JP3168944U - 太陽光発電および植物成育システム - Google Patents

Abstract

【課題】限られた土地の上で、太陽光発電を行いつつ、その下で農作物を成育させることができる太陽光発電および植物成育システムを提案する。【解決手段】上面に光発電素子を配し、下面にランプを配した太陽光パネルを、地面から支柱で支えて構成されて、光発電素子において発電すると共に、太陽光パネル下となる地面にランプの光により植物を成育させることができるようにしている。ランプは、発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプ、蛍光ランプ、水銀ランプから任意に選び、さらに太陽光パネル下面のランプ設置以外の面を光反射面にするのがよい。また、太陽光パネルの周囲には、光を透過するプラスチックシートを垂らして囲むことができる。【選択図】図２

Description

本考案は、太陽光発電および植物成育システムに係り、より詳しくは太陽光発電を行いつつ、その電力の一部を蛍光灯や発光ダイオード（ＬＥＤ）の照射に利用して農作物の育成を行う太陽光発電および植物成育システムに関するものである。

現代の人の生活、および生活を取り巻く工業、輸送など広く産業界では電気は欠かせないエネルギー源であり、この電気は、水力発電、火力発電、さらに近代では原子力発電により生み出されてきた。しかし、水力発電は、拡充しようとすると自然破壊を伴うことで限界があり、火力発電は、化石燃料の使用で資源に限界があり、さらに大気汚染という問題も出てきて、やはり限界がある。その打開策として原子力発電が提案され、世界各地で実施に移されているが、一つ間違えると放射線物質の飛散による放射能汚染という危険が隣合わせている。その典型が、平成２３年３月１１日の東日本地震による原子力発電所事故である。

これら発電手段に代るものとして、地熱発電、風力発電、太陽光発電などが提案されているが、比較的容易に実施、普及できる手段は太陽光発電である。太陽光発電は、水力発電、火力発電、原子力発電のように一箇所で大電力の発生を望むことができないが、一部の建物、特に屋根などに受光素子のある発電パネル設置して自家消費分とし、一部を電力会社に売ることができる迄になってきた。しかし、太陽光発電をさらに大きく拡充しようとすると、発電パネルを設置するための広い場所の確保が問題となってくる。

一方、地球上の植物は、成育には太陽光が必須であることは今さら論ずるまでもない。限られた土地から植物、特に農作物を生産するために、太陽光に代って電灯、特に蛍光灯やエネルギー効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）の光を利用し光合成をさせることで室内での植物栽培を可能にすることが行われている〔例えば、特許文献１参照〕。一般に植物には、成育を促進するに都合がよい波長領域と、逆に成育を阻害する波長領域があるとされており、従って、成育を阻害する波長領域の光を遮光しつつ、成育に都合がよい波長領域の光を多く照射することで植物の成育を促進することができる〔例えば、特許文献２参照〕。このような観点から、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードを光源とする２種類の光を照射して光の全放射エネルギー量に対して、６００〜７００ｎｍの波長域の光放射エネルギー量が２５〜５０％、５００〜６００ｎｍの波長域の光放射エネルギー量が１５〜３０％の範囲にする植物栽培方法も提案されている〔例えば、特許文献３参照〕。また、特定波長のＬＥＤ光源で照射して有用植物を育成すると共に、病虫害を減らそうとする提案もある〔例えば、特許文献４参照〕。

特開２００３−００９６６２号公報 特開２０１１−００００２６号公報 特開２０１０−１３０９８６号公報 特開２００１−０２８９４７号公報

本考案は、太陽光発電と農作物育成といった現代社会が直面する２つの問題に対して一度に解決できる一つの回答を提案するものであり、その目的は、限られた土地の上で太陽光発電を行いつつ、その下で農作物を成育させることができる太陽光発電および植物成育システムを提案することである。

本考案は、太陽光を受けて光発電素子によって発電すると共に、ランプからの照射を受けて地面に植物を成育させることができるようにした太陽光発電および植物成育システムであって、上面に光発電素子を配し、下面にランプを配した太陽光パネルを、地面から複数の支柱で支えて構成される。

ここで、ランプは、発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプ、蛍光ランプ、水銀ランプから任意に選び、さらに太陽光パネル下面のランプ設置部位以外を光反射面にすることができる。また、太陽光パネルの周囲には、光を透過するプラスチックシートを垂らして囲むことができる。

本考案により、一つの地面で太陽光発電と農作物育成の両方を実施できる。
すなわち、光が太陽光パネルにより遮断されて植物の成長ができなくなる不都合を解決して、大地のエレルギーを吸収する本来の農業が可能となり、植物にとっては成育に都合のよい波長の光が照射されることができて発育が良好になる。他方、太陽光パネルにとっては、地上に設置されることで保守点検が容易になる。

本考案による植物成育システムの一つの例を模式的に斜視図で示している。 図１の植物成育システムの実施形態を模式的に断面図で示している。

本考案の太陽光発電および植物成育システムは、太陽光パネルを支柱で支え、太陽光パネルの片面に光発電素子を配し、その反対面にランプを配してて構成される。植物成育システムの使用にあたっては、畑とする地面にこの植物成育システムを複数個並べ、太陽光パネルの下となる地面に作物を栽培する。

