JP5960332B1 - 太陽光パネル付土耕栽培システム - Google Patents

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Abstract

【課題】農作物への光量を確保しながら高い発電量を有する太陽光パネル付土耕栽培システムを提供する。【解決手段】この太陽光パネル付土耕栽培システム８０は、太陽光パネル５０に透光領域Ａを設けることで、より多くの光をフレーム部内に取り入れ農作物Ｐ１、Ｐ２の栽培に利用することができる。また、太陽光パネル５０に両面受光型太陽電池５２を採用することで、農地面や農作物Ｐ１、Ｐ２、シート状部材等で反射した光を発電に有効利用することができる。これにより、透光領域Ａの形成に伴う太陽電池の面積の減少を補って農作物への光量を確保しながら高い発電量を得ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光パネル下で農作物を栽培する太陽光パネル付土耕栽培システムに関するものである。
近年、再生可能エネルギーへの関心の高まりから、太陽光を受光して発電する太陽光パネルが一般家庭や一般企業に広く普及している。また、比較的大規模な敷地に太陽光パネルを配設した、メガソーラー発電所も各地に建設されている。しかしながら、太陽光パネルを地面に設置する場合、太陽光パネル下のエリアは活用されない場合が多い。この問題点に関し、下記［特許文献１］に記載の発明では、太陽光パネル下の地面で農作物を栽培する技術が開示されている。
特開２０１４−０１８０８２号公報
しかしながら、［特許文献１］に記載の発明では農作物への光量が不足し、栽培可能な農作物が限定されるという問題点がある。この問題点に対し、太陽光パネルの間に透光領域を設け農作物への光量を増大させることが考えられる。しかしながら、太陽光パネルに透光領域を設けた場合、発電領域が減少し発電量が減るという問題点がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、農作物への光量を確保しながら高い発電量を有する太陽光パネル付土耕栽培システムを提供することを目的とする。
本発明は、
（１）光が受光することで発電する太陽光パネル５０と、農作物Ｐ１、Ｐ２を栽培する農地に立設され前記太陽光パネル５０を所定の角度で保持するフレーム部と、を有し、
前記太陽光パネル５０は、透光性を有するパネル基板部５４と、前記パネル基板部５４に所定の間隙を取って複数配置され両面に発電領域を備えた両面受光型太陽電池５２と、前記両面受光型太陽電池５２の間隙によって形成される透光領域Ａと、を備え、
前記フレーム部は横方向に長く、縦方向に複数並べて設置するとともに、
前記フレーム部の棟間に透光性の屋根部材４０を設け、また前記複数のフレーム部及び棟間の側方を一体的に囲うように透光性を有しかつ開閉が自在なカバー部２４を設け、さらに前記棟間に設けられた前記屋根部材４０の下方の略全面に亘って光反射性を有する反射シート４４を設置して棟間の農地でも農作物Ｐ１、Ｐ２を栽培し、
前記屋根部材４０が散光板もしくは散光フィルムであり、前記反射シート４４は一部の光を反射し一部の光を透過するとともに開閉及び着脱が可能であり、
前記両面受光型太陽電池５２の裏面側の発電領域は農地面を覆う農業用マルチシート５６ａもしくは農作物Ｐ１、Ｐ２を覆う農業用トンネルシート５６ｂからの反射光を受けて発電するとともに、
農地に載置され上面が開口した栽培箱３０と、前記栽培箱３０内に栽培養液を供給する灌水パイプ１２と、をさらに有し、農作物を前記栽培箱３０内で栽培することを特徴とする太陽光パネル付土耕栽培システム８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）フレーム部の内部の最下点の高さＨ１を農地面から２００ｃｍ〜３００ｃｍとし、フレーム部の奥行Ｗを２００ｃｍ〜３００ｃｍとするとともに、フレーム部の前後方向の補強フレーム２０ｃを農地面から１５０ｃｍよりも高い位置に設けることを特徴とする上記（１）記載の太陽光パネル付土耕栽培システム８０を提供することにより、上記課題を解決する。
