JP6455769B1 - 太陽光発電灌水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽光発電による蓄電池で稼動する自動灌水装置に、手動灌水機能を付加することで、より細かな灌水ができる太陽光発電灌水装置を提供することを目的とする。【解決手段】 太陽光パネル２と、蓄電池６と、給水ポンプ３及び灌水ポンプ４と、貯水タンク７と、満水位センサ７１及び空水位センサ７２と、前記貯水タンク７に貯留した水を灌水する時間等を設定する自動タイマー５２と、前記自動タイマー５２設定時間以外の任意の時間帯で、灌水する時間を設定する手動タイマー５３と、前記各機器を制御する制御装置５を備えている。貯水タンク７の上部開口部の側壁には、貯水タンク７の満水位位置よりも高い位置で折り返すように形成された逆Ｕ字型配管７７が跨設されており、逆Ｕ字型配管７７の吸入口には灌水ポンプ４と灌水フィルターが７４設けられ、上昇側位置の満水位よりも高い位置には制御バルブ７５が挟着されている太陽光発電灌水装置。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電で充電された蓄電池で駆動する自動灌水装置に係り、より詳しくは、手動灌水の機能を備えた太陽光発電灌水装置に関する。

従来、太陽電池アレイが発生する直流出力で直接駆動する直流ブラシレスモータポンプと、一定時間のみ前記太陽電池アレイの受光面を太陽光にあてて発電させ、他の時間は陰によって発電を停止させるような構成で、太陽電池に面する側は反射防止処理を施したフードと、受水槽とを備え、太陽電池アレイの出力で駆動されたポンプにより受水槽から散水ホースを通して緑地に潅水する、太陽電池駆動自動潅水装置が開示されている（特許文献１参照。）。
また、動力をソーラーパネルの電力にのみ依存するモーターポンプにより、水源の水を汲み上げて貯水タンクに貯水し、貯水タンクに所定量の水が貯水されたときに、排水手段により貯水のすべてを連続的に排水し、そのサイクルが日射量に比例して繰り返される自動灌水装置が開示されている（特許文献２参照。）。

特開平０８−２３８０３１号公報 特開２００４−２０１５８３号公報

特許文献１に開示の太陽電池駆動自動潅水装置は、一定時間のみ太陽電池アレイの受光面を太陽光に当てて発電させるものであり、蓄電池を設けていない。これにより、太陽電池アレイが太陽光を受光する時間帯のみ自動灌水が可能である。この構成では、雨天や曇天時における発電量が減少するため、作物に必要な灌水が十分に行なわれないという問題がある。

特許文献２に開示の自動灌水装置は、動力をソーラーパネルの電力にのみ依存するものであり、蓄電池を設けていない。この装置は、水源の水をポンプで汲み上げて貯水タンクに貯水し、貯水タンクに所定量の水が貯水されたときに、排水手段により貯水のすべてを連続的に排水し、そのサイクルが日射量に比例して繰り返されるものである。この構成では、作物の生育状況に合わせて、灌水量を細かく管理する必要がある作物には十分な効果が得られないという問題がある。

本発明は、前記課題を解決するために成されたものであり、太陽光発電による蓄電池で稼動する自動灌水装置に、手動灌水機能を付加することで、より細かな、灌水ができる、太陽光発電灌水装置を提供することを目的としている。

本発明の太陽光発電灌水装置は、太陽光パネルと、該太陽光パネルで発電した電力を蓄電する蓄電池と、該蓄電地で駆動する給水ポンプ及び灌水ポンプと、該給水ポンプが汲み上げた水源からの水を貯留する貯水タンクが備えられている。
貯水タンクには、満水位を検知するフロート式の満水位センサと、空水位を検知するフロート式の空水位センサが設置されている。前記貯水タンクに貯留した水の灌水時間及び頻度等の設定は、２４時間タイマーにより、灌水日、開始時間、灌水時間等を設定する自動タイマーと、該自動タイマー設定時間以外の任意の時間帯で灌水する時間を設定する手動タイマー（最大６０分）で稼動するように、制御部で制御されている。この手動タイマーは、制御盤の開閉扉の外面に設置されており、該制御盤の開閉扉を開けなくても操作が可能である。

