成果報告書詳細
管理番号20170000000071
タイトル平成25年度ー平成27年度成果報告書 太陽光発電多用途化実証プロジェクト/太陽光発電多用途化実証事業/太陽電池屋根設置型ビニールハウス植物工場化プロジェクト
公開日2017/3/31
報告書年度2013 - 2015
委託先名ユニバーサリー電工株式会社
プロジェクト番号P13008
部署名新エネルギー部
和文要約農業において再生可能エネルギーを活用し、生産コスト削減と環境負荷低減を行い、魅力ある新しい農業を実現することを目的として、太陽光発電を農業分野へ普及させるため、ビニールハウスの屋根部に太陽電池を設置する専用の発電システムの研究開発を行なった。板状の太陽電池パネルをビニールハウスのアーチ状の屋根部に設置可能な構造にした上で定期的に不可欠であるビニールの張替え作業を容易にし、充分な風雨対策を施した専用の架台の設計を行なった。同時に架台取付けにおいて必要となる付帯部品の設計を行なった。太陽電池設置架台を検証するため、数値シミュレーションによる強度解析及び開発した試作品試料を用いた強度試験を行った。架台強度を検証するための荷重条件を、積雪時の重量50kg/m2及び風速50m/sの風圧が作用した時より大きい荷重に設定し、その負荷が架台に作用した時の架台部材の強度を調査した。風速50m/sの風圧が作用する荷重は、流体解析ソフトウェアを使った数値シミュレーションを実施して求めた。架台のFRP素材の強度試験を実施して機械特性値を取得し、この値を用いて構造解析ソフトウェアを使った強度解析を行なった結果、設定した荷重条件では開発した架台の強度は構造耐久性について十分であることを確認した。また、架台部材の中で荷重が集中して作用するビニールハウスと架台の取付け部材であるダクターを用いた強度試験を行った結果、この荷重条件では永久変形等の破損はなく、強度は十分であることを確認した。太陽電池設置架台の試作を行ない、ビニールハウス上に設置して実証評価を実施した。実証の結果、期待通りの太陽光発電による電力が得られ、雨、風などの天候による影響に耐えられることが確認できた。太陽光発電で得られた電力を活用し、エネルギーの地産地消を効率的に実現するため、ビニールハウス内の空気循環装置の改良、夏季の日射制御装置の開発を行なった。循環用送風機として、新素材のCFRPを羽根車に採用し、羽根車サイズを小さくし高速回転する事で、送風機の軽量化且つ小形化を図った。CFRP材料は金属材料に対し耐食性に優れ、比強度が高く、且つ軽量な材料である反面材料コストが高価となる為、製造コストを抑えたVaRTM成形法での羽根車一体成形方法を確立した。羽根車は気流解析ソフト、強度解析ソフトの活用により、ハウス内空気循環送風機に最適な性能・騒音・形状を実現した。高温多湿なビニールハウス内環境を考慮してステンレス製電動機フレームを採用し、錆や腐食への耐性の向上を図った。ビニールハウスの植物工場化に向けた環境制御に関して、栽培に必要なビニールハウス内の多地点の温湿度等のさまざまな環境データや太陽光発電システムの発電量・使用電力量等のエネルギーのデータ、環境制御装置の稼働状況を長期に渡って環境情報を計測しクラウドへ蓄積しモバイル端末等で確認できるシステムの試作を行った。太陽光発電システムおよび複合環境制御システムを設置した実証用ビニールハウスでの検証により、太陽光発電を用いて発電したエネルギーを活用し、そのビニールハウスに設置された環境制御装置を稼動させて栽培環境を整え農産物を栽培できるシステムの試作品を完成させた。今回は、熊本県の代表的な農産物であるデコポンとカラーの二つの農産物での実証を行ない、農作物の生育への影響もなく営農可能であることを確認できた。弊社としては、本研究開発をまとめ商品化し、農業における再生可能エネルギーの活用で、生産コスト削減と環境負荷低減を行い、魅力ある新しい農業のお手伝いをしていきたい。
英文要約For the promotion of the agricultural sector of the solar power generation, we have research and development of the power generation system to install solar cells on the roof of the greenhouses. By considering the shape and the maintenance and construction of suitable for greenhouses installation part, we have designed a dedicated mount. We devised the structure and sealing packing of the mount to improve the waterproof property into the greenhouse. By installing a solar cell unit on top of the actual greenhouse, we verified the workability. In order to verify the strength of the mount for solar cells, strength analysis using numerical simulation and strength tests for real samples of the mount were conducted. The loading condition which considered the load by the pressure of weight 50kg/m2 was used to verify the strength of the mount. The load as which the wind pressure of the wind velocity 50m/s acts on a mount was obtained using fluid analysis simulation. As the result, it was indicated that the mount has the enough strength under the setup conditions. And, it was also indicated that the mount has the enough strength by strength tests using real samples. After making a prototype solar cell mount, we have evaluated demonstration placed on greenhouse. From the results of the demonstration, electoric power is obtained by the solar power generation as expected, and mount could be confirmed that withstand the effects of weather, such as rain and wind. To take advantage of the power of solar power generation, and realize the local production and consumption of energy efficient, we have developed an improved and solar radiation control system and air circulation equipment in a greenhouse. Reduction of the weight and the size can be achieved by downsizing of the fan impellers and increasing the rotation speed because the specific strength of CFRP is higher and its weight is lighter than those of metal materials. We have established an impeller integral molding method with reduced manufacturing cost. By utilizing such as air flow analysis software and strength analysis software, we have realized the impeller of the optimal performance, noise and shape as the air circulation blower. We studied about an environmental control system and monitored grown-up step of Baby Leaf using this system. We developed the wireless data acquisition system to measure environment information of greenhouse. By this system, multiple point data were successfully stored into cloud-based information server with long-term period. The solar power generation system and complex environmental control system were verified. While generating a reasonable electric energy competence by solar power, we confirmed that it is possible to aply for farming without any effect on the agricultural products growth. In addition, by building a visualization environment of environmental data, we've achieved a production support system.
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