１４を囲むように、各フレーム１２の外周に配置されている。各フレーム１２はまた、１つまたは複数のフレーム部材１８に取り付けられた少なくとも１つの取付具２０を含む。取付具２０は、温室または植物の成長を助長するための他の建造物の支持梁に取り付けられるサイズおよび形状である。取付具２０はまた、フレーム部材１８と支持梁との寸法のわずかなバラつきを考慮して、様々な長さに調整可能であってもよい。例示的な実施形態では、取付具２０は、伸縮ロッド２３を含む。コネクタ２４が、伸縮ロッド２３に取り付けられ、支持梁に配置され、支持梁の周りに嵌合されてもよい。図の実施形態では、コネクタ２４は、Ωの文字の形状であるが、任意の他の適切な形状を呈してもよい。オプションとして、コネクタ２４も寸法が調整可能である。また、取付具２０上に位置するΩの文字の形状のコネクタ２４に加えてまたはこれに替えて、他の取付手段が温室の支持梁に取り付けられ、取付具２０は、Ωの文字の形状のコネクタ内に嵌められるか、または別の方法で上記他の取付手段に取り付けられる。

各パネル１４は、フレーム部材１８の中空部内の配線系に接続されている。装置１０のサイズおよび電気的要件に応じて、フレーム１２は、各装置１０に取り付けられたマイクロインバータ（不図示）に直列または並列に接続される。マイクロインバータは、温室内で使用するために、温室のエネルギー供給網に電力を供給する。オプションとして、エネルギー供給網は、バッテリシステムを含み、本明細書でさらに説明するセンサーおよび換気システムなどの温室の電気デバイスのための唯一の電源である。オプションとして、マイクロインバータは、温室の外部に電力を供給するために、外部電力供給網に接続される。

好ましい実施形態では、装置１０は、既存の温室内に設置されるように設計される。例えば、図５では、装置１０は、トンネル形状の温室３０内に設置された状態が示されている。このように設置するために、装置１０は、フレーム１２の数およびフレーム１２当たりのパネル１４の数を既存の温室の寸法に応じて変更することができるモジュール式プラグアンドプレイシステムとして設計される。図の実施形態では、装置１０は、６つのフレーム１２を有し、各フレーム１２は、３つの光起電パネル１４を有する。このフレーム１２の数およびフレーム１２当たりのパネル１４の数は単なる例示であり、任意の数のフレーム１２およびパネル１４を使用してよい。フレーム１２の数は、実用的な考慮事項に基づいて制限され得る。そのような考慮事項の１つは、温室の支持梁の建造物上の制限、すなわち、フレーム１２の重量を支える支持梁の耐久力であり得る。そのような考慮事項の他の１つは、温室の最大の耐陰性、すなわち、フレームが多すぎるとパネル１４の角度にかかわらず非実用的に大きい量の陰影が生じること、であってもよい。

また、装置１０が既存の温室内に設置される好ましい実施形態では、装置１０は、温室の支持梁のみによって支持可能である。すなわち、装置１０を支持する目的のみのために追加の構造支持部を温室内に導入する必要がない。例えば、図５では、装置１０は、温室３０のアーチ３２に取り付けられ、アーチによって支持されている。アーチによる支持に加えて、またはアーチによる支持の代わりに、温室のフレーム部材が水平アーチ支持部を含む場合、取付具２０は、それらの水平アーチ支持部に取り付けられてもよい。

例示的な実施形態では、図５に示されるように、フレーム１２は、異なるアーチ３２間の横つなぎ材として配置されている。有利なことに、この構成では、フレーム１２は、骨組部材の構造的支持を強化している。

温室３０の支持梁によって完全に装置１０を支持できるように、装置１０の材料は軽量であることが好ましい。例えば、ロッド１６およびフレーム部材１８は、アルミニウムから作製されてもよい。

同様に、パネル１４は、軽量の光起電材料で作られることが好ましい。屋根に使用されるソーラーパネルのほぼ９０％は、現在、多結晶シリコンから作られている。多結晶シリコンパネルは、１平方メートル当たり２０～３０キログラムの重量であり、したがって、それらの重量を分配するために、多くの場合、追加の支持部材を必要とする。単結晶シリコンパネルは、同等の重量を有する。多結晶シリコンまたは単結晶シリコンを本開示のパネル１４に使用することができるが、それらの重量では、追加の支持なしに温室の既存のフレーム内に当該シリコンパネルを設置することは困難である。