本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システムは、太陽光パネルに透光領域を設けることで、より多くの光をフレーム部内に取り入れ農作物の栽培に利用することができる。また、太陽光パネルに両面受光型太陽電池を採用することで、農地面等で反射した光を発電に有効利用することができる。これにより、農作物への光量を確保しながら高い発電量を得ることができる。
本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システムを示す図である。 本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システムの太陽光パネルを示す図である。 本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システムの寸法を説明する図である。 棟間を連結した本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システムを示す図である。 シート状部材を備えた本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システムの例を示す図である。 シート状部材を備えた本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システムの他の例を示す図である。 栽培箱を備えた本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システム例を示す図である。
本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システム８０の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１に示す本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システム８０は、光が受光することで発電する太陽光パネル５０と、横フレーム２０ａと縦フレーム２０ｂとを有し農作物Ｐ１、Ｐ２を栽培する農地に立設して太陽光パネル５０を所定の角度に保持するフレーム部と、を有している。
また、太陽光パネル５０は、図２に示すようにガラス等の透光性を有するパネル基板部５４と、このパネル基板部５４に内設され両面に発電領域を備えた周知の両面受光型太陽電池５２と、を有している。そして、両面受光型太陽電池５２はパネル基板部５４内に所定の間隙を取って複数配置され、これら両面受光型太陽電池５２の間隙が太陽光パネル５０の透光領域Ａとなる。また、太陽光パネル５０間の隙間は閉塞され、太陽光パネル５０の間隙からのフレーム部内への雨水等の浸入を防止する。尚、図２においては両面受光型太陽電池５２を図面上の縦方向に６枚隣接して配設し、図面上の横方向に７列間隙を置いて配列した例を示しているが、両面受光型太陽電池５２の配列は特にこの例に限定されるわけではなく、如何なる配列としても良い。ただし、透光領域Ａの面積は採光量と発電量との兼ね合いから太陽光パネル５０の２０％〜３０％程度とすることが好ましく、例えば全面で６×１０列の配列が可能な寸法の太陽光パネル５０では、図２に示すように６×７列とするか６×８列とすることが好ましい。また、両面受光型太陽電池５２の透光領域Ａは横方向に設けても良いし、縦横両方向に設けても良い。ただし、太陽光パネル５０の配線上、図２に示すように縦方向に隣接して配設し横方向に間隙を置いて配列することが好ましい。
また、太陽光パネル５０を保持する横フレーム２０ａは、一般的に南方に向けられ太陽光パネル５０に太陽光が最も効率よく照射される角度に固定される。また、縦フレーム２０ｂの長さは、図３に示すように、フレーム部の内部の最下点の高さＨ１が農地面から２００ｃｍ〜３００ｃｍ程度（好適には２５０ｃｍ程度）の比較的高い位置となるようにすることが好ましい。また、縦フレーム２０ｂの前後の間隔、即ちフレーム部の奥行Ｗは２００ｃｍ〜３００ｃｍ程度とすることが好ましい。尚、フレーム部の横方向（長辺方向）及び前後方向（奥行方向）の双方には、縦フレーム２０ｂと横フレーム２０ａとを斜めに接続し筋交いとして機能する補強フレーム２０ｃを設けることが好ましい。そして、特に前後方向の補強フレームは最下点の高さＨ２が農地面から１５０ｃｍよりも高い位置とすることが好ましい。この構成によれば、トラクター等の農業機械５をフレーム部内で使用することが可能となり、農作業の負担軽減を図ることができる。
