(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定チューブと、延長可能な取付柱と、を備える伸縮する土台であって、前記延長可能な取付柱は、前記固定チューブの上端部から延長することができ、前記伸縮する土台が取り付けられる地面より下において前記延長可能な取付柱の上端部が配置される位置へ前記固定チューブ内に収縮することができる、伸縮する土台と、
前記延長可能な取付柱に取り外し可能で取り付けることができる、支持柱と、
複数のパネルを有するパネルアレイであって、それぞれのパネルは、前記パネルアレイより下に位置する作物に最大量の日陰を提供する第１の通常の水平位置から、通常の垂直位置まで移動可能に前記支持柱に取り付けられる、少なくとも１つの太陽電池セルを取り付ける前記パネルアレイと、
を備える、再構成可能なソーラーコレクタ。
【請求項２】
前記固定チューブは、前記延長可能な取付柱の下端部を解放可能に保持するように構成されるラッチ機構をさらに備える、請求項１に記載の再構成可能なソーラーコレクタ。
【請求項３】
前記延長可能な取付柱は延長位置に偏ったばねであり、前記土台は、前記ラッチ機構の解放状態において、前記延長可能な取付柱を収縮位置から前記延長位置まで自動的に動かすように構成される、請求項２に記載の再構成可能なソーラーコレクタ。
【請求項４】
前記延長可能な取付柱の下端部に取り付けられ、前記取付柱を支えるシャフトラッチリングをさらに備える、請求項３に記載の再構成可能なソーラーコレクタ。
【請求項５】
前記ラッチ機構は、前記シャフトラッチリングを解放可能にかみ合わせる少なくとも１つのカムラッチと、ソレノイドアクチュエータに動力が供給されている状態において前記シャフトラッチリングを解放するように前記カムラッチを機械的にかみ合わせる前記ソレノイドアクチュエータと、をさらに備える、請求項４に記載の再構成可能なソーラーコレクタ。
【請求項６】
前記取付柱の外側の面に固定して取り付けられる柱の運搬装置と、前記固定チューブの内部に固定して取り付けられる下部シャフト支持カラーと、前記柱の運搬装置と前記下部シャフト支持カラーとの間に配置されるばねと、をさらに備える、請求項３に記載の再構成可能なソーラーコレクタ。
【請求項７】
前記パネルアレイは、前記支持柱から最も遠い第１端部で最大幅を有し前記第１端部と反対の第２端部で最小幅を有する複数のパネルを、さらに含み、それぞれの前記パネルは前記第２端部で前記支持柱にスライド可能に取り付けられ、前記パネルのうち少なくとも１つは、少なくとも１つの取り外し可能なパネル部を含む、請求項１に記載の再構成可能なソーラーコレクタ。
【請求項８】
作物上の変化する日陰によって作物地で作物収量を管理する方法において、
複数の再構成可能なソーラーコレクタを設けるステップであって、
各々の前記再構成可能なソーラーコレクタが、
固定チューブと、前記固定チューブの上端部から延長することができる伸縮する取付柱と、を備える、伸縮する土台と、
前記伸縮する取付柱に取り外し可能で取り付けることができる、支持柱と、
配置される通常の水平位置から、折りたたまれる通常の垂直位置まで移動可能なパネルアレイであって、少なくとも１つの太陽電池セルを取り付ける前記パネルアレイと、
を備える、複数の再構成可能なソーラーコレクタを設けるステップと、
前記複数の再構成可能なソーラーコレクタを作物地に配置するステップと、
前記作物地を覆う日陰を変化させるように前記パネルアレイを再構成するステップと、
を含み、
前記パネルアレイを再構成するステップにおいて、作物における日陰を変化させることによって前記作物収量を管理する方法。
【請求項９】
前記作物地を覆う日陰を変化させるように前記パネルアレイを再構成するステップは、
前記パネルアレイによって、前記作物の植物の植え込みから植物の発生まで前記作物地で作物上の２５％から１００％を日陰にするステップと、
前記パネルアレイによって、植物の発生から第１中間生長時点まで日陰の被覆率０％を提供するステップと、
前記パネルアレイによって、植物の発生後の前記第１中間生長時点から第２中間生長時点まで日陰の被覆割合を徐々に増加させるステップと、
前記パネルアレイによって、前記植物の最大の成熟ステージまで日陰の被覆割合をさらに増加させるステップと、
をさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記パネルによって日陰の被覆割合を徐々に増加させた後で、前記パネルによって日陰の被覆割合をさらに増加させる前に、前記パネルによって第３中間生長ステージの間、日陰の被覆割合を減らすステップをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記パネルによって、第３中間生長ステージの間、日陰の被覆割合を減らす前記ステップは、前記日陰の被覆割合を日陰の被覆率２５％まで減らすステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記パネルアレイによって日陰の被覆割合を徐々に増加させる前記ステップは、前記パネルアレイによって前記日陰の被覆割合を日陰の被覆率２５％から日陰の被覆率５０％まで増加させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記パネルアレイによって前記植物の最大の成熟ステージまで日陰の被覆割合をさらに増加させる前記ステップは、前記パネルアレイによって前記日陰の被覆割合を日陰の被覆率１００％まで増加させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記作物地を覆う日陰を変化させるように前記パネルアレイを再構成するステップは、高温ストレスと、乾燥ストレスと、風と、雹（霰）のダメージのうち少なくとも１つによる作物のロスを軽減するように構成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記固定チューブは、前記伸縮する取付柱の下端部を解放可能に保持するように構成されるラッチ機構をさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記伸縮する取付柱は、延長位置に偏ったばねであり、前記土台は、前記ラッチ機構の解放状態において、前記伸縮する取付柱を収縮位置から前記延長位置まで自動的に動かすように構成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記伸縮する取付柱の下端部に取り付けられ、前記取付柱を支えるシャフトラッチリングをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ラッチ機構は、前記シャフトラッチリングを解放可能にかみ合わせる少なくとも１つのカムラッチと、ソレノイドアクチュエータに動力が供給されている状態において前記シャフトラッチリングを解放するように前記カムラッチを機械的にかみ合わせる前記ソレノイドアクチュエータと、をさらに備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
それぞれの前記再構成可能なソーラーコレクタは、前記取付柱の外側の面に固定して取り付けられる柱の運搬装置と、前記固定チューブの内部に固定して取り付けられる下部シャフト支持カラーと、前記柱の運搬装置と前記下部シャフト支持カラーとの間に配置されるばねと、をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記パネルアレイは、前記支持柱から最も遠い第１端部で最大幅を有し前記第１端部と反対の第２端部で最小幅を有する複数のパネルを、さらに含み、それぞれの前記パネルは前記第２端部で前記支持柱にスライド可能に取り付けられ、前記パネルのうち少なくとも１つは、少なくとも１つの取り外し可能なパネル部を含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本出願は、２０１４年９月１１日に米国特許商標庁に出願された“再構成可能なソーラーアレイ、ソーラーアレイを使用する作物収量の管理方法”という名称の、共同で係属していて共同で所有している出願番号６２／０４８，９８４の米国仮特許出願に基づき、明細書が参照によって組み込まれる。
【０００２】
本発明は、作物の管理とソーラー発電のシステムに関し、より詳しくは、再構成可能なソーラーアレイ及び、日陰と物理的な作物の保護による作物収量の管理のためのその使用と、ソーラーエネルギーの収集と当該アレイが取り付けられる土地における作物に関する作物収量を最大限に利用するために再構成可能なソーラーアレイを使用することによって作物からの利益を最大限に利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