より最近では、著しく軽量であり、したがって、既存の温室内に設置するためにより良好に適合された代替の光起電材料が開発されている。例えば、有機光起電材料（ＯＰＶ：Organic PhotoVoltaic material）は、炭素含有分子を含む光起電材料である。有機光起電材料は、プラスチック太陽電池としても知られている。ＯＰＶは、約５００グラム／平方メートルの重量であり、結晶シリコン等価物よりも４０倍以上軽くなる。加えて、ＯＰＶは、結晶シリコン太陽電池よりもはるかに薄い、わずか数ミリメートルの厚さであり得る。ＯＰＶの他の利点は、ＯＰＶが半透明であり、したがって、太陽光線に対して完全に垂直に置かれたときでさえいくらかの光にＯＰＶを通過させることができることである。ＯＰＶに加えて、パネル１４に使用され得る他の軽量光起電材料は、ペロブスカイト太陽電池、色素増感太陽電池、およびアモルファス薄膜シリコン太陽電池を含むが、これらに限定されない。

温室の屋根に装置１０を配置することとは対照的に、装置１０を温室内に設置することには多くの利点がある。第１に、温室の屋根の上に取り付けられたパネルは、温室内にあるパネルと比較して、より急速な劣化を示す。外付けパネルの劣化の原因には、埃や過酷な気象条件が含まれる。したがって、温室内のパネルは、寿命の増加および性能の改善を享受する。

図２を再び参照する。パネル１４は、フレーム１２に対して回転可能である。具体的には、各パネル１４は、載置された対応するロッド１６の回転によって別々に回転可能である。各ロッド１６は、軸受取付具を使用してフレーム１２内に嵌合され得、当該取付具内で回転可能であってもよい。例示的な実施形態では、ロッド１６は、ＡＣモーターであり得る少なくとも１つのモーター２６に接続されている。各ロッド１６は、単一のモーター２６によって制御され、一方、各モーター２６は、１つまたは複数のロッド１６を制御する。モーター２６は、ロッド１６に接続されたフレーム１２の辺部のレバーを調整するように構成される。レバーは、ロッド１６を所望の角度に回転させる。モーター２６は、当業者に知られている任意の機械的接続、例えば、歯車、カム、リニアクチュエーター、および回転アクチュエーターを介してレバーを動作させることができる。レバーは、フレーム１２の平面に対して多数の異なる角度位置にロッド１６を維持することができる。例示的な実施形態では、ロッド１６は、最大５０箇所の異なる角度位置に維持され得る。各モーター２６は、パネル１４をどのように方向付けるかに関する命令を受信するために、位置を概略的に示したトランシーバ２２に接続されている。

各モーターによって制御されるロッド１６の数は、様々であり得る。いくつかの実施形態では、単一のモーターが、所定のフレーム１２内のすべてのロッド１６を制御する。オプションとして、そのような実施形態では、フレーム１２内のすべてのパネル１４は、必ず一斉に動かされ、同じ角度に配向される。他の実施形態では、単一のモーターが、複数のフレーム１２のロッド１６を制御する。そのような実施形態では、いくつかのフレーム１２のパネル１４が他のフレーム１２のパネル１４とは異なる向きに向けられ得るように、別個の歯車システムがモーターと各フレーム１２とを接続している。

ここで図６および図７を参照すると、複数のセンサーユニット４０が、植物の成長を助長するための温室または他の建造物内の垂直支柱３６に設置されている。センサーユニット４０は、温室の微気候内の様々な高さにおける環境の状態を検知できるように、垂直支柱３６に様々な高さで配置されている。オプションとして、支柱３６は回転可能であり、その結果、所定のセンサーユニット４０内の各センサーが、支柱３６の周りの様々な箇所からデータを収集することができる。図６は、基部４２、気温センサー４４、二酸化炭素濃度センサー４６、および湿度センサー４８を有するセンサーユニット４０の概略的な実施形態を示す。図７に示されるように、センサーユニット４０はまた、放射照度センサー５０を有してもよい。植物の高さに位置する１つまたは複数の放射照度センサー５０に加えて、少なくとも１つの放射照度センサー５０が、フレーム１２の高さより上に位置する。パネル５０の高さより上の放射照度センサー５０は、様々な気象条件による放射照度の変化を測定し、一方、植物の高さの放射照度センサー５０は、各植物に到達する有効放射照度を測定する。センサーユニット４０は、葉温センサー５２をさらに有してもよい。例えば、温度プローブが基部４２から延在し、センサーユニット４０と同等の高さの葉の上に配置されてもよい。上述のセンサーの各々は、センサーユニット４０に含まれることに加えて、代替的に温室内に別々に固定され、制御部６２のトランシーバ６４に別々に無線センサー出力を送信してよい。

配線３８が各センサーに電力を供給する。図の実施形態では、配線３８は支柱３６の中空部内にあるが、配線３８は任意の他の好都合な場所にあってもよい。オプションとして、配線３８はまた、センサー出力を制御部６２に通信するためのデータ転送ケーブルを有する。データ転送ケーブルに加えてまたはデータ転送ケーブルに代えて、各支柱３６、または各センサーユニット４０は、センサー出力を制御部６２に通信するためのトランシーバを備える。

