2017 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 |
本研究では，森林の葉群の鉛直方向の広がりと光減衰との関係に着目し，その観点から森林の立体構造が発達することの生物学的意義を再評価することにある。森林内の樹木の樹冠による太陽光吸収様式をモデル化する既存理論には庇護があると考えられることから、本研究では、大量の小型フォトダイオード（太陽光発電パネル）を樹木の葉にみたてて三次元的に配置した人工樹木（ダイオードツリー）を製作し、フォトダイオードによる発電量を測定することで樹冠による光吸収を再現する。これを用い、森林の立体構造の意義を再評価する。
初年度である平成28年度にダイオードツリーの設計に関する検討を詳細に重ねたうえで、平成 28年度末よりダイオードツリー作製にとりかかり、本年度（平成29年度）も引き続き作製を続けた。作製には時間を要したが、平成29年末にようやく円柱型樹冠のダイオードツリー第1号器が完成した。完成後、すぐに性能等の検証実験にとりかかった。
予備的な検証実験では、ダイオードツリーの上側から任意の高さまで積算したフォトダイオードの受光面の積算面積とそれらによる総発電量との間には指数関数的関係が見いだされ、葉の量と光吸収量との関係を示すBeer-Lambert則がダイオードツリーにおいて非常によく再現されることがわかった。このことから、作製したダイオードツリーは本研究に必要な基本的性能を満たしていると判断された。ただし、フォトダイオードの発電量を正確に算出するためにいくつかの性能確認実験をさらに行う必要がある。
本年度はまた、ダイオードツリー第1号器の完成後、異なる設計仕様によるダイオードツリー第2号器の作製にとりかかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度である平成28年度にダイオードツリーの設計を吟味した結果、研究開始当初の設計案を修正し、作製に時間がかかっても高性能なものを作製するほうが研究目的を達成する上で重要であると考え、ダイオードツリー第1号器では4.4 mm×3.9 mmの小型フォトダイオード約6400個を手作業で半田付けする仕様とした。作製を担う北海道大学低温科学研究所の技術部職員は、他の業務を行いながら手作業でダイオードツリー作製を行わねばならず、作製にかなりの時間を要したことが遅れの最大の理由である。予備的な検証実験から、高性能のダイオードツリーが作製できたことがほぼ確認され、結果的に遅れを許す方針が功を奏したと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はダイオードツリー第1号器を用いた実験を実施するほか、それと並行して異なる設計仕様によるダイオードツリー第2号器を作製する予定である。第2号器は第1号器のほぼ2倍のフォトダイオードを仕様する予定であることからさらなる遅れが生じることが予想されるが、研究目的を達成するため、現在のままの方針で研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
進捗状況の項目で説明したように、ダイオードツリー第1号器を高性能のものにしたことによる作製の遅れが生じた結果、第2号器の作製にも遅れが生じており、第2号器は未完成の状態である。これに伴い第2号器の作製に必要な物品費等に未使用分が生じたため、これを次年度に繰り越すこととした。次年度（平成30年度）においては、第2号器の作製に伴いこの次年度使用分を併せた経費が所要となる。
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