作物収量は、全ての人々の健康と幸福に著しく影響を与える要素である。作物が成熟する間、作物地への著しい負の影響と、当該作物の生産に依存する人々に与える関連した負の政治的、経済的な影響とをもたらし得る、幅広い種類の環境のストレスに直面する。例えば、極端な高温、乾燥、風、霰（雹）は、全て、幅広い種類の植物の作物地に対して損害を与える影響を有するかもしれない。当該負の環境の影響に対する作物の回復を改善するために多くの取り組みがなされてきたが、十分に、さらには、広範囲にわたってうまくいく解決策の開発は依然として課題のままである。
【０００４】
さらに、ソーラーエネルギーの生産技術は発展し続けており、再生可能エネルギーの生産の希望を与えている一方、現在の広範囲に及ぶ使用は多くの課題を有する。例えば、インフラ費用、不動産費用、不動産の利用可能性は全て、ソーラーコレクタシステムに関する、広範囲に及ぶ配置と使用に対して課題となる。多くの不動産は作物生産に充てられる一方、従来のソーラーコレクタアセンブリが同じ不動産に設置された場合、作物地にもたらす負の影響により、当該不動産を広範囲に利用できるにも関わらず、それらの組み合わせの使用が妨げられてきた。
【０００５】
それゆえ、極端な高温、乾燥、風、霰（雹）によって作物にもたらされるダメージを軽減し、さらに、当該作物を収容する不動産をソーラーエネルギーの生産と同時に利用できるようにすることによって、作物収量を最大限に利用する方法を提供することは有利である。
【発明の概要】
【０００６】
両方の源からの利益を最大限に利用する共生の関係でソーラー技術と農業を組み合わせる方法と装置が明らかにされる。より詳しくは、明らかにされた方法と装置の使用によって、ソーラーコレクタは、土地及びメンテナンスコストを使用しなくてもよく、より低い電力線のロスと、より高い買電契約の利益と、縮小可能な／より低い全体のコストを使用してもよく、さらに、農業における利益は、より多い作物収量と、乾燥、霰（雹）、他の不都合な環境の影響によるロスに関するより低いリスクから得られてもよい。
【０００７】
適応可能で再構成可能なソーラーコレクタアセンブリのアレイは、作物地に配置される。様々な作物は、生長サイクルにおいて日陰の程度を変化させること（つまり、強いソーラーのストレスの期間によりよい授粉を行うために、そして、増大した乾燥の期間に蒸発と蒸散の影響を減らすために、部分的な日陰を提供すること）から利益を得て、さらに、強い風と霰（雹）からダメージを受けやすい場合、適応可能で再構成可能なソーラーコレクタのアレイは、作物地に配置され、それぞれのソーラーコレクタアセンブリの簡易な再構成により、アセンブリの下方の作物に適応される日陰の量を変化させ、さらに、必要不可欠な場合に、最大の霰（雹）と風の保護を提供できる。アレイは作物地から簡易に取り外せるように構成され、耕起、播種、収穫のために地面の高さより下まで必要に応じて収縮する、永久に取り付けられる土台と、耕起、播種、収穫のために必要に応じて取り外されてもよい、ソーラーコレクタアセンブリに関する取り外し可能な支持体を有する。ソーラーコレクタアセンブリの支持体は、コレクタアセンブリが極端な風の条件において曲がってもよいように十分しなやかであり、コレクタアセンブリ自体は、極端な風の条件に反応して形状を変更するように構成され、そのため、アレイが当該極端な風の条件に適応することができ、当該極端な風の条件の結果としての破損又は他の損傷のリスクを最小限にする。当該自動的に適応可能な形状により、ソーラーアレイは、上部にそれが取り付けられる作物のための風よけとして役立つことができる。
【０００８】
本発明の多くの利点が、添付図面を参照することで、当該技術の熟練した人々はより十分に理解するだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】当該発明の実施形態のある特定の態様と一致する、様々な生長ステージにおいてトウモロコシの作物に適応される日陰の割合を表すグラフである。
【図２】最適な条件の間とストレスの下、トウモロコシに必要な水を表すグラフである。
【図３】アイオワ州のデモインにおける、２０１２年の実際の気温と比較した平均気温を表すグラフである。
【図４】アイオワ州のデモインにおける、２０１２年の実際の降水量の値と比較した、時間と共にトウモロコシの生長に必要な水を表すグラフである。
【図５】平均降水量と比較したトウモロコシに必要な水と、水の不足を表すグラフである。
【図６】様々な落葉の割合と共にトウモロコシの収量の減少を表すグラフである。
【図７】風よけからの距離に関してトウモロコシの作物収量の増加を表すグラフである。
【図８】当該発明の実施形態のある特定の態様と一致する、様々な生長ステージにおいて大豆の作物に適応される日陰の割合を表すグラフである。
【図９】植物の生長における異なるステージの間の落葉の割合に関して、大豆収量のロスを表すグラフである。
【図１０】当該発明の実施形態のある特定の態様と一致する、配置することができ、取り外しできるソーラーコレクタの斜視図である。
【図１１（ａ）】完全に配置された位置における図１０のソーラーコレクタと共に使用するパネルアレイの平面図である。
【図１１（ｂ）】完全に配置された位置における図１０のソーラーコレクタと共に使用するパネルアレイの側面図である。
【図１２（ａ）】図１１（ａ）の位置から少し折りたたまれた位置における図１１（ａ）のパネルアレイの平面図である。
【図１２（ｂ）】図１１（ｂ）の位置から少し折りたたまれた位置における図１１（ｂ）のパネルアレイの側面図である。
【図１３（ａ）】図１２（ａ）の位置から少し折りたたまれた位置における図１１（ａ）のパネルアレイの平面図である。
【図１３（ｂ）】図１２（ｂ）の位置から少し折りたたまれた位置における図１１（ｂ）のパネルアレイの側面図である。
【図１４（ａ）】図１３（ａ）の位置から少し折りたたまれた位置における図１１（ａ）のパネルアレイの平面図である。
【図１４（ｂ）】図１３（ｂ）の位置から少し折りたたまれた位置における図１１（ｂ）のパネルアレイの側面図である。
【図１５（ａ）】図１４（ａ）の位置から少し折りたたまれて完全に折りたたまれた位置における図１１（ａ）のパネルアレイの平面図である。
【図１５（ｂ）】図１４（ｂ）の位置から少し折りたたまれて完全に折りたたまれた位置における図１１（ｂ）のパネルアレイの側面図である。
【図１６（ａ）】完全に収縮した位置における図１０のソーラーコレクタと共に使用される伸縮する土台の側面図である。
【図１６（ｂ）】完全に配置された位置における図１６（ａ）の伸縮する土台の側面図である。
【図１７】図１６（ａ）と図１６（ｂ）の伸縮する土台に関する、側面の部分横断面図である。
【図１８】図１７の伸縮する土台に関する、分解した部分横断面図である。
【図１９】図１８の伸縮する土台に関する、分解した部分横断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
当該発明の１以上の特定の実施形態の以下の説明は、当該発明の実施をすることができるように行われ、好ましい実施形態の制限ではなく、ある特定の実施例として提供することを意図する。当該技術の熟練した人々が本発明と同じ目的を実行するために他の方法及びシステムを修正又は設計するための基礎として明らかにされた、概念及び特定の実施形態を容易に使用してもよいと理解されるべきである。また、当該技術の熟練した人々にとって、当該同等のアセンブリは最も広い形式での当該発明の趣旨及び範囲から外れないと理解されるべきである。
【００１１】
ここで説明するシステム及び方法は、ソーラーエネルギーと作物の生長との間の技術の共生を提供する。当該技術は、配置される場合、
ａ．耕起及び耕運のために取り外し可能なパネルアセンブリを提供し、
ｂ．耕起／耕運の高さより下になるように手動又は電気的に縮めてもよく、パネルアセンブリの再接続を可能にするために手動又は電気的に解放してもよい、永久に取り付けられる土台を提供し、
ｃ．それぞれの取り付けられた土台の場所の位置を明らかにして解放／復旧するために、電力線を相互に連結させるアレイを通じて信号伝達機構を提供し、
ｄ．強い風／突風の力及びストレスを吸収するために動的にその構造を修正する能力を含み、天候条件を変更するように適応可能であり、
ｅ．パネルアレイアセンブリの再配置／再設置のために（地面に）取り付けるインフラの簡易な配置及び復旧を提供し、
ｆ．それぞれのサブパネルアセンブリを光及び／又は水の拡散技術に置き換え又は調整することによって、作物に光及び水を拡散する機構を提供し、サブパネルアセンブリによって、必要とされる光の特定の量と拡散される水のパターンは、作物の生長に必要なものに具体的に調整され、