図７は、植物の成長を助長するための温室または他の建造物内の光起電パネル１４の角度位置決めを最適化するためのシステム６０の各種の構成要素を示すブロック図である。システム６０は、とりわけ、１つまたは複数のフレーム１２、１つまたは複数のモーター２６、および１つまたは複数のトランシーバ２２を有する少なくとも１つの装置１０を含む。制御部６２はトランシーバ６４を有する。トランシーバ６４は、センサーユニット４０から対応するトランシーバからの無線送信を受信するように構成されている。上述の各センサーに加えて、システム６０は、植物の成長を助長するための建造物内で成長する１つまたは複数の作物の根に構成される１つまたは複数の根温センサー５４も有する。建造物が開放フレーム式建造物である場合、システム６０は、風向および風速を測定するための少なくとも１つの風速計５６をさらに有する。システム６０に含まれ得るセンサーの種類は、上述の例に限定されず、他の種類のセンサーも同様に含まれ得る。

システム６０は、換気システム６６、例えばファンによる換気システムをさらに含むことができる。換気システム６６は、特に、以下でさらに述べられるように、温室内の空気を循環させ、温室から空気を抽出し、温室と外部環境との間で空気を交換するように構成され得る。制御部６２は、トランシーバ６４を介して換気システム６６に命令を通信することができる。

制御部６２は、処理回路を含むプログラマブルロジックコントローラであってもよい。処理回路は、プロセッサに本発明の態様を実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令を有するコンピュータ可読記憶媒体（または複数の媒体）を含んでよい。コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスによって使用するための命令を保持・記憶することができる有形のデバイスであり得る。コンピュータ可読記憶媒体は、たとえば、電子記憶デバイス、磁気記憶デバイス、光記憶デバイス、電磁記憶デバイス、半導体記憶デバイス、またはこれらの任意の適切な組合せであり得るが、これらに限定されない。

本明細書に記載するコンピュータ可読プログラム命令は、対応するコンピューティング／処理デバイスに、コンピュータ可読記憶媒体から、またはネットワーク（たとえば、インターネット、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワークおよび／もしくは無線ネットワーク）を介して外部コンピュータまたは外部記憶デバイスにダウンロードすることができる。

コンピュータ可読プログラム命令は、完全に処理回路上で、部分的に処理回路上で、スタンドアロンソフトウェアパッケージとして、部分的に処理回路上でおよび部分的にリモートコンピュータ上で、または完全にリモートコンピュータもしくはサーバ上で実行することができる。後者のシナリオでは、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介して処理回路に接続されてもよく、または接続は、外部コンピュータに（たとえば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介して）行われてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、プログラマブル論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）、またはプログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路が、本発明の態様を実行するためにコンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用して電子回路をパーソナライズすることによって、コンピュータ可読プログラム命令を実行してよい。

制御部６２は、メモリを含む。メモリには、様々な成長段階における様々な作物および／または作物の品種の最適な成長条件に関するデータのライブラリが事前にロードされ得る。これらの成長条件には、光合成有効放射（ＰＡＲ：Photosynthetically Active Radiation）範囲における放射照度、温度、湿度、ＣＯ_２濃度、ならびに日中および／または季節中に変化する他の動的ファクターの最小限および最大限の所望の範囲が含まれる。また、様々な時刻および年における太陽の位置のデータベースが、様々な場所に対して事前にロードされる。

システム６０の動作において、センサー（例えば、気温センサー４４、二酸化炭素濃度センサー４６、湿度センサー４８、放射照度センサー５０、葉温センサー５２、根温センサー５４、風速計５６、および／または任意の他の設置されたセンサー）のうちの１つまたは複数は、センサー出力を生成し、センサー出力を制御部６２に転送する。制御部６２は、植物の成長を促進するために、各光起電パネル１４に対して最適な固定角度位置を選択する。この選択は、センサー出力と、環境の状態および植物の状態の組合せとに基づく。そして、制御部６２は、各モーター２６に、対応する各ロッド１６を選択された固定角度位置まで回転させるように命令する。上述のように、例示的な実施形態では、パネル１４は、１日当たり最大５０段階の予めプログラムされた角度に移動されてもよい。

パネル１４の角度位置を決定するときに制御部６２によって考慮される環境の状態および植物の状態は、静的ファクターおよび動的ファクターを含み得る。静的ファクターは、パネル１４に使用される光起電材料のタイプ、（例えば、有機光起電パネルの場合のように光起電パネルが半透明である場合）光起電パネル１４の不透明度、および光起電パネル１４によって通される光の周波数の範囲を含み得る。静的ファクターは、現在の日付（例えば、当日が日照時間の長い夏の日であるかまたは日照時間の短い冬の日であるか）、および温室に対する太陽の角度に影響する現在の時刻をさらに含んでよい。他の静的ファクターは、栽培されている作物の種類、および適切な場合、栽培されている作物の品種である。異なる作物が育成する二酸化炭素濃度、放射照度、温度、および湿度についての条件は異なる。さらに、他の関連する静的ファクターは、作物の植え付けの日付である。最適な生育条件が植物の生育段階に応じて変化するからである。第５の関連する静的ファクターは、建造物の地理的位置である。建造物の地理的位置により、任意の所与の日に建造物が受ける太陽光の量およびタイミングが決まる。地理的位置は、高い精度（例えば、秒角の分解能）まで定義されうる。関連して、制御部６２は、建造物の形状（例えば、上に列挙した温室形状のいずれか）、カバーを有する場合は建造物のカバーの材料（例えば、ガラス、ポリエチレン、または他のプラスチック）、および温室のカバーの透過率など、建造物自体に関連する他のファクターを考慮してもよい。

