JP4883458B2 - 太陽エネルギー温室 - Google Patents

Description

本発明は、太陽エネルギー温室に関し、特に、不等ピッチの薄膜太陽電池アセンブリを有する太陽エネルギー温室に関するものである。

温室（ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ）は、植物（花や野菜、果物等）を栽培するために建てられる専用の建物であり、植物を天候や温度または虫の影響から保護することで、植物を順調且つ快速に成長可能とさせる。特に、熱帯や寒帯エリアでは、温室が提供する適当な温度及び湿度環境による植物の成長を促進させる効果はさらに顕著である。

温室は、一般に、光透過可能な屋根を有する。太陽光は、植物が光合成作用を行えるよう、屋根を通過して植物に照射される。温室は、さらに、温度や湿度等を制御する空調設備を幾つか有し、この空調設備により温室内の温度及び湿度が植物の成長に最適となるように制御される。また、スプリンクラーを有し、水を植物上に定期的に散布する。

これらの装置が作動することにより、温室は大量の電力を消費してしまう。その結果、温室を使用している使用者（農家など）にとって電気代は大きな負担となる。そこで、温室において受光が最も強く、しかも最も十分な場所（一般は屋根）に可透光性の薄膜太陽電池を付け、植物への光照射に影響を与えずに電力を得ようとする提案がなされている。

しかしながら、薄膜太陽電池は透光性を有するものの、依然として太陽光の遮蔽または吸収を招くため、太陽光が十分ではない場合、植物の成長に影響を及ぼしてしまう可能性がある。

そのため、本発明者は、上記欠点に着目し、合理的な設計かつ前記欠点を有効に改善できる本発明を提案する。

本発明の主な目的は、合理的な薄膜太陽電池アセンブリのレイアウト設計により、十分な光照射量を室内に進入させ、植物の成長速度を好ましい状態に維持できる太陽エネルギー温室を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明による太陽エネルギー温室は、本体構造と、前記本体構造上に設けられた屋根構造と、前記屋根構造上に設けられ、ピッチが不均等である複数の薄膜太陽電池アセンブリと、前記薄膜太陽電池アセンブリ同士の間に位置し、太陽光を透過させて太陽エネルギー温室内に進入させる透光材料とを含む。

本発明による太陽エネルギー温室は、以下の有益な効果をもたらす。例えば、薄膜太陽電池アセンブリは、太陽光を吸収して電力を発生させ、太陽エネルギー温室の他の装置に提供する。また、太陽光の照射角度または太陽エネルギー温室内の植物の位置によって、薄膜太陽電池アセンブリのレイアウト設計を決定する。すなわち、薄膜太陽電池アセンブリ同士の間のピッチが不均等であり、太陽光を薄膜太陽電池アセンブリ間から太陽エネルギー温室の内部に透過させ、十分な光照射量を提供し、植物の成長に好ましい環境を提供する。

本発明の特徴及び技術内容をさらに理解させるため、添付図面を参照しながら本発明に関する詳しい説明を行う。しかしながら添付図面は参考及び説明のために例示したものであり、本発明の技術的範囲を狭義的に限定するものではない。

図１は、本発明による第一の実施例の太陽エネルギー温室を示す斜視図である。 図２は、本発明による第一の実施例の太陽エネルギー温室を示す側面図である。 図３は、本発明による第一の実施例の太陽エネルギー温室を示すもう一つの側面図である。 図４は、本発明による第一の実施例の太陽エネルギー温室を示すもう一つの側面図である。 図５は、本発明による第二の実施例の太陽エネルギー温室の要部を示す斜視図である。 図６は、本発明による第三の実施例の太陽エネルギー温室の要部を示す斜視図である。 図７は、本発明による第四の実施例の太陽エネルギー温室を示す斜視図である。 図８は、本発明による第五の実施例の太陽エネルギー温室を示す側面図である。

本発明の太陽エネルギー温室は、複数の好適な実施例を有している。図１及び図２は本発明の太陽エネルギー温室１の第一の実施例を示すものである。太陽エネルギー温室１は、本体構造１０と屋根構造２０と複数の薄膜太陽電池アセンブリ３０とを含む。ここで、薄膜太陽電池アセンブリ３０間の軒棟方向のピッチが不均等である。薄膜太陽電池アセンブリ３０同士の間に透光材料が位置している（図１に示される透光板２２参照）。

