(57)【要約】【課題】改良された太陽光発電温室構造を提供する。【解決手段】太陽光発電温室は、複数の直立壁と、その上にある屋根を含み、温室空間を囲む主温室フレーム構造と、屋根に設けられる少なくとも１つの薄膜太陽電池モジュールとを含む。薄膜太陽電池モジュールが太陽光の所定光帯域内の太陽エネルギーを電力に変換すると同時に、薄膜太陽電池モジュールにより吸収されない光は薄膜太陽電池モジュールを自由に透過して温室内部空間に入る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電温室であって、
複数の直立壁と、当該複数の直立壁により支持される屋根を含む主温室フレーム構造と、
前記屋根に設けられ、太陽光の所定光帯域を選択的に吸収して太陽エネルギーを電力に変換する少なくとも１つの薄膜太陽電池モジュールとを含み、
前記少なくとも１つの薄膜太陽電池モジュールにより選択的に吸収される太陽エネルギーは、所定植物の光合成を容易にする太陽光の光帯域を含む、太陽光発電温室。
【請求項２】
前記薄膜太陽電池モジュールは、アモルファスシリコン薄膜太陽電池モジュール、微結晶シリコン薄膜太陽電池モジュール、及びナノ結晶シリコン薄膜太陽電池モジュールからなる群れから選ばれる、請求項１に記載の太陽光発電温室。
【請求項３】
前記太陽光の所定光帯域は４５０ｎｍ〜６４０ｎｍである、請求項１に記載の太陽光発電温室。
【請求項４】
前記太陽光発電温室は更に、
前記屋根に設けられ、補光、均一な配光、及び十分な配光に用いられる少なくとも１枚の透明パネルを含む、請求項１に記載の太陽光発電温室。
【請求項５】
前記薄膜太陽電池モジュールは前記透明パネルの上に設けられる、請求項４に記載の太陽光発電温室。
【請求項６】
前記薄膜太陽電池モジュールは前記透明パネルの間に設けられる、請求項４に記載の太陽光発電温室。
【請求項７】
前記直立壁は、透光材料と不透光材料からなる群れから選ばれる材料で製作される、請求項１に記載の太陽光発電温室。
【請求項８】
前記太陽光発電温室は更に、
前記薄膜太陽電池モジュールの下に設けられ、前記薄膜太陽電池モジュールに光帯域選択性を持たせるフィルタを含む、請求項１に記載の太陽光発電温室。
【請求項９】
前記フィルタは紫外線をフィルタし、光合成に好適な光帯域のみ透過させる、請求項８に記載の太陽光発電温室。
【請求項１０】
前記薄膜太陽電池モジュールは、少なくとも１つの好適な段階で、インバータとコンバータを介して配電網と並列接続される、請求項９に記載の太陽光発電温室。
【請求項１１】
前記太陽光発電温室は更に、
前記屋根または前記薄膜太陽電池モジュールにある積雪を検出する雪検知器と、
前記屋根または前記薄膜太陽電池モジュールにある雪を除去し、前記雪検知器により起動される除雪メカニズムとを含む、請求項１に記載の太陽光発電温室。
【請求項１２】
太陽光の所定光帯域を電力に選択的に変換する薄膜太陽電池モジュールであって、
薄膜太陽電池モジュールの下に設けられ、薄膜太陽電池モジュールに光帯域選択性を持たせるフィルタを特徴とする、薄膜太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温室構造に関し、特に新規の太陽エネルギー型太陽光発電温室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
温室は台風、酸性雨、害虫による被害を防ぐと同時に、夏場に温度を下げ、冬場に十分に高い温度を保つために有用である。温室は植物・作物に好適な成長環境を与えることができるので、ランやメロンなど経済価値の高い植物・作物の栽培に用いることが多い。
【０００３】
当業者に周知のように、温室工事は、植物の生物学的要求と局地気候に応じて好適な被覆材料を選び、温室内に設けられる各種の制御装置とともに温室内の微気候を制御し、植物・作物の最良な成長条件を保持することが重要である。
【０００４】
内部温度を好適な範囲に保つために、温室には通常、酷暑の夏場に過剰な熱気を排出する換気装置と、植物・作物の生長に不利な厳寒の冬場に温度を上げるヒーターが設けられている。
【０００５】
しかし、極端の場合では、換気扇などの換気装置があっても、温室の理想的な温度状態を保つことが難しい。したがって、高価なエアコン装置の増設は必要とされる。エアコン装置は高価で大量のエネルギーを消費する。
【０００６】
また、温室内の光強度を制御するために、温室には一般に日よけがついている。過剰な紫外線は植物の生理機能と生物学的機能を損傷させる（例えば葉枯れを引き起こす）。日よけがなされた温室は有害な紫外線を締め出すので、温室内の植物はより好ましい条件で生長することができる。
【０００７】
