WO2012128244A1 - 植物工場および太陽電池システム - Google Patents

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WO2012128244A1
WO2012128244A1 PCT/JP2012/056987 JP2012056987W WO2012128244A1 WO 2012128244 A1 WO2012128244 A1 WO 2012128244A1 JP 2012056987 W JP2012056987 W JP 2012056987W WO 2012128244 A1 WO2012128244 A1 WO 2012128244A1
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WO
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light
light source
solar cell
plant factory
photoelectric conversion
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貴之 結城
千幸 神徳
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Sharp Corp
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    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
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    • A01G9/243—Collecting solar energy
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    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/12—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping

Definitions

  • the present invention relates to a plant factory. Moreover, this invention relates also to the solar cell system used suitably for a plant factory.
  • Plant factories are able to produce stable crops regardless of the season or climate by artificially controlling environmental conditions such as light, temperature, humidity, carbon dioxide concentration and culture solution in a closed or semi-closed space. It is a system that enables
  • a “sunlight-using type” that uses sunlight
  • a “fully controlled type” that uses artificial light
  • the sunlight utilization type is classified into two types: one using only sunlight as a light source and one using artificial light as an auxiliary (sometimes referred to as “artificial light combined type”).
  • Patent Document 1 proposes a technique in which a solar cell panel is provided on a ceiling or a side wall of a cultivation room in a solar-powered plant factory so that necessary power is supplied by solar power generation. Furthermore, Patent Document 2 uses a panel having a dye-sensitized solar cell as a solar cell panel provided on the ceiling of a cultivation room, introduces light in a wavelength region necessary for photosynthesis into the facility, and performs photosynthesis. We propose a technology that uses light in the unnecessary wavelength range for power generation.
  • Patent Documents 1 and 2 describe that the amount of light introduced into the inside of the cultivation room can be adjusted by moving the solar cell panel. It only means that the amount of shading can be adjusted by functioning like a blind. That is, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 cannot compensate for the shortage of light.
  • supplementary light typically light from a high-pressure sodium lamp is used
  • this supplemental light is uniformly distributed throughout the cultivation room.
  • the irradiation is performed by irradiating artificial light with a high intensity.
  • the intensity of sunlight irradiated to the ceiling of the cultivation room varies depending on the location. No technology has been proposed for performing supplementary light.
  • This invention is made
  • the objective is used suitably for the plant factory which can irradiate uniformly the whole inside of a cultivation room with the light more than desired light quantity, and such a plant factory. It is to provide a solar cell system.
  • the plant factory according to the present invention is a cultivation room in which plants are cultivated, and includes a cultivation room having a daylighting part for taking sunlight inside, and a solar cell panel having light transmittance provided in the daylighting part.
  • a solar cell panel including a plurality of photoelectric conversion cells, a plurality of light sources provided on the back side of the solar cell panel, and a light source control unit for controlling luminance of the plurality of light sources
  • the daylighting unit Includes a plurality of regions each having at least one light source of the plurality of light sources disposed therein, and the light source control unit is configured to perform the at least one according to the amount of received sunlight in each of the plurality of regions.
  • the brightness of one light source can be controlled.
  • the light source control unit can increase or decrease the luminance of the at least one light source in each of the plurality of regions based on the amount of power generated in each of the plurality of photoelectric conversion cells.
  • the plant factory according to the present invention further includes a plurality of light receiving sensors respectively disposed in each of the plurality of regions, and the light source control unit is based on detection results by the plurality of light receiving sensors.
  • the brightness of the at least one light source in each of the plurality of regions can be increased or decreased.
  • each of the plurality of light sources is a light emitting diode.
  • the solar cell panel has a light-transmitting slit that transmits sunlight between two adjacent photoelectric conversion cells of the plurality of photoelectric conversion cells.
  • the plant factory according to the present invention further includes an optical fiber having one end portion disposed on a part of the light transmitting slit.
  • the plant factory according to the present invention further includes a plurality of cultivation benches stacked in the cultivation room, and the plurality of cultivation benches are located above the first cultivation bench and the first cultivation bench.
  • a second cultivation bench positioned, and the other end of the optical fiber is disposed between the first cultivation bench and the second cultivation bench.
  • At least a part of the daylighting unit is located on the ceiling of the cultivation room.
  • the light source control unit is configured such that the photon flux density of the entire interior of the cultivation room is equal to or greater than a value set in advance according to the type and growth stage of the plant cultivated inside the cultivation room. As such, the brightness of the at least one light source in each of the plurality of regions may be controlled.
  • the inside of the cultivation room has a plurality of areas into which light is introduced from each of the plurality of regions of the daylighting unit.
  • the light source control unit may increase or decrease the luminance of each of the at least one light source in each of the plurality of regions based on area information that is information on each of the plurality of areas.
  • the area information includes arrangement information indicating an arrangement of plants in each of the plurality of areas.
  • the plant factory according to the present invention further includes a carbon dioxide supply device that supplies carbon dioxide to the inside of the cultivation room, and the carbon dioxide supply device is provided in each of the plurality of regions of the daylighting unit.
  • the amount of carbon dioxide supplied to each of the plurality of areas may be adjusted according to the amount of received sunlight and the brightness of the at least one light source.
  • the plant factory according to the present invention further includes a carbon dioxide supply device for supplying carbon dioxide to the inside of the cultivation room, and the carbon dioxide supply device is configured to emit carbon dioxide with the start of power generation by the solar cell panel.
  • the supply of carbon is started, and the supply of carbon dioxide is ended together with the end of power generation by the solar cell panel.
  • the carbon dioxide supply device has a valve for adjusting a supply amount of carbon dioxide to the inside of the cultivation room, and the valve is obtained by power generation by the solar cell panel. It is driven by electric power.
  • the plant factory according to the present invention is connected to at least some of the plurality of photoelectric conversion cells and absorbs heat generated in the at least some of the photoelectric conversion cells.
  • 1 heat transfer member and the 1st heat sink connected to the 1st heat transfer member and releasing the heat of the 1st heat transfer member.
  • the plant factory according to the present invention is connected to at least some of the plurality of light sources, and absorbs heat generated by the at least some light sources, and a second heat transfer member.
  • a second heat sink connected to the second heat transfer member and releasing heat of the second heat transfer member;
  • a solar cell system is a solar cell panel having light permeability, and includes a solar cell panel including a plurality of photoelectric conversion cells, a plurality of light sources provided on the back side of the solar cell panel, and the plurality of light sources.
  • a light source control unit that controls the luminance of the light source, each including a plurality of regions in which at least one light source of the plurality of light sources is arranged, and the light source control unit in each of the plurality of regions The brightness of the at least one light source can be controlled according to the amount of sunlight received.
  • the light source control unit can increase or decrease the luminance of the at least one light source in each of the plurality of regions based on the amount of power generated in each of the plurality of photoelectric conversion cells.
  • the solar cell system according to the present invention further includes a plurality of light receiving sensors respectively disposed in each of the plurality of regions, and the light source control unit is configured to detect a detection result by the plurality of light receiving sensors. Based on this, the luminance of the at least one light source in each of the plurality of regions may be increased or decreased.
  • each of the plurality of light sources is a light emitting diode.
  • the solar cell panel has a light-transmitting slit that transmits sunlight between two adjacent photoelectric conversion cells of the plurality of photoelectric conversion cells.
  • the solar cell system according to the present invention is connected to at least some of the plurality of photoelectric conversion cells and absorbs heat generated in the at least some of the photoelectric conversion cells. And a first heat transfer member, and a first heat sink connected to the first heat transfer member and releasing heat of the first heat transfer member.
  • the solar cell system according to the present invention includes a second heat transfer member that is connected to at least some of the plurality of light sources and absorbs heat generated by the at least some light sources. And a second heat sink connected to the second heat transfer member and releasing heat of the second heat transfer member.
  • a plant factory that can uniformly irradiate the entire interior of the cultivation room with light of a desired amount or more.
  • the solar cell system used suitably for such a plant factory is provided.
  • FIG. 20 It is a top view which shows typically the solar cell panel 20 periphery of the plant factory in suitable embodiment of this invention. It is a figure which shows typically the plant factory 400 in suitable embodiment of this invention. It is a figure which shows typically the plant factory 500 in suitable embodiment of this invention.
  • FIG. 1 the plant factory 100 in this embodiment is shown.
  • the plant factory 100 in this embodiment is a sunlight utilization type
  • the cultivation room 10 is a facility in which plants are cultivated. Typically, as shown in the drawing, a plurality of cultivation benches 12 are installed inside the cultivation room 10, and plants are placed on these cultivation benches 12.
  • the plant cultivated in the cultivation room 10 is not particularly limited, and may be various vegetables and fruits.
  • the vegetable may be, for example, leafy vegetables (lettuce, mizuna, facility parsley, etc.) that eat the leaves, or fruit vegetables (eggplants, tomatoes, etc.) that eat fruits, Root vegetables that are edible roots (such as turnips, radish, etc.) may be used.
  • ornamental plants such as lavender, shibazakura and impatiens may be cultivated.
  • hydroponics hydroponics without using soil is performed.
  • the cultivation room 10 has a daylighting unit 10L that takes sunlight into the inside.
  • the daylighting unit 10 ⁇ / b> L is located on the ceiling of the cultivation room 10.
  • the daylighting unit 10L may be located on the side wall of the cultivation room 10 in addition to (or instead of) the ceiling.
  • at least a part of the daylighting unit 10L is preferably located on the ceiling of the cultivation room 10. Sunlight introduced into the cultivation space via the daylighting unit 10L is used for plant photosynthesis.
  • photosynthesis is most promoted in the temperature range of 25 ° C. to 30 ° C., so that the inside of the cultivation room 10 is preferably maintained at a temperature within this range.
  • Photosynthesis is basically promoted as the concentration of carbon dioxide is higher, but is saturated when the concentration is too high.
  • the carbon dioxide concentration in the outside air is about 350 ppm.
  • the solar cell panel 20 is provided in the daylighting part 10L of the cultivation room 10, and has light transmittance.
  • the solar battery panel 20 includes a plurality of photoelectric conversion cells 21.
  • Each photoelectric conversion cell 21 converts the energy of sunlight into electric power using the photovoltaic effect (that is, performs photovoltaic power generation).
  • the solar cell panel 20 in the present embodiment includes a light transmitting slit 20 s that transmits sunlight between two adjacent photoelectric conversion cells 21 among the plurality of photoelectric conversion cells 21. That is, the solar cell panel 20 is provided with light transmittance by providing the translucent slit 20s.
  • Such a solar cell panel 20 is sometimes referred to as a “light-through type”.