ｇ．個々のアレイ要素の近接した空間に基づくほとんど完全に近いカバーを提供し、各々の要素は、作物に対する光の量を制御するように具体的に調整されてもよく、
ｈ．作物が利用可能な太陽光の量を制限するために調整可能であり、
取り外し可能で、一時的で、適応可能で、再構成可能なソーラーアレイを利用する。当該システム及び方法は、数多くの利益を提供し、１以上の下記のことを含む。
ａ．強いソーラーのストレスの期間に、作物（例えばトウモロコシ）の部分的な日陰を提供して、よりよい授粉を可能にする、当該発明の実施形態のある特定の態様と一致するソーラーアレイと関連付けられる作物収量の増加
ｂ．強い風／突風の期間に風よけとして機能するための適応能力を提供する当該発明の実施形態のある特定の態様と一致するソーラーアレイと関連付けられる作物に対する、風のダメージの低減と関連付けられる作物収量の増加
ｃ．蒸発と蒸散の影響を減らすために増大した乾燥の期間に作物の部分的な日陰を提供する、当該発明の実施形態のある特定の態様と一致するソーラーアレイに関連付けられる作物収量の増加
ｄ．強い風／突風の期間に風よけとして機能するための適応能力を提供する、当該発明の実施形態のある特定の態様と一致する、ソーラーアレイに関連付けられる、特に乾燥条件下での農業用地の土壌浸食の減少
ｅ．霰（雹）及び／又は大雨の影響による作物のロスの減少
次の典型的な説明は、最初の例としてトウモロコシの作物を記載するが、当該発明のシステム及び方法は、大豆のような他の作物に対して同様に適応でき、本発明の趣旨及び範囲から外れることなく、当該他の作物の収量の管理においてここに記載されるように使用されてもよい。
【００１２】
次の説明は、まず、再構成可能なソーラーアレイによって作られる可変の日陰によって作物収量を管理する方法を詳述し、次に、当該再構成可能なソーラーアレイにおいて使用に適した当該発明の典型的な実施形態と一致する装置を詳述する。
【００１３】
I．再構成可能なソーラーコレクタアレイを使用する、可変の日陰による作物収量の管理
トウモロコシにおいて、植物の植え込みから成熟までの時間の長さは、交配の選択に依存して変化するが、１２０日ハイブリッドは、アメリカ合衆国において、特にコーンベルトで、最も一般的に栽培されるものである。トウモロコシの生長は、生育ステージと繁殖ステージの２つのステージに分けられる。生育ステージの間、トウモロコシの植物は、種子の発芽と、発生と、根の生長と、葉の成長と、垂直方向の生長を経験し、最後にタッセルの生長で終わる。このステージは、葉の枚数の発生（Ｖ１−Ｖｎ）に応じて番号が付けられる。実を作るためのエネルギーと栄養を供給する光合成ファクトリーは、生育ステージの間に生長する。繁殖ステージの間、タッセリングと、シルキングと、授粉と、受精と、登熟が生じ、生理的に実の成熟を完了して終わる。この時期において、実の糖は、ほとんど完全にでんぷんへと変えられる。トウモロコシは、温度に大いに依存して、ＧＤＤ、つまり変化する温度を測定するために用いられる計算に基づき、生長ステージの間、生長が進む。ＧＤＤは、ある特定の温度より上の温度の累積加算であり、トウモロコシにおいて、この基礎温度は、５０°Ｆである。下の表１は、説明と共に、異なる生長ステージのリストを提供する。表１は、説明及び累積したＧＤＤをリストしたトウモロコシの生長ステージを示す。
【表１】
0006693961.tif 000002
全生育ステージは、植物において生長した葉の数に関する数字と共にＶＥ，Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４などで分類される。生育ステージの間、茎と、葉と、根の組織は生長している。繁殖ステージは、植物が入る特定の繁殖ステージに関して、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４などで分類される。一度、植物が繁殖ステージに進むと、現在以前の光合成から集められたエネルギーは、穂の実を作るために用いられ、最終的にこれらの糖はでんぷんへと変えられる。
【００１４】
乾燥、極端な高温、風、霰（雹）を含む、様々なストレス要因がトウモロコシの収量を減らし得る。これらのストレス要因は、穂の大きさと、穂の長さと、実の重さと、実の数と、実の列数に影響する。極端な高温と乾燥は、植物が利用できる水を減らし、生長を妨げ、葉をしおれさせる。乾燥は、花粉の飛散とシルキングの時期をずらす可能性があり、その結果、不十分な受精となる。さらに、温度が９５Ｆを超えると、花粉の水分が抜けシルクが乾燥する可能性があり、初期の受精を抑制する。霰（雹）は、植物全体を落葉させ、ダメージを与え、枯らし得る。これらの３つのストレス要因は、生長の季節の間、農家にとってよく起こる出来事であり、その結果、頻繁に収量の減少となる。当該発明の実施形態の態様と一致してここで説明する技術を適応することによって、農家はこれらの非常によく起こるストレス要因に対する、収量を失うリスクを減らすことができるだろう。
【００１５】
当該発明の実施形態の態様に従うシステム及び方法は、有効な作物を超えて実施され、その結果、その作物に対して有益な効果となる。当該効果は、“カバー”と“プロテクション”の２つの種類の効果である。“カバー”は、制御された太陽光の量が地面ひいては作物自体に達するのを妨げるような、当該発明の実施形態のある特定の態様と一致するソーラーアレイの配置と定義される。“パーセントカバー”は、地面に達する、低減したソーラーエネルギー量の度合いである。“プロテクション”は、作物収量に対する負の環境の影響が最小限になるような、当該発明の実施形態のある特定の態様と一致するソーラーアレイの配置と定義される。
【００１６】
作物の生涯を通じて、カバーとプロテクションが生長可能なだけでなく有益である、数多くの生長ステージがある。適応されるカバーとプロテクションの量は、作物収量の利益だけでなく、作り出されるソーラーエネルギー量の双方を定義する。バランスが存在する。つまり、ソーラーエネルギーに重みを加えすぎると、作物を極端に覆い、作物収量がより少ない結果となる。作物収量の増加を重視しすぎると、存続できないソーラーエネルギーの経済モデルとなる。
【００１７】
発明者はここで、ソーラーの経済モデルが存続できる点と、ソーラーアレイの存在を保証し、十分な追加の作物収量がある点とのバランス点があることを特定した。次の考察は、このバランス点で達成される作物収量の特定の利益に焦点をあてる。
【００１８】
作物の授粉ステージは、植物の生長において非常に影響を受けやすく重大な期間である。例としてトウモロコシを使用した場合、授粉は、水分のストレス及び極端な高温に対して非常に影響を受けやすい。植物の植え込みの地域と日によるが、シルキングとタッセリングは、温度が一般的に高い６月と７月の間に一般的に訪れる。このとき、パーセントカバーが高いほど、温度は低くなり、重要な生長期間にストレスが減る。
【００１９】
トウモロコシが授粉の利益の基礎として使用されるが、高温ストレスによって影響を受ける他の作物も同様に、ここに記載される技術の対象である。
【００２０】
当該発明の実施形態のある特定の態様と一致して配置されるアレイは、風よけとして役立ち、土壌浸食の量を減らす。加えて、より重要なことに、アレイは湿度の“バッファ”として役立ち、植物において風と空気の乱流を減らす。植物の高さで水分量がより多いと、水の蒸発と蒸散はより少なくなる。
【００２１】
また、配置されるアレイは、風よけによって農業用地のより優れた越冬性を提供する。雪がより均一に広がると、不良品がより一定に出る結果となる。
【００２２】
また、当該配置されるアレイは、次の点で乾燥の保護を提供する。
ａ．植物に対する直接的なソーラーの負荷の低減により、蒸散量はより少なくなる。
ｂ．植物の高さでの温度の低減により、アレイの下の環境はより湿度が高くなる。次に、これにより、アレイの下の水分の蒸発量と植物の蒸散量がより少なくなり、植物が生長するのに不可欠な水の量を減らす。
【００２３】
さらに、当該配置されるアレイは、植物を落葉させ、又は、水分が誘発するダメージを与える、霰（雹）と大雨からの保護を提供する。
【００２４】
ここで記載される技術の実施に関連した、作物収量増加の総計は、下の表２で示される。これらの見積もられた収量増加の支持及び分析は下で説明する。表２は、利益のまとめを示す。
【表２】
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【００２５】
生長の季節の間、農家は作物収量にダメージを与え減少させる様々なリスクを経験する。これらのリスクは、乾燥、極端な高温、霰（雹）のような気候現象を含む。当該発明の実施形態の態様と一致する当該技術の実施によって、これらのリスクの結果である、収量ダメージの可能性はより低くなるだろう。
【００２６】
