2019 Fiscal Year Research-status Report
多日照地域の温室の省エネルギー化と作物生育の向上に資する太陽電池ブラインドの開発
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18K05903
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
谷野 章 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 教授 (70292670)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 再生可能エネルギー / 温室 / 太陽光発電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
試作した半透過型の太陽電池ブラインドシステムを通年連続運転させ、電気エネルギー収支が正で推移することと機構の信頼性を確認した。エネルギー収支および温室内外日射データの解析結果に基づき、ブラインド回転の日射閾値を100 W m-2間隔で11段階に設定した場合のそれぞれのエネルギー収支と温室内の日射を計算した。
並行して、ブラインドによって動的に制御された光環境下でキュウリの実生を栽培して、遮光の効果を検証した。実規模温室内で作物の応答を研究するためには、ブラインドを構成する太陽電池の数がまだ少ない。その理由は、この特注製造の半透過型太陽電池が高価であり、容易には大面積の屋根面をカバーする程の枚数に増やすことができないためである。そこで、室内の培養器内で人工光源を用いて、1枚の太陽電池の遮光が実生に及ぼす影響を研究した。具体的には、培養器内に超高輝度LEDを配備して、真夏の正午頃の屋外における光合成有効光量子束密度に相当する強い光を放射させた。この強光環境で育てた実生の応答と、太陽電池ブラインドを光源と植物の間に設置して強光を緩和した光環境下で育てた実生の応答を光形態形成と発育速度の観点から比較した。その結果、予想に反して、強光下におけるキュウリ実生の発育は量、質共に緩和光環境下で育てた実生よりも優れていた。この理由を考察する中で、LED光源の放射が赤外域を全く含まないという当たり前の事実に気づいた。すなわち、光合成有効波長域の放射は確かに真夏の正午レベルであったが、赤外域を含まなかったために、自然界で受けるような熱によるダメージを実生が受けていなかったのである。したがって、次年度は、赤外域を含む光源を用いて再実験することが主な課題となった。
データを取り纏めて関連学会で発表した。さらに、前年度に投稿していた研究背景を取り纏めた総説が国際誌に受理され、発表された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
太陽電池ブラインドシステムの通年連続運転実験を実施し、電気エネルギー収支と機構の信頼性を確認できた。温室内外日射のデータも解析できた。これにより、日射閾値を11段階に設定した場合のエネルギー収支と温室内の日射エネルギーを定量できた。
ブラインドによって動的に制御した光環境下で、キュウリの実生を栽培して、遮光効果を検証できた。ブラインドを構成する太陽電池の数が少なかったため、室内の培養器内で人工光源を用いて、1枚の半透過太陽電池による遮光がキュウリ実生の発育に及ぼす影響を研究した。より具体的には、培養器内に超高輝度LEDを配備して、真夏の正午頃の屋外における光合成有効光量子束密度に相当する2000 micro-mol m-2 s-1を超える光を放射させた。この光環境で育てた実生の光応答と、半透過太陽電池ブラインドを光源と植物の間に設置して強光を緩和した光環境下で育てた実生の光応答を光形態形成と発育速度の観点から比較した。その結果、予想に反して、強光下におけるキュウリ実生の発育は量、質共に強光緩和条件で育てた実生よりも優れていた。この理由を考察する中で、LED光源の放射が赤外域を全く含まないという当たり前の事実に気づくこととなった。すなわち、光合成有効波長域の放射は確かに真夏の正午レベルであったが、赤外域を含まなかったために、自然界で受けるような熱ストレスを実生が受けていなかったのである。したがって、新年度は、ハロゲンランプなどの赤外域を含む光源を用いて再実験を実施することが主な課題となった。
データを取り纏めて関連学会で発表した。さらに、前年度に投稿していた研究背景を取り纏めた総説が国際誌に受理され、発表された。以上の研究実績は、ほぼ申請書作成時点の計画通りである。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き、太陽電池ブラインドによって動的に制御された光環境下で、キュウリなどの作物の実生を栽培して、日射制御の効果を検証する。実生を用いる理由は、子葉の展開角度や胚軸伸長などの光応答が、ブラインドの光強度調節機能の有無によって強く影響を受けることが想定できること、一週間程度のサイクルで繰り返し実験が可能であること、ならびに同一条件で多数の個体をサンプルとして統計評価を可能とすること、による。実規模温室内で作物の応答を研究するためには、ブラインドを構成する太陽電池の数が少ないので、室内の培養器内で人工光源を用いて、1枚の太陽電池の遮光が作物に及ぼす影響を研究する。前年度は、予想に反して、過強光下におけるキュウリ実生の発育が量、質共に強光を緩和した光環境下で育てた実生よりも優れていた。この理由を考察する中で、LED光源の放射が赤外域を全く含まないという当たり前の事実に気づいた。すなわち、光合成有効波長域の放射は確かに真夏の正午レベルであったが、赤外域を含まなかったために、自然界で受けるような熱ストレスを実生が受けていなかったのである。したがって、新年度は、赤外域を含む光源を用いて再実験を実施する。すなわち、培養器内にハロゲンランプを配備して、真夏の正午頃の屋外における光合成有効光量子束密度に近づけつつ、赤外線も照射する。この強い放射環境で育てた実生の発育と、太陽電池ブラインドを光源と植物の間に設置して強放射を緩和した環境下で育てた実生の発育を光形態形成と生長速度の観点から比較する。
前年度のブラインドシステムの動作検証で得られたデータならびに幼植物体の光応答に関する一定のデータがまとまり次第、論文を執筆して投稿する。
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| Causes of Carryover |
研究は概ね予定通り進行している。研究成果の国外学会発表を計画していたが、システムの設計製作と植物の光応答評価実験に集中するため見送った。また、ワークステーションを導入して大規模に温室内日射計算を実施することを考えて予算を確保していたが、特にブラインドシステムの動作検証実験とキュウリ実生の光応答実験に集中して研究を進めたため、部材や電子回路部品などの消耗品の購入および論文作成費が中心となり、次年度使用額が生じた。
新年度はワークステーションを導入して温室内外の膨大な日射と電気エネルギーの計算を行うと共に、植物応答評価実験のための実験資材の購入が必要となる。加えて、論文投稿のための英文校閲に要する費用および論文出版の費用も想定している。研究を予定通り遂行するためには適切な予算となっている。
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Research Products
(4 results)