  • the sunlight irradiated on the photoelectric conversion cell 21 is used for power generation.
  • the sunlight irradiated between the adjacent photoelectric conversion cells 21, that is, the light transmitting slit 20s is transmitted through the light transmitting slit 20s and introduced into the cultivation room 10, and used for photosynthesis.
  • the plurality of light sources 30 are provided on the back side of the solar cell panel 20.
  • each of the plurality of light sources 30 is provided so as to have a one-to-one correspondence with each of the plurality of photoelectric conversion cells 21, and is positioned below the corresponding photoelectric conversion cell 21.
  • Each light source 30 is, for example, a light emitting diode (LED).
  • the light source control unit 40 is connected to the plurality of light sources 30 and controls the luminance of the plurality of light sources 30. In the present embodiment, the light source control unit 40 is also connected to the plurality of photoelectric conversion cells 21.
  • the daylighting unit 10 ⁇ / b> L of the cultivation room 10 includes a plurality of regions 10 ⁇ / b> Lr in which one light source 30 among the plurality of light sources 30 is disposed.
  • FIG. 2 shows an example in which the daylighting unit 10L includes 16 regions 10Lr, but the number of regions 10Lr is of course not limited thereto.
  • the light source control unit 40 can control the luminance of the light source 30 in each region 10Lr according to the amount of sunlight received in each of the plurality of regions 10Lr of the daylighting unit 10L. More specifically, the light source control unit 40 can increase or decrease the luminance of the light source 30 in each region 10 ⁇ / b> Lr based on the power generation amount in each of the plurality of photoelectric conversion cells 21.
  • a device for example, a charge / discharge controller that measures the power generation amount of the photoelectric conversion cell 21, an information processing device (for example, a personal computer) having a storage unit and a calculation unit, and a light emission luminance of the light source 30 are controlled.
  • a device for example, an LED controller
  • the light source control unit 40 controls the luminance of the light source 30 in each region 10Lr according to the amount of sunlight received in each of the plurality of regions 10Lr of the daylighting unit 10L. Can do. Therefore, the luminance of the light source 30 in the region 10Lr having a relatively large amount of received light can be relatively lowered, and the luminance of the light source 30 in the region 10Lr having a relatively small amount of received light can be relatively increased. Therefore, even when the intensity of sunlight irradiated to the daylighting unit 10L is not higher than a certain level, the entire interior of the cultivation room 10 can be uniformly irradiated with light having a desired light amount or more.
  • the intensity of sunlight falling on the daylighting section 10L may differ for each region 10Lr.
  • the cloudiness and snowfall of the lighting part 10L resulting from the temperature / humidity difference between the inside and outside of the cultivation room 10 occur only in the end part of the lighting part 10L in the slight case, the intensity of sunlight is also caused by these factors. It may be different for each region 10Lr.
  • the luminance of the light source 30 can be controlled according to the amount of light received in each region 10Lr, it is excessive in the region 10Lr having a relatively large amount of light received (that is, originally relatively bright). Supplementary light is not performed, and power consumption due to supplementary light can be reduced.
  • the desired amount of light is preferably determined according to the type of plant to be cultivated, the growth stage, and the like. That is, in the light source control unit 40, the photon flux density ( ⁇ mol / m 2 s) of the entire inside of the cultivation room 10 is a value set in advance according to the type and growth stage of the plant cultivated inside the cultivation room 10. As described above, it is preferable that the luminance of the light source 30 in each region 10Lr can be controlled. In addition, a plurality of light sources 30 can be turned on at night to allow plants to perform photosynthesis. Of course, the light source 30 can also be used as a light source for night work.
  • one light source 30 is provided for one photoelectric conversion cell 21, and one light source 30 is arranged for one region 10Lr.
  • the correspondence relationship between the cell 21 and the region 10Lr and the light source 30 is not limited to this.
  • a plurality of (two or more) light sources 30 may be provided for one photoelectric conversion cell 21, and a plurality of (two or more) light sources 30 may be arranged for one region 10Lr.
  • FIG. 3 shows an example of a specific structure of the daylighting unit 10L including the solar cell panel 20 and the light source 30.
  • the solar cell panel 20 and the light source 30 are disposed between the pair of tempered glass plates 11a and 11b.
  • the solar cell panel 20 includes a photoelectric conversion cell 21 and a pair of glass substrates 22a and 22b sandwiching the photoelectric conversion cell 21.
  • the photoelectric conversion cell 21 illustrated in FIG. 3 includes a tandem in which an upper layer 23 formed of amorphous silicon (a-Si) and a lower layer 24 formed of microcrystalline silicon ( ⁇ c-Si) are stacked. It has a structure.
  • a transparent electrode 25 is provided on the upper layer 23, and a reflective electrode 26 is provided below the lower layer 24.
  • the upper layer (sometimes referred to as a “top cell”) 23 has a structure in which a p layer, an i layer, and an n layer formed from hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) are stacked.
  • the lower layer (sometimes referred to as a “bottom cell”) 24 has a structure in which a p layer, an i layer, and an n layer formed from hydrogenated microcrystalline silicon ( ⁇ c-Si: H) are stacked.
  • the photoelectric conversion cell 21 having the above structure can be manufactured by various known methods. For example, it can be produced by decomposing a gaseous silicon compound by plasma discharge in a plasma CVD apparatus and laminating a thin silicon film on a transparent substrate.
  • the photoelectric conversion cell 21 having the tandem structure as illustrated the light on the short wavelength side is absorbed by the upper layer (top cell) 23 and the light on the long wavelength side is absorbed by the lower layer (bottom cell) 24.
  • Light in a wide wavelength range can be used for power generation.
  • the light source 30 is provided on the back side of the solar cell panel 20, more specifically, on the back surface of the lower glass substrate 22b of the pair of glass substrates 22a and 22b.
  • an LED is provided as the light source 30, and a transparent resin layer 31 is formed so as to cover the LED.
  • the photoelectric conversion cell 21 is not limited to the illustrated tandem type (multi-junction type). Silicon-based solar cells (photoelectric conversion cells) are classified into single crystal silicon type, polycrystalline silicon type, microcrystalline silicon type, and amorphous silicon type depending on the structure of the silicon film used. , Hybrid type and multi-junction type. Any type of cell may be used as the photoelectric conversion cell 21. Moreover, as the photoelectric conversion cell 21, a compound type or organic type cell may be used. Furthermore, an appropriate antireflection film may be provided on the surface of the photoelectric conversion cell 21 in order to reduce the light reflectance in the absorption wavelength region. Moreover, you may provide the reflecting film (an ultraviolet reflective film, an infrared reflective film, etc.) which reflects the light of wavelength ranges other than the absorption wavelength range of the photoelectric conversion cell 21. FIG.
  • the plant factory 100 preferably further includes a storage battery that stores the electric power generated by the solar battery panel 20.
  • a storage battery various known storage batteries can be used.
  • a lithium ion secondary battery, a nickel hydride storage battery, an electric double layer capacitor, or the like can be used.
  • the electric power generated in the solar cell panel 20 may be used as part of the electric power of the light source 30.
  • the light source 30 is not limited to the exemplified LED, and may be a high pressure sodium lamp, a metal halide lamp, a fluorescent lamp, or the like. Since the LED generates less heat during light emission, the use of the LED as the light source 30 provides the advantage that the temperature inside the cultivation room 10 can be suppressed.
  • white LED when using LED, white LED may be used and LED which emits the light of a specific wavelength range may be used.
  • LED which emits the light of a specific wavelength range
  • light in the wavelength range of 600 nm to 700 nm is said to be most useful for plant growth (that is, most effective for photosynthesis), and thus an LED that emits light in this wavelength range.
  • red LED Generally called “red LED”
  • light in the wavelength range of 400 nm to 500 nm (blue to blue-green light) is considered to be useful for plant growth (having a large photosynthesis effect) next to light in the wavelength range of 600 nm to 700 nm. It acts on pigments (carotenoids, riboflavin, flavin proteins, etc.) in plants, and has a great effect on phototropism (the nature that plants bend in the direction of light) and morphogenesis. Therefore, an LED that emits light in this wavelength range (generally referred to as “blue LED”) may be used. Alternatively, a red LED and a blue LED may be combined (for example, a red LED and a blue LED may be used at a ratio of 5: 1).
  • UVA ultraviolet rays
  • the daylighting unit 10L includes a glass plate (for example, the above-described tempered glass plates 11a and 11b)
  • light in the ultraviolet region (ultraviolet rays) in sunlight is blocked by the glass plate.
  • FIG. 4 the spectrum of the sunlight in the cultivation room 10 outside and the cultivation room 10 inside is shown.
  • the spectrum in the cultivation room 10 shown in FIG. 4 was measured about the case where the sum total of the thickness of the tempered glass board 11a of the lighting part 10L and 11b is 5 mm.
  • Table 1 below shows the amount of light inside the cultivation room 10, the amount of light outside the cultivation room 10, and the ratio thereof (the amount of light inside the cultivation room / the amount of light outside the cultivation room) for each wavelength region.
  • the light quantity outside the cultivation room 10 is about 43 ⁇ mol / m 2 s, whereas the light quantity inside the cultivation room 10 is about There is only 1.7 ⁇ mol / m 2 s, and the light quantity ratio is as small as 3.9%. 4 and Table 1 that the light quantity in the cultivation room 10 is about 60% of the light quantity outside the cultivation room 10 in the wavelength range of 400 nm to 500 nm and the wavelength range of 600 nm to 700 nm.
  • UVA ultraviolet rays
  • light (infrared rays) in a wavelength region exceeding 700 nm has an effect of promoting photosynthesis by combining light in a wavelength region of 400 nm to 500 nm or light in a wavelength region of 600 nm to 700 nm (called an Emerson effect).
  • Light in the wavelength range of 500 nm to 600 nm (green to yellow light) has a disease control effect (specifically, a night moss action suppression effect, etc.). Therefore, LEDs that emit light in the wavelength range of more than 700 nm (generally referred to as “infrared LEDs”) and LEDs that emit light in the wavelength range of 500 nm to 600 nm (generally referred to as “green LEDs”) are described above. You may use in combination with LED, blue LED, and / or ultraviolet LED.
  • the light source control unit 40 increases or decreases the luminance of the light source 30 in each region 10Lr based on the power generation amount in each of the plurality of photoelectric conversion cells 21, but the present invention is not limited to this. is not.
  • a configuration may be adopted in which a light receiving sensor is arranged in each of the plurality of regions 10Lr, and the light source control unit 40 can increase or decrease the luminance of the light source 30 in each region 10Lr based on the detection results by the plurality of light receiving sensors.