次の節では、当該発明の実施形態の態様を実施するソーラーパネルの傍での栽培が意図される作物の部分集合について詳細に述べ、それぞれの作物にとって特有の、可能性のある追加の利益と、カバー／プロテクションの期間を説明する。トウモロコシ及び大豆を説明し、それらは、明らかにした技術と連携して生長の可能性を保つ多くの作物の代表である。サトウキビのような他のフルシーズンの作物と併せて、トウモロコシ及び大豆は、連携からの利益を最も受ける。
【００２７】
霰（雹）、極端な高温、乾燥は、農家にとって、作物の生長の間に非常に起こる可能性が高いリスクである。ここで説明されるシステム及び方法は、収量を減少させるこれらの環境のリスクによる影響を低減する可能性がある。ソーラーパネルは、霰（雹）が作物を落葉させ、ダメージを与えるのを物理的に防ぐだろう。霰（雹）のダメージに対する保護の割合の詳細は、特定の典型的な作物に関してここで説明される。
【００２８】
極端な高温及び乾燥は、パネルによる作物のカバーに起因する、作物の基部で、局在する環境の人為的な操作によって、保護されるだろう。このカバーにより、作物からの蒸発散量の割合と、土からの蒸発の割合と、作物の周囲の空気の温度を減少させる結果となる。
【００２９】
蒸発散は蒸発と発散の合同の効果である。水は、気孔、つまりＣＯ２と水の交換を可能にする植物の葉における開口部を通じて植物を出る。トウモロコシの気孔は、明るい間に開放しており、暗い間に閉鎖している。ここで説明するシステム及び方法は、蒸発散の危険な量を低減し均衡を保つのに役立ち、そのため、植物がしおれたり枯れたりするのを防ぐのに役立つ。
【００３０】
蒸散の割合に影響を与える数多くの環境の要素は、相対湿度、温度、光、土の水濃度、風を含む。相対湿度は、ある特定の温度で空気が含むことができる量と比較した空気内の水の割合である。１００％未満の相対湿度により、植物から空気に水を蒸散させる水分の勾配が生じる。冷たい空気は暖かい空気よりも保持する水が少ないため、当該技術による日陰は相対湿度を増加させ、蒸散の勾配を小さくする。その結果、植物は蒸散を少なくすることができる。このことは、極端な高温と乾燥の時期に非常に役立つ。
【００３１】
また、植物は土からの蒸発によって水を失う。土に十分な水が無いと、その水は作物の水の主な源であるため、植物はしおれたり枯れたりする。しかしながら、当該技術によるカバーによって、土からの蒸発の割合は低減する。降水量のパターンによるが、依然、農家は作物に対して水を灌漑する必要があるが、この技術は、必要な灌漑する水の量と灌漑のために必要な機械のコストを減らす。
【００３２】
トウモロコシは、現在、アメリカ合衆国で最も多く栽培されている作物である。食べ物、エタノール、家畜の飼料のために作られる。２０１１年にアメリカ合衆国だけで、８４００万エーカーのトウモロコシが収穫された。しかしながら、収量を減らし得る、そして、減らしている、特定の環境の要素がある。乾燥と、極端な高温と、霰（雹）はすべてよく起こることであり、トウモロコシの生長にリスクを加える可能性のある出来事である。ここで説明するシステム及び方法は、農家が、ダメージをもたらすこれらのリスクの可能性を低減するのに役立つ。
【００３３】
植物の植え込みから成熟までの時間の長さは、トウモロコシの交配の選択に依存して変化するが、１２０日ハイブリッドは、アメリカ合衆国において、特にコーンベルトで、最も一般的に栽培されるものである。トウモロコシの生長は、生育ステージと繁殖ステージの２つのステージに分けられる。生育ステージの間、トウモロコシの植物は、種子の発芽と、発生と、根の生長と、葉の成長と、垂直方向の生長を経験し、最後にタッセルの生長で終わる。これらのステージは、葉の枚数の発生（Ｖ１−Ｖｎ）に応じて番号が付けられる。実を作るためのエネルギーと栄養を供給する光合成ファクトリーは、生育ステージの間に生長する。繁殖ステージの間、タッセリングと、シルキングと、授粉と、受精と、登熟が生じ、生理的に実の成熟を完了して終わる。この時期において、実の糖は、ほとんど完全にでんぷんへと変えられる。トウモロコシは、温度に大いに依存して、ＧＤＤ、つまり変化する温度を測定するために用いられる計算に基づき、生長ステージの間、生長が進む。ＧＤＤは、ある特定の温度より上の温度の累積加算であり、トウモロコシにおいて、この基礎温度は、５０°Ｆである。説明と共に異なる生長ステージのリストに関する上の表１を参照する。
【００３４】
乾燥と、極端な高温と、霰（雹）のような様々なストレス要因がトウモロコシの収量を減らし得る。これらのストレス要因は、穂の大きさと、穂の長さと、実の重さと、実の数と、実の列数に影響する。極端な高温と乾燥は、植物が利用できる水を減らし、生長を妨げ、葉をしおれさせる。乾燥は、花粉の飛散とシルキングの時期をずらす可能性があり、その結果、不十分な受精となる。さらに、温度が９５Ｆを超えると、花粉の水分が抜けシルクが乾燥する可能性があり、初期の受精を抑制する。霰（雹）は、植物全体を落葉させ、ダメージを与え、枯らし得る。これらの３つのストレス要因は、生長の季節の間、農家にとってよく起こる出来事であり、その結果、頻繁に収量の減少となる。ここより前で記載したような本システム及び方法を適応することによって、農家はこれらの非常によく起こるストレス要因に対する、収量を失うリスクを減らすことができるだろう。
【００３５】
トウモロコシの植物のライフサイクルを通じて、被覆又は“日陰”が作られ得る数多くのステージがある。植物の植え込みから発生までの間、１００％の被覆が適応される。生長におけるこの時点で、均質な発生のために、土が暖かく湿っていることが重要である。日陰は、水の極端な蒸発を防ぎ、水分の保持を確保する。しかしながら、土の温度は、５０°Ｆより下回らないことを確実にするために監視されるべきである。
【００３６】
発生からＶ６（６番目の葉が発生したステージ、つまりここで第１中間生長時点として別の方法で参照されるステージ）まで、日陰は適応されない。キャノピーが完全に生長する（Ｖ６）まで、個々の植物が最大の太陽光の量を受け取ることが重要である。日陰はＶ６で始まり、Ｖ６の２５％からタッセリングステージ（ＶＴ、つまりここで第２中間生長時点として別の方法で参照されるステージ）の５０％までの増分で増加し始める。これらの日陰の割合は、ダメージを与える水分のロスを防ぐために温度を低くするのに役立つが、作物が生長を続けるために必要な太陽光の量を受け取る可能性があると言うのに十分小さな割合である。光合成ファクトリーは依然生長しており、それゆえ、植物が必要な太陽光の量を吸収することが重要である。さらに、この技術は、高さが高くなるにつれて植物がより影響を受けやすくなる、起こり得る霰（雹）のダメージを防ぐのに役立ち得る。ここで説明される本システム及び方法は霰（雹）のダメージに対して保護すると想定される。
【００３７】
タッセリングとシルキングのステージは、トウモロコシの生長において非常に影響を受けやすく重要な時期である。植物は、水分のストレス、極端な高温、霰（雹）による物理的なダメージに非常に影響を受けやすい。植物の植え込みの地域と日によるが、シルキングとタッセリングは、温度が一般的に高い６月と７月の間に一般的に訪れる。それゆえ、日陰をより多く作ることで、温度と、水分が蒸発する可能性はより小さくなる。さらに、ほとんどの霰（雹）によるロスは、６月から８月の間に中西部のコーンベルトで生じ、それゆえ、日陰の割合をより高くすることで、タッセルと、シルクと、植物自体を傷つける霰（雹）のダメージに対する保護に役立ち得る。
【００３８】