しかし、温室に日よけをつける従来の方法は特定波長の太陽光を効率的にフィルターすることができず、光強度または予め選ばれた太陽光の光帯域を効率的に制御することもできない。また、温室に日よけをつける従来の方法は、植物の生長や光合成を容易にする太陽光（例えば赤外線）さえ遮る。
【０００８】
以上のように、現行の温室構造には更なる改善と向上が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の技術的問題を鑑みて、本発明では前述の問題と欠点をうまく解決するように、改良された温室構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では新規の太陽エネルギー型太陽光発電温室構造を提供する。太陽光発電温室は、複数の直立壁と、その上にある屋根を含み、温室空間を囲む主温室フレーム構造と、屋根に設けられる少なくとも１つの薄膜太陽電池モジュールとを含む。薄膜太陽電池モジュールが太陽光の所定光帯域内の太陽エネルギーを電力に変換すると同時に、薄膜太陽電池モジュールにより吸収されない光は薄膜太陽電池モジュールを自由に透過して温室内部空間に入る。薄膜太陽電池モジュールを自由に透過する太陽光は、植物・作物の光合成に用いられる光を十分に含む。以上のように、温室に日よけをつける従来の方法のような追加コストを費やさなくても、温室内に好適な光強度または太陽光の所定光帯域を提供すると同時に、太陽光を電力に十分に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好ましい実施例による太陽光発電温室の仕組みを表す説明図である。
【図２】図１に示す太陽光発電温室の断面図である。
【図３】本発明の他実施例による太陽光発電温室を表す説明図である。
【図４】本発明の他実施例による太陽光発電温室の一部を表す説明図である。
【図５】本発明による雪検知器と除雪メカニズムを表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
かかる構造の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図を参照にして以下に説明する。
【００１３】
図１と図２を参照する。図１は本発明の好ましい実施例による太陽光発電温室の仕組みを表す説明図であり、図２は図１に示す太陽光発電温室の断面図である。図１と図２に示すように、本発明による太陽光発電温室１は、台座１０ａと複数のサポーターまたはフレームからなる主温室フレーム構造１０を含む。台座１０ａと複数のサポーターまたはフレームの支持により、透明パネル１０ｃが主温室フレーム構造１０の屋根または太陽光に面する側に設けられている。電力を生成するために、複数の薄膜太陽電池モジュール２０が主温室フレーム構造１０の屋根または透明パネル１０ｃに隣接した箇所に設けられている。
【００１４】
透明パネル１０ｃは例えば、透明ガラス、繊維ガラスまたはプラスチックなど太陽光の透過を許す透明材料である。補光や、均一な配光または十分な配光を実現させるために、少なくとも１枚の透明パネル１０ｃは平行または水平で配列されている。透明パネル１０ｃは凹レンズなどのレンズ構造、またはその他光を均一に配光する構造である。太陽光発電温室１の外観は片側型、両側型、または他の形状である。図示は説明用に過ぎない。
【００１５】
なお、主温室フレーム構造１０には、平行または垂直配列された複数の通気孔または通気窓３０を選択的に設けてよい。或いは、通気孔と通気窓３０を複数の薄膜太陽電池モジュール２０の間に設けてもよい。またオプションとして、主温室フレーム構造１０に開閉可能なシェルター４０を設けてもよい。シェルター４０は不透明または透明なものである。本発明による太陽光発電温室１は更に断熱材料５０（例えば藁やゴムなどの有機材料もしくは無機材料）を含む。断熱材料５０は手動または機械的に操作できる。
【００１６】
太陽光発電温室１の直立壁６０（例えば側壁）として、局地的な太陽光または温度により不透明または透明なものを用いることができる。また、直立壁６０の材料は固定式または可動式なものである。主温室フレーム構造１０にはオプションとして、通気孔または換気扇７０が設けられている。いくつかの応用例では、太陽光発電温室１には、植物の生長や植物の開花周期を制御するか、または夜間照明を提供する発光ダイオード（ＬＥＤ）灯器８０が設けられている。
【００１７】
なお、本発明によれば、温室にはオプションとして自動散水システムが設けられている。植物は地面もしくは多層栽培棚で、土耕法、気耕法、もしくは水耕法で栽培される。温室内には植物または水産養殖システムがある。
【００１８】
