JPWO2018167905A1 - 植物育成用光発生装置、およびそれを用いた植物育成装置および植物育成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態では、太陽光を受けて栽培される農業用ハウスに本発明を適用した例を代表例として説明する。しかし、本発明の適用はこれに限るものではなく、太陽光を利用しないで全て人工光による植物の栽培にも適用できる。太陽光を利用した植物の栽培だけでなく、全て人工光による植物の栽培に適用した場合であっても、大きな効果が期待できる。
2.1 本発明の一実施形態である農業用ハウスの説明
図1は、本発明を適用した一実施形態である農業用ハウス100の説明図である。農業用ハウス100は、屋外に設けられ、その内部に植物50を栽培するための畝130が作られている。130は植物栽培用土で作られており、植物50が植えられている。屋根114からは植物50を成長させるのに必要な太陽光が取り入れられている。
2.2 太陽光の代わりに人工光を照射した実施の形態の説明
図2は太陽光の代わりに人工光を照射した実施の形態の説明図である。農業用ハウス100は太陽光を利用できるメリットがあるが、農業用ハウス100を光透過材で作る必要がある。また光透過材は熱を外部に漏らし易い傾向があり、外気温が低くなると農業用ハウス100内部の温度を所定温度以上に維持するための暖房費が多く掛かる問題がある。太陽光の代わりに照明装置150が発生する人工光320を利用することにより、植物50を屋内で栽培することが可能となる。
3.1 植物育成用照明装置200の概要
図3は植物育成用照明装置200の概要を説明する説明図であり、図4は図3に記載の植物育成用照明装置200のA−A断面図である。なお、図面が複雑になるのを避けるために、図3ではケース340の図示を省略している。植物育成用照明装置200は回路基板350の一方の面に設けられたLED回路352とLED回路354とを備えている。LED回路352やLED回路354に電流を供給する駆動回路362や駆動回路364は、それぞれ回路基板350の裏面に設けられている。電源コード302を介して、回路基板350の電源接続端子304と電源接続端子306に50Hzあるいは60Hzの商用電力が供給される。図4に記載のごとく、回路基板350やLED回路352、LED回路354、駆動回路362、駆動回路364は、ケース340に内蔵され、ケース340は内部が防水剤342によって充填されている。防水剤342は光透過性樹脂であり、LED回路352やLED回路354が発生する光を外部に放出することができる。一方植物育成用照明装置200はコネクタ部以外の本体部が防水機能を有し、例えば水中に入れても、水により電気的な絶縁が破壊することがない。
図2に記載の実施の形態では、植物50の上部に照明装置150が設けられ、照明装置150から人工光320が50に照射される。人工光320に加えて太陽光を照射しても良い。もちろん上述したように植物50上部からは太陽光のみを照射し、照明装置150を用いないようにしても良い。
図5に、ケース370の内部に固定した回路基板350Aから回路基板350Dの配置状態を示す。回路基板350Aの一方の電源接続端子304Aおよび電源接続端子306Aから電源コード302を介して電力が供給され、回路基板350Aの駆動回路362Aや駆動回路362Bが動作するとともに他方の電源接続端子304Aおよび電源接続端子306Aに電力が伝達される。回路基板350Aの他方の電源接続端子304Aおよび電源接続端子306Aと回路基板350Bの一方の電源接続端子304Bおよび電源接続端子306Bを電気的に接続することにより、回路基板350Bに電力が供給される。以下同様にして、回路基板350Bから回路基板350Cへ電力が供給され、回路基板350Cから回路基板350Dへ電力が供給される。回路基板350や回路基板350Aから回路基板350Dが長手方向の両端に電力を授受するための電源接続端子を有するので、植物育成用照明装置200や発光装置152のために使用する回路基板の数を容易に選択することができ、大変便利である。使用する回路基板の数を選択することにより、植物育成用照明装置200や発光装置152から照射される人工光の量、すなわち強さを簡単に設定あるいは変更することができる。
4.1 植物育成用照明装置200および発光装置152の回路構成の概要