繁殖ステージの間、植物は日陰に対して非常に影響を受けやすい。“トウモロコシにおける日陰の耐性の雑種強勢の根拠をなす生理的なメカニズム（Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  Ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ  Ｈｅｔｅｒｏｓｉｓ  ｆｏｒ  Ｓｈａｄｅ  Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍａｉｚｅ）”の論文において、シルキングステージ後の間にトウモロコシは５５％の日陰で栽培され、その結果、収量が２１．４％減少した（トレナール（Ｔｏｌｌｅｎａａｒ），２００９）。さらに、５０％の日陰は“トウモロコシにおける、乾燥物質及び窒素分配と、実の数と、収量に対する日陰の効果（Ｓｈａｄｉｎｇ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｎ  Ｄｒｙ  Ｍａｔｔｅｒ  ａｎｄ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ，Ｋｅｒｎｅｌ  Ｎｕｍｂｅｒ，ａｎｄ  Ｙｉｅｌｄ  ｏｆ  Ｍａｉｚｅ）”の論文で適応され、その結果、開花ステージの間に収量が２０％減少し、登熟ステージの間に収量が１９％減少した（リードら（Ｒｅｅｄ  ｅｔ  ａｌ．），１９８８）。他の論文は、繁殖ステージの間の日陰は収量に対して最も有害であると示す同様の結果を発見した。結果的に、光の必要条件に適応するために、（ここで第３中間成長時点として別の方法で参照される）繁殖ステージの間、日陰の割合を２５％に減らすだろう。栽培されるトウモロコシの用途によって日陰の割合は変化する。スイートコーンの日陰は、この種が収穫される時期である、ミルクステージに作物が達するまで、２５％に保たれる。一旦トウモロコシが収穫されると、１００％の日陰が作られてもよい。トウモロコシが飼料又はエタノールの生産のために栽培される場合、デントステージまで、１００％の日陰が作られるべきではない。このステージで、光合成は植物において遅くなり始め、ストレス要因は収量に対する影響は無いに等しい。作物が収穫されるまで、そしてその後、１００％の日陰は、作られ続ける。日陰は作物を乾燥させるのに必要な時間の長さを遅らせるかもしれないが、収穫の時期のため、収量に対する重大な影響は無いだろう。植物の植え込みの日が遅いと、極端な雨又は雪による洪水及びカビ（ｍｏｌｄｉｎｇ）を引き起こし得るが、４月で植物の植え込みの日が早いと、収量に対して負の影響があるはずがない。登熟ステージの間、個々の実が、生長に必要不可欠な水及び栄養と、最終的にでんぷん及び貯蔵組織の沈着を取り合う。これらの栄養が無い実は生長せず、その結果、収量が減少する。日陰は、蒸発散の割合をより低くする可能性があり、そのため、作物と土からの水分の損失を減らす。図１で提供するグラフは、様々な生長ステージに関連付けられる、予測日に対する日陰の割合を表すグラフを示す。
【００３９】
これらのカバーの割合は、トウモロコシの繁殖フェーズの間の作物における日陰についてのデュポンの論文（ストラッチャン、スティーブン（Ｓｔｒａｃｈａｎ，Ｓｔｅｐｈｅｎ），“穂の生長の間のストレスに関するトウモロコシの穀物収量（Ｃｏｒｎ  Ｇｒａｉｎ  Ｙｉｅｌｄ  ｉｎ  Ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｅａｒ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ），”パイオニア、デュポン、（Ｐｉｏｎｅｅｒ、Ｄｕｐｏｎｔ、）日付無し  ウェブ（ｎ．ｄ．Ｗｅｂ．）２０１３年９月１３日）で提供されるデータと一致する。
【００４０】
蒸発散は蒸発と発散の複合の効果である。水は、気孔つまりＣＯ２と水の交換を可能にする植物の葉にある開口部を通じて植物を出る。トウモロコシの気孔は、明るい間に開放しており、暗い間に閉鎖している。ここで説明するシステム及び方法は、蒸発散の危険な量を低減し均衡を保つのに役立ち、そのため、植物がしおれたり枯れたりするのを防ぐのに役立つ。
【００４１】
相対湿度と、温度と、光と、土の水濃度と、風のような数多くの環境の要素は、蒸散の割合に影響を与える。相対湿度は、ある特定の温度で空気が含むことができる量と比較した空気内の水の割合である。１００％未満の相対湿度により、植物から空気に水を蒸散させる水分の勾配が生じる。冷たい空気は暖かい空気よりも含む水が少ないため、当該技術による日陰は相対湿度を増加させ、蒸散の勾配を小さくする。その結果、植物は蒸散を少なくすることができる。このことは、極端な高温と乾燥の時期に非常に役立つ。
【００４２】
また、植物は土からの蒸発によって水を失う。土に十分な水が無いと、その水は作物の水の主な源であるため、植物はしおれたり枯れたりする。しかしながら、当該技術による日陰によって、土からの蒸発の割合は低減する。降水量のパターンによるが、この技術は、必要な灌漑する水の量と灌漑のために必要な機械のコストを減らす。
【００４３】
トウモロコシの生長は、水に大いに依存する。平均して、最適条件において、１つのトウモロコシの植物は１００％の収量を可能にするために２１．５インチの雨量を必要とする。必要な水の量は、タッセリングとシルキングのフェーズ間で最大となり、登熟の間減少し、その結果、釣鐘曲線となる。図２で提供されるグラフは、最適条件の間とストレスの間においてトウモロコシの水の必要な量を示す。ここより前で記載したような当該システム及び方法の実施により、葉のキャノピーを形成した後、より多くの水を植物に使用させるストレスの要素はある程度減少する。作物のための日陰は、土地が受ける極端な太陽光の量を制限することによって、植物が発散を行う（水を使用する）割合の減少だけでなく、土地が有する水分をより長い期間保持することを意味している。システム及び方法は、トウモロコシの水の使用に対するストレスの要素の影響を完全には低減することはできないが、トウモロコシにおける一部の負荷を和らげるのに役立ち得る。
【００４４】
タッセリングとシルキングのフェーズ間に水分が不足する場合、花粉の粒子は、乾燥しすぎて授粉することができないかもしれず、シルクは乾燥するかもしれない。その結果、授粉は生じず、収量は大幅に減少するだろう。しかしながら、一旦トウモロコシが登熟フェーズに進むと、でんぷんが実の水を置き換え、葉と茎が乾燥し始めるような、乾燥期間が始まる。降水量のパターンがトウモロコシにおける必要な量のカーブに沿っているため、米国において最も多くトウモロコシを生産する州である、アイオワ州は、トウモロコシの生長に最適な場所である。しかしながら、依然、乾燥は農家にとって可能性のあるリスクである。この技術は、できる限り、これらのコストを低減し、収量の損失量を減らし得る。
【００４５】
ストレスの期間において、トウモロコシは、生長のいかなるステージの間に普通使用するよりも最大２８％多い水を消費し得る。作物はより多く蒸散を行い、土は水分を保持する能力を失う。トウモロコシの作物は、乾燥ストレスに非常に影響を受けやすく、トウモロコシが属している生長のステージによるが、厳しいストレスの日毎に最終的な収量が１％〜５％の範囲で失い得る。これは、主に、乾燥の間に作物が使用するための水が少ないだけでなく、普通消費するよりも多くの水を消費するという事実による。植物は少ない水でより多くの水を消費する必要がある。このことは、農家にとって膨大な収量の損失につながり得る。８５°Ｆを超える高温の条件の下、平均して、トウモロコシは、普通使用するよりも２２．８％多い水又は約２６．２５インチの水を使用し、水不足を引き起こす。当該技術の実施により、必要な水の量は、非灌漑地において４％〜６％減少し得ると言える。灌漑地におけるこれらの節約は、ディーゼル燃料と、労働力と、トラクターの使用と、修理のような様々なコストの直接的な削減を意味する。
【００４６】
また、当該発明の実施形態の態様に記載の当該技術は、授粉の間の花粉の粒子に対する高温のダメージを防ぐか、又は、低減するのに役立つ。乾燥した高温はトウモロコシの花粉を乾燥させ、９０°Ｆよりも高い温度において、花粉生存率は約４５％まで下がり、その上、１００°Ｆの温度では、花粉生存率は約１５％まで減少する。日陰を作ることによって、高温ストレスによる花粉のロスが最小限となるように、温度が下がる。
【００４７】
２０１２年に、多くのコーンベルトの州は、トウモロコシの収量に負の影響を与える乾燥を経験した。ここで説明されるシステム及び方法の実施は、乾燥がトウモロコシの収量に与える負の影響を低減するのに役立つと言える。トウモロコシに必要な水の量は、灌漑地も非灌漑地も共に最大１８％減らすことができる。図３と図４に示すグラフは、アイオワ州での２０１２年の実際の値と比較した降水量と温度の平均を示す。図５に示すグラフは、アイオワ州での２０１２年の水の不足を示すグラフを提供する。
【００４８】
２０１２年、非灌漑地は、作物の生長において重要な期間の厳しい乾燥により十分に機能せず、アイオワ州のいくつかの地域において約３５％程度、収量が減少した。ここで説明するシステム及び方法を実施した場合、日陰における、必要な水の量の減少と高温ストレスの低減の組み合わせにより、非灌漑地におけるそのロスは７％〜１２％程度低減できたと予測している。この予測は控えめな予測である。
【００４９】