さらに、制御部６２は、センサー出力によって定量化される様々な動的ファクターを考慮する。動的ファクターは、建造物の様々な部分における放射照度、建造物の様々な部分における温度、建造物の様々な部分における湿度、建造物の様々な部分における葉温、建造物の様々な部分における根温、および建造物の様々な部分における二酸化炭素濃度を含むことができる。

図８は、温室３０内のパネル１４の角度を制御する効果を概略的に示す。最大照射レベルは、パネルが９０°の太陽光入射の際、すなわち、太陽に平行であるときであり、全ての太陽光が温室に入ることを可能にする。最小照射レベルは、パネルが０°の太陽光入射であり、太陽光を遮断する場合である。上側の図では、パネル１４は、矢印によって表されるように、太陽光線に対して垂直に配向されている。結果として、植物７０に到達する太陽光は少なくなる。この向きは、植物の成長に必要とされる放射照度を超える高い放射照度が存在する状況に適している。パネル１４は、植物７０にたいしては最大限遮光し、光起電パネル１４によって生成される電気出力を最大化するように傾斜されている。下側の図では、パネル１４は、太陽光線に対して平行に配向され、最大量の太陽光が装置１０を通過して植物７０に到達することを可能にしている。逆に、パネル１４によって生成される電気量は最小である。この向きは、太陽によって提供される放射照度の全てが植物の成長を促進するために植物７０に向けられるため、放射照度が低い状況に適している。
オプションとして、センサー出力の状態にかかわらず、制御部６２は、建造物内の各植物が所定の最小限の日積算光量（ＤＬＩ）を受け取るように、パネル１４の固定角度位置を選択するように構成される。本開示において使用される「日積算光量」という用語は、２４時間にわたって平方メートルに蓄積される光合成有効光子（４００～７００ｎｍの範囲の光の個々の粒子）の数を指す。ＤＬＩは、通常、１日当たりの１平方メートル当たりの光子のモル数

として表される。典型的には、植物は、少なくとも

の最小限ＤＬＩを必要とし、最大で

を必要とする。成長する植物によって必要とされる目標ＤＬＩは、植物の種類および植物の成長段階などの植物自体の具体的状況に依存し得る。例えば、栄養挿穂（vegetative cuttings）は、その早期の発展段階では目標ＤＬＩは４～６であり得、その後の発展段階では目標ＤＬＩは６～１０であり得る。ユーザ制御を容易にするために、制御部６２は、１が最も低い目標ＤＬＩであり、１０が最も高い目標ＤＬＩである１から１０のＤＬＩのスケールを設定することができる。

したがって、例示的な実施形態では、制御部６２は、作物の種類および成長段階に基づいて各植物が１日のうちに所定の最小限ＤＬＩを受け取るように、パネル１４の位置決めを制御するようにプログラムされている。目標ＤＬＩに達したと制御部６２が判断すると、例えば、植物の高さの放射照度センサー５０からの入力に基づいて、制御部６２は、パネル１４を回転させるようにモーター２６に命令して電力の生成を最大化する。例えば、制御部６２は、パネル１４が太陽を追跡するように、すなわち、図８の上半分に示されているように常に太陽光線に対して垂直に配向されるように、モーター２６にパネル１４を回転させるように指示してもよい。

なお、発電の最大化を考慮することは、二次的な考慮事項である。制御部６２の動作における主な考慮事項は、植物の成長を促進することである。光起電パネルのための太陽追跡システムが知られているが、そのような既存の追跡システムは、太陽に光起電パネルを向けることによって、電気収率を最大化するようにのみ設計されている。そのようなデバイスは、一日を通して自身の方位を変えて太陽の経路をたどることにより、入射光とパネルとの間の入射角（光線と表面に垂直な線とが作る角度）を最小限に抑える。これにより、設備が生成するエネルギーの量が増加する。これらのデバイスは、典型的には、放射照度センサーからの入力に従って移動する電気モーターに可動パネルを取り付けることによって、上記の結果を達成する。上記システムは、太陽が１日の間に東から西へと追跡される単一軸であってもよいし、太陽が垂直軸上でも同様に追跡される２軸であってもよい。

システム６０では、追跡システムは、１つの軸上で太陽に追従するが、その動きは、追加のファクターによって調整される。これらのファクターは、上述のように、量および質の両方に関して、温室３０で栽培される作物の農業生産量を決定するファクターである。電気出力よりも作物生産がシステム６０の最優先事項である。