太陽光パネルは、その大きさ、形状は限定されないが、通常６０ｃｍ〜１００ｃｍの短辺と、１２０ｃｍ〜２００ｃｍの長辺でなる長方形であり、その一方の面に光発電素子を、その反対面にランプを配置する。太陽光発電および植物成育システムとして組立てるに際し、太陽光パネルは、一方向に傾けると、太陽光の照射がよく行われ、また雨水を流すことができるので都合よい。

太陽光パネルを支える支柱は、太陽光パネルの大きさにより変わり、その数は特に限定するものではないが、通常太陽光パネルの四隅となる４本である。支柱は、断面が四角形状、丸型形状、Ｌ型形状などであり、その設地部は、コンクリートなどで地面に固定される。支柱は、さらに横方向、あるいは斜め方向に補強材を追加することができるが、本考案は、これら補強材について何ら制限するものではない。代表的には、支柱の断面（太さ）は一辺が３ｃｍ程度であり、長さは、太陽光パネルの設置高さに関係し、特に限定するものではないが、実用的には１００ｃｍ〜２００ｃｍである。１００ｃｍより短いと、栽培する植物の手入れが難しくなることが多く、また２００ｃｍより長いとランプの光が充分に作物に届かず、作物の成育不良となり易い。

太陽光パネルは、光発電素子を配した面を上にして設置され、太陽光パネルの片面に可能な限り多くして全面に配置する。本考案に使用される光発電素子は、特に限定されるものではなく、通常太陽光発電に使用される、例えば結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン系太陽電池、銅／インジウム／ガリウム／セレン（ＣＩＧＳ）、銅／インジウム／セレン（ＣＩＳ）などの化合物半導体薄膜太陽電池、その他色素増感型、有機薄膜型などの有機系太陽電池がある。

本考案に使用されるランプは、太陽光パネルの光発電素子とは反対面に配置され、これを下面にして組立てられる。ランプは、蛍光ランプ、ＬＥＤランプ、水銀ランプなどがあり、電気消費量が少ないということでは発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプが優れている。ランプは、その形状、設置数などは任意に決められるが、通常、形状は球状、あるいは管状であり、その数は、目的とする地面に植物成育システムを複数個並べて使用されることから、太陽光パネルの下となる地面に栽培する植物が充分にエネルギーが供給されるように、ランプの出力を考慮して任意の数が取り付けられる。代表的には、一つの太陽光パネルに対して１個〜３個であるが、複数個並べられた太陽光パネルについて、取付られたランプの数、種類は互いに異なっていてもよい。

ランプは、植物の成育にとって都合のよい波長の光を発するものが選ばれる。植物は、ランプからの照射光を受けて成育する。このときの照射光は、植物の葉を厚く、茎を太くするなど形態形成には青色波長（４００〜５００ｎｍ）の光、茎を伸ばすなど伸張には赤色波長（６００〜７００ｎｍ）の光が有効とされ、両者のバランスが必要である。また、遠赤色光（７００〜８００ｎｍ）を加えると相乗効果（エマーソン効果）で成育に都合がよいことも知られている。ある研究結果では、赤色と遠赤色光の比率（赤色光／遠赤色光）が、１．０、あるいはそれ以下が良いとしている。植物によっても、また農業の立場から葉を目的とするか花や実を目的とするかによっても、当然最適波長は異なってくる。本考案は、植物にとって最適波長を議論するものではなく、これまでの知見と経験から、目的とする植物の成育に都合のよい光を出すランプを選択する。

植物の成育にとって都合のよい波長の光を発するランプは、いくつかの市販品があり、本考案では、これら市販のランプを任意に選んで使用できる。

市販ランプの例として、蛍光ランプでは、パナソニック株式会社の「植物用蛍光灯“ＦＬ４０Ｓ・ＦＲ・Ｐ”、“ＦＬ２０Ｓ・ＦＲ・Ｐ”」、日本電気株式会社の「ビオルックスＡ、ビオルックスＨＧ」、旭光電機株式会社の「アサヒプラントライト」、東芝株式会社の「植物鑑賞・育成用蛍光ランプ（プラントルクス）“ＦＬ２０ＳＳ・ＢＲＮ／１８”、“ＦＬ４０Ｓ・ＢＲＮ”」などがあり、ＬＥＤランプでは、オプトコード株式会社の「植物育成用ＬＥＤランプ」、グレイシャル・テック社〔ＧｌａｃｉａｌＴｅｃｈ Ｉｎｃ．（台湾）〕の「植物育成用ＬＥＤランプ“ＧＬ−ＧＢ０８ ＬＥＤ Ｇｒｏｗ Ｌｉｇｈｔシリーズ”」、広州朗迪（ｌｏｎｄｅｅｄ）光電製品有限公司〔中国〕の「ＬＥＤ植物育成用ライト」があり、水銀ランプとして、岩崎電気株式会社の「ＨＩＤランプ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｌａｍｐ）〕があり、それぞれ植物成育用として特化している。