また、農地面からの高さＨ１を大きくとることで、透光領域Ａを通過した太陽光が回折等によって拡がり、太陽光をより広範囲の農作物Ｐ１、Ｐ２に照射することができる。尚、横フレーム２０ａ、縦フレーム２０ｂ、補強フレーム２０ｃの表面は光反射性を有する白色等の塗料で塗装するか、表面が金属光沢を有するものを用いることが好ましい。また、横フレーム２０ａには雨樋１１を設置して、太陽光パネル５０を流れる雨水等を所定の排水溝等へ導水することが好ましい。この構成によれば、太陽光パネル５０を流れる雨水が地面に滴下せず、この滴下による泥はね等を防止することができる。
また、フレーム部の側面には透光性を有し開閉が自在なカバー部２４を設ける。このカバー部２４としては巻き上げが可能な合成樹脂製の透明シートを用いることが特に好ましい。ただし、カバー部２４はこれに限定するものではなく、開閉可能なガラス板や扉等を用いても良い。そして、このカバー部２４を天候や気温等に応じて適宜開閉することでフレーム部の側面を開放状態、閉塞状態、半開放状態とする。これにより、例えば雨天時にカバー部２４を閉じることでフレーム部内への雨水の浸入を防止することができる。また、強風による被害を防止することができる。また、外気温に応じて、カバー部２４を開放状態、閉塞状態、半開放状態とすることでフレーム部内の温度調節を行うことができる。これにより、フレーム部内の農作物Ｐ１、Ｐ２の生育環境をある程度管理することができる。また、作業者の作業環境を良好なものとすることができる。また、特に前後方向の縦フレーム２０ｂ間に設けるカバー部２４は開口状態を比較的大きくし、農業機械５がこの方向からフレーム部内に進入可能とすることが好ましい。
また、本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システム８０は、図１に示すように、農作物Ｐ１、Ｐ２の畝に沿って灌水パイプ１２を配設するとともに、適切な濃度の肥料成分を含む栽培養液を貯留する養液タンク１４と、この栽培養液を灌水パイプ１２に送る液送ポンプ１６とを有する。この構成によれば、農作物Ｐ１、Ｐ２の栽培に適した栽培養液を手動もしくは自動で農地に供給することができる。これにより、農作物Ｐ１、Ｐ２を効率的に栽培できる他、農作業の負担軽減を図ることができる。尚、これらの構成は後述の図４〜図６の構成にも適用が可能である。
さらに、横フレーム２０ａには農作物Ｐ１、Ｐ２に灌水するスプリンクラやミスト装置等の散水装置２６を設けても良い。特にミスト装置を設けた場合、気化熱によりフレーム部内の温度を下げることができるため、同時に作業環境の向上も図ることができる。尚、散水装置２６への給水配管は横フレーム２０ａに沿わせて設置しても良いし、横フレーム２０ａ内に通しても良い。
尚、フレーム部内のうち、どうしても受光光量が不十分な区画には、必要に応じてその区画上に補助灯２２を設置し、この補助灯２２によって光量の不足を補うようにしても良い。尚、補助灯２２としてはＬＥＤ灯、蛍光灯等、周知の照明灯を用いることができる。また、農地をフレーム部内の受光光量に応じて複数の区画に区分し、その区画の受光光量に応じて栽培する農作物Ｐ１、Ｐ２を変化させても良い。この構成によれば、その区画の受光光量に応じて適切な農作物Ｐ１、Ｐ２を選択し栽培できるため、効率的な農作物Ｐ１、Ｐ２の栽培を行うことができる。
また、太陽光パネル付土耕栽培システム８０を設ける場合、太陽光パネル５０を設置するフレーム部は横方向に長いものとし、さらにフレーム部を縦方向に複数並べて設置する。そして、図４に示すように、複数のフレーム部の棟間に透光性の屋根部材４０を設けて連結し、棟間においても農作物Ｐ１、Ｐ２を栽培可能とする。さらに、棟間の屋根部材４０の下方には光反射性を有する反射シート４４を設置し、図４中の白抜き矢印で示すように、棟間に射し込む光を両面受光型太陽電池５２の裏面側の発電領域に反射する。この構成によれば、棟間に射し込む光も発電に有効利用することが可能となり、さらに高い発電量を得ることができる。尚、屋根部材４０としては、屋根部材４０に射し込む光がある程度分散して透過するように散光板もしくは散光フィルムを用いる。また、ここで用いる散光板もしくは散光フィルムとしては、表面に細かな凹凸が形成された梨地の散光板もしくは散光フィルムを用いることが特に好ましい。この構成によれば、太陽光パネル付土耕栽培システム８０内の光の強度バラつきをある程度低減することができる。