図7は、植物育成用照明装置200および発光装置152の回路の一例を説明する説明図である。植物育成用照明装置200と発光装置152は、異なる回路であっても良いが、この実施例では基本的な構成や基本的な動作がほぼ同じである。植物育成用照明装置200と発光装置152回路構成や動作に付いて、植物育成用照明装置200を、植物育成用照明装置200や発光装置152の代表例として以下説明する。
図9に記載のグラフ5はLED電流制御回路420のコンデンサ422の値を10μFに設定した場合であり、グラフ6はLED電流制御回路420のコンデンサ422の値を6μF、グラフ7はLED電流制御回路420のコンデンサ422の値を4μF、グラフ8はLED電流制御回路420のコンデンサ422の値を1μF、にそれぞれ設定した場合のLED電流460のシミュレーションの結果である。グラフ5やグラフ6、グラフ7、グラフ8では、商用電源301の周波数は50Hzで、一定であり、またLED回路352を構成するLED素子の直列の数は35個で、一定である。
図10に記載のグラフは、図7に記載のLED電流制御回路420の回路定数例えばコンデンサ422の値を所定値、例えば10μFに固定して、LED回路352を構成するLED素子の直列接続の数を変えた場合に、LED回路352を流れるLED電流460をシミュレーションした結果を示すグラフである。グラフ10はLED回路352を構成するLED素子の直列接続の数を35個にした場合のLED電流460の波形であり、グラフ11は上記LED素子の直列接続の数を25個にした場合のLED電流460の波形、グラフ12は上記LED素子の直列接続の数を15個にした場合のLED電流460の波形、グラフ13は上記LED素子の直列接続の数を5個にした場合のLED電流460の波形、グラフ14は上記LED素子の直列接続の数を1個にした場合のLED電流460の波形、である。
図7に記載の回路では、整流回路426として全波整流器を使用している。従って図10に記載のLED電流460は、電源周波数の倍の周波数で変化する。電源周波数が50Hzの場合は図10に記載のLED電流460は100Hzで強弱の変化を繰り返す。また。電源周波数が60Hzの場合には、図10に記載のLED電流460のグラフは120Hzで強弱の変化を繰り返す。
上記図11や図7に記載の回路は、短い周期でスイッチング動作を繰り返すスイッチング回路を必要としないので、電磁波ノイズが発生しない。このため光合成作用におけるイオンの移動や分子モータの回転に悪影響を与える恐れがない。光合成作用では色々なイオンの移動が行われる。イオンは電気を帯びており、電磁波ノイズ特による電界の影響を受けやすい。磁波ノイズが葉緑体に照射されると電磁波周波数に基づく電界の振動が発生し、光合成作用における水素イオンなどのイオンに悪影響を及ぼす可能性が高い。電磁波ノイズは、デンプンを合成するカルビン回路に悪影響を与える恐れがある。上記実施の形態では、整流回路426を使用して交流電流を脈流に変換しており、電磁波を発生するスイッチング回路を使用していないので、このような恐れがない。
図7や図11には、刺激度調整回路430や刺激度調整回路431が設けられている。図8や図9、図10、図12に記載の回路では、刺激度調整回路430や刺激度調整回路431が動作していない状態のLED電流460やLED電流461の波形を記載している。これらの波形では、第2期間においてはLED素子を動作させる電流が流れていない。従って第2期間ではLED素子が点灯していない。その結果人工光310が照射される植物50に対して強い刺激が与えられることになる。照射される植物50の種類によっては刺激が強すぎる可能性がある。また同じ種類の植物50、例えば同じ種類の植物の葉であっても、種から芽が出たばかりの状態と苗が大きく育った状態では、光合成の作用の状態が異なる。このようなことから、植物育成用照明装置200や照明装置150から照射される人工光310や人工光320の刺激の強度を調整することが好ましい場合がある。
他の実施形態による植物育成用照明装置200の構成について、図14および図15、図16を用いて説明する。駆動回路362は、商用電源301からの電力に基づいて周期的に変化する電流を出力する。一方図14に記載する駆動回路500は、2次電池などの直流電源510からの直流電力を受けて周期的に変化する電流を出力する。一般に2次電池などは出力電圧が低い傾向にあり、LED回路352やLED回路354を駆動するためには、昇圧することが望ましい。インダクタンスを用いた昇圧回路は効率が悪い問題があり、駆動回路500は周期的に変化する電流を出力すると共に効率の良い昇圧機能を有している。以下具体的に動作を説明する。