  • the light-through type solar cell panel 20 is exemplified, but as the solar cell panel 20 having light transmittance, those other than the light-through type can be used.
  • Such a solar cell panel 20 may be called a “see-through type”. Since the light through type can easily realize a high aperture ratio (for example, 70% or more), it is preferable to use the light through type from the viewpoint of sufficiently introducing sunlight into the cultivation room 10.
  • the write-through type has an advantage that the material and structure of the photoelectric conversion cell 21 are less restricted than the see-through type.
  • the light transmittance of the entire solar cell panel 20 is 60% or more in order to sufficiently introduce sunlight into the cultivation room 10. It is preferable that it is 80% or more.
  • a system including the solar cell panel 20, the plurality of light sources 30, and the light source control unit 40 among the components of the plant factory 100 is also referred to as a “solar cell system”.
  • the plurality of regions 10Lr included in the daylighting unit 10L are regions defined in the solar cell system. That is, it can be said that the solar cell system includes a plurality of regions 10Lr in which at least one of the plurality of light sources 30 is disposed.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the plant factory 200.
  • the plant factory 200 in the present embodiment will be described with a focus on differences from the plant factory 100 in the first embodiment (the same applies to the following embodiments).
  • the daylighting unit 10L has a plurality of regions 10Lr in which at least one light source 30 is disposed. As shown in FIG. 5, the plant factory 200 is divided into a plurality of sections 10r associated with a plurality of areas 10Lr of the daylighting unit 10L. In other words, the inside of the plant factory 200 has a plurality of sections 10r into which light is introduced from each of the plurality of regions 10Lr of the daylighting unit 10L.
  • the light source control unit 40 can control the luminance of the light source 30 in each region 10Lr according to the amount of sunlight received in each of the plurality of regions 10Lr of the daylighting unit 10L. .
  • the light source control unit 40 increases or decreases the luminance of the light source 30 in each region 10Lr of the daylighting unit 10L based on information (hereinafter referred to as “zone information”) regarding each of the plurality of zones 10r. be able to. Therefore, supplementary light can be more effectively performed.
  • the area information includes, for example, arrangement information indicating the arrangement of plants in each of the plurality of areas 10r.
  • arrangement information indicating the arrangement of plants in each of the plurality of areas 10r.
  • plants are arranged in the first, second, and fourth areas 10 r from the left side, whereas from the left side.
  • No plant is arranged in the third zone 10r.
  • the light source controller 40 can reduce the power consumption by setting the luminance of the light source 30 in the region 10Lr corresponding to the third zone 10r from the left to zero regardless of the amount of received light.
  • the area information is stored in the storage unit 41 of the light source control unit 40 as shown in FIG.
  • the area information may include information other than the exemplified arrangement information.
  • the area information may include information related to the growth stage of the plant, and the light quantity and light quality (spectral distribution) may be adjusted based on the information.
  • the area information may include information on the disease history of pests, and based on the information, a part (or all) of the area 10r may be irradiated with light having a disease control effect.
  • FIG. 6 shows a plant factory 300 in the present embodiment.
  • the plant factory 300 includes a carbon dioxide supply device 50 that supplies carbon dioxide (CO 2 ) to the inside of the cultivation room 10.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the carbon dioxide supply device 50 adjusts the amount of carbon dioxide supplied to each area 10r in the cultivation room 10 according to the amount of received sunlight and the luminance of the light source 30 in each of the plurality of regions 10Lr of the daylighting unit 10L. can do.
  • a more specific configuration of the carbon dioxide supply device 50 will be described.
  • the carbon dioxide supply device 50 includes a cylinder 51 in which carbon dioxide is stored, a pipe 52 extending from the cylinder 51 to the inside of the cultivation room 10, and a valve 53 for adjusting the amount of carbon dioxide supplied to the inside of the cultivation room 10. And have.
  • the carbon dioxide from the cylinder 51 passes through the pipe 52 and is introduced into the cultivation room 10 through the outlet 54 provided in each area 10r.
  • the carbon dioxide supply device 50 further includes a supply amount control unit 55 for controlling the supply amount of carbon dioxide.
  • the supply amount control unit 55 changes the opening degree of the bulb 53 according to the amount of received sunlight and the luminance of the light source 30 in each region 10Lr of the daylighting unit 10L. With such a configuration, the carbon dioxide supply device 50 can adjust the amount of carbon dioxide supplied to each section 10r.
  • the carbon dioxide supply device 50 has each of the inside of the cultivation room 10 according to the amount of received sunlight and the brightness of the light source 30 in each region 10Lr of the daylighting unit 10L.
  • the amount of carbon dioxide supplied to the zone 10r can be adjusted. Therefore, according to the irradiation light amount (sum of sunlight amount and artificial light amount) to the plant in each zone 10r, CO 2 necessary for photosynthesis can be supplied in an appropriate amount, so that the plant can be developed efficiently. it can.
  • the supply is started with the power generation by the solar cell panel 20 as a trigger (opening the valve 53), and the supply of carbon dioxide is stopped (the valve 53 is closed) when the power generation amount becomes substantially zero.
  • Simple control may be performed. That is, a configuration in which the carbon dioxide supply device 50 starts supplying carbon dioxide with the start of power generation by the solar cell panel 20 and ends supplying carbon dioxide with the end of power generation by the solar cell panel 20 may be adopted. According to such a configuration, efficient carbon dioxide fertilization synchronized with sunlight irradiation can be performed without providing a complicated control system.
  • FIG. 7 shows an example of a flowchart in the case of performing relatively simple control as described above.
  • step S1 whether or not the voltage (corresponding to the electromotive force due to the photovoltaic effect) in the solar cell panel 20 is equal to or higher than a predetermined value, more specifically, is it equal to or higher than 0.1V. It is determined whether or not (step S1). This determination can be performed, for example, by detecting a voltage value for one of the plurality of photoelectric conversion cells 21 included in the solar battery panel 20.
  • step S2 When it is determined that the voltage is 0.1 V or higher, subsequently, whether the carbon dioxide concentration inside the cultivation room 10 is a predetermined value or less, more specifically, whether it is 2000 ppm or less. It is determined (step S2).
  • the carbon dioxide concentration can be detected by a carbon dioxide sensor provided inside the cultivation room 10.
  • Step S1 When it is determined that the carbon dioxide concentration is 2000 ppm or less, the valve 53 is opened and the supply of carbon dioxide is started (step S3). Thereafter, when a predetermined time (for example, 60 seconds) elapses, Step S1 is executed again.
  • a predetermined time for example, 60 seconds
  • Step S4 is also executed when it is determined in Step S2 that the carbon dioxide concentration is not 2000 ppm or less (that is, exceeds 2000 ppm). That is, the valve 53 is closed and the supply of carbon dioxide is terminated.
  • the threshold value used for determination in step S1 and S2 is not limited to the value illustrated here (0.1V and 2000ppm), It can set to arbitrary values.
  • the electric power necessary for opening and closing the valve (typically a solenoid valve) 53 may be provided by power generation by the solar cell panel 20. That is, the valve 53 may be driven by electric power obtained by power generation by the solar cell panel 20.
  • the plant factory in this embodiment has the structure for releasing the heat generated in the photoelectric conversion cell 21 of the solar battery panel 20 to the outside, and the plant factories 100, 200, and 300 in Embodiments 1, 2, and 3 Different.
  • FIG. 8 is a plan view schematically showing the periphery of the solar cell panel 20 of the plant factory in the present embodiment.
  • the plant factory in the present embodiment includes a plurality of heat transfer members 61 each connected to a part of the plurality of photoelectric conversion cells 21, and these heat transfer members. And a heat sink 62 connected to 61.
  • Each of the plurality of heat transfer members 61 absorbs heat generated in the connected photoelectric conversion cells 21.
  • one row of photoelectric conversion cells 21 is connected to one heat transfer member 61 extending in the row direction.
  • the heat transfer member 61 is formed of a material having excellent heat resistance and high thermal conductivity (for example, aluminum or copper).
  • the heat sink 62 releases the heat of the plurality of heat transfer members 61.
  • one end of the plurality of heat transfer members 61 is connected to one heat sink 62.
  • the heat sink 62 is made of a metal having a high thermal conductivity (for example, silver, copper, aluminum) or a ceramic having a high thermal conductivity (for example, alumina, aluminum nitride, silicon carbide, graphite).
  • the photoelectric conversion cell 21 generates heat with power generation, and as a result, the power generation efficiency may decrease when the temperature rises.
  • the heat generated in the photoelectric conversion cell 21 is released to the outside through the heat transfer member 61 and the heat sink 62. Therefore, it can suppress that the function of the photoelectric conversion cell 21 (namely, solar cell panel 20) falls by the temperature rise by electric power generation.
  • the one heat transfer member 61 was provided and all the photoelectric conversion cells 21 were connected to the one heat transfer member 61. Also good.
  • the configuration in which one heat sink 62 is provided is illustrated, but a plurality of heat sinks 62 may be provided.
  • the plant factory in the present embodiment is different from the plant factories 100, 200, and 300 in the first, second, and third embodiments in that it has a structure for releasing heat generated by the light source 30 to the outside.
  • this structure will be described more specifically with reference to FIG.
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing the periphery of the solar cell panel 20 of the plant factory in the present embodiment.
  • the plant factory in the present embodiment is connected to a plurality of heat transfer members 65 each connected to a part of the plurality of light sources 30 and to these heat transfer members 65.
  • Heat sink 66 is connected to a plurality of heat transfer members 65 each connected to a part of the plurality of light sources 30 and to these heat transfer members 65.
  • Each of the plurality of heat transfer members 65 absorbs heat generated by the connected light source 30.
  • one row of light sources 30 is connected to one heat transfer member 65 extending in the row direction.
  • the heat transfer member 65 is made of a material (eg, aluminum or copper) that has excellent heat resistance and high thermal conductivity.
  • the heat sink 66 releases heat from the plurality of heat transfer members 65.
  • one end of the plurality of heat transfer members 65 is connected to one heat sink 66.
  • the heat sink 66 is made of a metal having a high thermal conductivity (for example, silver, copper, aluminum) or a ceramic having a high thermal conductivity (for example, alumina, aluminum nitride, silicon carbide, graphite).
  • the light source 30 generates heat with light emission, and as a result, the light emission efficiency may decrease as the temperature rises.
  • heat generated by the light source 30 is released to the outside through the heat transfer member 65 and the heat sink 66. Therefore, it can suppress that the function of the light source 30 falls by the temperature rise by light emission.