つまり、本発明の太陽エネルギー温室１では、図２に示す植物に十分な光照射量を与えるため、太陽光３の照射角度または太陽エネルギー温室１内の植物２の載置位置によって、薄膜太陽電池アセンブリ３０のレイアウト設計を決定する。すなわち、薄膜太陽電池アセンブリ３０同士の間のピッチが不均等であるということで、太陽光３を前記薄膜太陽電池アセンブリ３０間から太陽エネルギー温室１の内部に、薄膜太陽電池アセンブリ３０を介さず直接的に透過させ、薄膜太陽電池アセンブリ３０により一部遮蔽または吸収された太陽光３を補償し、全体に十分な光照射量を供給できる。以下に、太陽エネルギー温室１自体の構造の説明、及び薄膜太陽電池アセンブリ３０のレイアウト設計の説明を行う。

具体的に言えば、本体構造１０（本体構造体）は、複数のベース１１と複数のブラケット１２と複数の支持板１３を含む。ベース１１が地面に固定され、ブラケット１２がベース１１に固定され、支持板１３がブラケット１２に固定される。これらの支持板１３は、可透光または不透光の材料で構成されている。支持板１３が透光材料の場合には、ガラスまたはプラスチックでよい。

本体構造１０による支持効果により、屋根構造２０が本体構造１０上に設けられる。屋根構造２０（屋根構造体）は、複数のブラケット２１及び透光板２２を有し、ブラケット２１がブラケット１２に固定され、透光板２２がブラケット２１に固定されて成る。透光板２２の材料は、ガラスまたはプラスチックでよい。

排水または排雪を考慮すると、屋根構造２０は、傾斜状に設計されるのが好ましい。この場合、屋根構造２０の最も低い場所は、軒先２３と定義され、屋根構造２０の最も高い場所は、棟部２４と定義される。

前記本体構造１０と屋根構造２０とは、ともに閉鎖空間を区画形成する。また、温度、湿度制御手段で閉鎖空間内に植物にふさわしい条件を与え、植物２を本体構造１０の内部及び太陽エネルギー温室１の内部で栽培できるようにさせる。本体構造１０と屋根構造２０の外形は、図面に示されたものに限らず、他の外形であっても良く、例えば、屋根構造２０はアーチ状であっても良い。

また、ガラスまたはプラスチックの代わりに、本体構造１０の支持板１３及び屋根構造２０の透光板２２は、フレキシブルの透光布地（図示せず）であっても良い。

これらの薄膜太陽電池アセンブリ３０は、屋根構造２０上に設けられ、より詳しく言えば、屋根構造２０の頂面（斜面）に固定されている。各薄膜太陽電池アセンブリ３０は、複数の薄膜太陽電池セル（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）３１を有し、これらの薄膜太陽電池セル３１は、屋根構造２０の軒先２３または棟部２４の延伸方向（軒棟方向に略直交する方向）に沿って直線状に配列されている。薄膜太陽電池セル３１の種類は、アモルファス、微結晶シリコンまたはナノ結晶シリコンの薄膜太陽電池セルである。また、各薄膜太陽電池セル３１は、直接に長棒状や大面積の薄膜太陽電池セル３１にしても良い。

図２に示す太陽光３は、薄膜太陽電池セル３１に吸収され電力に変換される。これらの薄膜太陽電池セル３１は可透光の特性を有することで、余剰の太陽光３が薄膜太陽電池セル３１に照射されると、太陽光３の一部が薄膜太陽電池セル３１を透過して太陽エネルギー温室１の内部（即ち屋根構造２０の下方）に進入する。

このような場合に、屋根構造２０全体が薄膜太陽電池アセンブリ３０に覆われると（図示せず）、より多くの電力が発生できるが、太陽エネルギー温室１の内部に進入する太陽光３が少なくなる。そして、植物２が太陽光３に照射される照射量が足りない時に、植物２の成長に影響を及ぼす事となる。