さらに、トウモロコシは、幅広い葉を有し非常に上部が重い作物であり、組み合わされたこれらの２つの要素により、霰（雹）のダメージに対して特に影響を受けやすくなる。図６で示すグラフは、生長の季節の過程における落葉の割合に対応する、可能性のある収量を失う量を示す。落葉とは、より大きなトウモロコシのダメージと同義であるとみなされる。このことは多くの異なるトウモロコシの生長ステージに対して示される。霰（雹）のダメージのいかなる割合においても、最も大きな負の影響は、タッセリングとシルキングのステージに生じ、登熟ステージまで続く。トウモロコシの生長の始まりにおける霰（雹）のダメージは、トウモロコシがまだ回復することができるため、莫大な負の影響はないが、植物が高く生長するにつれて、より影響をうけやすくなり、一旦タッセリングとシルキングが生じると、霰（雹）は大規模な影響を有する。タッセルとシルクは繊細で容易に壊れやすく、そのため穀物収量を減少させる。さらに、トウモロコシは、デントステージまでの登熟期間に霰（雹）のダメージに対して非常に影響を受けやすい。この技術は、トウモロコシの生長のこれらの期間に日陰（トウモロコシの被覆）の割合を増加させ、霰（雹）によるダメージをより低くするのに役立ち得ると想定される。それゆえ、その時期は、ソーラーパネルの配置における、追加の副次的な効果として、霰（雹）に対する収量損失をより低くするという結果になる。
【００５０】
トウモロコシは、さらに、植物がダメージから回復する時間が無いという事実のため、タッセリングとシルキングのフェーズ間に、最もリスクにさらされている。植物がまだ若い間に葉が壊れた場合、作物は回復することができる。霰（雹）の期間、つまり、６月、７月、８月の間、トウモロコシは霰（雹）のダメージに対して最も影響を受けやすく、厳しい霰（雹）のダメージと作物の落葉により、全ての収量がロスにつながる。当該発明の実施形態のある特定の態様に記載の方法は、一旦キャノピーを形成し始めると、作物に日陰を作り始め、最大５０％まで着実に日陰を増加させる。日陰のこの増加は、霰（雹）のダメージに対する作物の影響の受けやすさと関係する。日陰の割合は霰（雹）のダメージからの保護と直接関係すると想定される。例えば、普通は、植物の５０％を落葉させ、影響を受けたこれらの植物の収量が２５％減少することにつながる、霰（雹）を伴う嵐がタッセリングのステージの間に起こる場合、そうならず、作物の２５％だけ落葉し、影響を受けたこれらの植物の収量が１０％だけ減少することにつながる。
【００５１】
さらに、依然、風のストレスと土壌浸食は作物収量に対して課題である。風よけは、風を低減し、異なる方向に向けるために用いられる障壁である。また、それはたいてい木や灌木で構成されるが、多年生又は一年生の作物及び草、フェンス、又は他の用具であってもよい。風よけの最も重要な要素は、ほとんどの場所に影響を与えるような高さである。風速は、風よけよりも２倍から５倍高い場所で低下する可能性があり、このことは、使用される風よけが多くなるほどさらに度合いを増す。
【００５２】
高さに加えて、風よけを有効にする主な要素は、風よけの密度、その向き、その長さである。
【００５３】
風よけの背後における風の速度の減少により、保護された地域内で、微気候を変化させる。温度と湿度の高さはたいてい増加し、蒸発と植物の水のロスを減らす。特定の風よけによる実際の温度修正は、風よけの高さ、密度、方向、時刻による。風よけの風下１０Ｈ以内の日々の気温は、一般的に、開放状態の温度よりも数°Ｆ高い。１０Ｈを超えると、地面に近い気温は昼間に低くなる傾向にある。たいていの夜は、保護された場所（０Ｈから３０Ｈまで）の地面に近い温度は、開放状態よりもわずかに暖かい。しかしながら、非常に穏やかな夜は、保護された場所は、開放された場所よりも数°Ｆ低いかもしれない。保護された場所での地温は、保護されていない場所よりもたいていわずかに暖かい。これらの暖かい温度を利用することで、生長時期が短い地域において、より早い植物の植え込みと発芽が可能になる。風よけによって反射した熱のために、東西の風よけの近くの場所で、地温は南側で著しく高くなる。
【００５４】
より高い湿度は植物の水使用の割合を減少させるため、生産は、保護されていない場所よりも効率がよい。しかしながら、風よけが密集しすぎて湿度の高さが高くなりすぎると、一部の作物で病気が問題になるかもしれない。
【００５５】
風よけに対してすぐ近くに隣接する場所で、収量はたいてい減少するが、風よけの風上と風下の両方の場所では、全体の収量の増加が見られる。これは、増加した湿度と、土壌浸食の減少と、ダメージに関連する風の減少を含む、多くの要素によるものである。
【００５６】
風よけからの距離に関する収量増加は図７で示す。
【００５７】
当該発明の実施形態のある特定の態様と一致して配置されるシステム及び方法は、作物を傷めることなく又は収量を減らすことなく、トウモロコシを栽培する農家に対するリスクを減らす可能性を有する。高温ストレスと、乾燥ストレスと、風と、霰（雹）のダメージによるロスを低減することによって、影響は低減し、その結果、収量が増加する。
【００５８】
ここで示す被覆割合は、上述のデュポンの論文で確認される制限に従っている。その特定の論文では、植物にある特定の光の量を強いる、一定の日陰モデルが用いられた。ここで明らかにされる技術は、異なる光の量で容易に構成されるので、割合は非常に控えめであると発明者は考えている。
【００５９】
大豆は、ここで説明するシステム及び方法から利益が得られる、別の典型的な作物である。大豆は米国で２番目に多く栽培される作物である。２０１３年に、３２億ブッシェル（ｂｕｓｈｅｌｓ）強が、食物消費と牛の飼料のために生産された。大豆の生長の間に、乾燥と、霰（雹）と、極端な温度のような、収量を減少させる可能性がある、多くのリスクがある。ここで明らかにするシステム及び方法は、これらのリスクの影響を減らす可能性があり、ソーラーエネルギーのコストをより購入しやすい価格まで低減する、追加の利益がある。
【００６０】
大豆の植物は、明期と温度に大いに依存する短日性開花作物である。ある地域で生理的によく栽培されている１０個の異なる成熟グループがある。これらの地域は、その地域が１年間で受ける太陽光の時間数に応じて緯度によって分けられる。これらの成熟グループ内には、２５００を超える異なる種類がある。ある生長ステージから別の生長ステージへの遷移が、十分暖かい温度に加えて、生長時期を通じた太陽光の時間の変化に依存する、という点で、大豆は独特である。南部でたいてい栽培される大豆の種類を北方で植えると、この種は生理的に短期間で高温に慣れているため、生育ステージはより長くなり、成熟はよりおそくなる。対照的に、北方でたいてい植えられている大豆の種類を南方の地域で植えると、作物はより早く開花し、より早く成熟する。これは、作物が長期間で低温に慣れているために生じる。
【００６１】
大豆の生長は、生育ステージと繁殖ステージに分けられ得る。２つの主な大豆の種類がある。つまり、無限花序と有限花序の大豆である。有限花序の種類は、一旦植物が繁殖ステージに進むと生育生長を止め、加えて、南方の地域で最も一般に栽培されている。無限花序の種類は、繁殖ステージまで生育生長を十分し続け、加えて、北方地域で、例えばアメリカ中西部でより一般的に栽培されている。
【００６２】
生育ステージは、植物の発生（ＶＥ）で始まる。次に、植物は、単葉の葉が植物から広がるＶＣステージに入る。次のステージの命名システムは、広がる三つ葉の葉の数に基づいた数のシステムに従っている。（最初の三つ葉が広がる）Ｖ１で始まり（第ｎ番目の三つ葉が広がる）Ｖｎで終わる。
【００６３】
一旦、いずれかの節に少なくとも１つの花が存在すれば（Ｒ１）、繁殖ステージは始まる。２つの最上の節のうちの１つに開花した花が存在する場合、植物は（完全に開花する）Ｒ２に入る。一旦、４つの最上の節のうち１つにさやが３／１６インチになれば、（さやができ始める）Ｒ３は始まる。一旦、４つの最上の節のうちの１つにさやが３／４インチになれば、（完全なさや）Ｒ４が始まる。一旦、植物が（種ができ始める）Ｒ５に入ると、主な茎での４つの最上の節のうちの１つにおけるさやの中で、種は１／８インチの長さになる。一旦、さやを最大まで満たす緑の種を含む、主な茎での４つの最上の節のうちの１つにおけるさやが存在すれば、植物は（完全な種）Ｒ６に入る。一旦、主な茎での少なくとも１つの普通のさやが、成熟したさやの色に達すれば、（成熟が始まる）Ｒ７が始まる。一旦、さやの９５％が完全に成熟したさやの色に達すれば、最終ステージ、つまり（完全な成熟）Ｒ８が始まる。
【００６４】
ここで説明するシステム及び方法の配置による日陰が大豆の生長の間に実施されうる、数多くの期間が存在する。植物の植え込みから発生（ＶＥ）まで、植物は２５％を日陰にされ、土が水分、つまり大豆の発芽に非常に重要で必要なものを確実に保つのに役立つ。種は自重の約５０％の水を吸収する。５０Ｆを下回る温度は、種の発芽を遅らせ、又は、終わらせ得るため、農家は地温を監視する必要がある。キャノピーがまだ完全には形成されておらず、完全な光の遮断は植物内の光合成ファクトリーを生長させるのに重要であるため、ＶＥからＶ６まで日陰は無いだろう。
【００６５】
