追尾型の太陽光発電と植物工場のような水耕栽培のシステムを一体化
(出所:千葉工業大学)
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検証したシステムの全体画像
(出所:千葉工業大学)
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太陽の軌道に合わせてパネルを回し、下では植物工場のように水耕栽培する
(出所:千葉工業大学)
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太陽の位置に合わせてパネル表面の向きを変え、東から西に回す
(出所:千葉工業大学)
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リニア駆動のステッピングモータを使った機構で動かす
(出所:千葉工業大学)
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朝は東を向く
(出所:千葉工業大学)
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夕は西を向く
(出所:千葉工業大学)
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検証した水耕栽培システム
(出所:千葉工業大学)
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ポットには肥料なども充填されている
(出所:千葉工業大学)
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レタスやサラダ菜などを収穫
(出所:千葉工業大学)
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 千葉工業大学の久保裕史教授は10月12日、太陽光発電と植物工場のような水耕栽培を一体化した、新たな営農型の太陽光発電システムによる検証の状況を発表した。

 農業関連のベンチャー企業であるセプトアグリ(横浜市鶴見区)、エムエスイー(千葉市稲毛区)との共同研究の一環で、9月にドイツで開催された学会(Electronics Goes Green 2016+)において発表した。

 営農型の太陽光発電は一般的に、既存の農地の上に支柱を立てて太陽光パネルを設置し、発電と農作で太陽光を分け合う。

 これに対して、今回のシステムは、農地の上に設置することに変わりはないものの、地面で農作をするのではなく、植物工場のような栽培システムで農作する。この栽培システムも、太陽光パネルを並べるのと同じように、支柱で支えて組み込む。

 太陽光パネルは、1軸追尾型のシステムで支えている。太陽の位置に合わせた向きを事前に予測して駆動させる仕組み。

 パネルは、南北方向に長い回転用の単管パイプに固定され、朝は表面を東向きに、昼は真上に、夕は西向きに徐々に傾けていく。これによって、パネルごとの発電量を最大化できる。

 1軸追尾型の制御システムは、シーケンサ(コントローラ)、リニア駆動のステッピングモータなどからなる。リニアモーターは500米ドル/個の安価な製品を選ぶなど、追尾型のシステムは低コストだという。

 予想される太陽の軌道を基に、自動でステッピングモータを動かして回転用の単管パイプを回し、太陽光パネルの角度を変える。太陽光パネルは70W/枚で、1本の回転用の単管パイプに11枚が固定されている。この回転用の単管パイプは24本あり、264枚のパネルを動かしている。

 このシステムによる年間発電量は、南向きに15度に傾けて固定した以外は同じ構成とした、比較用の太陽光発電システムに比べて、11.4%多い結果が得られた。

 また、植物工場のような水耕栽培システムによって、単位面積当たりの農作物の収穫による収入も最大化でき、かつ、栽培に関する手間や作業の負荷を軽減できるという。

 水耕栽培システムは、セプトアグリが開発した手法による。水を流すだけで農作物を栽培できる。樹脂製のトレイを使う。トレイには、苗を収納するポットや、水が流れる溝などが形成されている。

 地下水をトレイの上流から流すと、水が溝を流れてゆき、上流側から次々と苗に給水できる。苗を収めたポットには、肥料なども入っており、給水と同時に苗に届く仕組みという。

 栽培したのは、レタス、ボストンレタス(サラダ菜の一種)、レッドリーフレタスである。約3週間かけて室内の植物工場で苗を培養し、苗を水耕栽培システムに移植後、約2週間で収穫できた。水耕栽培システムにおける栽培時の気温は26~40℃、水温は23~32℃、湿度は28~78%RH、照度は8~111klxだった。

 温度や湿度、照度は、日射の状況や太陽の位置、天候によって大きく変わった中、水温が28±5℃の適正範囲内に収まった。収穫した野菜の品質は高く、収率も十分だったと評価している。

 太陽光発電、農作ともに、収益性が十分にあることを検証できたとしている。太陽光発電システムは、追尾式にすることでコスト増となるものの、売電収入の増加分との相殺で、3年間以内に回収できる範囲という。

 また、植物工場としてみた場合にも、高価な建物や空調が不要なこと、給水や温度管理に必要な電気は蓄電池などを追加することによって、太陽光発電の電力だけでまかなえる可能性があると強調している。

 風雨が強かったり、雪が多く降るなど、農作物を保護する必要が出てきた場合には、太陽光パネルの角度を遠隔制御に切り替えられるシステムとすることで、パネルが屋根の役割を担える。