栽培システムおよびその制御方法
【課題】 栽培室内外の環境に応じて光強度、温度、ＣＯ2などを細かく制御し、効率よく良好に植物を育成することができる栽培システムおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】 ＣＯ2を排出する燃料電池システムと、蓄電池と、光の強さを感知し得る光強度感知手段と、栽培室と、前記栽培内の温度を検知し得る温度センサと、前記栽培内のＣＯ2濃度を検知し得るＣＯ2センサとを備える栽培システム、ならびに、栽培室内のＣＯ2と温度を制御することにより光合成速度を制御する栽培システムの制御方法。
【解決手段】 ＣＯ2を排出する燃料電池システムと、蓄電池と、光の強さを感知し得る光強度感知手段と、栽培室と、前記栽培内の温度を検知し得る温度センサと、前記栽培内のＣＯ2濃度を検知し得るＣＯ2センサとを備える栽培システム、ならびに、栽培室内のＣＯ2と温度を制御することにより光合成速度を制御する栽培システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を利用した栽培システムおよびその制御方法に関し、特に植物に対する栽培環境を制御し得る栽培システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、植物を栽培する植物栽培施設と、植物栽培施設内における植物に対する栽培環境を人為的に制御するための人工光源、温度調整装置などを有する植物栽培システムの開発が進められている。従来、この種の栽培環境を調節するエネルギの供給に燃料電池を主体とするものが特許文献１、２に記載されている。これらによると、栽培施設における動力源として燃料電池を用い、発電に伴って排出される熱、水、二酸化炭素（ＣＯ2）をそれぞれ冷暖房、光合成などに利用するというものである。
【特許文献１】特開平２−１６３００７号公報
【特許文献２】特開平１１−２７５９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの栽培システムにおいては、駆動の維持にあたっては、商用電源を必要とするため、災害時などの非常停電時には駆動することができない。また近来の環境問題に対応するための省エネルギーシステムを実現するためには、できるだけ商用電源の使用を減らし、自然エネルギーなどの新エネルギーを利用したシステムの構築が望まれる。また、植物の栽培を良好に行うためには、光合成速度をできるだけ高める必要があるが、この光合成速度は、光強度、ＣＯ2量、温度に依存することが知られている。
【０００４】
しかしながら、図７に示すように光強度がある一定以上の強度を有していない場合、ＣＯ2濃度は比較的低い温度で飽和し、それ以上ＣＯ2濃度を増加させても、光合成速度は増加しない。また、図８に示すように温度に関しても、光強度が低い場合、温度に依存せず光合成速度は低い値で一定となってしまう。
【０００５】
さらに、光強度がある一定以上である場合においても、図９に示すように光合成速度の温度依存性をみると、ある温度（最適温度）において光合成速度が最も高くなり、それ以上温度が高くも低くても光合成速度は小さくなる。また、ＣＯ2濃度も、光強度が高い場合でも、ある量で飽和する。
【０００６】
すなわち、温室などの植物栽培システムにおいても、最も効率よく良好に植物を育成するためには、温室内外の環境を細かく見極め、それらに応じて光強度、温度、ＣＯ2などを細かく制御する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、栽培室内外の環境に応じて光強度、温度、ＣＯ2などを細かく制御し、効率よく良好に植物を育成することができる栽培システムおよびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の栽培システムは、ＣＯ2を排出する燃料電池システムと、蓄電池と、光の強さを感知し得る光強度感知手段と、栽培室と、前記栽培内の温度を検知し得る温度センサと、前記栽培内のＣＯ2濃度を検知し得るＣＯ2センサとを備えることを特徴とする。
【０００９】
ここにおいて、前記光強度感知手段は太陽電池素子であることが好ましい。
【００１０】
本発明の栽培システムは、照明システムをさらに有することが好ましい。当該照明システムは、ＬＥＤを用いたものであることが好ましい。
【００１１】
本発明は、栽培室内のＣＯ2と温度を制御することにより光合成速度を制御する栽培システムの制御方法をも提供する。
【００１２】
ここにおいて、栽培室内の光強度の違いにより栽培室内の温度を制御して、光合成速度を制御することが、好ましい。
【００１３】
また当該栽培システムにおいて、太陽電池の発電量により照明システムの光強度を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を用いることによって、一年を通して安定的に植物を十分に効率よく育成させることが可能な栽培システムを提供することが可能となる。また、商用電源を用いずに燃料電池、太陽電池、蓄電池などのエネルギーを用いることにより、環境にもやさしく、経済的で、かつ非常時においても駆動することができる。さらに、太陽電池の発電量を用いて日射強度を感知することができるため、太陽電池の電力も使いつつセンサの役割を果たすことが可能となり、システム内の装置を簡素化できる。また、燃料電池システムを用いることにより、システム内の装置を簡素化できる。また、燃料電池システムを用いることにより、システム内の電気を供給しつつＣＯ2濃度、温度を制御することが可能となる。さらに、ＬＥＤを照明として用いた構成においては、冬場、夜間、雨天時などにおいても、植物の光合成速度を落とすことなく、良好に生育させることが可能となり、極めて経済的で、環境にもやさしい植物栽培システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の好ましい一例の栽培システム１を模式的に示す図である。本発明の栽培システム１は、ＣＯ2を排出する燃料電池システム２と、蓄電池３と、光の強さを感知し得る光強度感知手段４と、栽培室５と、温度センサ６と、ＣＯ2センサ７とを基本的に有することを特徴とする。このような構成を有する本発明の栽培システム１によれば、商用電源を用いず、燃料電池および蓄電池により栽培システムを構築するため、省エネルギーを実現しつつ、災害時などの非常時にも駆動可能で、かつ植物に対しても最も成長を促すことのできる光合成速度を選択できるシステムを実現することができる。
【００１６】