このような問題を克服するため、屋根構造２０全体を薄膜太陽電池アセンブリ３０によって全て覆うことなく、各薄膜太陽電池アセンブリ３０同士を離間して配置している。太陽光３は、離間した薄膜太陽電池アセンブリ３０同士の間に位置する透光材料を透過して太陽エネルギー温室１の内部に進入することで、薄膜太陽電池セル３１に吸収または遮蔽されず、植物２に照射された量を増加させる。さらに、太陽光３の照射角度及び植物２の載置位置を考慮すると、薄膜太陽電池アセンブリ３０同士の間のピッチを不均等にすることで、より多くの太陽光３を植物２に照射させる。

ここで、注意すべきは、薄膜太陽電池アセンブリ３０同士の間の離間した部分には、透光板２２が配置される。言い換えれば、透光板２２は、薄膜太陽電池アセンブリ３０の下方（特に薄膜太陽電池アセンブリ３０に遮蔽またはカバーされない部分）に位置されてもよく、薄膜太陽電池アセンブリ３０同士の間に透光板２２が設けられても良い。すなわち、薄膜太陽電池アセンブリ３０及び透光板２２は、軒先２３から棟部２４に向かって交互に配列され、透光板２２の両側面が、それぞれ、一組の薄膜太陽電池アセンブリ３０の一側面に接触している。

さらに、図２を参照すると、太陽が軒先２３に近く、棟部２４に遠くなる場合、このような太陽光３の照射条件では、棟部２４に近い太陽光３が植物２に照射できず、本体構造１０に照射される。逆に、軒先２３に近い側を通過する太陽光３が植物２に直接的に（薄膜太陽電池アセンブリ３０を介さずに）照射される。このような場合に応じて、太陽光３全体を植物２に十分に照射させるため、軒先２３の近くに軒棟方向に隣接する（隣り合う）二つの薄膜太陽電池アセンブリ３０の間のピッチは、棟部２４に近い隣接する（隣り合う）二つの薄膜太陽電池アセンブリ３０の間のピッチよりも大きい。

このように、軒先２３に近い太陽光３が、大きなピッチを通過して太陽エネルギー温室１の内部に直接的に進入し、植物２に照射される。

図３に示すように、太陽が棟部２４に近く軒先２３に遠くなる場合に、このような太陽光３の照射条件では、図３中において、太陽光３は太陽エネルギー温室１の左上方から照射される。この場合、軒先２３に近い太陽光３が植物２に照射できず、本体構造１０に照射され、逆に、棟部２４に近い側を通過する太陽光３が植物２に直接的に（薄膜太陽電池アセンブリ３０を介さずに）照射される。そのため、棟部２４の近くに軒棟方向に隣接する（隣り合う）二つの薄膜太陽電池アセンブリ３０の間のピッチは、軒先２３に近い隣接する（隣り合う）二つの薄膜太陽電池アセンブリ３０の間のピッチよりも大きい。

図４に示すように、太陽が軒先２３に近く棟部２４に遠くなりかつ太陽エネルギー温室１内の植物２の載置位置が軒先２３に遠くなる場合に、軒先２３及び棟部２４に近い太陽光３が植物２に照射し難い。このような場合に、軒先２３及び棟部２４に近い薄膜太陽電池アセンブリ３０同士のピッチを小さくして、軒先２３及び棟部２４の箇所の太陽光３をなるべく薄膜太陽電池アセンブリ３０に照射させる。このような場合に、薄膜太陽電池アセンブリ３０同士の間のピッチ全体は、ランダムとされるが、太陽光３及び植物２の位置に応じたものとされ、太陽光３を十分に利用できるようになる。

薄膜太陽電池アセンブリ３０のピッチを調整し易くするため、薄膜太陽電池アセンブリ３０に変位手段を付与し、薄膜太陽電池アセンブリ３０同士のピッチの配布方式をランダムに調整するようにしてもよい。

図５は、本発明による太陽エネルギー温室１の第二の実施例である。図５に示すように、第二の実施例の太陽エネルギー温室１と第一の実施例との相違点は、第二の実施例の太陽エネルギー温室１は、さらに複数の移動装置４０を有し、各薄膜太陽電池セル３１がそれぞれ一つの移動装置４０により屋根構造２０に設けられる点で異なっている。

