2016 Fiscal Year Research-status Report
ダイオードツリーによる樹冠の太陽光受光量の再評価と応用への基盤確立
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16K14933
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
隅田 明洋 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (50293551)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 樹冠 / 林冠 / 光吸収 / 森林 / ダイオードツリー / 太陽光発電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，森林の葉層間の鉛直方向の間隔と光減衰との関係に着目し，森林の立体構造を再評価することにある。この目的のため，数多くの小型フォトダイオード（小型ソーラーパネル）を樹木の樹冠状に配置した人工樹木（ダイオードツリー）を製作し，樹冠下部まで届く太陽光の量をフォトダイオードの総発電量から定量的に評価する。
本年度は，製作するダイオードツリーの詳細な仕様の検討と製作上の課題の検討作業から始めた。研究協力者である北海道大学低温科学研究所技術部のスタッフとともに，フォトダイオードの個数，ダイオードツリーのサイズと強度，製作方法，発電量モニターシステムの制御方法，およびこれらと製作に要する時間や金額などについてミーティングを重ねた。その結果，実際に製作してみなければわからない点も多くあったことから，ダイオードツリーの樹冠部を構成する葉群1層分のフォトダイオードを購入し試作した。その結果をもとに，詳細な設計を再検討した。
製作や取扱いが実質的に可能で，かつ信頼できる実験結果が得られるシステムとするためには，ダイオードツリー1基あたりの受光面の総面積を変えないまま，ツリー全体を当初の計画より小型化する必要があることがわかった。これにより，フォトダイオード1個のサイズも小型にすると同時に，フォトダイオードの個数を当初より大幅に増やす必要が生じた。最終的に，約2万7千個を使用する計画に変更した。
さらに，フォトダイオードを３次元的に配置するダイオードツリーの樹冠部の構造についても検討した。本研究では，樹木の樹冠による総受光量の推定と，葉群と光の減衰との関係を表すBeer-Lambert則に関する再検討とを行う必要がある。これら両方の目的を達成するため，「円柱樹冠」，「放物面樹冠」の異なる樹冠形をもつ２つのダイオードツリーを製作することにした。以上の経過を経てダイオードツリー製作にとりかかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究初年度である本年度は，配分予算が想定よりかなり少なかったこととから，計画調書作成段階の計画を大幅に見直した。さらに，システムを小型化する計画に変更したことによって，フォトダイオードの個数を計画調書作成段階より大幅に増やす必要が生じた。これらのことから，フォトダイオードの購入額が当初予定を大幅に上回ったため，予算面でも再検討を行った。その結果，購入を予定していた太陽光追尾システムは購入せず、手動で太陽に追尾させる計画に変更した。また，葉群1層分のダイオードを用いた試作を行った結果をもとに検討を重ね、ダイオードツリーの最終的な設計案と，本研究に最適なフォトダイオードの仕様を平成28年9月上旬までに固めた。その後，実際に使用する，より小型の仕様のフォトダイオードを予備的に数十個購入して製作が可能であることを確認する作業を行い，10月にこのフォトダイオード3万個（予備を含む）の購入の手続きを開始した。なお，この購入にあたりフォトダイオードの購入総額が百万円を上回ったため，調達課による入札が必要となった。さらに，9月上旬の時点で品切れのため調達がすぐにできないことが判明した。これらのため，フォトダイオードの仕様が決まってからフォトダイオードが納品されるまで5か月程度を要した。このことが当初計画よりも遅れている最大の理由である。その後，ダイオードツリー製作にとりかかった。さらに，前述の計画見直しにより，使用するフォトダイオードの個数を当初予定の十倍以上の２万７千個にしたが，ダイオードツリーの製作は手作業で行うため，フォトダイオードの数を増やしたことも製作にかなりの時間を要するようになった理由である。このため，計画段階では平成28年度内に完成予定のダイオードツリーの製作が遅れているが，フォトダイオード納品後の製作そのものは予定通り進んでいる
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| Strategy for Future Research Activity |
フォトダイオードの個数を大幅に増やしたことは，フォトダイオードを用いた本研究の実験結果を信頼できるものにするうえで必要である。したがって，修正を経た現在の計画において，ダイオードツリー製作に要する時間が申請時の想定よりも多く必要となるが，現在進めている方法で研究を遂行したいと考えている。なお，この修正を行っても，研究期間の3年の間には実験が終了できるものと見込んでいる。ダイオードツリーが完成した後は速やかに計画済みの実験を行いたい。
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