図１に示す例の栽培システム１においては、たとえば温室などの栽培室５内に、植物１０を栽培している。燃料電池システム２は、たとえば、燃料電池１１、改質器１２、栽培室５外から天然ガスなどの燃料を改質器１２に供給するための供給パイプ１３、ならびに、ＣＯ2以外の排出ガス（たとえば水素）を栽培室５外に排出するための排出パイプ１４を基本的に備える。燃料電池１１は、上記供給パイプ１３を介して改質器１２に供給された燃料を改質器１２内で改質し発生した水素および酸素を含む空気を取り込み、水素と酸素により直流の電気を発生する。燃料電池には、一般に固体高分子型（ＰＥＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）などの種類があるが、本発明に用いる燃料電池１１はそのいずれを用いてもよい。この中で、固体高分子型の燃料電池は、動作時の温度が１００℃前後であり他の燃料電池と比較して取り扱いが容易なため、固体高分子型の燃料電池を本発明における燃料電池１１として用いるのが好ましい。
【００１７】
畜電池３は、燃料電池１１で発生した電気を蓄積し得るものである。このような蓄電池３としては、たとえばＬｉ−ｉｏｎ、Ｎｉ−Ｈなどの電池が用いられる。また図１に示す例においては、蓄電池３に電気的に接続されたインバータ１５をさらに備える。インバータ１５は、燃料電池１１または蓄電池３から発生した直流の電流を交流に交換する。なお、図１に示す例において、蓄電池３およびインバータ１５は栽培室５外に配置されているが、栽培室５内に配置されていても勿論よい。
【００１８】
図１に示す例においては、光強度感知手段４として太陽電池モジュールを備える。光強度感知手段４としては、光の強さを感知し得るものであれば特に制限されるものではなく、図１に示すような太陽電池素子以外にもたとえばフォトダイオードなどを適宜用いることができるが、太陽電池の発電量により光の量を感知しつつ、商用電源を用いずに温度制御手段（後述）などによる栽培室５内の温度制御が可能となり、環境問題にも十分対応したシステムの構築が可能となることから、光強度感知手段４としては太陽電池素子を用いるのが好ましい。図１に示す例では、太陽電池モジュールは、栽培室５外に配置され、インバータ１７を介して蓄電池３に電気的に接続されている。インバータ１７は、太陽電池モジュールが太陽光を受けて発生した直流の電流を交流に変換する。
【００１９】
図１に示す栽培システム１は、栽培室５内の温度を検知し得る温度センサ６を有する。温度センサ６としては、たとえばサーミスタ、赤外線センサ、熱電対などを用いることができるが、応答速度の観点からは、サーミスタを温度センサ６として用いるのが好ましい。
【００２０】
また、栽培システム１は、栽培室５内のＣＯ2濃度を検知し得るＣＯ2センサ７をさらに有する。ＣＯ2センサ７としては、たとえば赤外線方式のセンサ、半導体方式のセンサなどを用いることができるが、精度よく測定できるという観点からは、赤外線方式のＣＯ2センサを用いるのが好ましい。
【００２１】
本発明の栽培システムは、照明システムをさらに備えるのが好ましい。照明システムをさらに備えることにより、夜間や冬場などの日照のない場合あるいは日照の弱い場合においても関係なく植物を良好に栽培することが可能となる。照明システムには、たとえば、ＬＥＤ、蛍光灯などを用いることができるが、照明によって消費される電力を最低限に抑制することができ、かつ植物栽培に最も適した波長の光源を任意に選択することが可能となることから、ＬＥＤを用いた照明システムが好ましい。図１に示す例においては、ＬＥＤを用いた照明システム１８を、栽培室５内に配置してなる。
【００２２】
図１に示す例の栽培システム１においては、栽培室５内の温度を制御するための温度制御手段１９（たとえば、エアコンディショナなどで実現される）、ならびに、植物１０に水を供給するための散水ポンプ２０をさらに備える。
【００２３】
本発明の栽培システム１は、燃料電池１２、蓄電池３および光強度感知手段４で発生した電気の出力を制御する制御手段２１をさらに備える。制御手段２１は、上述した電気の出力を制御し、栽培室５内の照明システム１８、温度制御手段１９および散水ポンプ２０などの負荷を運転させる。また、上述した温度センサ６およびＣＯ2センサ７の出力は制御手段２１へ送られ、制御手段２１は、その出力をもとに燃料電池１１、畜電池３および光強度検知手段４の出力の制御を行い得るように構築される。このような制御手段２１は、たとえばＣＰＵを搭載したパーソナルコンピュータを用いて実現される。
【００２４】
本発明はまた、栽培室内のＣＯ2と温度を制御することにより光合成速度を制御する栽培システムの制御方法をも提供する。植物の光合成速度は、栽培システム内のＣＯ2濃度と温度に依存するため、本栽培システムではこれらを最適になるよう制御することで植物の栽培に最も適した環境を創出することが可能となる。このような本発明の栽培システムの制御方法を行うための栽培システムは特に制限されるものではないが、上述した本発明の栽培システムを用いることで、好適に行うことが可能である。
【００２５】
植物の栽培を効率よく良好に育成するためには、光合成速度をできるだけ高くする必要がある。効率的な光合成速度を実現するためには、光強度、ＣＯ2量、温度の制御が重要となる。以下、図１に示した本発明の栽培システム１を用いた夏場の晴天時における制御に関する各態様について具体的に説明する。
【００２６】
＜第１の態様＞
光強度感知手段４である太陽電池は、夏場の晴天時には、発電量が高くなる。たとえば、３ｋＷ程度の太陽電池の出力電力（Ｗ）と日射強度（ｋＷ／ｍ2）とは、図２に示すような関係を示す。この場合、太陽電池の持っている仕様（最高発電量）によって変わる。すなわち、発電量を制御手段２１でモニタリングすることで、光強度を特定することができる。
【００２７】
光強度がある一定以上になると、光合成速度は飽和し、周囲の温度に大きく依存する。その際、光合成速度を最も早くする最適な温度が存在する。たとえば、図３は、２００３年８月のある日の奈良県における日の出から日没までの、太陽電池発電量（ｋＷ）と外気温（℃）との関係について示した図である。この場合、太陽電池の発電量は日射量に比例するため、予め太陽電池の日射量と発電量の関係を明確化しておけば、制御手段２１でモニタリングされる太陽電池の発電量から光合成に必要とされる日射強度が推定できる。
【００２８】