一旦Ｖ６ステージの間にキャノピーが完全に形成されれば、日陰は適応され、２５％から始まり５０％まで徐々にＲ３ステージまで増加する。Ｒ３〜Ｒ６ステージは、大豆の収量にとって非常に重要である。さやの生長と種の充満が生じるのはこの時期である。さらに、一旦植物が繁殖ステージに入れば、光合成の割合が増加する。大豆の収量は、開花後すぐに放射を捕らえる作物の能力に関係する。結果として、Ｒ３〜Ｒ６ステージの間、最適な収量を確実にするために、日陰は全く適応されない。一旦植物がＲ７に達すれば、光合成は基本的に止まり、生理的なストレスは収量を減少させないので、１００％の日陰が適応され得る。図８に示すグラフは、大豆の日陰の期間を示すグラフを提供する。
【００６６】
大豆は、生長が成功するための明期に大いに依存する。早い開花はより多い収量に関係する。開花はたいてい、昼が短くなり始める夏至６月２１日付近で刺激される。昼が短くなり続けると、植物は繁殖フェーズにおける異なるステージに入るようになる。
【００６７】
短い昼は、長い昼よりも、種の充満（完全に成熟した種に生長する花の数）のより高い効率を引き出すということが、最近の研究で示されている。典型的な大豆の植物は、さやが形成し始める前に６０％〜７５％の花の生長を止める。この数（種の充満の効率）が増加すれば、結果としてより高い収量となる。さらに、開花後のより長い明期により繁殖フェーズが長くなり、その結果、付随的にさやと種の数が増加するという過去の研究が示された。概して、より長い繁殖フェーズにより、付随的に種の充満と収量がより多いという結果になる。Ｖ６で日陰を作り始めることによって、早い開花を促進することができると仮定される。カントリックによると、日陰は、植物１つにつき節の数（節は、生長できるさやの最大数に一致する）をあまり減少させなかった。そして、その日陰を減少させることによって、一旦植物がさやを生長させ始めると、繁殖ステージの全体の長さはより長くなり、結果として、さやと種の充満のための時間をより長くすることができる。より長い繁殖フェーズはより短い期間における増加した光合成と同等であると考えられるということを、カントリックは発見した。より長い明期で、結果として、節１つ毎のさやの数は増加した。それゆえ、日陰の期間を変更する結果として、大豆の植物の実際の収量を増加させることができる。
【００６８】
水のストレスに関する大豆の生長において２つの重要なステージが存在する。第１の重要なステージは、自重の５０％の水、つまり発芽に不可欠な物を種が吸収する植物の植え込みの間に生じる。第２の重要なステージは、開花からさやの充満までに生じる。この期間は、一般的に、約８週間〜１０週間続き、それぞれの植物は、１日につき１／４インチ〜１／３インチの水を使用する。この期間の乾燥は、花と若いさやが発達しない原因となる。さや毎の種の数は遺伝的な性質であるが、種の重さと大きさは、生長時期の最後の３週間〜４週間における環境条件に依存する。種の充満の第２週目から第４週目までに、明らかな水分のストレスが４日あると、３９％〜４５％の収量減少が生じ得る。ここで説明するシステム及び方法によって提供される、日陰の使用と温度の減少を通じて、蒸散の割合と土の蒸発を減少させることによって、乾燥のリスクがより低くなる。
【００６９】
蒸発散は蒸発と発散の合同の効果である。水は、気孔つまりＣＯ２と水の交換を可能にする植物の葉にある開口部を通じて植物を出る。大豆の気孔は、明るい間に開放しており、暗い間に閉鎖している。トウモロコシと同様に、ここで説明するシステム及び方法は、蒸発散の危険な量を低減し均衡を保つのに役立ち、そのため、植物がしおれたり枯れたりするのを防ぐのに役立つ。
【００７０】
同様に、大豆は、Ｒ５の間に霰（雹）のダメージ対して最も影響を受けやすい。葉は種（種の充満）に窒素とでんぷんを加えるために光合成を行うので、このステージの間に、霰（雹）のダメージによる落葉は収量を大幅に減少させる。例えば、Ｒ５で５０％の落葉の間に、収量が１７％減少し得る。ここで説明するシステム及び方法は、最も重要な期間に実施されないかもしれないが、霰（雹）による作物への不必要なダメージに対して保護を行う別のステージの間、依然存在している。作物はいかなるステージにおいても霰（雹）のダメージによる収量ロスに影響を受けやすい。ここで説明するシステム及び方法は、極端な霰（雹）のダメージの機会を減らすことができ、これらのリスクを低減することができることが想定される。トウモロコシと同様に、日陰の割合は霰（雹）のダメージの保護と直接関係すると想定される。例えば、Ｒ５の間の５０％の落葉は、結果として無限花序の大豆の種類において１７％の収量ロスとなる。しかしながら、ここで説明するシステム及び方法により、１０〜１２％の収量ロスまで減少する。図９のグラフは、生長の異なるステージの間の落葉の割合に関する、大豆の収量ロスの描写を提供する。
【００７１】
このように、当該発明の実施形態のある特定の態様と一致して提供されるシステム及び方法は、大豆の収量における、乾燥と、過度の温度と、霰（雹）のリスクを低減することができる。
【００７２】
II．作物の管理で使用するソーラーコレクタアレイシステム
作物収量を最大限に利用するために様々な作物において日陰と保護カバー環境の周到な管理を行うことによって、特に、当該日陰と保護カバー環境を提供するためにソーラーコレクタアレイを用いることによって得られるかもしれない利益が、前述の考察により明らかにされる。しかしながら、商業的に利用可能なソーラーコレクタは、作物まで通過する光の量を変化させるために、すぐに変化する天候条件において作物を保護するために、不都合な天候条件からアレイの構造自身を保護するために、すぐに配置し、収縮し、場所を変更する必要性を満たすほど扱いやすくなく、通常固定され、概して曲がらない装置であるので、当該使用に役立たない。
【００７３】
図１０から図１９までは、当該発明の実施形態のある特定の態様と一致するソーラーコレクタアレイシステムを使用するための、ソーラーコレクタの様々な態様を示している。当該システムは、作物の耕起の高さ（特定の作物によるが、好ましくは約１０インチ〜１２インチ）より下の土地で配置される備え付けのインフラを取り外すことなく、アレイを作物から取り外すことができるように構成される。土地を耕運及び／又は収穫するために、アレイと取付柱は地中の取り付け具から取り外してもよい。同様に、取り付け具自身は、耕起のために土地に押し込められてもよく、耕起の後、地上の、アレイと噛み合う位置に再配置されてもよい。
【００７４】
特に、図１０から図１５に関して、当該発明の実施形態のある特定の態様に記載のソーラーコレクタアレイは、（図１０で示す）配置された位置から、（図１５で示す）折り曲げられ折りたたまれた位置まで再構成可能であり、配置することができ、取り外しすることができ、柱が取り付けられるソーラーコレクタ（概して１００で示す）を含む。図１１から図１５は、図１１で完全に配置されてから図１５で完全に折りたたまれる、折りたたみの進歩的なステージ（それぞれの図は平面図と側面図を提供する）におけるソーラーコレクタ１００のパネルアレイ１５０を示す。図１０の配置される位置において、ソーラーコレクタ１００は、電気の生産のためのソーラーエネルギーの収集を最大限にして、同時に、アレイの下に配置される作物に関する、日陰、風よけ、霰（雹）の保護として役立つ。ソーラーコレクタ１００は、セミフレキシブルな支持柱１１０に取り付けられるパネルアレイ１５０を含み、アセンブリへのダメージを防ぐために、強風の条件においてソーラーコレクタ１００が曲がるのを可能にし、パネルアレイ１５０が部分的に折りたたまれることを可能にするが、一方、通常の環境条件の時にパネルアレイ１５０を直立の状態に維持するために十分な支持体を提供している。同様に、図１５の折りたたまれた位置において、パネルアレイ１５０は、“配置される準備ができている”状態を維持しているが、一方、アセンブリを取り囲む作物における太陽の暴露を最大にしている。
【００７５】
支持柱１１０は、開放した空洞の底部を有し、以下でより詳しく説明するように、伸縮する土台２００の伸縮する取り付けポスト２５０に挿入することができる。さらに、それぞれのパネルアレイ１５０は個々のパネル１６０を含み、それぞれがスライド可能に内側端部で支持柱１１０に取り付けられ、それぞれの個々のパネル１６０の内側部分を上下に動かすことができる。パネル１６０は、分離したパネル部１６２を含んでもよく、それぞれの個々のパネル１６０は、好ましくは、（図１１（ｂ）のパネルアレイ１５０の側面図で最もよくわかるように）わずかに凹形の外形を有する。また、図１０と図１１（ａ）で最もよくわかるように、それぞれのパネル１６０は、支持柱１１０に近づくほど細くなっている。さらに、図１１から図１５で最もよくわかるように、好ましくは、それぞれのパネル１６０は、パネルアレイ１５０の周囲の空気と水の流れに役立ってもよい折り重ねられる外側の縁１６４を有する。
【００７６】
それぞれのパネル部１６０を、特定の作物の必要性に基づいて光の量と水（拡散）を制御するように特に構成されるパネルと選択的に置き換えてもよいように、パネル部１６０は取り外し可能であってもよい。