移動装置４０は、少なくとも一つのスライド機構４１及び少なくとも一つのドライバー４２を有し、スライド機構４１が屋根構造２０の頂面に設けられ、ドライバー４２がスライド機構４１に接続され、薄膜太陽電池アセンブリ３０がスライド機構４１に設けられる。スライド機構４１は、機構の一部を軒棟方向に直線運動させる機構であって、例えば、リニアレール等である。ドライバー４２は、スライド機構４１に動力を与えて直線運動させ、且つ、スライド機構４１により発生する直線運動の量を制御する。ドライバー４２は、ステープモータまたはサーボモータである。

移動装置４０により、薄膜太陽電池アセンブリ３０は、屋根構造２０上で軒棟方向に移動され、薄膜太陽電池アセンブリ３０同士のピッチを変更できる。太陽光３の照射角度が時間またはエリアによって変更される時、或いは、植物２の載置位置を変える場合に、薄膜太陽電池アセンブリ３０の間のピッチがそれに応じて調整される。このように、太陽光３がなるべく植物２に照射され、植物２に照射できない太陽光３がなるべく薄膜太陽電池アセンブリ３０に照射される。

図６は、本発明による太陽エネルギー温室１の第三の実施例である。図６に示すように、第三の実施例の太陽エネルギー温室１と第一の実施例との相違点は、第三の実施例の太陽エネルギー温室１は、さらに複数の回転装置５０を有し、各薄膜太陽電池セル３１がそれぞれ一つの回転装置５０により屋根構造２０に設けられる点で異なっている。

移動装置４０とほぼ同じく、回転装置５０は、少なくとも一つの回転機構５１及び少なくとも一つのドライバー５２を有し、回転機構５１が屋根構造２０に設けられ、ドライバー５２が回転機構５１に接続され、薄膜太陽電池アセンブリ３０がさらに回転機構５１に設けられる。回転機構５１は、機構の一部を軒棟方向とは略直角な方向を軸として回転運動させる機構であって、例えば、ギヤ列等である。ドライバー５２は、回転機構５１に動力を与えて回転運動させ、且つ、回転機構５１が発生する回転運動の量を制御する。ドライバー５２は、ステープモータまたはサーボモータである。

なるべく薄膜太陽電池セル３１が太陽光３に垂直に照射されるよう、薄膜太陽電池アセンブリ３０は、回転装置５０によりその傾斜角度を調整することができる。多くの文献から分かるように、太陽光３が薄膜太陽電池セル３１に垂直に照射すると、薄膜太陽電池セル３１はより多くの電力を生成できる。そのため、第三の実施例の太陽エネルギー温室１は、第一の実施例の利点を有するのに加えて、薄膜太陽電池セル３１によりより多くの電力を生成することができる。

図７は、本発明による太陽エネルギー温室１の第四の実施例である。図７に示すように、第四の実施例の太陽エネルギー温室１と第一の実施例との相違点は、第四の実施例の太陽エネルギー温室１は、さらに加熱装置６０、温度センサ７０及び湿度センサ８０を有する点で異なっている。

加熱装置６０は、薄膜太陽電池アセンブリ３０同士の薄膜太陽電池セル３１及び屋根構造２０の透光板２２に接続され、加熱装置６０は熱量を発生して薄膜太陽電池セル３１及び透光板２２を加熱できる。加熱装置６０は、電熱線及びそのコントローラ等である。温度センサ７０及び湿度センサ８０は、それぞれ、加熱装置６０に接続され、温度センサ７０は、外部環境の温度を測定してから、温度信号を加熱装置６０に伝送し、湿度センサ８０は、外部環境の湿度を測定してから、湿度信号を加熱装置６０に伝送する。

太陽エネルギー温室１が寒くて雪の降るエリアにある場合に、雪が薄膜太陽電池セル３１及び透光板２２に堆積されると、太陽光３の薄膜太陽電池セル３１及び植物２への照射に影響を及ぼす。そこで、加熱装置６０、温度センサ７０及び湿度センサ８０により、このような雪が堆積する問題を防止する。

雪が降ると、外部の温度が零度以下となり、かつ湿度も高くなる。このとき、温度センサ７０及び湿度センサ８０が、異常の温度や湿度を測定すると、この温度や湿度の信号を加熱装置６０に伝送する。加熱装置６０は起動し始め熱量を発生し、雪が加熱装置６０に当たると、雪解して液体となって流れて行く。このように、雪が常に薄膜太陽電池セル３１及び透光板２２に堆積されず、太陽光３が薄膜太陽電池セル３１及び植物２に十分に照射される。