また、反射シート４４は一部の光を反射し一部の光を農地側に透過する白色系のメッシュシートを用いることが特に好ましい。この構成によれば、反射シート４４下の農作物Ｐ１、Ｐ２にも太陽光が適度に照射されることに加え、反射シート４４による散光効果により太陽光パネル付土耕栽培システム８０内の光の強度バラつきをさらに平均化することができる。尚、屋根部材４０、反射シート４４は夏季の強烈な日照を和らげる効果も有する。
ここで、反射シート４４を仮に反射板とした場合、保持脚やフレーム等、何らかの固定部材が必要となるが、軽量で柔軟性のある反射シート４４であればフック等により吊り下げることで簡単に太陽光パネル付土耕栽培システム８０内に設置することができる。また、反射板を用いた場合、農作業の邪魔にならないようある程度高所に設置する必要があり、縦フレーム２０ｂが高丈化する。特に農業機械５を使用する場合には、その都度取り外すか極めて高所に設置する必要がある。しかしながら、柔軟な反射シート４４を用いることで低所に設置しても作業者は頭をぶつけることなく作業を行うことができる。また、反射板では着脱を容易に行えないのに対し、反射シート４４は束ねるなどして容易に開閉及び着脱が可能で、作業や日照量等に応じてその面積や角度を簡単に調整することができる。
また、本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システム８０は、棟間の側方もカバー部２４で囲う。この構成によれば、複数のフレーム部及び棟間が一体的に囲われ、太陽光パネル付土耕栽培システム８０があたかも一つの栽培ハウスとして機能する。尚、この棟間のカバー部２４も開口状態を比較的大きくし、農業機械５がこの方向からフレーム部内に進入可能とすることが好ましい。
次に、本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システム８０の動作を説明する。尚、図１、図５、図６、図７中の白抜き矢印は光の進行方向を示す。また、ここでは一つのフレーム部における光の進行方向を例に説明するが、以下のことは棟間を連結した図４の構成においても同様である。
先ず、太陽光パネル５０に太陽光が照射すると、両面受光型太陽電池５２の表面側の発電領域は発電し電力を出力する。出力した電力は図示しない給送電システムを介して売電ユニットや蓄電池、電力需要等へ送電される。また、太陽光パネル５０の透光領域Ａに照射した太陽光は、透光領域Ａを透過してフレーム部内に取り込まれる。フレーム部内に取り込まれた太陽光は農作物Ｐ１、Ｐ２に照射し、農作物Ｐ１、Ｐ２の栽培に用いられる。また、フレーム部内に取り込まれた太陽光のうち農作物Ｐ１、Ｐ２に照射しなかった光は、図１に示すように農地面によって両面受光型太陽電池５２の裏面側に向けて反射される。尚、太陽光は農地面において約１５％程度反射し、この反射光によっても発電を十分に行うことができる。また、農作物Ｐ１、Ｐ２の葉も太陽光中の特に緑色波長の光を両面受光型太陽電池５２の裏面側に向けて反射する。そして、これらの光が照射されることで裏面側の発電領域は発電し、発電した電力は表側の発電電力とともに給送電システムを介して売電ユニットや蓄電池、電力需要等へ送電される。
尚、本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システム８０は、農地面に光反射性を有するシート状部材を設置する。このシート状部材としては、図５に示す農地面を覆って防草、保湿、保温等の機能を果たす所謂、農業用マルチシート５６ａが挙げられる。尚、シート状部材として用いる農業用マルチシート５６ａには特に限定は無く、光沢のある黒色ビニール製や灰色等の周知のマルチシートの他、アルミニウム等の金属薄膜をコーティングしたシート等を用いることができる。また、シート状部材のもう一つの例としては、農業用トンネル支柱によって保持され農作物Ｐ１、Ｐ２をアーチ状に覆う図６に示す農業用トンネルシート５６ｂが挙げられる。尚、シート状部材として用いる農業用トンネルシート５６ｂには特に限定は無く、透明もしくは半透明の周知の農業用トンネルシートの他、防虫用の白色メッシュシート等を用いることができる。尚、これらシート状部材を設けた場合、材質や色彩にもよるが概ね太陽光の３０％を反射することができる。そして、これらの反射光も両面受光型太陽電池５２の裏面側の発電に用いられる。