本発明の技術的特徴の一つは、太陽光発電温室１の屋根または太陽光に面する側に設けられる複数の薄膜太陽電池モジュール２０または大面積の複数の薄膜太陽電池モジュール２０にある。薄膜太陽電池モジュール２０はアモルファスシリコン薄膜太陽電池モジュール、微結晶シリコン薄膜太陽電池モジュール、またはナノ結晶シリコン薄膜太陽電池モジュールである。本発明の好ましい実施例によれば、薄膜太陽電池モジュール２０は透明パネル１０ｃの上に設けられる。或いは、本発明の好ましい他実施例によれば、薄膜太陽電池モジュール２０は透明パネル１０ｃの間に設けられる。前記屋根が網目状のものであれば、透明パネル１０ｃに代わって薄膜太陽電池モジュール２０をネット状のフレームに設けてもよい。
【００１９】
注意すべきは、本発明によれば、薄膜太陽電池モジュール２０は太陽光の透過を許すものでなければならず、言い換えれば光透過式の薄膜太陽電池モジュールでなければならない。また、主温室フレーム構造１０を透過する太陽光３は薄膜太陽電池モジュール２０を透過した後に、所定植物の光合成を容易にする光帯域（例えば青色光または赤色光）を含まなければならない。太陽光の特定の光帯域（例えば黄色光または緑色光）は薄膜太陽電池モジュール２０により吸収される。例えば、クロロフィルａは最大４３０ｎｍと６２２ｎｍの光を吸収する。本発明の好ましい実施例によれば、薄膜太陽電池モジュール２０は最大４５０〜６７０ｎｍの光を吸収するが、これに限らない。植物の光合成を容易にするために、薄膜太陽電池モジュール２０は４００〜４５０ｎｍと６４０〜７００ｎｍの光エネルギーを高透過率で透過させるものが望ましい。
【００２０】
本発明の原理は、植物・作物の生長を支えるように、光エネルギーを一部電力に変換するとともに、光合成に必要な光エネルギーを薄膜太陽電池モジュール２０に透過させて温室に入らせることにある。同時に、一部の光エネルギーは薄膜太陽電池モジュール２０により吸収され電力に変換されるので、温室内では熱が蓄積しないか蓄積しにくくなり、温室内の温度は程よく調節される。のみならず、薄膜太陽電池モジュール２０は電力会社の配電網と並列接続か非並列接続され、生成された電力は電池または他の好適な手段により保存される。以上のように、本発明による太陽光発電温室は、従来の方法のような温室の日よけにかかる追加コストを費やさなくても十分な太陽光を提供できると同時に、太陽光を電力に変換することができる。
【００２１】
図１に示す仕組みを例に挙げれば、栽培面積を５９０ｍ２とし、温室のサイズを９４．５ｍ×６．２５ｍとし、各薄膜太陽電池モジュール２０のサイズを１３００ｍｍ×１１００ｍｍとすれば、温室は３３３枚の薄膜太陽電池モジュール２０を収容することができる。薄膜太陽電池モジュール２０ごとに７５Ｗの電力を生成するとすれば、１枚の薄膜太陽電池モジュール２０の年間生成電力は２５ｋＷであり、薄膜太陽電池モジュール２０全体の年間生成電力は２９２００ｋＷｈである。
【００２２】
本発明の好ましい他実施例では、図３に示すように、太陽光発電温室１により生成された電力は、少なくとも１つの好適な段階（ｓｔｅｐ）で好適な数量のインバータとコンバータを介して配電網と並列接続されている。太陽光発電温室１の薄膜太陽電池モジュール２０はＤＣ端子２１０とエネルギー保存システム２９０に接続されている。エネルギー保存システム２９０は電池、充電器、及び／または放電器を含む。ＡＣ端子２１３は負荷３００と並列接続されている。ＤＣ端子２１０とＡＣ端子２１３の間には双方向ＤＣ／ＤＣトランス２１１とＤＣ／ＤＣインバータ２１２が設けられている。このような双方向トランスを利用すれば、薄膜太陽電池モジュール２０とエネルギー保存システム２９０の直流電力は負荷３００のために交流電力に変換される。
【００２３】
太陽光発電温室１においてすべての電気装置、例えば換気扇、冷房装置、ヒーター、加湿器、散水装置（スプリンクラー）、ＬＥＤ灯器などは薄膜太陽電池モジュール２０の電力により作動する。省エネルギー、光帯域調節、自立性などの特長のほか、本発明による太陽光発電温室１は大都会または工業団地の近郊にある農園に建てられる温室の発電所として働き、剰余の電力を他地域（住宅街または工業団地）に供給することができる。
【００２４】
今までの太陽光発電所は十分な電力を得るために大面積の土地を必要とし、光を完全に遮蔽する非薄膜太陽電池（例えば結晶シリコン太陽電池）を利用するので、その下にある土地は太陽光が欠乏していて農業、園芸、水産養殖に適さない。したがって、従来の太陽光発電所は通常、大都会または工業団地の近郊にある農園より、むしろ都会から離れた土地に位置する場合が多い。遠隔地を選ぶ代償は高い電力輸送損失率であり、凡そ２０〜３０％の損失率が予測される。