特定の一日または一連の日において（例えば、それらの日がひどく曇っていたため）植物が所定の最小限ＤＬＩを受け取らなかったと制御部６２が決定する場合、制御部６２は、少なくとも後続の１日の所定の最小限ＤＬＩを超えるように当該後続の日のパネルの固定角度位置を指示するように構成され得る。例えば、所定の最小限ＤＬＩが１０であり、１日目に、制御部６２が植物が５のＤＬＩを受け取ったと決定する場合、翌日、制御部６２は、既知の飽和限界を前提として、１５の最小限ＤＬＩ、または任意の他の適切なＤＬＩを達成するようにパネル１４の開放を指示してもよい。その結果、累積的に、一連の日における平均最小限ＤＬＩが達成される。

各植物が最小限ＤＬＩを確実に受け取るようにすることに加えて、制御部６２はまた、温度を調節するようにプログラムされ得る。日陰を大きくして温度を下げたり、または日陰を小さくしてより多くの放射の進入および捕捉を可能にしたりすることによって、温度が調節される。

各温室作物には、特定の成長段階ごとに、温度および放射照度の最大および最小の推奨範囲がある。放射照度レベルと同様に、温度範囲は、１～１０のグレードにすることができ、１は所望の温度の最小レベルを示し、１０は所望の温度の最大レベルを示す。いくつかの作物は、いくつかの成長段階において、過剰な熱または過剰な照射のいずれかに対して、より耐性があるか、またはより脆弱であり得る。制御部６２は、作物の生産を改善するために放射照度および温度を最適化するようにプログラムされている。

図７に関連して上述したように、システム６０は、ファンによる換気システム６６をさらに含む。制御部６２は、温室３０内の温度および二酸化炭素レベルを制御するために換気システムを動作させるように構成されている。例えば、植物の高さに配置された気温センサー４４が、温度が植物の成長のための所定の最適温度よりも低いことを示すが、植物の高さよりも高いセンサーユニット４０に配置された気温センサー４４が、温度がより高いことを示す場合、制御部６２は、温室３０内の空気を循環させるように換気システム６６に指示し、その結果、より暖かい空気が植物の高さまで循環される。このシナリオは、典型的には冬期に起こり得る。他の例として、温室３０内の温度が所定の温度を超える場合、制御部６２は、温室３０の上部から熱風を抽出するように換気システム６６に命令するように構成されている。さらに他の例として、制御部６２は、温室３０内の二酸化炭素レベルが所定のレベルを下回る場合、温室３０の外部から温室の内部に空気を注入するように換気システム６６に命令してよい。これらの所定の温度および所定の二酸化炭素レベルは、上述の環境の状態および植物の状態に基づいて決定されうる。

さらに、制御部６２は、温室３０内で生育する植物の理想的な温度および放射照度条件のバランスをとるように、モーター２６と協働して換気システム６６を動作させてもよい。例えば、制御部６２は、目標放射照度（ＤＬＩ）への到達、および設定された最大と最小との間での気温の維持がプログラムされていてもよい。これらの目標範囲は、作物の特定の各成長段階に応じて設定されうる。制御部６２は、パネル１４の回転を介して各作物の放射照度レベルを調整し、パネル１４の回転および換気システムの動作を介して各作物の温度レベルを調整して、温度および放射照度レベルを適切な範囲内に維持するように構成されている。

以下の例は、放射照度および温度が１～１０のスケールで測定されるシステムにおいて、所望の放射照度および温度に適応するための制御部６２の動作を示す。作物Ａは、早期の成長段階で高温に対して作物Ｂよりも脆弱であり得るが、推奨される範囲の高いレベルの放射照度レベルに対する感受性は低い。成長の後期段階において、作物Ａは、高いレベルの放射照度に対して脆弱である。そのような場合、植え付け後１日目から４５日目までは、制御部６２は、温度が推奨範囲のレベル５に達したときに換気システム６６の冷却ファンをオンにするが、推奨放射照度範囲のレベル８に達するまで、光起電パネル１４を太陽に対して０°の最大追跡力のままにしておくようにプログラムされる。そして、パネル１４は、レベル１０に達するまで太陽から４５°に回転され、パネルを太陽に対して９０°に回転する場合、発電が最大化される。植え付けから４５日後、システム６０は、放射照度がレベル４に達した後、パネルを太陽に対して９０°に回転させ、放射照度レベルを参照せずに冷却ファンを動作させるようにプログラムされる。

一方、作物Ｂは、発展のすべての段階において、高い放射照度および高い温度の両方に同等に感受性があり得る。この場合、制御部６０は、両方の入力が推奨範囲のレベル２に達すると、放射照度および温度の低減を開始するようにプログラムされる。