また、農地面や農作物Ｐ１、Ｐ２、シート状部材等は、フレーム部の側面や屋根部材４０等から入射した光や、補助灯２２の光、縦フレーム２０ｂ等で反射した光なども両面受光型太陽電池５２の裏面側に向けて反射する。そして、これらの光も両面受光型太陽電池５２の裏面側の発電に用いられる。
さらに、本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システム８０は、図７に示すように、農地に載置され上面が開口した栽培箱３０と、この栽培箱３０内に栽培養液を供給する灌水パイプ１２と、をさらに有し、農作物Ｐ１、Ｐ２をこの栽培箱３０内の用土で栽培する。この構成によれば、農作物Ｐ１、Ｐ２に適した用土が使用可能なことに加え、土中への栽培養液の制御をさらに詳細に行うことができる。これにより、農作物Ｐ１、Ｐ２の収穫量をさらに向上させることができる。
以上のように、本発明に係る太陽光パネル付土耕栽培システム８０は、太陽光パネル５０に透光領域Ａを設けることで、より多くの光をフレーム部内に取り入れ農作物Ｐ１、Ｐ２の栽培に利用することができる。また、太陽光パネル５０に両面受光型太陽電池５２を採用することで、農地面や農作物Ｐ１、Ｐ２、シート状部材等で反射した光を発電に有効利用することができる。これにより、透光領域Ａの形成に伴う太陽電池の面積の減少を補って農作物への光量を確保しながら高い発電量を得ることができる。
そして、農業従事者は農地で栽培した農作物Ｐ１、Ｐ２の販売収入に加え、太陽光パネル５０で発電した電力の売電収入等を得ることができる。これにより、農業従事者の収入を向上することができる。
尚、本例で示した太陽光パネル付土耕栽培システム８０の各部の形状、構成、寸法等は一例であり、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。
１２ 灌水パイプ
２０ａ 横フレーム（フレーム部）
２０ｂ 縦フレーム（フレーム部）
２０ｃ 補強フレーム
３０ 栽培箱
４０ 屋根部材
４４ 反射シート
５０ 太陽光パネル
５２ 両面受光型太陽電池
５４ パネル基板部
５６ａ 農業用マルチシート（シート状部材）
５６ｂ 農業用トンネルシート（シート状部材）
８０ 太陽光パネル付土耕栽培システム
Ａ 透光領域
Ｐ１、Ｐ２ 農作物

Claims (2)

  1. 光が受光することで発電する太陽光パネルと、
    農作物を栽培する農地に立設され前記太陽光パネルを所定の角度で保持するフレーム部と、を有し、
    前記太陽光パネルは、透光性を有するパネル基板部と、前記パネル基板部に所定の間隙を取って複数配置され両面に発電領域を備えた両面受光型太陽電池と、前記両面受光型太陽電池の間隙によって形成される透光領域と、を備え、
    前記フレーム部は横方向に長く、縦方向に複数並べて設置するとともに、
    前記フレーム部の棟間に透光性の屋根部材を設け、また前記複数のフレーム部及び棟間の側方を一体的に囲うように透光性を有しかつ開閉が自在なカバー部を設け、さらに前記棟間に設けられた前記屋根部材の下方の略全面に亘って光反射性を有する反射シートを設置して棟間の農地でも農作物を栽培し、
    前記屋根部材が散光板もしくは散光フィルムであり、前記反射シートは一部の光を反射し一部の光を透過するとともに開閉及び着脱が可能であり、
    前記両面受光型太陽電池の裏面側の発電領域は農地面を覆う農業用マルチシートもしくは農作物を覆う農業用トンネルシートからの反射光を受けて発電するとともに、
    農地に載置され上面が開口した栽培箱と、前記栽培箱内に前記栽培養液を供給する灌水パイプと、をさらに有し、農作物を前記栽培箱内で栽培することを特徴とする太陽光パネル付土耕栽培システム。
  2. フレーム部の内部の最下点の高さを農地面から２００ｃｍ〜３００ｃｍとし、フレーム部の奥行を２００ｃｍ〜３００ｃｍとするとともに、フレーム部の前後方向の補強フレームを農地面から１５０ｃｍよりも高い位置に設けることを特徴とする請求項１記載の太陽光パネル付土耕栽培システム。
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