  • a configuration in which a plurality of heat transfer members 65 are provided is illustrated, but one heat transfer member 65 may be provided, and all the light sources 30 may be connected to the one heat transfer member 65.
  • the configuration in which one heat sink 66 is provided is illustrated, but a plurality of heat sinks 66 may be provided.
  • FIG. 10 shows a plant factory 400 in the present embodiment. As shown in FIG. 10, the plant factory 400 is different from the plant factory 100 in the first embodiment in that it includes a plurality of optical fibers 70.
  • the plurality of optical fibers 70 are provided on the back side of the solar cell panel 20.
  • One end portion 70 a of each optical fiber 70 is disposed in a part of the light transmitting slit 20 s of the solar cell panel 20.
  • the other end part 70b of each optical fiber 70 is arrange
  • the one end portion 70a is also referred to as an “input side end portion”, and the other end portion 70b is also referred to as an “output side end portion”.
  • the output side end portion 70b of the optical fiber 70 is disposed in the region 10Lr having a relatively small amount of received light among the plurality of regions 10Lr of the daylighting unit 10Lr.
  • the light reception amount in the rightmost region 10Lr of the four regions 10Lr of the daylighting unit 10Lr is smaller than the light reception amount in each of the other three regions 10Lr.
  • the side end portion 70b is disposed in the rightmost region 10Lr.
  • the input side end portion 70a of the optical fiber 70 is disposed in the light transmitting slit 20s in the other three regions 10Lr.
  • Sunlight is very bright compared to artificial light (the amount of light energy is large), so even if the light source 30 in the region 10Lr having a relatively small amount of received light is turned on, it is difficult to make the light amount sufficiently uniform.
  • the provision of the optical fiber 70 as described above makes it easier to uniformly irradiate the entire interior of the cultivation room 10 with light of a desired amount or more.
  • optical fiber 70 various types of optical fibers can be suitably used. Further, the number and arrangement density of the optical fibers 70 are appropriately set according to the tendency of variation in the amount of received light between the regions 10Lr.
  • FIG. 11 shows a plant factory 500 in this embodiment. Similar to the plant factory 400 in the sixth embodiment, the plant factory 500 includes a plurality of optical fibers 70. However, the arrangement of the optical fiber 70 in the plant factory 500 is different from the arrangement of the optical fiber 70 in the plant factory 400.
  • FIG. 11 illustrates a case where the cultivation benches 12 are stacked in two stages.
  • the lower cultivation bench 12a is referred to as a “first cultivation bench”, and the upper stage (that is, the first cultivation bench).
  • the cultivation bench 12b (located above) may be referred to as a “second cultivation bench”.
  • the number of stages of the cultivation bench 12 is not limited to two, and may be three or more.
  • One end portion (input side end portion) 70 a of each optical fiber 70 is disposed in a part of the light transmitting slit 20 s of the solar cell panel 20. Moreover, the other end part (output side end part) 70b of each optical fiber 70 is arrange
  • the optical fiber 70 as described above since the optical fiber 70 as described above is provided, a sufficient amount of light is also applied to plants on the lower cultivation bench (first cultivation bench) 12a. Can be supplied.
  • the number and arrangement density of the optical fibers 70 are appropriately set according to the degree of light shielding by the upper stage cultivation bench 12b, the number of stages of the cultivation bench 12, and the like.
  • a further light source for example, LED
  • a plant factory that can uniformly irradiate the entire interior of the cultivation room with light of a desired amount or more.
  • the solar cell system used suitably for such a plant factory is provided.

Landscapes

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Abstract

　植物工場（１００）は、内部で植物が栽培される栽培室（１０）であって、太陽光を内部に採り入れる採光部（１０Ｌ）を有する栽培室（１０）と、採光部（１０Ｌ）に設けられた光透過性を有する太陽電池パネル（２０）であって、複数の光電変換セル（２１）を含む太陽電池パネル（２０）と、太陽電池パネル（２０）の裏側に設けられた複数の光源（３０）と、複数の光源（３０）の輝度を制御する光源制御部（４０）とを備える。採光部（１０Ｌ）は、それぞれに複数の光源（３０）のうちの少なくとも１つの光源（３０）が配置された複数の領域（１０Ｌｒ）を含む。光源制御部（４０）は、複数の領域（１０Ｌｒ）のそれぞれにおける太陽光の受光量に応じて、少なくとも１つの光源（３０）の輝度を制御し得る。

Description

植物工場および太陽電池システム
　本発明は、植物工場に関する。また、本発明は、植物工場に好適に用いられる太陽電池システムにも関する。
　近年、日本の農業問題が喧しく取り沙汰されており、高付加価値な新しい農業形態として植物工場が注目されている。植物工場は、閉鎖的または半閉鎖的な空間内で光、温度、湿度、二酸化炭素濃度、培養液などの環境条件を人工的に制御することにより、季節や気候に左右されない安定的な作物生産を可能にするシステムである。
　植物工場には、太陽光を利用する「太陽光利用型」と、人工光を利用する「完全制御型」の２種類がある。また、太陽光利用型は、厳密には、光源として太陽光のみを用いるものと、補助的に人工光を用いるもの（「人工光併用型」と呼ばれることもある。）の２種類に分けられる。
　植物工場は、上述したように耳目を集めてはいるものの、現在農業の主流である露地栽培に比べ、植物の生産に要するコストが高い。植物工場では、種々の条件を制御するために大量の電力を必要とするからである。また、日本における電力の半分以上は、二酸化炭素の排出量が多い火力発電によって生成されているので、大量の電力を必要とする植物工場は、環境への負荷が大きいといえる。
　そこで、特許文献１は、太陽光利用型の植物工場において、栽培室の天井や側壁に太陽電池パネルを設け、太陽光発電によって必要な電力を賄う技術を提案している。さらに、特許文献２は、栽培室の天井に設ける太陽電池パネルとして、色素増感型の太陽電池セルを有するパネルを用い、光合成に必要な波長域の光を施設の内部に導入するとともに、光合成に不要な波長域の光を発電に利用する技術を提案している。
特開平８－１２６４３８号公報 特開２００９－１２９６８６号公報
　しかしながら、特許文献１および２に開示されている技術では、栽培室の天井全体に照射される太陽光の強度がある程度のレベル以上でないと、所望の光量以上の光を栽培室の内部全体に均一に導入することができない。なお、特許文献１および２には、太陽電池パネルが可動式であることにより栽培室の内部への光の導入量を調整できることが記載されているが、これらの記載は、太陽電池パネルをルーバーやブラインドのように機能させることによって遮光量を調整できることを意味しているにすぎない。つまり、特許文献１および２に開示されている技術では、光量不足を補うことはできない。