【００７７】
上述したように、当該発明の実施形態のある特定の態様と一致するソーラーコレクタ１００は、伸縮する土台と、しなやかなプラスチックの支持柱１１０と、パネルアレイ１５０を含む。パネルアレイ１５０は、それぞれのパネル１６０の上面に光電池セルを支える複合的な個々のパネル１６０を含む。
【００７８】
図１６（ａ）の側面図で示すように、伸縮する土台２００は、固定されたメインのチューブ２１０と、メインのチューブ２１０の一方の端部２１１から延長することができる伸縮する取付柱２５０を含む。固定されたメインのチューブ２１０は、メインのチューブ２１０の端部２１１が地面より下に位置するために地面の内部で配置されるように構成される。このため、配置可能で、取り外し可能なソーラーコレクタ１００の不使用時、伸縮する土台２００は、鋤、又は伸縮する土台２００が取り付けられる作物地で作動する他の機器を妨げない。制限しない例によって、伸縮する取付柱２５０が図１６（ａ）に示す収縮した位置の時、取付柱の頭部２５２（伸縮する土台２００の最も高い先端を形成する部分）は、（特定の作物によるが、）地面より約１０インチから１２インチ下に位置してもよい。伸縮する土台２００が土地内部に位置するのに役立つために、らせん状のねじ２１２が、メインのチューブ２１０の外周を取り巻いて伸び、土地へのメインのチューブ２１０の配置と当該配置の後その位置の保持の両方に役立つ。また、以下でより詳しく説明するように、メインのチューブ２１０内のソレノイド駆動の解除装置に動力を供給するために、電線用導管２１４が提供され、メインのチューブ２１０の上端部からメインのチューブ２１０の下端部まで伸びている。当該電線用導管２１４は、好ましくは、複合的なソーラーコレクタ１００を１つの動力制御源に相互に連結させるように地面の下に取り付けられてもよい、（図示しない）動力線に電気的に接続するように構成される。
【００７９】
図１６（ｂ）に示すように、ソーラーコレクタ１００を取り付けたい時、伸縮する取付柱２５０は、メインのチューブ２１０の内部から解放され、圧縮ばね２５４（以下でより詳しく説明する図１７と図１８）の力の下、図１６（ｂ）で示す延長した位置へと上側に自動的に伸びる。上部のシャフト支持体２１６が、メインのチューブ２１０の上端部に配置され、メインのチューブ２１０から延長する伸縮する取付柱２５０のガイドを提供する。伸縮する取付柱２５０の簡易な動きを可能にするいかなる従来の形状において、伸縮する取付柱２５０と上部のシャフト支持体２１６の間に、防水シールが選択的に提供されてもよい。一旦、図１６（ｂ）に示す位置に配置されると、伸縮する取付柱２５０は、ソーラーコレクタ１００の支持柱１１０の開放した空洞の底部１１２の内側に、取り外し可能に配置されてもよい。
【００８０】
図１７は、全体の伸縮する土台のアセンブリの部分断面図を提供し、図１８は、土台のアセンブリ２００の様々な部分の部分断面拡大図を提供する。続いてこれらの図を参照して、ラッチアセンブリ３００は、下部、つまり、圧縮ばね２５４の片寄りに対して完全に収縮した位置においてラッチアセンブリ３００が取付柱２５０の下端部２５１を底部で解放可能に保持する、メインのチューブ２１０における内側端部で提供される。取付柱２５０がラッチアセンブリ３００から解放される時、取付柱２５０を、（図１６（ｂ）で示す）延長した位置へと上方に駆動するように構成される。より具体的には、環状の輪の形状をした柱の運搬装置２５６は、取付柱２５０の外側、つまり、圧縮ばね２５４に対する反作用の面を提供する底部の面に取り付けられる。圧縮ばね２５４の反対の端部は、下部のシャフト支持カラー２５８に対して配置され、カラー２５８は固定されたメインのチューブ２１０の内部に固定して取り付けられる。このため、ラッチアセンブリ３００が、（以下でより詳しく説明するように、）取付柱２５０の下端部２５１を解放する時、取付柱２５０を、上部のシャフト支持体２１６を通じて上側へ、そして延長された位置へと押し出すように、圧縮ばね２５４は柱の運搬装置２５６の底に対して押し出す。
【００８１】
ラッチアセンブリ３００は、図１９でより詳細に示され、取付柱２５０の下端部２５１に取り付けられるシャフトラッチリング３０２を含み、シャフトラッチリング３０２はメインのチューブ２１０の内側を通じて取付柱２５０の下端部２５１を支える。電気的に動力が供給されるソレノイド３０４は、メインのチューブ２１０の下端部に配置され、電線用導管２１４と電気的に伝達される状態にある。好ましくは、電線用導管２１４は、らせん状のねじ２１２の完全な長さにおけるメインのチューブ２１０の外側とらせん状のねじ２１２の交差部分で形成されるらせん状の面に沿って伸び、メインのチューブの底部でソレノイド３０４と接触させるために、内側に伸びる。好ましくは、メインのチューブ２１０の下端部は、ラッチアセンブリ３００の点検を行うことができるように、取り外し可能なエンドキャップで閉じられている。ソレノイド２１０のアクチュエータは、スライドパック３０６に取り付けられ、スライドパック３０６は、メインのチューブ２１０の内部でスライド可能な動きでカム支持棒３０８に取り付けられる。内部のカムアーム３１０は、旋回可能に、一方の端部でスライドパック３０６に接合され、反対側の端部で、カムラッチ３１４に接合される。同様に、外側のカムアーム３１２は、旋回可能に、一方の端部でカムラッチ３１４に接合され、反対側の端部で支持棒３０８に接合される。取付柱２５０が完全に収縮した位置にある時、カムラッチ３１４は、シャフトラッチリング３０２の下端部とかみ合う。ソレノイド３０４に動力が供給される時、そのアクチュエータはスライドパック３０６を下方に引き、次に、シャフトラッチリング３０２とのかみ合いから外れてそれぞれのカムラッチ３１４を旋回させ、次に、圧縮ばね２５４が取付柱２５０を、延長された位置へと上方に駆動するのを可能にする。
【００８２】
好ましくは、シャフトラッチリング３０２は、延長された位置で取付柱２５０をロックするために手動で下部のシャフト支持カラー２５８とかみ合わせてもよいロックバー３０３を含む。このため、一旦、取り付けポスト２５０が圧縮ばね２５４によって延長された位置まで押し出されると、取付柱２５０は、手動で固定、つまり、ラッチリング３０２のロックバー３０３によって下部のシャフト支持カラー２５８のロック面とかみ合わせるために、例えば時計回りに１／４のロック回転によって切り替えられてもよい。これにより、下部のシャフト支持カラー２５８からシャフトラッチリング３０２のロックを解除するように反対側の方向に手動で取付柱２５０が切り替えられない限り、取り付けポスト２５０は垂直に一定の場所にロックされる。
【００８３】
当該ソーラーコレクタ１００が配置される土地を耕したい時、ソーラーコレクタ１００が土台２００の取付柱２５０から取り外されてもよく、取付柱２５０がメインのチューブ２１０へと下方に押し込められ、ばね２５４を圧縮し、カムラッチ３１４をシャフトラッチリング３０２にかみ合わせてもよい。
【００８４】
前述のアセンブリと、上述のように構成される好ましい複合的なアセンブリは、作物地に配置される。作物が、ある特定の環境条件で日陰から利益を得ることができる時、パネルアレイ１５０の配置は、アセンブリより下方に配置される作物に関する、有益な日陰と風の保護と霰（雹）の保護を最大にするように制御されてもよい。特に、パネルアレイ１５０は、作物収量を最大にすることで知られている、特定の作物における最適な日陰の曲線に合うように配置され、収縮してもよい。
【００８５】
これまで、本発明の基礎をなす概念における好ましい実施形態とある特定の修正を前で十分に定めてきたが、ここで示され説明される実施形態における、ある特定の変形や修正だけでなく、様々な他の実施形態が、前記基礎をなす概念に詳しくなった当該技術の熟練した人々にとって明らかに生じる。それゆえ、当該発明はここにおいて前で特に定めたこと以外で実施されてもよいと理解されるべきである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１４（ａ）】
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【図１４（ｂ）】
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【図１５（ａ）】
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【図１５（ｂ）】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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