前記貯水タンクの上部開口部の側壁には、前記貯水タンクの満水位位置よりも高い位置で折り返すように形成された逆Ｕ字型配管が跨設されており、該逆Ｕ字型配管の吸入口には灌水ポンプと灌水フィルターが設けられ、該逆Ｕ字型配管の上昇側位置の満水位よりも高い位置には制御バルブ（以下、フートバルブという）が挟着されており、該逆Ｕ字型配管の吐出口には灌水チューブが接続されている。

また、本発明の他の実施形態による太陽光発電灌水装置は、前記貯水タンクの上部開口部の側壁には、前記貯水タンクの満水位位置よりも高い位置で折り返すように形成された逆Ｕ字型配管が跨設されており、該逆Ｕ字型配管の吸入口にはフートバルブと灌水フィルターが設けられ、該逆Ｕ字型配管の上昇側位置の満水位よりも高い位置には灌水ポンプが挟着されており、該逆Ｕ字型配管の吐出口には灌水チューブが接続されている。

本発明の太陽光発電灌水装置は、貯水タンクに貯留した水の灌水時間及び頻度の設定を、制御部に組み込まれた自動タイマーと、該自動タイマー設定時間以外の任意の時間帯で、灌水する時間を設定可能な手動タイマーが装備されている。このような構成とすれば、作物の生育状況に合わせた、きめ細かな灌水管理が可能となり、収穫物の品質向上や、収穫量の増加が期待できる。また、ハウス栽培に本発明の太陽光潅水装置を適用すると、夏季にハウス内が高温になった場合でも、ハウス内に入る前に農作業者が現地において直接操作して手動タイマーを設定（例えば、５〜１０分）して灌水すれば、該ハウス内の温度が低下するため、快適に農作業を行なうことができる。

更に、貯水タンクの上部開口部の側壁には、前記貯水タンクの満水位位置よりも高い位置で折り返すように形成された逆Ｕ字型配管が跨設されており、フートバルブが設けられている。これにより、前記逆Ｕ字型配管の上昇側配管の水落ちが解消されるだけでなく、電磁式制御弁を設けて灌水のＯＮ−ＯＦＦ制御をする必要がなくなり、太陽光潅水装置を簡素化することができる。

本発明の太陽光発電灌水装置の一実施形態を示す全体構成図である。 本発明の太陽光発電灌水装置の他の実施形態を示す全体構成図である。 本発明の制御部の電気回路図である。 本発明のフートバルブの断面図である。

以下、本発明の太陽光発電灌水装置について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る太陽光発電灌水装置１の一実施形態を示す全体構成図である。図１において、太陽光パネル２は給水ポンプ３及び灌水ポンプ４を同時に３日間駆動できる電力を蓄電池に蓄電可能な出力を有するモジュールまたはアレイに形成されている。前記太陽光パネル２は、架台４０の上部に、太陽光を効率的に受光できる角度で設置されており、制御盤５や蓄電池６等を風雨から保護する屋根の役目を兼ねている。前記太陽光パネル２は、太陽光を受光している間は、充・放電コントローラ５１により発電した電力を蓄電池６に供給している。

給水ポンプ３は、直流のブラシレスポンプを用いており、防水仕様である。前記給水ポンプ３は、井戸や農業用水等の水源Ｐに浸漬して設置するため、吸込側はゴミ等を遮断するフィルター３１が取付けられている。一方、吐出側には、ホース３２又は配管が接続されており、該ホース３２の先端側は貯水タンク７に挿入されている。該貯水タンク７は、通常、地面に設置しているが、架台（図示しない）に載置したり、台車（図示しない）に載せて移動可能としてもよい。

本実施形態では、貯水タンク７を栽培ハウスＨの内部に設置しているが、該栽培ハウスＨの外部に設置することも当然可能である。前記貯水タンク７は、上面部に大気への開口を有するポリタンク等を用いている。また、灌水量に余裕をもたせるために２個以上の貯水タンク７を設置することも好ましい手段である。前記貯水タンク７の上部開口部の側壁には、前記貯水タンクの満水位位置よりも高い位置で折り返すように形成された逆Ｕ字型配管７７が跨設されている。該逆Ｕ字型配管７７は、灌水量に見合った口径としている。