この条件下で、たとえば、図４に示すような光合成速度（μｍｏｌ／ｍ2・ｓｅｃ）−日射強度（ｋＷ／ｍ2）の特性を有する植物を考える。この場合、たとえば０．３ｋＷ／ｍ2以上の日射強度があれば、光合成速度は飽和してくる。また、最も光合成速度を高くするためには、栽培室５内の温度を３０℃近辺にする必要がある。また、ＣＯ2の濃度も、光合成速度に関係してくるので、ＣＯ2センサ７でモニタリングする。そこで、日射量が０．３ｋＷ／ｍ2となるのは、太陽電池の発電量が０．６ｋＷ以上となる場合なので、この条件下で、かつＣＯ2センサ７でモニタリングしたＣＯ2の濃度が定められた量以下、温度が３０℃以下の場合である、早朝の７時１２分以降で気温３０℃以下の９時４３分までの間は、温度を３０℃に上げるために、供給パイプ１３より燃料を改質器１２に供給して水素を発生させ、発生した水素を燃料電池１１に送り込む。同時に空気中の酸素を取り込んで、燃料電池１１を稼動させる。その間、改質器１２は、ＣＯ2を排出し続け、かつ燃料電池１１から熱を排出し続けることで、温度を上昇させることができる。また、燃料電池１１が稼動中は、畜電池３に電気を送り、蓄電池３に電気を貯めることとする。この場合、燃料電池が長時間駆動しても問題がないように十分容量の大きい蓄電池を設置するか、あるいは蓄電池を並列に配する方が好ましい。
【００２９】
さらに、温度が３０℃に達した場合、ＣＯ2センサ７によりモニタリングしたＣＯ2濃度が予め定めた量以上になっていれば、制御手段２１を通じて、改質器１２、燃料電池１１を停止する。しばらく放置していれば、日中にわたって温度が上昇して光合成速度が低下していくため、太陽電池で温度制御手段１９を動作させて、温度が３０℃近辺に落ち着くように制御する。この場合、温室内を冷房するために必要な温度制御手段１９の出力を考慮して、温度制御手段１９が十分動作させるに足るだけの太陽電池の出力容量を決めるべきである。
【００３０】
この態様においては、たとえば日中必要に応じて太陽電池を用いて散水ポンプ２０を稼動させて、植物１０に水をやる。
【００３１】
また、図３に示す場合では、夕刻でも温度が３０℃を下回らないが、温度が３０℃を下回った場合は、温度計からの信号を制御手段２１が感知して、改質器１２、燃料電池１１が稼動を始めて温度が３０℃近辺になるように調整を行う。
【００３２】
本方法の場合、改質器１２の立ち上がり時間を考慮して、設定温度より高めの温度で改質器を立ち上げても構わない。
【００３３】
本方法を用いることにより、夏の昼間、晴天時には、太陽電池を用いることで日射量を感知でき、かつ太陽電池の発電を用いて、温度が上昇した場合の冷房もでき、光合成速度が最も早くなるように温度調節が可能となり、かつ改質器と燃料電池を用いることで、温度が低い場合の温度調節が可能となるとともに、ＣＯ2を排出して、光合成速度を最も高くすることが出来るため、栽培室内の植物を最も効率よく良好に育成することが可能となる。
【００３４】
＜第２の態様＞
本態様では、第１の態様で示した夏場の晴天時に、図４の特性を有する植物を栽培する際、温度が３０℃に達してもＣＯ2濃度が予め定めた量以上になっていない場合について説明する。第１の態様で示したように、太陽電池の発電量で十分な日射強度が得られている場合、燃料電池で暖房する必要はなく、改質器１２のみでＣＯ2を排出させ、発生した水素は、排出パイプ１４を通って、別途設けられたボンベ（図示せず）に貯蔵されるようにする。そうすることによって、燃料電池１１を駆動させることなくＣＯ2のみを排出させることができる。
【００３５】
また、温度が３０℃以上になって室温内の温度が上昇した場合には、太陽電池にて温度制御手段１９を駆動させ、栽培室５内の温度をたとえば３０℃前後の、最も光合成速度が高くなる温度に維持する。ＣＯ2センサ７によってＣＯ2濃度が一定量以上になった場合は、制御手段２１を通じて改質器１２を停止させる。こうすることによって、温度が光合成に適した温度に達しかつＣＯ2濃度が達していない場合においても、栽培室５内の植物の光合成を最も効率的に行わせることが可能となる。
【００３６】
＜第３の態様＞
本態様では、第１の態様で示した、夏場の晴天時に、図４の特性を有する植物を栽培する際、温室内の温度が３０℃に達せずにかつＣＯ2濃度が一定量になっている場合を示す。日射強度は、第１の態様で示したように、太陽電池の発電量で十分な日射強度が得られているものとする。地球環境のことを考慮すれば、できるだけＣＯ2の排出は避けた方が好ましいので、この場合、改質器１２と燃料電池１１を作動させない。その代わり、温度センサ６により栽培室５内の温度を感知して、制御手段２１を通して太陽電池の発電を利用して温度制御手段１９を暖房として作動させる。それにより、ＣＯ2の排出を抑えつつ温度を光合成に最も適した温度に上昇させることができる。またＣＯ2量が定められた量以下になった場合は、ＣＯ2センサ７がＣＯ2量を感知して制御手段２１に信号を送り、温度制御手段１９を止めて、改質器１２、燃料電池１１を作動させる。これにより、ＣＯ2の排出を抑えつつも、最も光合成速度を高くできる植物の栽培が可能となる。
【００３７】
本発明の栽培システムの制御方法においては、この第３の態様のように、栽培室内の光強度の違いにより栽培室内の温度を制御して、光合成速度を制御するのが好ましい。植物の光合成速度は、光強度と温度にも大きく依存するため、本栽培システムではこれらを最適になるように制御することで植物の栽培に最も適した環境を創出することが可能となるためである。
【００３８】
＜第４の態様＞
本態様では、第１の態様で示した図４のような特性を有する植物について、夏場の昼のように温度が高く、かつ雨天時のように太陽電池の発電量により、光合成に必要な日射強度が得られない場合を示す。
【００３９】
図５に、２００３年８月の奈良県の雨天時の温度推移と発電量を示す。瞬間的に発電量が２．５ｋＷ程度まで上がっているが、この程度では負荷を動作させることができないため、日射強度がほとんど得られないと考える。この場合、太陽電池の発電量によって、光合成に必要な日射強度が得られていないことが検出可能であり、その信号を制御手段２１が感知する。
【００４０】
日射強度が得られていない場合、栽培室５内の植物は光合成をすることが不可能となるため、この場合、制御手段２１が太陽電池の発電量より日射強度不足を感知し、照明システム１８であるＬＥＤを点灯させる。この場合、栽培している植物の光合成速度を最も高くすることのできる波長のＬＥＤを選択するべきで、たとえば光源の波長が６４０ｎｍ〜６９０ｎｍのＬＥＤと、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍのＬＥＤを組み合わせ、前者と後者の光強度の比をたとえば５：１にする。
【００４１】