　また、人工光併用型の植物工場においては、雨天時や曇天時に補光（典型的には高圧ナトリウムランプの光が用いられる）が行われるが、この補光は、栽培室の内部全体に一律な強度の人工光を照射することによって行われることが一般的である。実際の植物工場では、種々の要因により、栽培室の天井に照射される太陽光の強度には場所によるばらつきが存在するが、その点までも考慮して栽培室の内部全体に均一な光量で補光を行う技術は未だ提案されていない。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、所望の光量以上の光を栽培室の内部全体に均一に照射し得る植物工場およびそのような植物工場に好適に用いられる太陽電池システムを提供することにある。
　本発明による植物工場は、内部で植物が栽培される栽培室であって、太陽光を内部に採り入れる採光部を有する栽培室と、前記採光部に設けられた光透過性を有する太陽電池パネルであって、複数の光電変換セルを含む太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの裏側に設けられた複数の光源と、前記複数の光源の輝度を制御する光源制御部と、を備え、前記採光部は、それぞれに前記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源が配置された複数の領域を含み、前記光源制御部は、前記複数の領域のそれぞれにおける太陽光の受光量に応じて、前記少なくとも１つの光源の輝度を制御し得る。
　ある好適な実施形態において、前記光源制御部は、前記複数の光電変換セルのそれぞれにおける発電量に基づいて、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を増減させ得る。
　ある好適な実施形態において、本発明による植物工場は、それぞれが前記複数の領域のそれぞれに配置された複数の受光センサをさらに備え、前記光源制御部は、前記複数の受光センサによる検知結果に基づいて、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を増減させ得る。
　ある好適な実施形態において、前記複数の光源のそれぞれは、発光ダイオードである。
　ある好適な実施形態において、前記太陽電池パネルは、前記複数の光電変換セルのうちの互いに隣接する２つの光電変換セルの間に、太陽光を透過させる透光スリットを有する。
　ある好適な実施形態において、本発明による植物工場は、前記透光スリットの一部にその一端部が配置された光ファイバをさらに備える。
　ある好適な実施形態において、本発明による植物工場は、前記栽培室内に積み重ねられた複数の栽培ベンチをさらに備え、前記複数の栽培ベンチは、第１栽培ベンチと、前記第１栽培ベンチの上方に位置する第２栽培ベンチとを含み、前記光ファイバの他端部は、前記第１栽培ベンチと前記第２栽培ベンチとの間に配置されている。
　ある好適な実施形態において、前記採光部の少なくとも一部は、前記栽培室の天井に位置する。
　ある好適な実施形態において、前記光源制御部は、前記栽培室の内部全体の光量子束密度が、前記栽培室の内部で栽培される植物の種類および生育段階に応じて予め設定された値以上となるように、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を制御し得る。
　ある好適な実施形態において、前記栽培室の内部は、それぞれが前記採光部の前記複数の領域のそれぞれから光を導入される複数の区域を有する。
　ある好適な実施形態において、前記光源制御部は、前記複数の区域のそれぞれに関する情報である区域情報に基づいて、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を増減させ得る。
　ある好適な実施形態において、前記区域情報は、前記複数の区域のそれぞれにおける植物の配置を示す配置情報を含む。
　ある好適な実施形態において、本発明による植物工場は、前記栽培室の内部に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置をさらに備え、前記二酸化炭素供給装置は、前記採光部の前記複数の領域のそれぞれにおける太陽光の受光量および前記少なくとも１つの光源の輝度に応じて、前記複数の区域のそれぞれへの二酸化炭素の供給量を調節し得る。
　ある好適な実施形態において、本発明による植物工場は、前記栽培室の内部に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置をさらに備え、前記二酸化炭素供給装置は、前記太陽電池パネルによる発電の開始とともに二酸化炭素の供給を開始し、前記太陽電池パネルによる発電の終了とともに二酸化炭素の供給を終了する。
　ある好適な実施形態において、前記二酸化炭素供給装置は、前記栽培室の内部への二酸化炭素の供給量を調節するためのバルブを有し、前記バルブは、前記太陽電池パネルによる発電によって得られた電力で駆動される。
　ある好適な実施形態において、本発明による植物工場は、前記複数の光電変換セルのうちの少なくとも一部の光電変換セルに接続され、前記少なくとも一部の光電変換セルで発生した熱を吸収する第１伝熱部材と、前記第１伝熱部材に接続され、前記第１伝熱部材の熱を放出する第１ヒートシンクと、をさらに備える。
　ある好適な実施形態において、本発明による植物工場は、前記複数の光源のうちの少なくとも一部の光源に接続され、前記少なくとも一部の光源で発生した熱を吸収する第２伝熱部材と、前記第２伝熱部材に接続され、前記第２伝熱部材の熱を放出する第２ヒートシンクと、をさらに備える。
　本発明による太陽電池システムは、光透過性を有する太陽電池パネルであって、複数の光電変換セルを含む太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの裏側に設けられた複数の光源と、前記複数の光源の輝度を制御する光源制御部と、を備え、それぞれに前記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源が配置された複数の領域を含み、前記光源制御部は、前記複数の領域のそれぞれにおける太陽光の受光量に応じて、前記少なくとも１つの光源の輝度を制御し得る。
　ある好適な実施形態において、前記光源制御部は、前記複数の光電変換セルのそれぞれにおける発電量に基づいて、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を増減させ得る。
　ある好適な実施形態において、本発明による太陽電池システムは、それぞれが前記複数の領域のそれぞれに配置された複数の受光センサをさらに備え、前記光源制御部は、前記複数の受光センサによる検知結果に基づいて、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を増減させ得る。
　ある好適な実施形態において、前記複数の光源のそれぞれは、発光ダイオードである。
　ある好適な実施形態において、前記太陽電池パネルは、前記複数の光電変換セルのうちの互いに隣接する２つの光電変換セルの間に、太陽光を透過させる透光スリットを有する。
　ある好適な実施形態において、本発明による太陽電池システムは、前記複数の光電変換セルのうちの少なくとも一部の光電変換セルに接続され、前記少なくとも一部の光電変換セルで発生した熱を吸収する第１伝熱部材と、前記第１伝熱部材に接続され、前記第１伝熱部材の熱を放出する第１ヒートシンクと、をさらに備える。
　ある好適な実施形態において、本発明による太陽電池システムは、前記複数の光源のうちの少なくとも一部の光源に接続され、前記少なくとも一部の光源で発生した熱を吸収する第２伝熱部材と、前記第２伝熱部材に接続され、前記第２伝熱部材の熱を放出する第２ヒートシンクと、をさらに備える。
　本発明によると、所望の光量以上の光を栽培室の内部全体に均一に照射し得る植物工場が提供される。また、本発明によると、そのような植物工場に好適に用いられる太陽電池システムが提供される。
本発明の好適な実施形態における植物工場１００を模式的に示す図である。 本発明の好適な実施形態における植物工場１００を模式的に示す図である。 採光部１０Ｌの具体的な構造の一例を示す図である。 栽培室１０外と栽培室１０内とにおける太陽光のスペクトルを示すグラフである。 本発明の好適な実施形態における植物工場２００を模式的に示す図である。 本発明の好適な実施形態における植物工場３００を模式的に示す図である。 二酸化炭素の供給制御のフローチャートである。 本発明の好適な実施形態における植物工場の太陽電池パネル２０周辺を模式的に示す平面図である。 本発明の好適な実施形態における植物工場の太陽電池パネル２０周辺を模式的に示す平面図である。 本発明の好適な実施形態における植物工場４００を模式的に示す図である。 本発明の好適な実施形態における植物工場５００を模式的に示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
　（実施形態１）
　図１に、本実施形態における植物工場１００を示す。本実施形態における植物工場１００は、太陽光利用型であり、図１に示すように、栽培室１０と、太陽電池パネル２０と、複数の光源３０と、光源制御部４０とを備える。
　栽培室１０は、その内部で植物が栽培される施設である。典型的には、図示しているように、栽培室１０の内部には複数の栽培ベンチ１２が設置されており、これらの栽培ベンチ１２に植物が載置される。
　栽培室１０で栽培される植物は、特に限定されず、種々の野菜や果物であってよい。野菜は、例えば、葉の部分を食用とする葉菜類（レタス、水菜、イタリアンパセリなど）であってもよいし、果実を食用とする果菜類（ナス、トマトなど）であってもよく、主に根を食用とする根菜類（カブ、二十日大根など）であってもよい。さらに、ラベンダーや芝桜、インパチェンスなどの観賞用の植物を栽培してもよい。栽培室１０では、典型的には、土壌を用いない養液栽培（水耕栽培）が行われる。
　栽培室１０は、太陽光を内部に採り入れる採光部１０Ｌを有する。本実施形態では、採光部１０Ｌは、栽培室１０の天井に位置する。なお、採光部１０Ｌは、天井に加えて（あるいは天井に代えて）栽培室１０の側壁に位置してもよい。ただし、太陽光を効率良く取り込む観点からは、採光部１０Ｌの少なくとも一部は、栽培室１０の天井に位置することが好ましい。採光部１０Ｌを介して栽培空間内に導入された太陽光は、植物の光合成に利用される。
　植物の種類にもよるが、一般に、光合成は、２５℃～３０℃の温度範囲でもっとも促進されるので、栽培室１０内は、この範囲内の温度に維持されることが好ましい。また、光合成は、基本的には二酸化炭素濃度が高いほど促進されるが、濃度があまりに高すぎると飽和する。外気中の二酸化炭素濃度は、３５０ｐｐｍ程度である。栽培室１０内の二酸化炭素濃度を１０００ｐｐｍ～２０００ｐｐｍの範囲内に制御することにより、光合成を十分に促進することができる。
　太陽電池パネル２０は、栽培室１０の採光部１０Ｌに設けられており、光透過性を有する。また、太陽電池パネル２０は、複数の光電変換セル２１を含む。各光電変換セル２１は、光起電力効果を利用して、太陽光のエネルギーを電力に変換する（つまり太陽光発電を行う）。本実施形態における太陽電池パネル２０は、複数の光電変換セル２１のうちの互いに隣接する２つの光電変換セル２１の間に、太陽光を透過させる透光スリット２０ｓを有する。つまり、太陽電池パネル２０は、透光スリット２０ｓが設けられていることによって、光透過性を付与されている。このような太陽電池パネル２０は、「ライトスルータイプ」と呼ばれることもある。栽培室１０の採光部１０Ｌに降り注ぐ太陽光のうち、光電変換セル２１に照射された太陽光は、発電に用いられる。これに対し、隣接する光電変換セル２１の間、つまり、透光スリット２０ｓに照射された太陽光は、透光スリット２０ｓを透過して栽培室１０の内部に導入され、光合成に用いられる。