加熱装置６０は、薄膜太陽電池アセンブリ３０の薄膜太陽電池セル３１のみに接続されてもよく、或いは、屋根構造２０の透光板２２のみに接続されていても良い。また、すべての薄膜太陽電池セル３１毎に、或いはすべての透光板２２毎に接続されていなくてもよい。

図８は、本発明による太陽エネルギー温室１の第五の実施例である。図８に示すように、第五の実施例の太陽エネルギー温室１と第一の実施例との相違点は、第五の実施例の太陽エネルギー温室１は、さらに複数の反射ミラー９０を有し、これらの反射ミラー９０が屋根構造２０の下側及び本体構造１０の内側に設けられる点で異なっている。

太陽光３が太陽エネルギー温室１の内部に進入すると、太陽光３の一部が反射ミラー９０に照射されると共に反射され、太陽光３を植物２に向かって照射させるように太陽光３の進行方向が変えられる。このため、太陽光３をより多く植物２に照射できる。

上記に説明した移動装置４０、回転装置５０、加熱装置６０、温度センサ７０、湿度センサ８０及び反射ミラー９０は、適宜組み合わせて太陽エネルギー温室１に使用でき、単独に使用されることに限らない。また、前記実施例の太陽エネルギー温室１は、いずれも、照明装置や、スプリンクラーまたは空調設備等（図示せず）を含むこともできる。

以上のように、本発明の太陽エネルギー温室１は、太陽光３を吸収して電力に変換し、この電力を太陽エネルギー温室１の他の設備の使用に提供できる。この結果、太陽エネルギー温室１が電力会社から供給される電力の消費を減少させ、使用者が支払う電気代を減少できる。また、薄膜太陽電池アセンブリ３０同士の間のピッチは、太陽光３の照射角度及び植物２の載置位置によって定められるので、薄膜太陽電池アセンブリ３０及び植物２に照射される太陽光３の照射量が、好適な配分になり、薄膜太陽電池アセンブリ３０の発電量及び植物２の成長速度を改善できる。

なお、以上の説明は、単に本発明の好ましい具体的な実施例の詳細説明及び図面に過ぎず、本発明の特許請求の範囲を限定するものではなく、いずれの当該分野における通常の知識を有する専門家が本発明の分野の中で、適当に変更や付加などをすることができるが、それらの実施が本発明の技術的範囲内に包摂されるべきことは言うまでもないことである。

１ 太陽エネルギー温室
２ 植物
３ 太陽光
１０ 本体構造
１１ ベース
１２ ブラケット
１３ 支持板
２０ 屋根構造
２１ ブラケット
２２ 透光板
２３ 軒先
２４ 棟部
３０ 薄膜太陽電池アセンブリ
３１ 薄膜太陽電池セル
４０ 移動装置
４１ スライド機構
４２ ドライバー
５０ 回転装置
５１ 回転機構
５２ ドライバー
６０ 加熱装置
７０ 温度センサ
８０ 湿度センサ
９０ 反射ミラー

Claims (5)

1. 本体構造と、
   前記本体構造上に設けられた屋根構造と、
   前記屋根構造上に設けられ、それぞれのピッチが不均等である複数の薄膜太陽電池アセンブリと、
   前記薄膜太陽電池アセンブリ同士の間に位置し、太陽光を透過させて太陽エネルギー温室内に進入させる透光材料と、
   を含むことを特徴とする太陽エネルギー温室。
2. 前記屋根構造は、軒先と棟部とを有し、前記軒先に近い隣接する二つの薄膜太陽電池アセンブリの間のピッチは、前記棟部に近い隣接する二つの薄膜太陽電池アセンブリの間のピッチよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー温室。
3. 前記屋根構造は、軒先と棟部とを有し、前記棟部に近い隣接する二つの薄膜太陽電池アセンブリの間のピッチは、前記軒先に近い隣接する二つの薄膜太陽電池アセンブリの間のピッチよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー温室。
4. 前記薄膜太陽電池アセンブリ同士のピッチは、ランダムとなっていることを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー温室。
5. 前記薄膜太陽電池アセンブリは、移動装置または回転装置により前記屋根構造に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー温室。

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