この場合、図５での温度が３０℃に達していない時間帯では、改質器１２と燃料電池１１を作動させてＣＯ2を排出するとともに、温室内の温度を上昇させる。燃料電池から発電する電気は、ＬＥＤを点灯させるとともに、畜電池３を充電する。温度が上昇し、３０℃に達した場合に、ＣＯ2センサ７によりＣＯ2の濃度が予め定められた量に達していなければ、制御手段２１が感知して燃料電池１１を停止させ、改質器１２のみを作動させる。発生する水素は、排出パイプ１４を通って、ボンベ（図示せず）に貯蔵される。また、ＬＥＤは、蓄電池３を電源として点灯させる。この場合、ＬＥＤの点灯時間に見合っただけの容量を有する蓄電池３を備える必要がある。
【００４２】
改質器１２の立ち上がりに時間を要する場合、改質器１２を立ち上げている間、排出パイプ１４を通して予め貯蔵してある水素を用いて燃料電池１１を作動させてもよく、改質器１２が立ち上がれば、改質器１２から発生する水素を用いるというプロセスを経てもよい。あるいは、改質器１２の立ち上がり時用に、別途市販の水素ボンベを十分な量備えていてもよい。この場合、経済的にも問題なく、かつ必要なときに燃料電池１１を作動させることができる。
【００４３】
このような態様によれば、夏場の雨天時や夜間のように、温度は高いが光合成に必要な日射強度が得られない場合においても、植物に十分な光合成をさせることによって、植物を育成させることが可能となる。
【００４４】
本発明の栽培システムの制御方法においては、この第４の態様のように、太陽電池の発電量により照明システムの光強度を制御するのが、好ましい。このように照明システム１８（具体的にはＬＥＤ）の光強度を制御するために太陽電池を用いることにより、太陽電池の発電量がそのまま日照の強度に関わるために別途センサを設けることなく、太陽電池の電力を利用しながら、照明システムの制御も可能となり、効率よくまた簡易な栽培システムを構築することが可能となる。
【００４５】
＜第５の態様＞
本態様では、第１の態様で示した植物を栽培する場合で、日射強度がほとんどなく、温度も定められた温度以下の場合である、冬場、および夏の夜などについて示す。
【００４６】
図６に奈良県の２月のある１日の太陽電池発電量および気温を示す。図６における太陽光発電量で示すように、きわめて短い時間、ほぼ瞬間的に太陽電池の発電量が２ｋＷ程度まで上がるが、極めて短い周期で発電量が変動するため、太陽電池はほとんど発電に寄与しないと考えられる。すなわち、光合成に必要な日射強度はほとんど得られないと考える。また、ＣＯ2濃度が定められた量より下回っている場合を想定する。
【００４７】
この場合、まず、太陽電池の発電量が制御手段２１で感知されて、日射強度が得られないことが分かる。また、温度センサ６より、温室内の気温が定められた温度、例えば３０℃を下回っている。さらに、ＣＯ2センサ７により、ＣＯ2濃度が定められた量を下回っていることが感知されるため、制御手段２１からの信号が改質器１２、燃料電池１１に送られて作動し、改質器１２からＣＯ2を排出し、栽培室５内のＣＯ2の濃度を高めるとともに、燃料電池１１より排出される熱により栽培室５内の空気を温める。また、燃料電池１１からの発電により、照明システム１８であるＬＥＤを点灯させる。この場合、光合成速度を最も高くするようにＬＥＤを点灯させるべきで、たとえば、光源の波長が６４０ｎｍ〜６９０ｎｍのＬＥＤと、４２０〜４７０ｎｍのＬＥＤを組み合わせ、前者と後者の光強度の比を５：１にする。また、余剰電力を用いて蓄電池３を充電する。
【００４８】
なお、栽培室５内の温度が３０℃に達した後、なおＣＯ2濃度が定められた量に達していない場合は、燃料電池１１を停止させて改質器１２のみを作動させる。発生した水素は、排出パイプ１４を通じて水素ボンベなどの貯蔵装置（図示せず）に貯蔵する。また、燃料電池１１を停止させたので、ＬＥＤは蓄電池３により点灯させる。蓄電池３は、ＬＥＤの照明に支障のないよう、十分に大きな容量のものを選択するのが好ましい。
【００４９】
本態様の場合においても、第４の態様で示したように、改質器１２の立ち上がりに時間を要する場合、改質器１２を立ち上げている間、排出パイプ１４を通して予め貯蔵してある水素を用いて燃料電池１１を作動させてもよく、改質器１２が立ち上がれば、改質器１２から発生する水素を用いるというプロセスを経てもよい。あるいは、改質器１２の立ち上がり時用に、別途市販の水素ボンベを十分な量備えておいてもよい。この場合、経済的にも問題なく、かつ必要なときに燃料電池１１を作動させることができる。
【００５０】
かかる態様によれば、冬場、温度が低くかつ光合成に必要な日射強度が得られない場合においても、植物に十分な光合成をさせることによって、植物を育成させることが可能となる。
【００５１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の好ましい一例の栽培システム１を模式的に示す図である。
【図２】３ＫＷの発電容量をもつ太陽電池の、日射強度に対する発電量を示すグラフである。
【図３】奈良県における、晴天時の８月のある一日の太陽電池発電量と気温を示すグラフである。
【図４】本発明で用いた植物の、日射強度に対する光合成速度を示すグラフである。
【図５】奈良県における雨天時の８月のある一日の太陽電池発電量と気温を示すグラフである。
【図６】奈良県における２月のある一日の太陽光発電量と気温を示すグラフである。
【図７】光強度に対する植物の光合成速度の依存性をＣＯ2濃度をパラメータにして示したグラフである。
【図８】光強度に対する植物の光合成速度の依存性を気温をパラメータにして示したグラフである。
【図９】温度に対する植物の光合成速度の依存性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１ 栽培システム、２ 燃料電池システム、３ 蓄電池、４ 光強度感知手段、５ 栽培室、６ 温度センサ、７ ＣＯ2センサ、１０ 植物、１１ 燃料電池、１２ 改質器、１３ 供給パイプ、１４ 排出パイプ、１５，１７ インバータ、１８ 照明システム、１９ 温度制御手段、２０ 散水ポンプ、２１ 制御手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を利用した栽培システムおよびその制御方法に関し、特に植物に対する栽培環境を制御し得る栽培システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、植物を栽培する植物栽培施設と、植物栽培施設内における植物に対する栽培環境を人為的に制御するための人工光源、温度調整装置などを有する植物栽培システムの開発が進められている。従来、この種の栽培環境を調節するエネルギの供給に燃料電池を主体とするものが特許文献１、２に記載されている。これらによると、栽培施設における動力源として燃料電池を用い、発電に伴って排出される熱、水、二酸化炭素（ＣＯ2）をそれぞれ冷暖房、光合成などに利用するというものである。