給水ポンプ３の吐出側に接続されたホース３２の先端は、貯水タンク７の開口に挿入されており、該ホース３２の先端部が前記開口から脱落しないように、この開口にはホース固定具（記載しない）を設けている。

貯水タンク７には、フロート式の満水位センサ７１とフロート式の空水位センサ７２が取付けられている。満水位センサ７１の取付け位置は、前記貯水タンク７の上面より若干低部にあり、空水位センサ７２の取付け位置は、灌水ポンプ４の吸入口より若干上部に設定されている。これにより、貯水タンク７の上部より水が溢れることがなく、また、灌水ポンプ４の空運転を防止することができる。

貯水タンク７の水位が、空水位になったことを空水位センサ７２が検知すると、太陽光パネル２で蓄電された蓄電池６の電力により、給水ポンプ３が起動する。すると、該給水ポンプ３により水源Ｐからホース３２を介して貯水タンク７が満水位になるまで水が汲み上げられる。満水位になったことを満水位センサ７１が検知すると、給水ポンプ３は停止するように制御されている。

貯水タンク７の内部には、防水仕様の灌水ポンプ４が設置されており。該灌水ポンプ４の吸入口には前記貯水タンク７の内部に溜まったゴミ等を遮断する灌水フィルター７４が設けられている。前記灌水ポンプの吐出口から前記貯水タンク７の側壁を跨いで外側に延設された逆Ｕ字型配管７７が跨設されている。該逆Ｕ字型配管７７は、前記貯水タンク７の満水位位置よりも高い位置で折り返すように跨設されており、前記逆Ｕ字型配管７７の上昇側位置の満水位よりも高い位置に、フートバルブ７５が挟着されている。

潅水チューブ７６は、従来公知の軟質チューブやホース類を、作物周辺まで延設している。前記軟質チューブやホース類の適宜箇所には、スプリンクラーやドリッパー（点滴）等の部材を備えることも好ましく用いられる。

図２は、他の実施形態を示す太陽光発電灌水装置の全体構成図である。図２において、太陽光パネル２は給水ポンプ３及び灌水ポンプ４を同時に３日間駆動できる電力を蓄電池に蓄電可能な出力を有するモジュールまたはアレイに形成されている。前記太陽光パネル２は、架台４０の上部に、太陽光を効率的に受光できる角度で設置されており、制御盤５や蓄電池６等を風雨から保護する屋根の役目を兼ねている。前記太陽光パネル２は、太陽光を受光している間は、充・放電コントローラ５１により発電した電力を蓄電池６に供給している。

給水ポンプ３は、直流のブラシレスポンプを用いており、防水仕様である。前記給水ポンプ３は、井戸や農業用水等の水源Ｐに浸漬して設置するため、吸込側はゴミ等を遮断するフィルター３１が取付けられている。一方、吐出側には、ホース３２又は配管が接続されており、該ホース３２の先端側は貯水タンク７に挿入されている、該貯水タンク７は、通常、地面に設置しているが、架台（図示しない）に載置したり、台車（図示しない）に載せて移動可能としてもよい。

本実施形態では、貯水タンク７を栽培ハウスＨの内部に設置しているが、該栽培ハウスＨの外部に設置することも当然可能である。前記貯水タンク７は、上面部に大気への開口を有するポリタンク等を用いている。また、灌水量に余裕をもたせるために２個以上の貯水タンク７を設置することも好ましい手段である。前記貯水タンク７の上部開口部の側壁には、前記貯水タンクの満水位位置よりも高い位置で折り返すように形成された逆Ｕ字型配管７７が跨設されている。該逆Ｕ字型配管７７は、灌水量に見合った口径としている。

給水ポンプ３の吐出側に接続されたホース３２の先端は、貯水タンク７の開口に挿入されており、該ホース３２の先端部が前記開口から脱落しないように、この開口にはホース固定具（記載しない）を設けている。