　複数の光源３０は、太陽電池パネル２０の裏側に設けられている。図示している例では、複数の光源３０のそれぞれは、複数の光電変換セル２１のそれぞれと一対一で対応するように設けられており、対応する光電変換セル２１の下方に位置している。各光源３０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
　光源制御部４０は、複数の光源３０に接続されており、複数の光源３０の輝度を制御する。また、本実施形態では、光源制御部４０は、複数の光電変換セル２１にも接続されている。
　栽培室１０の採光部１０Ｌは、図２に示すように、それぞれに複数の光源３０のうちの１つの光源３０が配置された複数の領域１０Ｌｒを含んでいる。なお、図２には、採光部１０Ｌが１６個の領域１０Ｌｒを含んでいる例を示しているが、領域１０Ｌｒの個数は勿論これに限定されるものではない。
　光源制御部４０は、採光部１０Ｌの複数の領域１０Ｌｒのそれぞれにおける太陽光の受光量に応じて、各領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を制御することができる。より具体的には、光源制御部４０は、複数の光電変換セル２１のそれぞれにおける発電量に基づいて、各領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を増減させ得る。
　光源制御部４０としては、光電変換セル２１の発電量を計測する機器（例えば充放電コントローラ）と、記憶部および演算部を有する情報処理装置（例えばパーソナルコンピュータ）と、光源３０の発光輝度を制御する装置（例えばＬＥＤコントローラ）とを組み合わせて用いることができる。
　上述したように、本実施形態における植物工場１００では、光源制御部４０が、採光部１０Ｌの複数の領域１０Ｌｒのそれぞれにおける太陽光の受光量に応じて、各領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を制御し得る。従って、相対的に受光量の多い領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を相対的に低くし、相対的に受光量の少ない領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を相対的に高くすることができる。そのため、採光部１０Ｌに照射される太陽光の強度がある程度のレベル以上でない場合でも、所望の光量以上の光を栽培室１０の内部全体に均一に照射することができる。
　植物工場１００に隣接する建築物の影響（そのような建築物により生じる影）により、採光部１０Ｌに降り注ぐ太陽光の強度は、領域１０Ｌｒごとに異なり得る。また、栽培室１０内外の温湿度差に起因する採光部１０Ｌの曇りや積雪は、軽微な場合には採光部１０Ｌの端部のみに発生するので、これらの要因によっても、太陽光の強度が領域１０Ｌｒごとに異なり得る。しかしながら、本実施形態の植物工場１００では、各領域１０Ｌｒの受光量に応じて光源３０の輝度が制御され得るので、相対的に受光量の多い（つまりもともと相対的に明るい）領域１０Ｌｒに過度の補光が行われることがなく、補光による消費電力を低減することができる。
　なお、所望の光量は、栽培される植物の種類や生育段階等に応じて決定されることが好ましい。つまり、光源制御部４０は、栽培室１０の内部全体の光量子束密度（μｍｏｌ／ｍ2ｓ）が、栽培室１０の内部で栽培される植物の種類および生育段階に応じて予め設定された値以上となるように、各領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を制御し得ることが好ましい。また、夜間に複数の光源３０を点灯させて植物に光合成を行わせることもできる。勿論、光源３０を、夜間作業用の光源として用いることもできる。
　図１および図２に示した例では、１つの光電変換セル２１に対して１つの光源３０が設けられており、１つの領域１０Ｌｒに対して１つの光源３０が配置されているが、光電変換セル２１および領域１０Ｌｒと、光源３０との対応関係はこれに限定されるものではない。１つの光電変換セル２１に対して複数の（２つ以上の）光源３０が設けられており、１つの領域１０Ｌｒに対して複数の（２つ以上の）光源３０が配置されていてもよい。
　図３に、太陽電池パネル２０や光源３０を含む採光部１０Ｌの具体的な構造の一例を示す。図３に示す構造では、一対の強化ガラス板１１ａおよび１１ｂの間に、太陽電池パネル２０と、光源３０とが配置されている。
　太陽電池パネル２０は、光電変換セル２１と、光電変換セル２１を挟む一対のガラス基板２２ａおよび２２ｂとを含む。図３に例示している光電変換セル２１は、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）から形成された上部層２３と、微結晶シリコン（μｃ－Ｓｉ）から形成された下部層２４とが積層されたタンデム構造を有する。上部層２３の上には、透明電極２５が設けられており、下部層２４の下には、反射電極２６が設けられている。
　上部層（「トップセル」と呼ばれることもある）２３は、より具体的には、水素化アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）から形成されたｐ層、ｉ層およびｎ層が積層された構造を有する。また、下部層（「ボトムセル」と呼ばれることもある）２４は、水素化微結晶シリコン（μｃ－Ｓｉ：Ｈ）から形成されたｐ層、ｉ層およびｎ層が積層された構造を有する。
　上記の構造を有する光電変換セル２１は、公知の種々の手法により作製することができる。例えば、プラズマＣＶＤ装置内でガス状のシリコン化合物をプラズマ放電によって分解し、透明基板上に薄いシリコン膜を積層することによって作製することができる。例示したようなタンデム構造を有する光電変換セル２１では、短波長側の光を上部層（トップセル）２３で吸収し、長波長側の光を下部層（ボトムセル）２４で吸収することにより、より広い波長域の光を発電に利用することができる。
　太陽電池パネル２０の裏側、より具体的には、一対のガラス基板２２ａおよび２２ｂのうちの下側のガラス基板２２ｂの裏面上には、光源３０が設けられている。ここでは、光源３０としてＬＥＤが設けられており、ＬＥＤを覆うように透明樹脂層３１が形成されている。
　光電変換セル２１は、例示したタンデム型（多接合型）に限定されるものではない。シリコン系の太陽電池（光電変換セル）は、用いられるシリコン膜の構造によって単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、微結晶シリコン型、アモルファスシリコン型に分類され、また、その形態によって、薄膜シリコン型、ハイブリッド型、多接合型に分類される。光電変換セル２１として、いずれのタイプのセルを用いてもよい。また、光電変換セル２１として、化合物系や有機系のセルを用いてもよい。さらに、吸収波長域での光反射率を低減するために、光電変換セル２１の表面に適当な反射防止膜を設けてもよい。また、光電変換セル２１の吸収波長域以外の波長域の光を反射する反射膜（紫外線反射膜や赤外線反射膜など）を設けてもよい。
　植物工場１００は、太陽電池パネル２０で発生した電力を蓄える蓄電池をさらに備えていることが好ましい。蓄電池としては、公知の種々の蓄電池を用いることができ、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池、電気ニ重層キャパシタなどを用いることができる。太陽電池パネル２０で発生した電力は、光源３０の電力の一部として用いられてもよい。
　光源３０は、例示したＬＥＤに限定されず、高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプ、蛍光灯などであってもよい。ＬＥＤは、発光の際の発熱が少ないので、光源３０としてＬＥＤを用いると、栽培室１０内部の温度の上昇を抑制できるという利点が得られる。
　また、ＬＥＤを用いる場合、白色ＬＥＤを用いてもよいし、特定の波長域の光を発するＬＥＤを用いてもよい。例えば、６００ｎｍ～７００ｎｍの波長域の光（橙～赤色の光）は、植物の生育に最も有用である（つまり光合成に最も有効である）とされているので、この波長域の光を発するＬＥＤ（一般に「赤色ＬＥＤ」と呼ばれる）を用いてもよい。
　また、４００ｎｍ～５００ｎｍの波長域の光（青～青緑色の光）は、６００ｎｍ～７００ｎｍの波長域の光の次に植物の生育に有用である（光合成作用が大きい）とされており、さらに、植物中の色素（カロチノイド、リボフラミン、フラビン蛋白など）に作用し、屈光性（植物が光の方向に曲がっていく性質）や形態形成に大きな効果がある。そのため、この波長域の光を発するＬＥＤ（一般に「青色ＬＥＤ」と呼ばれる）を用いてもよい。あるいは、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを組み合わせて（例えば赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを５：１の比率で）用いてもよい。
　また、３１５ｎｍ～４００ｎｍの波長域の紫外線（ＵＶＡ）には、植物の形態を正常化したり、植物の葉を厚くしたり、植物の背を低くしたりする作用がある。しかしながら、採光部１０Ｌがガラス板（例えば上述した強化ガラス板１１ａ、１１ｂ）を含む場合、ガラス板によって太陽光中の紫外領域の光（紫外線）が遮断される。図４に、栽培室１０外と栽培室１０内とにおける太陽光のスペクトルを示す。なお、図４に示した栽培室１０内におけるスペクトルは、採光部１０Ｌの強化ガラス板１１ａ、１１ｂの厚さの合計が５ｍｍである場合について測定したものである。また、下記表１に、各波長域について、栽培室１０内の光量、栽培室１０外の光量およびこれらの比（栽培室内の光量／栽培室外の光量）を示す。
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　図４および表１からわかるように、３１５ｎｍ～４００ｎｍの波長域（ＵＶＡ領域）については、栽培室１０外の光量が約４３μｍｏｌ／ｍ2ｓであるのに対し、栽培室１０内の光量は約１．７μｍｏｌ／ｍ2ｓしかなく、光量比は３．９％と極めて小さい。また、図４および表１から、４００ｎｍ～５００ｎｍの波長域や６００ｎｍ～７００ｎｍの波長域についても、栽培室１０内における光量は、栽培室１０外における光量の６０％程度であることがわかる。
　このように、採光部１０Ｌの構成によっては、栽培室１０内に紫外線（ＵＶＡ）がほとんど導入されないので、その補完のために、３１５ｎｍ～４００ｎｍの波長域の光を発するＬＥＤ（一般に「紫外ＬＥＤ」と呼ばれる）を用いてもよい。
　また、７００ｎｍ超の波長域の光（赤外線）には、４００ｎｍ～５００ｎｍの波長域の光や６００ｎｍ～７００ｎｍの波長域の光と組み合わせることにより光合成を促進させる効果（エマーソン効果と呼ばれる）があり、５００ｎｍ～６００ｎｍの波長域の光（緑～黄色の光）には、病害防除効果（具体的には夜蛾類の行動抑制効果等）がある。そのため、７００ｎｍ超の波長域の光を発するＬＥＤ（一般に「赤外ＬＥＤ」と呼ばれる）や、５００ｎｍ～６００ｎｍの波長域の光を発するＬＥＤ（一般に「緑色ＬＥＤ」と呼ばれる）を、既に述べた赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび／または紫外ＬＥＤと組み合わせて用いてもよい。
　なお、本実施形態では、光源制御部４０は、複数の光電変換セル２１のそれぞれにおける発電量に基づいて、各領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を増減させるが、本発明はこれに限定されるものではない。複数の領域１０Ｌｒのそれぞれに受光センサを配置し、光源制御部４０が、複数の受光センサによる検知結果に基づいて、各領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を増減させ得る構成を採用してもよい。本実施形態のように、光電変換セル２１における発電量に基づく制御を行うと、別途に受光センサを設ける必要がないので、構成の簡略化およびコストの低減を図ることができる。