【特許文献１】特開平２−１６３００７号公報
【特許文献２】特開平１１−２７５９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの栽培システムにおいては、駆動の維持にあたっては、商用電源を必要とするため、災害時などの非常停電時には駆動することができない。また近来の環境問題に対応するための省エネルギーシステムを実現するためには、できるだけ商用電源の使用を減らし、自然エネルギーなどの新エネルギーを利用したシステムの構築が望まれる。また、植物の栽培を良好に行うためには、光合成速度をできるだけ高める必要があるが、この光合成速度は、光強度、ＣＯ2量、温度に依存することが知られている。
【０００４】
しかしながら、図７に示すように光強度がある一定以上の強度を有していない場合、ＣＯ2濃度は比較的低い温度で飽和し、それ以上ＣＯ2濃度を増加させても、光合成速度は増加しない。また、図８に示すように温度に関しても、光強度が低い場合、温度に依存せず光合成速度は低い値で一定となってしまう。
【０００５】
さらに、光強度がある一定以上である場合においても、図９に示すように光合成速度の温度依存性をみると、ある温度（最適温度）において光合成速度が最も高くなり、それ以上温度が高くも低くても光合成速度は小さくなる。また、ＣＯ2濃度も、光強度が高い場合でも、ある量で飽和する。
【０００６】
すなわち、温室などの植物栽培システムにおいても、最も効率よく良好に植物を育成するためには、温室内外の環境を細かく見極め、それらに応じて光強度、温度、ＣＯ2などを細かく制御する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、栽培室内外の環境に応じて光強度、温度、ＣＯ2などを細かく制御し、効率よく良好に植物を育成することができる栽培システムおよびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の栽培システムは、ＣＯ2を排出する燃料電池システムと、蓄電池と、光の強さを感知し得る光強度感知手段と、栽培室と、前記栽培内の温度を検知し得る温度センサと、前記栽培内のＣＯ2濃度を検知し得るＣＯ2センサとを備えることを特徴とする。
【０００９】
ここにおいて、前記光強度感知手段は太陽電池素子であることが好ましい。
【００１０】
本発明の栽培システムは、照明システムをさらに有することが好ましい。当該照明システムは、ＬＥＤを用いたものであることが好ましい。
【００１１】
本発明は、栽培室内のＣＯ2と温度を制御することにより光合成速度を制御する栽培システムの制御方法をも提供する。
【００１２】
ここにおいて、栽培室内の光強度の違いにより栽培室内の温度を制御して、光合成速度を制御することが、好ましい。
【００１３】
また当該栽培システムにおいて、太陽電池の発電量により照明システムの光強度を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を用いることによって、一年を通して安定的に植物を十分に効率よく育成させることが可能な栽培システムを提供することが可能となる。また、商用電源を用いずに燃料電池、太陽電池、蓄電池などのエネルギーを用いることにより、環境にもやさしく、経済的で、かつ非常時においても駆動することができる。さらに、太陽電池の発電量を用いて日射強度を感知することができるため、太陽電池の電力も使いつつセンサの役割を果たすことが可能となり、システム内の装置を簡素化できる。また、燃料電池システムを用いることにより、システム内の装置を簡素化できる。また、燃料電池システムを用いることにより、システム内の電気を供給しつつＣＯ2濃度、温度を制御することが可能となる。さらに、ＬＥＤを照明として用いた構成においては、冬場、夜間、雨天時などにおいても、植物の光合成速度を落とすことなく、良好に生育させることが可能となり、極めて経済的で、環境にもやさしい植物栽培システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の好ましい一例の栽培システム１を模式的に示す図である。本発明の栽培システム１は、ＣＯ2を排出する燃料電池システム２と、蓄電池３と、光の強さを感知し得る光強度感知手段４と、栽培室５と、温度センサ６と、ＣＯ2センサ７とを基本的に有することを特徴とする。このような構成を有する本発明の栽培システム１によれば、商用電源を用いず、燃料電池および蓄電池により栽培システムを構築するため、省エネルギーを実現しつつ、災害時などの非常時にも駆動可能で、かつ植物に対しても最も成長を促すことのできる光合成速度を選択できるシステムを実現することができる。
【００１６】
図１に示す例の栽培システム１においては、たとえば温室などの栽培室５内に、植物１０を栽培している。燃料電池システム２は、たとえば、燃料電池１１、改質器１２、栽培室５外から天然ガスなどの燃料を改質器１２に供給するための供給パイプ１３、ならびに、ＣＯ2以外の排出ガス（たとえば水素）を栽培室５外に排出するための排出パイプ１４を基本的に備える。燃料電池１１は、上記供給パイプ１３を介して改質器１２に供給された燃料を改質器１２内で改質し発生した水素および酸素を含む空気を取り込み、水素と酸素により直流の電気を発生する。燃料電池には、一般に固体高分子型（ＰＥＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）などの種類があるが、本発明に用いる燃料電池１１はそのいずれを用いてもよい。この中で、固体高分子型の燃料電池は、動作時の温度が１００℃前後であり他の燃料電池と比較して取り扱いが容易なため、固体高分子型の燃料電池を本発明における燃料電池１１として用いるのが好ましい。
【００１７】
畜電池３は、燃料電池１１で発生した電気を蓄積し得るものである。このような蓄電池３としては、たとえばＬｉ−ｉｏｎ、Ｎｉ−Ｈなどの電池が用いられる。また図１に示す例においては、蓄電池３に電気的に接続されたインバータ１５をさらに備える。インバータ１５は、燃料電池１１または蓄電池３から発生した直流の電流を交流に交換する。なお、図１に示す例において、蓄電池３およびインバータ１５は栽培室５外に配置されているが、栽培室５内に配置されていても勿論よい。
【００１８】