貯水タンク７には、フロート式の満水位センサ７１とフロート式の空水位センサ７２が取付けられている。満水位センサ７１の取付け位置は、前記貯水タンク７の上面より若干低部にあり、空水位センサ７２の取付け位置は、灌水ポンプ４の吸入口より若干上部に設定されている。これにより、貯水タンク７の上部より水が溢れることがなく、また、灌水ポンプ４の空運転を防止することができる。

貯水タンク７の水位が、空水位になったことを空水位センサ７２が検知すると、太陽光パネル２で蓄電された蓄電池６の電力により、給水ポンプ３が起動する。すると、該給水ポンプ３により水源Ｐからホース３２を介して貯水タンク７が満水位になるまで水が汲み上げられる。満水位になったことを満水位センサ７１が検知すると、給水ポンプ３は停止するように制御されている。

貯水タンク７の内部には、フートバルブ７５が設置されており。該フートバルブ７５の吸入口には貯水タンク７の内部に溜まったゴミ等を遮断する灌水フィルター７４が設けられている。前記フートバルブ７５の吐出口から前記貯水タンク７の側壁を跨いで外側に延設された逆Ｕ字型配管７７が跨設されている。該逆Ｕ字型配管７７は、前記貯水タンク７の満水位位置よりも高い位置で折り返すように跨設されており、前記逆Ｕ字型配管７７の上昇側位置の満水位よりも高い位置に、灌水ポンプ４が挟着されている。なお、灌水ポンプ４は防水仕様とする必要はない。

潅水チューブ７６は、従来公知の軟質チューブやホース類を、作物周辺まで延設している。前記軟質チューブやホース類の適宜箇所には、スプリンクラーやドリッパー（点滴）等の部材を備えることも好ましく用いられる。

図３は、本発明の制御盤の電気回路図である。図３において、太陽光パネル２で発電された直流電力は、充・放電コントローラ５１により蓄電池６に蓄電される。該充・放電コントローラ５１は前記太陽光パネル２が発電している間は、蓄電池６に充電を継続して行い、満充電になると蓄電池６への充電を停止する。また、蓄電池６が負荷により消耗すると充電を再開する動作を繰り返すように制御されている。

自動タイマー５２は、灌水時間を制御する機器であり、運転切替ボタン（入、切、自動）、現在時刻設定ボタン、タイマー設定ボタン（灌水開始時分、灌水時分、灌水間隔）等が設けられている。これにより、作物の生育状況、気象状況（気温、湿度降水量など）に合わせて設定しておけば、自動的に灌水することができる。

灌水ポンプ４は、少なくとも自動タイマー５２により制御されている。タイマー設定ボタンにより灌水開始時分（例えば、午前７時と午後５時）、灌水時分（例えば、３０分）、灌水間隔（例えば、毎日）を設定してセットボタンを押せば、所定時間になると灌水ポンプ４が起動し、作物に対して自動的に灌水される。なお、灌水ポンプ４が稼働中は灌水ランプに緑ランプが点灯する。

給水ポンプ３は、貯水タンク７に貯留された水の水位を検知する満水位センサ７１及び空水位センサ７２により可動及び停止を繰り返すように制御されている。なお、給水ポンプ３が稼働中は給水ランプに赤ランプが点灯する

手動タイマー５３は、ゼンマイ式の６０分タイマーを用いている。原則として、自動タイマー５２の設定時間以外に、手動タイマー５３を使用する。即ち、前記自動タイマー５２の設定時間以外の時間を手動タイマー５３で設定（例えば、３０分）すると、灌水ポンプ４が稼動し、灌水チューブ７６を介して灌水が行なわれるように制御されている。

図４は、本発明のフートバルブの断面図である。図４において、フートバルブ７５は蓋７５ａ、弁箱７５ｂ、弁体７ｃ，ジスクホルダ７５ｄより構成されている。
灌水ポンプが稼動して灌水が吐出されると、逆Ｕ字型配管７７の上昇側に挟着されているフートバルブ７５の弁体７５ｃが押し上げられてフートバルブが開となり、前記灌水が前記逆Ｕ字型配管７７の下降側に押し出される。前記灌水ポンプ４が停止して灌水の吐出が停止すると、前記弁体７５ｃが下降してフートバルブ７５が閉となり灌水が停止する。また、逆Ｕ字型配管７７の上昇側配管内部は、常時灌水が滞留した状態となり、配管内の灌水が水落ちすることがない。
これにより、灌水ポンプ４の吐出側に電磁式制御バルブを設けて灌水のＯＮ−ＯＦＦ制御をする必要がなくなり、装置を簡素化することができる。