　また、本実施形態では、ライトスルータイプの太陽電池パネル２０を例示したが、光透過性を有する太陽電池パネル２０としては、ライトスルータイプ以外のものを用いることもできる。例えば、光電変換セル２１自体に微細な孔を形成することによって光透過性が付与された太陽電池パネル２０を用いてもよい。このような太陽電池パネル２０は、「シースルータイプ」と呼ばれることもある。ライトスルータイプは、高い開口率（例えば７０％以上）を容易に実現できるので、栽培室１０の内部に太陽光を十分に導入する観点からは、ライトスルータイプを用いることが好ましい。また、ライトスルータイプは、シースルータイプに比べ、光電変換セル２１の材料や構造に制約が少ないという利点もある。
　なお、ライトスルータイプおよびシースルータイプのいずれの太陽電池パネル２０を用いる場合でも、栽培室１０の内部に太陽光を十分に導入するために、太陽電池パネル２０全体の光透過率は、６０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。
　また、本願明細書では、植物工場１００の構成要素のうちの太陽電池パネル２０と、複数の光源３０と、光源制御部４０とを備えるシステムを「太陽電池システム」とも称する。採光部１０Ｌに含まれる複数の領域１０Ｌｒは、太陽電池システムに規定される領域であるともいえる。つまり、太陽電池システムが、それぞれに複数の光源３０のうちの少なくとも１つの光源３０が配置された複数の領域１０Ｌｒを含んでいるともいえる。
　（実施形態２）
　図５を参照しながら、本実施形態における植物工場２００を説明する。図５は、植物工場２００を模式的に示す図である。なお、以下では、本実施形態における植物工場２００が実施形態１における植物工場１００と異なる点を中心に説明を行う（以降の実施形態でも同様である）。
　植物工場２００においても、採光部１０Ｌは、それぞれに少なくとも１つの光源３０が配置された複数の領域１０Ｌｒを有する。植物工場２００の内部は、図５に示すように、採光部１０Ｌの複数の領域１０Ｌｒに対応付けられる複数の区域１０ｒに区分される。言い換えると、植物工場２００の内部は、それぞれが採光部１０Ｌの複数の領域１０Ｌｒのそれぞれから光を導入される複数の区域１０ｒを有する。
　本実施形態における植物工場２００においても、光源制御部４０は、採光部１０Ｌの複数の領域１０Ｌｒのそれぞれにおける太陽光の受光量に応じて、各領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を制御することができる。
　さらに、本実施形態では、光源制御部４０は、複数の区域１０ｒのそれぞれに関する情報（以下では「区域情報」と呼ぶ）に基づいて、採光部１０Ｌの各領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を増減させることができる。そのため、いっそう効果的に補光を行うことが可能になる。
　区域情報は、例えば、複数の区域１０ｒのそれぞれにおける植物の配置を示す配置情報を含む。図５に示している例では、栽培室１０の内部の複数の区域１０ｒのうち、左側から１番目、２番目および４番目の区域１０ｒには、植物が配置されているのに対し、左側から３番目の区域１０ｒには、植物が配置されていない。この場合、光源制御部４０が、左側から３番目の区域１０ｒに対応する領域１０Ｌｒの光源３０の輝度を受光量によらずゼロとすることにより、消費電力を低減することができる。
　区域情報は、例えば図５に示されているように、光源制御部４０が有する記憶部４１に記憶されている。区域情報は、例示した配置情報以外の情報を含んでもよく、例えば、区域情報に、植物の生育段階に関する情報を含めておき、それに基づいて光量や光質（スペクトル分布）を調整してもよい。あるいは、区域情報に、病害虫の罹患履歴に関する情報を含めておき、それに基づいて病害防除効果のある光を一部（あるいは全部）の区域１０ｒに照射してもよい。
　（実施形態３）
　図６に、本実施形態における植物工場３００を示す。植物工場３００は、図６に示すように、栽培室１０の内部に二酸化炭素（ＣＯ2）を供給する二酸化炭素供給装置５０を備える。
　二酸化炭素供給装置５０は、採光部１０Ｌの複数の領域１０Ｌｒのそれぞれにおける太陽光の受光量および光源３０の輝度に応じて、栽培室１０の内部の各区域１０ｒへの二酸化炭素の供給量を調節することができる。以下、二酸化炭素供給装置５０のより具体的な構成を説明する。
　二酸化炭素供給装置５０は、二酸化炭素が貯蔵されたボンベ５１と、ボンベ５１から栽培室１０の内部に延びる配管５２と、栽培室１０の内部への二酸化炭素の供給量を調節するためのバルブ５３とを有する。ボンベ５１からの二酸化炭素は、配管５２を通り、各区域１０ｒに設けられた吹き出し口５４を介して栽培室１０の内部に導入される。
　二酸化炭素供給装置５０は、さらに、二酸化炭素の供給量を制御するための供給量制御部５５を有する。供給量制御部５５は、採光部１０Ｌの各領域１０Ｌｒにおける太陽光の受光量と光源３０の輝度とに応じて、バルブ５３の開度を変化させる。このような構成により、二酸化炭素供給装置５０は、各区域１０ｒへの二酸化炭素の供給量を調節することができる。
　上述したように、本実施形態における植物工場３００では、二酸化炭素供給装置５０が、採光部１０Ｌの各領域１０Ｌｒにおける太陽光の受光量および光源３０の輝度に応じて、栽培室１０の内部の各区域１０ｒへの二酸化炭素の供給量を調節することができる。そのため、各区域１０ｒにおける植物への照射光量（太陽光量と人工光量の和）に応じて、光合成に必要なＣＯ2を適切な量で供給することができるので、効率よく植物を発育させることができる。
　なお、太陽電池パネル２０による発電と、植物による光合成とは、日の出とともに開始され、日の入りとともに終了するので、互いに同期しているとみなすことができる。そのため、太陽電池パネル２０による発電をトリガーとして供給を開始し（バルブ５３を開く）、発電量が実質的にゼロとなった場合に二酸化炭素の供給を停止する（バルブ５３を閉じる）ような、単純な制御を行ってもよい。つまり、二酸化炭素供給装置５０が、太陽電池パネル２０による発電の開始とともに二酸化炭素の供給を開始し、太陽電池パネル２０による発電の終了とともに二酸化炭素の供給を終了する構成を採用してもよい。このような構成によれば、複雑な制御系を設けることなく、太陽光の照射と同期させた効率的な二酸化炭素施肥が可能となる。
　図７に、上述したような比較的単純な制御を行う場合のフローチャートの例を示す。
　図７に示すように、まず、太陽電池パネル２０における電圧（光起電力効果による起電力に相当する）が所定値以上であるか否か、より具体的には、０．１Ｖ以上であるか否かが判定される（ステップＳ１）。この判定は、例えば、太陽電池パネル２０が有する複数の光電変換セル２１のうちの１つについて電圧値を検出することにより行うことができる。
　電圧が０．１Ｖ以上であると判定された場合、続いて、栽培室１０の内部の二酸化炭素濃度が所定値以下であるか否か、より具体的には、２０００ｐｐｍ以下であるか否かが判定される（ステップＳ２）。二酸化炭素濃度の検出は、栽培室１０の内部に設けられた二酸化炭素センサにより行うことができる。
　二酸化炭素濃度が２０００ｐｐｍ以下であると判定された場合、バルブ５３が開けられ、二酸化炭素の供給が開始される（ステップＳ３）。その後、所定時間（例えば６０秒）が経過すると、再びステップＳ１が実行される。
　ステップＳ１において、電圧が０．１Ｖ以上でない（つまり０．１Ｖ未満である）と判定された場合には、バルブ５３が閉じられ、二酸化炭素の供給が終了される（ステップＳ４）。また、ステップＳ２において、二酸化炭素濃度が２０００ｐｐｍ以下でない（つまり２０００ｐｐｍを超える）と判定された場合にも、ステップＳ４が実行される。つまり、バルブ５３が閉じられ、二酸化炭素の供給が終了される。
　以上の説明からもわかるように、至極単純なフローにより、二酸化炭素施肥が可能となる。なお、ステップＳ１およびＳ２における判定に用いられる閾値は、ここで例示した値（０．１Ｖおよび２０００ｐｐｍ）に限定されるものではなく、任意の値に設定することができる。
　また、バルブ（典型的には電磁弁である）５３の開閉に必要な電力を、太陽電池パネル２０による発電で賄ってもよい。つまり、バルブ５３は、太陽電池パネル２０による発電によって得られた電力で駆動されてもよい。
　（実施形態４）
　本実施形態における植物工場は、太陽電池パネル２０の光電変換セル２１で発生した熱を外部に放出するための構造を有する点において、実施形態１、２および３における植物工場１００、２００および３００と異なる。以下、図８を参照しながら、この構造をより具体的に説明する。図８は、本実施形態における植物工場の太陽電池パネル２０周辺を模式的に示す平面図である。
　図８に示すように、本実施形態における植物工場は、それぞれが複数の光電変換セル２１のうちの一部の光電変換セル２１に接続された複数の伝熱部材６１と、これらの伝熱部材６１に接続されたヒートシンク６２とを備える。
　複数の伝熱部材６１のそれぞれは、接続された光電変換セル２１で発生した熱を吸収する。図８に示す例では、マトリクス状に配列された複数の光電変換セル２１のうち、一行分の光電変換セル２１が行方向に延びる１つの伝熱部材６１に接続されている。伝熱部材６１は、耐熱性に優れ、熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウムや銅）から形成されている。
　ヒートシンク６２は、複数の伝熱部材６１の熱を放出する。図８に示す例では、複数の伝熱部材６１の一端が１つのヒートシンク６２に接続されている。ヒートシンク６２は、熱伝導率の高い金属（例えば銀、銅、アルミニウム）や、熱伝導率の高いセラミックス（例えばアルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、グラファイト）から形成されている。
　光電変換セル２１は、発電に伴って発熱し、それによって温度が上昇すると発電効率が低下することがある。本実施形態では、光電変換セル２１で発生した熱が、伝熱部材６１およびヒートシンク６２を介して外部に放出される。そのため、発電による温度上昇によって光電変換セル２１の（つまり太陽電池パネル２０の）機能が低下することを抑制することができる。
　なお、本実施形態では、複数の伝熱部材６１が設けられる構成を例示したが、１つの伝熱部材６１を設け、その１つの伝熱部材６１にすべての光電変換セル２１が接続されていてもよい。また、本実施形態では、１つのヒートシンク６２が設けられる構成を例示したが、複数のヒートシンク６２を設けてもよい。
　（実施形態５）
　本実施形態における植物工場は、光源３０で発生した熱を外部に放出するための構造を有する点において、実施形態１、２および３における植物工場１００、２００および３００と異なる。以下、図９を参照しながら、この構造をより具体的に説明する。図９は、本実施形態における植物工場の太陽電池パネル２０周辺を模式的に示す平面図である。
　図９に示すように、本実施形態における植物工場は、それぞれが複数の光源３０のうちの一部の光源３０に接続された複数の伝熱部材６５と、これらの伝熱部材６５に接続されたヒートシンク６６とを備える。
　複数の伝熱部材６５のそれぞれは、接続された光源３０で発生した熱を吸収する。図９に示す例では、マトリクス状に配列された複数の光源３０のうち、一行分の光源３０が行方向に延びる１つの伝熱部材６５に接続されている。伝熱部材６５は、耐熱性に優れ、熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウムや銅）から形成されている。
　ヒートシンク６６は、複数の伝熱部材６５の熱を放出する。図９に示す例では、複数の伝熱部材６５の一端が１つのヒートシンク６６に接続されている。ヒートシンク６６は、熱伝導率の高い金属（例えば銀、銅、アルミニウム）や、熱伝導率の高いセラミックス（例えばアルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、グラファイト）から形成されている。
　光源３０は、発光に伴って発熱し、それによって温度が上昇すると発光効率が低下することがある。本実施形態では、光源３０で発生した熱が、伝熱部材６５およびヒートシンク６６を介して外部に放出される。そのため、発光による温度上昇によって光源３０の機能が低下することを抑制することができる。
　なお、本実施形態では、複数の伝熱部材６５が設けられる構成を例示したが、１つの伝熱部材６５を設け、その１つの伝熱部材６５にすべての光源３０が接続されていてもよい。また、本実施形態では、１つのヒートシンク６６が設けられる構成を例示したが、複数のヒートシンク６６を設けてもよい。