図１に示す例においては、光強度感知手段４として太陽電池モジュールを備える。光強度感知手段４としては、光の強さを感知し得るものであれば特に制限されるものではなく、図１に示すような太陽電池素子以外にもたとえばフォトダイオードなどを適宜用いることができるが、太陽電池の発電量により光の量を感知しつつ、商用電源を用いずに温度制御手段（後述）などによる栽培室５内の温度制御が可能となり、環境問題にも十分対応したシステムの構築が可能となることから、光強度感知手段４としては太陽電池素子を用いるのが好ましい。図１に示す例では、太陽電池モジュールは、栽培室５外に配置され、インバータ１７を介して蓄電池３に電気的に接続されている。インバータ１７は、太陽電池モジュールが太陽光を受けて発生した直流の電流を交流に変換する。
【００１９】
図１に示す栽培システム１は、栽培室５内の温度を検知し得る温度センサ６を有する。温度センサ６としては、たとえばサーミスタ、赤外線センサ、熱電対などを用いることができるが、応答速度の観点からは、サーミスタを温度センサ６として用いるのが好ましい。
【００２０】
また、栽培システム１は、栽培室５内のＣＯ2濃度を検知し得るＣＯ2センサ７をさらに有する。ＣＯ2センサ７としては、たとえば赤外線方式のセンサ、半導体方式のセンサなどを用いることができるが、精度よく測定できるという観点からは、赤外線方式のＣＯ2センサを用いるのが好ましい。
【００２１】
本発明の栽培システムは、照明システムをさらに備えるのが好ましい。照明システムをさらに備えることにより、夜間や冬場などの日照のない場合あるいは日照の弱い場合においても関係なく植物を良好に栽培することが可能となる。照明システムには、たとえば、ＬＥＤ、蛍光灯などを用いることができるが、照明によって消費される電力を最低限に抑制することができ、かつ植物栽培に最も適した波長の光源を任意に選択することが可能となることから、ＬＥＤを用いた照明システムが好ましい。図１に示す例においては、ＬＥＤを用いた照明システム１８を、栽培室５内に配置してなる。
【００２２】
図１に示す例の栽培システム１においては、栽培室５内の温度を制御するための温度制御手段１９（たとえば、エアコンディショナなどで実現される）、ならびに、植物１０に水を供給するための散水ポンプ２０をさらに備える。
【００２３】
本発明の栽培システム１は、燃料電池１２、蓄電池３および光強度感知手段４で発生した電気の出力を制御する制御手段２１をさらに備える。制御手段２１は、上述した電気の出力を制御し、栽培室５内の照明システム１８、温度制御手段１９および散水ポンプ２０などの負荷を運転させる。また、上述した温度センサ６およびＣＯ2センサ７の出力は制御手段２１へ送られ、制御手段２１は、その出力をもとに燃料電池１１、畜電池３および光強度検知手段４の出力の制御を行い得るように構築される。このような制御手段２１は、たとえばＣＰＵを搭載したパーソナルコンピュータを用いて実現される。
【００２４】
本発明はまた、栽培室内のＣＯ2と温度を制御することにより光合成速度を制御する栽培システムの制御方法をも提供する。植物の光合成速度は、栽培システム内のＣＯ2濃度と温度に依存するため、本栽培システムではこれらを最適になるよう制御することで植物の栽培に最も適した環境を創出することが可能となる。このような本発明の栽培システムの制御方法を行うための栽培システムは特に制限されるものではないが、上述した本発明の栽培システムを用いることで、好適に行うことが可能である。
【００２５】
植物の栽培を効率よく良好に育成するためには、光合成速度をできるだけ高くする必要がある。効率的な光合成速度を実現するためには、光強度、ＣＯ2量、温度の制御が重要となる。以下、図１に示した本発明の栽培システム１を用いた夏場の晴天時における制御に関する各態様について具体的に説明する。
【００２６】
＜第１の態様＞
光強度感知手段４である太陽電池は、夏場の晴天時には、発電量が高くなる。たとえば、３ｋＷ程度の太陽電池の出力電力（Ｗ）と日射強度（ｋＷ／ｍ2）とは、図２に示すような関係を示す。この場合、太陽電池の持っている仕様（最高発電量）によって変わる。すなわち、発電量を制御手段２１でモニタリングすることで、光強度を特定することができる。
【００２７】
光強度がある一定以上になると、光合成速度は飽和し、周囲の温度に大きく依存する。その際、光合成速度を最も早くする最適な温度が存在する。たとえば、図３は、２００３年８月のある日の奈良県における日の出から日没までの、太陽電池発電量（ｋＷ）と外気温（℃）との関係について示した図である。この場合、太陽電池の発電量は日射量に比例するため、予め太陽電池の日射量と発電量の関係を明確化しておけば、制御手段２１でモニタリングされる太陽電池の発電量から光合成に必要とされる日射強度が推定できる。
【００２８】
この条件下で、たとえば、図４に示すような光合成速度（μｍｏｌ／ｍ2・ｓｅｃ）−日射強度（ｋＷ／ｍ2）の特性を有する植物を考える。この場合、たとえば０．３ｋＷ／ｍ2以上の日射強度があれば、光合成速度は飽和してくる。また、最も光合成速度を高くするためには、栽培室５内の温度を３０℃近辺にする必要がある。また、ＣＯ2の濃度も、光合成速度に関係してくるので、ＣＯ2センサ７でモニタリングする。そこで、日射量が０．３ｋＷ／ｍ2となるのは、太陽電池の発電量が０．６ｋＷ以上となる場合なので、この条件下で、かつＣＯ2センサ７でモニタリングしたＣＯ2の濃度が定められた量以下、温度が３０℃以下の場合である、早朝の７時１２分以降で気温３０℃以下の９時４３分までの間は、温度を３０℃に上げるために、供給パイプ１３より燃料を改質器１２に供給して水素を発生させ、発生した水素を燃料電池１１に送り込む。同時に空気中の酸素を取り込んで、燃料電池１１を稼動させる。その間、改質器１２は、ＣＯ2を排出し続け、かつ燃料電池１１から熱を排出し続けることで、温度を上昇させることができる。また、燃料電池１１が稼動中は、畜電池３に電気を送り、蓄電池３に電気を貯めることとする。この場合、燃料電池が長時間駆動しても問題がないように十分容量の大きい蓄電池を設置するか、あるいは蓄電池を並列に配する方が好ましい。
【００２９】
さらに、温度が３０℃に達した場合、ＣＯ2センサ７によりモニタリングしたＣＯ2濃度が予め定めた量以上になっていれば、制御手段２１を通じて、改質器１２、燃料電池１１を停止する。しばらく放置していれば、日中にわたって温度が上昇して光合成速度が低下していくため、太陽電池で温度制御手段１９を動作させて、温度が３０℃近辺に落ち着くように制御する。この場合、温室内を冷房するために必要な温度制御手段１９の出力を考慮して、温度制御手段１９が十分動作させるに足るだけの太陽電池の出力容量を決めるべきである。
【００３０】
この態様においては、たとえば日中必要に応じて太陽電池を用いて散水ポンプ２０を稼動させて、植物１０に水をやる。
【００３１】
また、図３に示す場合では、夕刻でも温度が３０℃を下回らないが、温度が３０℃を下回った場合は、温度計からの信号を制御手段２１が感知して、改質器１２、燃料電池１１が稼動を始めて温度が３０℃近辺になるように調整を行う。