【００２５】
それに比べて、本発明による太陽光発電温室１は大都会や工業団地の近郊にある大農園に設置することができるので、電力損失は最低限に抑えられる。また、その下方の土地は農業、園芸、水産養殖に適する。農業と発電は単位面積の収益を最大限にする。環境保護とエネルギー生産の矛盾がなくなるので、本発明は極めて高い産業上利用性を有する。
【００２６】
図４を参照する。図４は本発明の他実施例による太陽光発電温室の一部を表す説明図である。図４に示すように、本発明による太陽光発電温室１は、薄膜太陽電池モジュール２０の下に設けられるフィルタ１２０を含む。有害な周波帯（例えば紫外線）をフィルターするために、太陽光２の特定の光帯域（例えば黄色光または緑色光）は薄膜太陽電池モジュール２０を通過し、主温室フレーム構造１０に入る前に吸収される。したがって、透過光３’は、植物の光合成を容易にする有用な周波帯（例えば青色光と赤色光）のみ含み、有害な周波帯（例えば紫外線）を含まない。最後に、フィルタ１２０は光合成のために好適な光帯域のみ透過させる。もっとも、図４に示す仕組みは温室に限らず、他の応用例も有する。例えば、一般の建物に適用して室内の人員を紫外線から守るものとして用いることもできる。前記フィルタ１２０はガラス、プラスチック、偏光子、またはポリマーで製作される。
【００２７】
本発明の非限定的な実施例によれば、ガラスは酸化セリウムを含まないか、または少量しか含まない。酸化セリウムは紫外線を吸収するものであり、紫外線がガラスを透過するのを防ぐことができる。したがって、本発明による太陽電池のいくつかの実施例では酸化セリウムを必要としない。本発明のいくつかの実施例によれば、ガラスは約０．０１％以下の酸化セリウムしか含まず、望ましくは約０．００１％以下の酸化セリウムしか含まず、更に望ましい場合では約０．０００５％以下の酸化セリウムしか含まず、最も望ましい場合では酸化セリウムは０％である。しかし、本発明の他実施例、少量の酸化セリウムを使用することも可能である。例えば、本発明のいくつかの実施例によれば、ガラスは約０〜０．２％の酸化セリウムを含み、望ましくは０〜０．１％の酸化セリウムを含み、可能な例としては０．００１〜０．０９％の酸化セリウムを含むことができる。ここで掲げる材料の百分率はすべて重量百分率である。また、ここでいう酸化セリウムとはＣｅ２Ｏ３、ＣｅＯ２、またはこれらと同種のものを含む。特定の実施例では、ここでいう酸化セリウムを含むガラスは、紫外線防護が望まれる温室グレージングなどの応用例に利用されることができる。
【００２８】
本発明の他の側面によれば、薄膜太陽電池が単体のガラスより重いことは、太陽光発電温室を建設する際に考慮されると思われる。寒い地域では、冬場の降雪は屋根に積もりやすい。雪は太陽光発電温室に重さをかけ、温室の構造を損傷させる恐れがある。それに鑑みて、図５を参照する。本発明では雪を検出・除去するメカニズムを提案している。例えば、雪検知器９１は薄膜太陽電池モジュール２０または屋根に積もる雪９３を検出するために用いられ、除雪メカニズム９２は薄膜太陽電池モジュール２０または屋根の上の雪９３を除去する。このようなメカニズムは大雪の潜在的損害から温室構造を守ることができる。
【００２９】
前記メカニズムは温度、湿度、または積雪荷重の閾値により起動されることができる。温度または湿度の閾値により温度検知器または湿度検知器が降雪と判断した場合、または薄膜太陽電池の温度がその上に積もる雪により閾値まで下がった場合、雪検知器は除雪メカニズムを起動し、薄膜太陽電池または屋根の上の雪を除去する。同じく、積雪などにより薄膜太陽電池に重さがかけられれば、重量センサーは除雪メカニズムを起動する。
【００３０】
水や雪は温度を上げれば容易に蒸発するので、除雪メカニズムとして熱を供給するヒーターで実施することができる。本発明によれば、ヒーターは薄膜太陽電池モジュールの上に設置することができる。温室構造にヒーターを設置するのも可能である。そうすれば、その材料は熱を伝導して雪を溶かす。前記メカニズムとして、薄膜太陽電池または屋根の上の雪を掃くロボットマニピュレータなど機械的な手段を利用するのも可能である。また、薄膜太陽電池モジュールの効率を向上させるために、薄膜太陽電池モジュールに傾斜装置を設置してもよい。薄膜太陽電池モジュールの傾斜角は太陽の角度に沿って調整される。傾斜装置は大きい傾斜角を提供して積雪を防止することもできる。
【００３１】
以上は本発明に好ましい実施例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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