再度図７を参照すると、上述したように、システム６０は、露地作物の上の開放フレーム式建造物に設置することができる。露地作物の上にシステム６０を設置する利点は、より多数のパネル１４を展開できることである。しかしながら、逆に、パネル１４は、悪環境の状態に曝される。特に、パネル１４は軽量であるため、特に強風によるダメージを受けやすい。したがって、開放フレーム式建造物に設置されるシステム６０の実施形態では、センサーは、１つまたは複数の風速計５６を含む。開放フレーム式建造物におけるシステム６０の動作方法は、風速計５６を用いて風速および風向を検出することを含む。風は、パネル１４の角度位置、風向、および風速に応じて、パネル１４に異なるトルクを及ぼす。制御部６２は、パネル１４の最大トルク許容度が予めプログラムされている。制御部６２が、検出された風速および風向が、パネル１４の現在の向きにおけるパネル１４の風速に対する最大許容度を超えると決定する場合、制御部６２は、風荷重を最小限に抑えるために、異なる固定角度位置へのパネル１４の回転を指示する。パネルの向きおよび許容可能な風速限度に関するデータは、風がシステムを危険にさらす可能性がある場合、他のすべての入力よりも優先されるオーバーライド命令として制御部６２にロードされる静的データである。他のすべての点で、システム６０は、露地建造物および温室内で同一に動作してもよい。

本出願から完成される特許の存続期間の期間中には、本明細書に記載される機能に適した多くの関連する光起電材料および多くの関連するタイプのセンサーが開発されることが予期され、光起電材料およびセンサーという用語の範囲は、すべてのそのような新しい技術を先験的に含むことが意図される。

本明細書で使用される「約」は、±１０％を指す。

「含む（comprises）」、「含む（comprising）」、「含む（includes）」、「含む（including)」、「有する(having）」およびその活用形は、「限定されるものではないが、含む（including but not limited to）」を意味する。この用語は、「からなる（consisting of）」および「から本質的になる（consisting essentially of）」という用語を包含する。

「から実質的になる」という用語は、組成物または方法が追加の成分および／または工程を含み得ることを意味する。但しこれは、追加の成分および／または工程が、
請求項に記載の組成物または方法の基本的かつ新規な特性を実質的に変更しない場合に限られる。

本明細書において、単数形を表す「a」、「an」および「the」は、文脈が明らかに他を示さない限り、複数をも対象とする。例えば、「化合物（a compound）」または「少なくとも１種の化合物」には、複数の化合物が含まれ、それらの混合物をも含み得る。

「例示的」は、本明細書では、「例、事例、または実例として働くこと」を意味するために使用される。「例示的」として説明される任意の実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましいもしくは有利であると解釈されるべきではなく、かつ／または他の実施形態からの特徴の組み込みを除外するものでもない。

「オプションとして」は、本明細書では、「いくつかの実施形態で提供され、他の実施形態では提供されない」を意味するために使用される。本発明の任意の特定の実施形態は、複数の「オプションの」特徴が矛盾しない限り、これら「オプションの」特徴を含んでよい。

本出願全体を通して、本発明の様々な実施形態は、範囲形式で提示されうる。範囲形式での記載は、単に利便性および簡潔さのためであり、本発明の範囲の柔軟性を欠く制限ではないことを理解されたい。したがって、範囲の記載は、可能な下位の範囲の全部、およびその範囲内の個々の数値を特異的に開示していると考えるべきである。例えば、１～６といった範囲の記載は、１～３、１～４、１～５、２～４、２～６、３～６等の部分範囲のみならず、その範囲内の個々の数値、例えば１、２、３、４、５および６も具体的に開示するものとする。これは、範囲の大きさに関わらず適用される。

本明細書において数値範囲を示す場合、それは常に示す範囲内の任意の引用数（分数または整数）を含むことを意図する。第１の指示数と第２の指示数「との間の範囲」という表現と、第１の指示数「から」第２の指示数「までの範囲」という表現は、本明細書で代替可能に使用され、第１の指示数および第２の指示数と、それらの間の分数および整数の全部を含むことを意図する。

明確さのために別個の実施形態に関連して記載した本発明の所定の特徴はまた、１つの実施形態において、これら特徴を組み合わせて提供され得ることを理解されたい。逆に、簡潔さのために１つの実施形態に関連して記載した本発明の複数の特徴はまた、別々に、または任意の好適な部分的な組み合わせ、または適当な他の記載された実施形態に対しても提供され得る。さまざまな実施形態に関連して記載される所定の特徴は、その要素なしでは特定の実施形態が動作不能でない限り、その実施形態の必須要件であると捉えてはならない。

本発明をその特定の実施形態との関連で説明したが、多数の代替、修正および変種が当業者には明らかであろう。したがって、そのような代替、修正および変種の全ては、添付の特許請求の範囲の趣旨および広い範囲内に含まれることを意図するものである。