【００３２】
本方法の場合、改質器１２の立ち上がり時間を考慮して、設定温度より高めの温度で改質器を立ち上げても構わない。
【００３３】
本方法を用いることにより、夏の昼間、晴天時には、太陽電池を用いることで日射量を感知でき、かつ太陽電池の発電を用いて、温度が上昇した場合の冷房もでき、光合成速度が最も早くなるように温度調節が可能となり、かつ改質器と燃料電池を用いることで、温度が低い場合の温度調節が可能となるとともに、ＣＯ2を排出して、光合成速度を最も高くすることが出来るため、栽培室内の植物を最も効率よく良好に育成することが可能となる。
【００３４】
＜第２の態様＞
本態様では、第１の態様で示した夏場の晴天時に、図４の特性を有する植物を栽培する際、温度が３０℃に達してもＣＯ2濃度が予め定めた量以上になっていない場合について説明する。第１の態様で示したように、太陽電池の発電量で十分な日射強度が得られている場合、燃料電池で暖房する必要はなく、改質器１２のみでＣＯ2を排出させ、発生した水素は、排出パイプ１４を通って、別途設けられたボンベ（図示せず）に貯蔵されるようにする。そうすることによって、燃料電池１１を駆動させることなくＣＯ2のみを排出させることができる。
【００３５】
また、温度が３０℃以上になって室温内の温度が上昇した場合には、太陽電池にて温度制御手段１９を駆動させ、栽培室５内の温度をたとえば３０℃前後の、最も光合成速度が高くなる温度に維持する。ＣＯ2センサ７によってＣＯ2濃度が一定量以上になった場合は、制御手段２１を通じて改質器１２を停止させる。こうすることによって、温度が光合成に適した温度に達しかつＣＯ2濃度が達していない場合においても、栽培室５内の植物の光合成を最も効率的に行わせることが可能となる。
【００３６】
＜第３の態様＞
本態様では、第１の態様で示した、夏場の晴天時に、図４の特性を有する植物を栽培する際、温室内の温度が３０℃に達せずにかつＣＯ2濃度が一定量になっている場合を示す。日射強度は、第１の態様で示したように、太陽電池の発電量で十分な日射強度が得られているものとする。地球環境のことを考慮すれば、できるだけＣＯ2の排出は避けた方が好ましいので、この場合、改質器１２と燃料電池１１を作動させない。その代わり、温度センサ６により栽培室５内の温度を感知して、制御手段２１を通して太陽電池の発電を利用して温度制御手段１９を暖房として作動させる。それにより、ＣＯ2の排出を抑えつつ温度を光合成に最も適した温度に上昇させることができる。またＣＯ2量が定められた量以下になった場合は、ＣＯ2センサ７がＣＯ2量を感知して制御手段２１に信号を送り、温度制御手段１９を止めて、改質器１２、燃料電池１１を作動させる。これにより、ＣＯ2の排出を抑えつつも、最も光合成速度を高くできる植物の栽培が可能となる。
【００３７】
本発明の栽培システムの制御方法においては、この第３の態様のように、栽培室内の光強度の違いにより栽培室内の温度を制御して、光合成速度を制御するのが好ましい。植物の光合成速度は、光強度と温度にも大きく依存するため、本栽培システムではこれらを最適になるように制御することで植物の栽培に最も適した環境を創出することが可能となるためである。
【００３８】
＜第４の態様＞
本態様では、第１の態様で示した図４のような特性を有する植物について、夏場の昼のように温度が高く、かつ雨天時のように太陽電池の発電量により、光合成に必要な日射強度が得られない場合を示す。
【００３９】
図５に、２００３年８月の奈良県の雨天時の温度推移と発電量を示す。瞬間的に発電量が２．５ｋＷ程度まで上がっているが、この程度では負荷を動作させることができないため、日射強度がほとんど得られないと考える。この場合、太陽電池の発電量によって、光合成に必要な日射強度が得られていないことが検出可能であり、その信号を制御手段２１が感知する。
【００４０】
日射強度が得られていない場合、栽培室５内の植物は光合成をすることが不可能となるため、この場合、制御手段２１が太陽電池の発電量より日射強度不足を感知し、照明システム１８であるＬＥＤを点灯させる。この場合、栽培している植物の光合成速度を最も高くすることのできる波長のＬＥＤを選択するべきで、たとえば光源の波長が６４０ｎｍ〜６９０ｎｍのＬＥＤと、４２０ｎｍ〜４７０ｎｍのＬＥＤを組み合わせ、前者と後者の光強度の比をたとえば５：１にする。
【００４１】
この場合、図５での温度が３０℃に達していない時間帯では、改質器１２と燃料電池１１を作動させてＣＯ2を排出するとともに、温室内の温度を上昇させる。燃料電池から発電する電気は、ＬＥＤを点灯させるとともに、畜電池３を充電する。温度が上昇し、３０℃に達した場合に、ＣＯ2センサ７によりＣＯ2の濃度が予め定められた量に達していなければ、制御手段２１が感知して燃料電池１１を停止させ、改質器１２のみを作動させる。発生する水素は、排出パイプ１４を通って、ボンベ（図示せず）に貯蔵される。また、ＬＥＤは、蓄電池３を電源として点灯させる。この場合、ＬＥＤの点灯時間に見合っただけの容量を有する蓄電池３を備える必要がある。
【００４２】
改質器１２の立ち上がりに時間を要する場合、改質器１２を立ち上げている間、排出パイプ１４を通して予め貯蔵してある水素を用いて燃料電池１１を作動させてもよく、改質器１２が立ち上がれば、改質器１２から発生する水素を用いるというプロセスを経てもよい。あるいは、改質器１２の立ち上がり時用に、別途市販の水素ボンベを十分な量備えていてもよい。この場合、経済的にも問題なく、かつ必要なときに燃料電池１１を作動させることができる。
【００４３】
このような態様によれば、夏場の雨天時や夜間のように、温度は高いが光合成に必要な日射強度が得られない場合においても、植物に十分な光合成をさせることによって、植物を育成させることが可能となる。
【００４４】
本発明の栽培システムの制御方法においては、この第４の態様のように、太陽電池の発電量により照明システムの光強度を制御するのが、好ましい。このように照明システム１８（具体的にはＬＥＤ）の光強度を制御するために太陽電池を用いることにより、太陽電池の発電量がそのまま日照の強度に関わるために別途センサを設けることなく、太陽電池の電力を利用しながら、照明システムの制御も可能となり、効率よくまた簡易な栽培システムを構築することが可能となる。
【００４５】
＜第５の態様＞
本態様では、第１の態様で示した植物を栽培する場合で、日射強度がほとんどなく、温度も定められた温度以下の場合である、冬場、および夏の夜などについて示す。
【００４６】