本発明のソーラー発電潅水装置は、潅水面積に応じた容量の貯水タンクに貯水し、自動タイマーにより灌水チューブを介して灌水するが、さらに、手動タイマーも備えている。したがって、太陽光パネルの発電量、蓄電池の容量及び貯水タンクの容量を耕作物の規模に合わせて適切に設定することにより、家庭菜園をはじめ、小規模営農または大規模営農まで、広く適応することが可能である。また、ハウス栽培などの施設園芸においても有効に適用することができる。

１ 太陽光発電灌水装置、２ 太陽光パネル、３ 給水ポンプ、４ 灌水ポンプ
５ 制御盤 ６ 蓄電池、７ 貯水タンク、３１ フィルター、３２ ホース
４０ 架台、５１ 充・放電コントローラ、５２ 自動タイマー
５３ 手動タイマー７１ 満水位センサ、７２ 空水位センサ、７３ 排水パイプ
７４ 灌水フィルター、７５ 制御バルブ（フートバルブ）、７５ａ 蓋
７５ｂ 弁箱、７５ｃ 弁体，７５ｄ ジスクホルダ、７６ 灌水チューブ
７７ 逆Ｕ字型配管、Ｈ 栽培ハウス、Ｐ 水源

Claims (2)

1. ハウス栽培に用いる太陽光発電灌水装置において、
   太陽光パネルと、該太陽光パネルで発電した電力を蓄電する蓄電池と、
   該蓄電地で駆動する給水ポンプ及び灌水ポンプと、
   該給水ポンプが汲み上げた水源からの水を貯留する貯水タンクと、
   該貯水タンクの満水位を検知する満水位センサ及び空水位を検知する空水位センサと、
   該貯水タンクに貯留した水を灌水する日、回数及び時間を設定する自動タイマーと、
   該自動タイマー設定時間以外の任意の時間帯で灌水する時間を設定するために、
   農作業者が現地において直接操作をするゼンマイ式の手動タイマーと、
   前記各機器を制御する制御装置と、を少なくとも備えており
   前記貯水タンクの上部開口部の側壁には、前記貯水タンクの満水位位置よりも高い位置で折り返すように形成された逆Ｕ字型配管が跨設されており、
   該逆Ｕ字型配管の吸入口には灌水ポンプと灌水フィルターが設けられ、該逆Ｕ字型配管の上昇側位置の満水位よりも高い位置には制御バルブが挟着されており、
   該逆Ｕ字型配管の吐出口には灌水チューブが接続されていることを特徴とする太陽光発電灌水装置。
2. ハウス栽培に用いる太陽光発電灌水装置において、
   太陽光パネルと、該太陽光パネルで発電した電力を蓄電する蓄電池と、
   該蓄電地で駆動する給水ポンプ及び灌水ポンプと、
   該給水ポンプが汲み上げた水源からの水を貯留する貯水タンクと、
   該貯水タンクの満水位を検知する満水位センサ及び空水位を検知する空水位センサと、
   該貯水タンクに貯留した水を灌水する日、回数及び時間を設定する自動タイマーと、
   該自動タイマー設定時間以外の任意の時間帯に灌水する時間を設定するために、
   農作業者が現地において直接操作をするゼンマイ式の手動タイマーと、
   前記各機器を制御する制御装置と、を少なくとも備えており、
   前記貯水タンクの上部開口部の側壁には、前記貯水タンクの満水位位置よりも高い位置で折り返すように形成された逆Ｕ字型配管が跨設されており、
   該逆Ｕ字型配管の吸入口には制御バルブと灌水フィルターが設けられ、該逆Ｕ字型配管の上昇側位置の満水位よりも高い位置には灌水ポンプが挟着されており、
   該逆Ｕ字型配管の吐出口には灌水チューブが接続されていることを特徴とする太陽光発電灌水装置。