本明細書で言及した全ての刊行物、特許および特許出願が、個々の刊行物、特許および特許出願のそれぞれについて具体的且つ個別の参照により本明細書に組み込む場合と同程度に、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれることが出願人の意図するところである。加えて、本願におけるいかなる参考文献の引用または特定は、このような参考文献が本発明の先行技術として使用できることの容認として解釈されるべきではない。また、各節の表題が使用される範囲において、必ずしも限定として解釈されるべきではない。加えて、本出願の優先権書類がある場合は、その全体が参照により本明細書に援用される。

Claims (23)

1. 複数の光起電パネルを有し、複数の支持梁によって支持された屋根を有する温室に設置されるように構成された装置であって、
   ロッドに取り付けられた少なくとも１つの光起電パネルをそれぞれが備える複数のフレームと、
   各光起電パネルを複数の異なる固定角度位置に導くために１つまたは複数の対応するロッドを回転させるようにそれぞれが機械的に接続された少なくとも１つのモーターと、
   前記装置が前記複数の支持梁によってのみ支持可能であるように前記複数の支持梁のうちの少なくとも１つに取り付けられるサイズおよび形状をそれぞれが有する、前記装置の外周に配置された複数の取付具と、
   を備えた装置。
2. 前記支持梁はアーチを備え、前記フレームは、異なるアーチの間の横つなぎ材として配置され、これにより、骨組部材のための構造的支持を強化している、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記フレームおよび前記ロッドの各々は、アルミニウムで作られている、
   請求項１に記載の装置。
4. 対応する各モーターが、前記１つまたは複数の対応するロッドを最大５０箇所の異なる固定角度位置に維持することができる、
   請求項１に記載の装置。
5. 温室内の光起電パネルの角度位置を最適化するためのシステムであって、
   少なくとも１つの、請求項１に記載の装置と、
   無線トランシーバを有する制御部と、
   各フレームに関連付けられ、前記制御部から命令を受信するように構成された少なくとも１つの無線トランシーバと、
   前記温室内の場所における気温、葉温、根温、放射照度、湿度、および二酸化炭素濃度のうちの少なくとも１つをそれぞれが監視し、センサー出力を生成するように構成された複数のセンサー、および前記センサー出力を前記制御部に送信するための複数の無線トランシーバと、を備え、
   前記制御部は、環境の状態および植物の状態の組合せならびに前記センサー出力に基づいて、植物の成長を促進するために、各光起電パネルの最適な固定角度位置を選択し、対応する各モーターに、選択された前記固定角度位置まで１つまたは複数の対応するロッドを回転するように命令するようにプログラムされている、
   システム。
6. 前記複数のセンサーは、
   建造物内の垂直支柱の様々な高さに取り付けられ、気温、葉温、放射照度、湿度、および二酸化炭素濃度を監視するように構成された複数のセンサーユニットと、
   前記温室内の植物の根に配置され、根温を監視するように構成された複数の根温センサーと、を備える、
   請求項５に記載のシステム。
7. ファンによる換気システムをさらに備え、前記制御部は、植物の高さより上のセンサーユニットによって感知される温度が、植物の高さのセンサーユニットによって感知される温度よりも高い場合、かつ植物の高さの温度が、植物の成長のための事前定義された最適温度よりも低い場合、前記温室内で空気を循環させるように前記換気システムに命令するように構成されている、
   請求項６に記載のシステム。
8. 前記環境の状態および植物の状態は、前記光起電パネルの不透明度、前記光起電パネルを透過する光の周波数の範囲、現在の日付、現在の時刻、栽培されている作物の種類、前記作物の植え付けの日付、前記温室の地理的位置、前記温室の形状、前記温室のカバーの材料、および前記温室の前記カバーの透過率を含む、
   請求項５に記載のシステム。
9. 前記センサー出力は、前記温室の様々な部分における放射照度、前記温室の様々な部分における温度、前記温室の様々な部分における湿度、前記温室の様々な部分における葉温、前記温室の様々な部分における根温、および前記温室の様々な部分における二酸化炭素濃度を含む、
   請求項５に記載のシステム。
10. 前記センサー出力の状態にかかわらず、前記制御部は、前記温室内の各植物が所定の最小限の日積算光量（ＤＬＩ：Daily Light Integral）を受け取るように前記光起電パネルの各々の固定角度位置を選択するように構成されている、
    請求項５に記載のシステム。
11. 前記制御部が、特定の日に植物が所定の最小限ＤＬＩを受け取らなかったと判定した場合、前記制御部は、少なくとも後続の１日の所定の最小限ＤＬＩを超えるように当該後続の日の前記光起電パネルの前記固定角度位置を指示することにより累積的に一連の日の平均最小限ＤＬＩを達成するように構成されている、
    請求項１０に記載のシステム。
12. ファンによる換気システムをさらに備え、前記制御部は、前記温室内の温度が所定の温度を超えたときに前記温室の上部から熱風を抽出し、前記温室内の二酸化炭素レベルが所定のレベルを下回ったときに前記温室の外部から前記温室の内部に空気を注入するように前記換気システムに命令するように構成され、前記所定の温度および前記所定のレベルは、前記環境の状態および植物の状態に基づいて決定される、