図６に奈良県の２月のある１日の太陽電池発電量および気温を示す。図６における太陽光発電量で示すように、きわめて短い時間、ほぼ瞬間的に太陽電池の発電量が２ｋＷ程度まで上がるが、極めて短い周期で発電量が変動するため、太陽電池はほとんど発電に寄与しないと考えられる。すなわち、光合成に必要な日射強度はほとんど得られないと考える。また、ＣＯ2濃度が定められた量より下回っている場合を想定する。
【００４７】
この場合、まず、太陽電池の発電量が制御手段２１で感知されて、日射強度が得られないことが分かる。また、温度センサ６より、温室内の気温が定められた温度、例えば３０℃を下回っている。さらに、ＣＯ2センサ７により、ＣＯ2濃度が定められた量を下回っていることが感知されるため、制御手段２１からの信号が改質器１２、燃料電池１１に送られて作動し、改質器１２からＣＯ2を排出し、栽培室５内のＣＯ2の濃度を高めるとともに、燃料電池１１より排出される熱により栽培室５内の空気を温める。また、燃料電池１１からの発電により、照明システム１８であるＬＥＤを点灯させる。この場合、光合成速度を最も高くするようにＬＥＤを点灯させるべきで、たとえば、光源の波長が６４０ｎｍ〜６９０ｎｍのＬＥＤと、４２０〜４７０ｎｍのＬＥＤを組み合わせ、前者と後者の光強度の比を５：１にする。また、余剰電力を用いて蓄電池３を充電する。
【００４８】
なお、栽培室５内の温度が３０℃に達した後、なおＣＯ2濃度が定められた量に達していない場合は、燃料電池１１を停止させて改質器１２のみを作動させる。発生した水素は、排出パイプ１４を通じて水素ボンベなどの貯蔵装置（図示せず）に貯蔵する。また、燃料電池１１を停止させたので、ＬＥＤは蓄電池３により点灯させる。蓄電池３は、ＬＥＤの照明に支障のないよう、十分に大きな容量のものを選択するのが好ましい。
【００４９】
本態様の場合においても、第４の態様で示したように、改質器１２の立ち上がりに時間を要する場合、改質器１２を立ち上げている間、排出パイプ１４を通して予め貯蔵してある水素を用いて燃料電池１１を作動させてもよく、改質器１２が立ち上がれば、改質器１２から発生する水素を用いるというプロセスを経てもよい。あるいは、改質器１２の立ち上がり時用に、別途市販の水素ボンベを十分な量備えておいてもよい。この場合、経済的にも問題なく、かつ必要なときに燃料電池１１を作動させることができる。
【００５０】
かかる態様によれば、冬場、温度が低くかつ光合成に必要な日射強度が得られない場合においても、植物に十分な光合成をさせることによって、植物を育成させることが可能となる。
【００５１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の好ましい一例の栽培システム１を模式的に示す図である。
【図２】３ＫＷの発電容量をもつ太陽電池の、日射強度に対する発電量を示すグラフである。
【図３】奈良県における、晴天時の８月のある一日の太陽電池発電量と気温を示すグラフである。
【図４】本発明で用いた植物の、日射強度に対する光合成速度を示すグラフである。
【図５】奈良県における雨天時の８月のある一日の太陽電池発電量と気温を示すグラフである。
【図６】奈良県における２月のある一日の太陽光発電量と気温を示すグラフである。
【図７】光強度に対する植物の光合成速度の依存性をＣＯ2濃度をパラメータにして示したグラフである。
【図８】光強度に対する植物の光合成速度の依存性を気温をパラメータにして示したグラフである。
【図９】温度に対する植物の光合成速度の依存性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１ 栽培システム、２ 燃料電池システム、３ 蓄電池、４ 光強度感知手段、５ 栽培室、６ 温度センサ、７ ＣＯ2センサ、１０ 植物、１１ 燃料電池、１２ 改質器、１３ 供給パイプ、１４ 排出パイプ、１５，１７ インバータ、１８ 照明システム、１９ 温度制御手段、２０ 散水ポンプ、２１ 制御手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ2を排出する燃料電池システムと、蓄電池と、光の強さを感知し得る光強度感知手段と、栽培室と、前記栽培内の温度を検知し得る温度センサと、前記栽培内のＣＯ2濃度を検知し得るＣＯ2センサとを備える栽培システム。
【請求項２】
前記光強度感知手段が太陽電池素子であることを特徴とする請求項１に記載の栽培システム。
【請求項３】
照明システムをさらに有する、請求項１に記載の栽培システム。
【請求項４】
上記照明システムがＬＥＤを用いたものである請求項３に記載の栽培システム。
【請求項５】
栽培室内のＣＯ2と温度を制御することにより光合成速度を制御することを特徴とする栽培システムの制御方法。
【請求項６】
栽培室内の光強度の違いにより栽培室内の温度を制御して、光合成速度を制御することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
太陽電池の発電量により照明システムの光強度を制御することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１】
ＣＯ2を排出する燃料電池システムと、蓄電池と、光の強さを感知し得る光強度感知手段と、栽培室と、前記栽培内の温度を検知し得る温度センサと、前記栽培内のＣＯ2濃度を検知し得るＣＯ2センサとを備える栽培システム。
【請求項２】
前記光強度感知手段が太陽電池素子であることを特徴とする請求項１に記載の栽培システム。
【請求項３】
照明システムをさらに有する、請求項１に記載の栽培システム。
【請求項４】
上記照明システムがＬＥＤを用いたものである請求項３に記載の栽培システム。
【請求項５】
栽培室内のＣＯ2と温度を制御することにより光合成速度を制御することを特徴とする栽培システムの制御方法。
【請求項６】
栽培室内の光強度の違いにより栽培室内の温度を制御して、光合成速度を制御することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
太陽電池の発電量により照明システムの光強度を制御することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２６２８５２（Ｐ２００６−２６２８５２Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８９１３６（Ｐ２００５−８９１３６）
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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