上述したように、植物の最適成育には、青色光、赤色光および遠赤色光のバランスが要求されている。市販のランプでは、これらの要素が満たされるように特定波長の光を多くするよう設計されていて、これらから選択することで充分なこともある。しかし、これらから選択しない場合、あるいはさらに特定波長の光を多くする場合などでは、２種以上のランプを組合わせて使用するのも有効である。また、植物の疫病の原因となるバクテリア、ウイルス、細菌、カビ類などの病原菌を死滅させるに有効な光、特に紫外光（４００ｎｍ以下）を適宜与えられるようなランプを組合わせて使用することも有効であり、このようなランプを組み合わせることも本考案に包含するものである。

２種以上のランプを組合わせて取付けるとき、ランプを共通の一つの回路にしてもよいが、ランプを適宜グループ分けして、それぞれのグループを異なる回路として、それぞれの回路を制御して、栽培している植物にとって最適な波長、最適な照射時間を決められるように制御していくこともできる。これにより、光波長、光量、照射時間を容易に最適化することができ、植物の収穫量を多くし、味も良くすることができる。

上記したように、太陽光パネルの下面にはランプが設置される。このとき、太陽光パネルの下面でランプ設置部以外の面の少なくとも一部に、光反射面とすると光の照射効率を高めることができて好ましい。光反射面としては、アルミニウム蒸着面、アルミニウムあるいはその合金の金属面などである。

また、本考案では、さらに太陽光パネルの周囲に光を透過するプラスチックシートを垂らして囲むことができ、これにより太陽光パネルの下に成育させる植物を保温して、植物の成長を促進させることができる。このとき、太陽光パネル毎に全部の周囲にプラスチックシートを垂らして囲んでもよく、あるいは複数の太陽光パネルをまとめてグループ分けし、それらグループ毎の周囲にプラスチックシートを垂らして囲んでもよい。ここで、用いられるプラスチックシートは、一般に農業用のグリーンハウス（通称、ビニールハウスと呼ばれる）に使用されるプラスチックフィルムであり、本考案では特に限定するものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニール、ポリエチレンテレフタレートなどを素材としたフィルムである。

本考案における植物成育システムの光発電素子から発電された電力は、この植物成育システムにおけるランプに供給されてランプを点灯させる。しかし、光発電素子を多く設置することで、特に快晴の日には、このランプの消費電力を大きく上回る発電能力とすることが可能である。この余剰電力は、使用者の生活電力として、さらに電力会社に売ることができる。

一方、植物成育システムのランプは、発電素子で発電された電力で点灯するように配線されるが、夜間など発電素子からの供給電力が充分でないときには、電力会社からの電力が使用できるようにする。夜間では、夜間電力として安価に電力会社から電力が得られるような制度もあるので、この制度を有効に利用できる。勿論、植物にとって、暗い時間が必要と判断されれば、適宜ランプの電力をオフにすることも可能である。

上記した植物成育システムの例を、図１に斜視図で、図２にその実施形態を断面図でそれぞれ模式的に示している。太陽光発電および植物成育システム１は、太陽光パネル２を複数（図１の場合には４本）の支柱３で支えており、太陽光パネル２の上面に光発電素子４を、下面にランプ５を配し、さらに下面のランプ５設置部位以外は光反射面６にしている。また、地面９には植物８が栽培され、太陽光パネル２で上を覆っている状態になっている。この方式により、太陽光パネル２にある光発電素子４は、太陽光７を受けて発電することができる。地面９にある植物８は、太陽光７が太陽光パネル２により遮られ、太陽光パネル２の周囲から漏れる分だけとなるが、代わりにランプ５からの照射を受けて成育することができる。図では、太陽光パネルをＬ型形状支柱で支えた植物成育システムを示しており、横方向あるいは斜め方向の補強材、および固定のためのコンクリートブロックは描いていない。その他、ランプのソケット、ランプの安定器、電気配線、スイッチなども描いていない。これらは、公知なことであり、当業者であれば容易に理解でき、また実施し得ることである。

本考案により、一つの地面で太陽光発電と農作物育成の両方を実施でき、太陽光発電の一層の拡大を図ることができると共に、農作物の栽培ができ、社会に大きな利益をもたらすことができる。

１：太陽光発電および植物成育システム
２：太陽光パネル
３：支柱
４：光発電素子
５：ランプ
６：光反射面
７：太陽光
８：植物
９：地面

Claims (4)

1. 太陽光を受けて光発電素子によって発電すると共に、ランプからの照射を受けて地面に植物を成育させることができるようにした太陽光発電および植物成育システムであって、
   上面に光発電素子を配し、下面にランプを配した太陽光パネルを、地面から複数の支柱で支えて構成されることを特徴とする太陽光発電および植物成育システム。
2. 前記ランプが、発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプ、蛍光ランプ、水銀ランプから選ばれる一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電および植物成育システム。
3. 前記太陽光パネルの下面には、前記ランプの設置と共に、前記ランプの設置以外の面に光反射面を配したことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電および植物成育システム。
4. 前記太陽光パネルの周囲には、光を透過するプラスチックシートを垂らして囲むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電および植物成育システム。

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