    請求項５に記載のシステム。
13. 前記環境の状態および植物の状態は、作物の特定の成長段階ごとの温度および放射照度の最大および最小の適切な範囲を含み、前記制御部は、前記光起電パネルの回転を介して各作物の放射照度レベルを調整し、かつ前記光起電パネルの回転および前記換気システムの動作を介して各作物の温度レベルを調整することにより前記温度および放射照度レベルを前記適切な範囲内に維持するように構成されている、
    請求項１２に記載のシステム。
14. 植物の成長を促進するための各パネルの前記角度位置の最適化に対する二次的な考慮事項として、前記制御部は、太陽の移動を追跡するように各パネルの前記固定角度位置を調整するように構成されている、
    請求項５に記載のシステム。
15. 植物の成長を助長するための建造物における光起電パネルの角度位置決めを最適化する方法であって、
    前記建造物は、
    ロッドに取り付けられた少なくとも１つの光起電パネルと、１つまたは複数の対応するロッドを回転させるように、また、前記１つまたは複数の対応するロッドを複数の固定角度位置に維持するように構成された少なくとも１つのモーターと、をそれぞれが備える複数のフレームと、
    無線受信機と、を備え、
    前記方法は、
    前記建造物内の複数のセンサーを用いて、前記建造物内の場所における気温、葉温、根温、放射照度、湿度、および二酸化炭素濃度のうちの少なくとも１つを監視することによりセンサー出力を生成するステップと、
    制御部に前記センサー出力を送信するステップと、
    環境の状態および植物の状態の組合せならびに前記センサー出力に基づいて、植物の成長を促進するために、各光起電パネルの最適な固定角度位置を前記制御部で選択するステップと、
    前記１つまたは複数の対応するロッドを選択された前記固定角度位置まで回転させるように少なくとも１つの対応するモーターに命令するステップと、
    を含む方法。
16. 前記環境の状態および植物の状態は、前記光起電パネルの不透明度、前記光起電パネルによって通される光の周波数の範囲、現在の日付、現在の時刻、栽培されている作物の種類、当該作物の植え付けの日付、前記建造物の地理的位置、前記建造物の形状、前記建造物のカバーの材料、および前記建造物の前記カバーの透過率を含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記センサー出力は、前記建造物の様々な部分における放射照度、前記建造物の様々な部分における温度、前記建造物の様々な部分における湿度、前記建造物の様々な部分における葉温、前記建造物の様々な部分における根温、および前記建造物の様々な部分における二酸化炭素濃度を含む、
    請求項１５に記載の方法。
18. 前記センサー出力の状態にかかわらず、前記建造物内の各植物が所定の最小限の日積算光量（ＤＬＩ）を受け取るように、前記光起電パネルの各々の固定角度位置を選択するステップをさらに含む、
    請求項１５に記載の方法。
19. 前記制御部が、植物が特定の日に当該植物の所定の最小限ＤＬＩを受け取らなかったと判定した場合、少なくとも後続の１日の前記所定の最小限ＤＬＩを超えるように当該後続の日の前記光起電パネルの前記固定角度位置を指示することにより累積的に一連の日の平均最小限ＤＬＩを達成する、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記建造物は、温室であり、ファンによる換気システムをさらに備え、前記方法は、前記温室内の温度が所定の温度を超えたときに前記温室の上部から熱風を抽出し、前記温室内の二酸化炭素レベルが所定のレベルを下回ったときに前記温室の外部から前記温室の内部に空気を注入するように前記換気システムに命令するステップをさらに含み、前記所定の温度および前記所定のレベルは、前記環境の状態および植物の状態に基づいて決定される、
    請求項１５に記載の方法。
21. 前記環境の状態および植物の状態は、作物の特定の成長段階ごとの温度および放射照度の最大および最小の適切な範囲を含み、前記制御部は、前記光起電パネルの回転および前記換気システムの動作を介して各作物の放射照度レベルを調整することにより前記温度および放射照度レベルを適切な範囲内に維持するように構成される、
    請求項２０に記載の方法。
22. 植物の成長を促進するための各パネルの前記固定角度位置の最適化に対する二次的な考慮事項として、太陽の移動を追跡するように各パネルの前記固定角度位置を調整するステップをさらに含む、
    請求項１５に記載の方法。
23. 前記建造物は、露地作物上に配置された開放フレームであり、前記複数のセンサーは、１つまたは複数の風速計をさらに備え、
    前記１つまたは複数の風速計を用いて風速および風向を検出するステップと、
    検出された前記風速および風向が、少なくとも１つのパネルの前記環境の状態および現在の固定角度位置に応じた風速の最大許容度を超えることを決定するステップと、
    前記少なくとも１つのパネルの異なる固定角度位置への回転を指示するステップと、をさらに含む、
    請求項１５に記載の方法。
    

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