図17は植物育成用照明装置200の配置の具体例を説明する説明図である。上記説明では、植物50は畝130に植えられているとして説明した。一般に130は、植物栽培用の土で構成されているが、本発明は水耕栽培など、土の代わりに他の材料を使用して栽培する植物の栽培装置や栽培用照明装置としても非常に有効である。従って畝130は土に限るものではなく、栽培用溶液を含む、植物栽培装置と考えてもらえばよい。畝130の長手方向に沿うようにして植物50が植えられている場合に、植物育成用照明装置200の人工光310を照射する照射面が長方形の形状を為す場合に、前記長方形の長手方向が畝130の長手方向に沿うようにして、植物50の脇に植物育成用照明装置200を配置する。植物50先端部より植物育成用照明装置200を低く配置することにより、植物50の根元に人工光310を照射することができ、植物50の茎や株を太くすることができる。この結果、収穫量が増大する。
図20は、太陽光の照射に加えて植物育成用照明装置200からブロッコリの根元に人工光310を照射した状態のブロッコリの生育状況を示す。図21は太陽光の照射のみによるブロッコリの生育状況を示す。土として、共に同一の市販の野菜栽培用土を使用している。また気温を同一としている。太陽光の強さは植物の葉の部分で、2万ルックスから10万ルックスであり、天候状態で変化する。植物育成用照明装置200からの人工光310は植物の茎の部分で約1万ルックスであり、100Hzで明るさが周期的に変化している。
Claims (7)
- 人口光の照射対象植物の側部から前記照射対象植物に向けて前記人口光を照射する植物育成用照明装置であって、
前記植物育成用照明装置は、前記人工光を発生する複数個のLED素子を有するLED回路と、
前記LED回路に、電流値の大きい第1期間と電流値が小さいあるいは電流が流れない第2期間とを有して周期的に変化するLED駆動電流を供給するLED駆動回路と、を備え、
周期的に電流値が変化する前記LED駆動電流に基づいて、強度が周期的に変化する前記人口光が前記照射対象植物に照射される、ことを特徴とする植物育成用照明装置。 - 請求項1に記載の植物育成用照明装置において、前記照射対象植物が植えつけられている畝に沿って前記LED回路のLED素子が配置されている、ことを特徴とする植物育成用照明装置。
- 請求項1に記載の植物育成用照明装置において、前記照射対象植物の茎に沿って前記LED回路のLED素子が配置されている、ことを特徴とする植物育成用照明装置。
- 請求項1に記載の植物育成用照明装置において、
前記LED駆動回路は交流電流を受けて脈流電流を発生する整流回路を備え、前記整流回路の入力側に前記交流電流が供給され、前記整流回路の出力側の電流に基づいて前記LED駆動電流が前記LED駆動回路に供給される、ことを特徴とする植物育成用照明装置。 - 請求項4に記載の植物育成用照明装置において、
前記整流回路の入力側に前記LED回路の前記複数個のLED素子が直列に接続され、前記LED素子の直列接続の数により前記周期的に電流値が変化する前記LED駆動電流の前記第2期間が設定される、ことを特徴とする植物育成用照明装置。 - 請求項1に記載の植物育成用照明装置において、
直流電源が更に設けられ、前記LED駆動回路には第1のコンデンサと第2のコンデンサとが設けられ、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサがそれぞれ前記直流電源から今日供給される直流電流により充電され、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサとが直列接続されることにより発生した電圧に基づいて前記LED駆動電流が前記LED回路に供給される、ことを特徴とする植物育成用照明装置。 - 請求項1乃至請求項6の内の1に記載の植物育成用照明装置を備えたことを特徴とする植物育成装置。
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