　（実施形態６）
　図１０に、本実施形態における植物工場４００を示す。植物工場４００は、図１０に示すように、複数本の光ファイバ７０を備える点において、実施形態１における植物工場１００と異なる。
　複数本の光ファイバ７０は、太陽電池パネル２０の裏側に設けられている。各光ファイバ７０の一端部７０ａは、太陽電池パネル２０の透光スリット２０ｓの一部に配置されている。また、各光ファイバ７０の他端部７０ｂは、採光部１０Ｌが有する複数の領域１０Ｌｒのうちの特定の領域１０Ｌｒに配置されている。
　透光スリット２０ｓに照射された太陽光の一部は、光ファイバ７０の一端部７０ａから光ファイバ７０内に入射し、光ファイバ７０内を伝播した後、光ファイバ７０の他端部７０ｂから出射する。以下では、一端部７０ａを「入力側端部」とも呼び、他端部７０ｂを「出力側端部」とも呼ぶ。
　光ファイバ７０の出力側端部７０ｂは、具体的には、採光部１０Ｌｒの複数の領域１０Ｌｒのうち、相対的に受光量が少ない領域１０Ｌｒに配置される。図１０に示した例では、採光部１０Ｌｒの４つの領域１０Ｌｒのうちのもっとも右側の領域１０Ｌｒにおける受光量が、他の３つの領域１０Ｌｒのそれぞれにおける受光量よりも少ないので、光ファイバ７０の出力側端部７０ｂは、もっとも右側の領域１０Ｌｒに配置されている。一方、光ファイバ７０の入力側端部７０ａは、他の３つの領域１０Ｌｒ内の透光スリット２０ｓに配置されている。
　太陽光は、人工光に比べて非常に明るい（光エネルギー量が多い）ので、相対的に受光量の少ない領域１０Ｌｒの光源３０を点灯させたとしても、光量を十分に均一化させることが難しい場合があるが、上述したような光ファイバ７０を設けることにより、所望の光量以上の光を栽培室１０の内部全体に均一に照射することがいっそう容易となる。
　光ファイバ７０としては、種々のタイプの光ファイバを好適に用いることができる。また、光ファイバ７０の本数や配置密度は、領域１０Ｌｒ間の受光量のばらつきの傾向に応じて適宜設定される。
　（実施形態７）
　図１１に、本実施形態における植物工場５００を示す。植物工場５００は、実施形態６における植物工場４００と同様に、複数本の光ファイバ７０を備える。ただし、植物工場５００における光ファイバ７０の配置は、植物工場４００における光ファイバ７０の配置とは異なる。
　植物工場５００では、いわゆる多段栽培を行うために、図１１に示すように、栽培室１０内に複数の栽培ベンチ１２が積み重ねられている。多段栽培により、栽培室１０内の空間を有効に活用し、効率的に植物を育成することができる。図１１には、栽培ベンチ１２が２段に積み重ねられている場合を例示しており、以下では、下段の栽培ベンチ１２ａを「第１栽培ベンチ」と呼び、上段の（つまり第１栽培ベンチの上方に位置する）栽培ベンチ１２ｂを「第２栽培ベンチ」と呼ぶこともある。なお、栽培ベンチ１２の段数は勿論２に限定されるものではなく、３以上であってもよい。
　各光ファイバ７０の一端部（入力側端部）７０ａは、太陽電池パネル２０の透光スリット２０ｓの一部に配置されている。また、各光ファイバ７０の他端部（出力側端部）７０ｂは、第１栽培ベンチ１２ａと第２栽培ベンチ１２ｂとの間に配置されている。
　太陽光利用型の植物工場で多段栽培を行うと、最上段の栽培ベンチ上の植物には十分に太陽光が照射されるが、それよりも下の段の栽培ベンチ上の植物は、最上段の栽培ベンチで遮光されるため、十分な太陽光で照射されないという問題がある。
　これに対し、本実施形態における植物工場５００では、上述したような光ファイバ７０が設けられていることにより、下段の栽培ベンチ（第１栽培ベンチ）１２ａ上の植物にも、十分な量の光を供給することができる。光ファイバ７０の本数や配置密度は、上段の栽培ベンチ１２ｂによる遮光の程度や栽培ベンチ１２の段数などに応じて適宜設定される。また、光ファイバ７０による光の供給が十分でない場合には、第１栽培ベンチ１２ａと第２栽培ベンチ１２ｂとの間にさらなる光源（例えばＬＥＤ）を配置して、補光を行ってもよい。
　本発明によると、所望の光量以上の光を栽培室の内部全体に均一に照射し得る植物工場が提供される。また、本発明によると、そのような植物工場に好適に用いられる太陽電池システムが提供される。
　１０　　栽培室
　１０Ｌ　　採光部
　１０Ｌｒ　　採光部の領域
　１０ｒ　　栽培室内部の区域
　１２　　栽培ベンチ
　１２ａ　　下段の栽培ベンチ（第１栽培ベンチ）
　１２ｂ　　上段の栽培ベンチ（第２栽培ベンチ）
　２０　　太陽電池パネル
　２０ｓ　　透光スリット
　２１　　光電変換セル
　３０　　光源
　４０　　光源制御部
　４１　　記憶部
　５０　　二酸化炭素供給装置
　５１　　ボンベ
　５２　　配管
　５３　　バルブ
　５４　　吹き出し口
　５５　　供給量制御部
　６１、６５　　伝熱部材
　６２、６６　　ヒートシンク
　７０　　光ファイバ
　７０ａ　　光ファイバの一端部（入力側端部）
　７０ｂ　　光ファイバの他端部（出力側端部）
　１００、２００、３００、４００、５００　　植物工場

Claims (24)

  1. 　内部で植物が栽培される栽培室であって、太陽光を内部に採り入れる採光部を有する栽培室と、
    　前記採光部に設けられた光透過性を有する太陽電池パネルであって、複数の光電変換セルを含む太陽電池パネルと、
    　前記太陽電池パネルの裏側に設けられた複数の光源と、
    　前記複数の光源の輝度を制御する光源制御部と、を備え、
    　前記採光部は、それぞれに前記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源が配置された複数の領域を含み、
    　前記光源制御部は、前記複数の領域のそれぞれにおける太陽光の受光量に応じて、前記少なくとも１つの光源の輝度を制御し得る、植物工場。
  2. 　前記光源制御部は、前記複数の光電変換セルのそれぞれにおける発電量に基づいて、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を増減させ得る請求項１に記載の植物工場。
  3. 　それぞれが前記複数の領域のそれぞれに配置された複数の受光センサをさらに備え、
    　前記光源制御部は、前記複数の受光センサによる検知結果に基づいて、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を増減させ得る請求項１に記載の植物工場。
  4. 　前記複数の光源のそれぞれは、発光ダイオードである請求項１から３のいずれかに記載の植物工場。
  5. 　前記太陽電池パネルは、前記複数の光電変換セルのうちの互いに隣接する２つの光電変換セルの間に、太陽光を透過させる透光スリットを有する請求項１から４のいずれかに記載の植物工場。
  6. 　前記透光スリットの一部にその一端部が配置された光ファイバをさらに備える請求項５に記載の植物工場。
  7. 　前記栽培室内に積み重ねられた複数の栽培ベンチをさらに備え、
    　前記複数の栽培ベンチは、第１栽培ベンチと、前記第１栽培ベンチの上方に位置する第２栽培ベンチとを含み、
    　前記光ファイバの他端部は、前記第１栽培ベンチと前記第２栽培ベンチとの間に配置されている請求項６に記載の植物工場。
  8. 　前記採光部の少なくとも一部は、前記栽培室の天井に位置する請求項１から７のいずれかに記載の植物工場。
  9. 　前記光源制御部は、前記栽培室の内部全体の光量子束密度が、前記栽培室の内部で栽培される植物の種類および生育段階に応じて予め設定された値以上となるように、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を制御し得る請求項１から８のいずれかに記載の植物工場。
  10. 　前記栽培室の内部は、それぞれが前記採光部の前記複数の領域のそれぞれから光を導入される複数の区域を有する請求項１から９のいずれかに記載の植物工場。
  11. 　前記光源制御部は、前記複数の区域のそれぞれに関する情報である区域情報に基づいて、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を増減させ得る請求項１０に記載の植物工場。
  12. 　前記区域情報は、前記複数の区域のそれぞれにおける植物の配置を示す配置情報を含む請求項１１に記載の植物工場。
  13. 　前記栽培室の内部に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置をさらに備え、
    　前記二酸化炭素供給装置は、前記採光部の前記複数の領域のそれぞれにおける太陽光の受光量および前記少なくとも１つの光源の輝度に応じて、前記複数の区域のそれぞれへの二酸化炭素の供給量を調節し得る請求項１０から１２のいずれかに記載の植物工場。
  14. 　前記栽培室の内部に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給装置をさらに備え、
    　前記二酸化炭素供給装置は、前記太陽電池パネルによる発電の開始とともに二酸化炭素の供給を開始し、前記太陽電池パネルによる発電の終了とともに二酸化炭素の供給を終了する請求項１から１２のいずれかに記載の植物工場。
  15. 　前記二酸化炭素供給装置は、前記栽培室の内部への二酸化炭素の供給量を調節するためのバルブを有し、
    　前記バルブは、前記太陽電池パネルによる発電によって得られた電力で駆動される請求項１３または１４に記載の植物工場。
  16. 　前記複数の光電変換セルのうちの少なくとも一部の光電変換セルに接続され、前記少なくとも一部の光電変換セルで発生した熱を吸収する第１伝熱部材と、
    　前記第１伝熱部材に接続され、前記第１伝熱部材の熱を放出する第１ヒートシンクと、をさらに備える請求項１から１５のいずれかに記載の植物工場。
  17. 　前記複数の光源のうちの少なくとも一部の光源に接続され、前記少なくとも一部の光源で発生した熱を吸収する第２伝熱部材と、
    　前記第２伝熱部材に接続され、前記第２伝熱部材の熱を放出する第２ヒートシンクと、をさらに備える請求項１から１６のいずれかに記載の植物工場。
  18. 　光透過性を有する太陽電池パネルであって、複数の光電変換セルを含む太陽電池パネルと、
    　前記太陽電池パネルの裏側に設けられた複数の光源と、
    　前記複数の光源の輝度を制御する光源制御部と、を備え、
    　それぞれに前記複数の光源のうちの少なくとも１つの光源が配置された複数の領域を含み、
    　前記光源制御部は、前記複数の領域のそれぞれにおける太陽光の受光量に応じて、前記少なくとも１つの光源の輝度を制御し得る、太陽電池システム。
  19. 　前記光源制御部は、前記複数の光電変換セルのそれぞれにおける発電量に基づいて、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を増減させ得る請求項１８に記載の太陽電池システム。
  20. 　それぞれが前記複数の領域のそれぞれに配置された複数の受光センサをさらに備え、
    　前記光源制御部は、前記複数の受光センサによる検知結果に基づいて、前記複数の領域のそれぞれの前記少なくとも１つの光源の輝度を増減させ得る請求項１８に記載の太陽電池システム。
  21. 　前記複数の光源のそれぞれは、発光ダイオードである請求項１８から２０のいずれかに記載の太陽電池システム。
  22. 　前記太陽電池パネルは、前記複数の光電変換セルのうちの互いに隣接する２つの光電変換セルの間に、太陽光を透過させる透光スリットを有する請求項１８から２１のいずれかに記載の太陽電池システム。
  23. 　前記複数の光電変換セルのうちの少なくとも一部の光電変換セルに接続され、前記少なくとも一部の光電変換セルで発生した熱を吸収する第１伝熱部材と、
    　前記第１伝熱部材に接続され、前記第１伝熱部材の熱を放出する第１ヒートシンクと、をさらに備える請求項１８から２２のいずれかに記載の太陽電池システム。
  24. 　前記複数の光源のうちの少なくとも一部の光源に接続され、前記少なくとも一部の光源で発生した熱を吸収する第２伝熱部材と、
    　前記第２伝熱部材に接続され、前記第２伝熱部材の熱を放出する第２ヒートシンクと、をさらに備える請求項１８から２３のいずれかに記載の太陽電池システム。
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