特許 6126061 分散型植物栽培システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6126061

(24)【登録日】2017年4月14日

(45)【発行日】2017年5月10日

(54)【発明の名称】分散型植物栽培システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 37/02 20060101AFI20170424BHJP

   A01G 7/00 20060101ALI20170424BHJP

【ＦＩ】

   H05B37/02 H

   A01G7/00

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-211049(P2014-211049)

(22)【出願日】2014年10月15日

(65)【公開番号】特開2016-81684(P2016-81684A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2015年1月26日

【審判番号】不服2016-3758(P2016-3758/J1)

【審判請求日】2016年3月10日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２６年９月９日、日本生物環境工学会２０１４年東京大会

(73)【特許権者】

【識別番号】593171592

【氏名又は名称】学校法人玉川学園

(73)【特許権者】

【識別番号】591264496

【氏名又は名称】日本▲まき▼線工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000195971

【氏名又は名称】西松建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000420

【氏名又は名称】特許業務法人エム・アイ・ピー

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 博之

(72)【発明者】

【氏名】宇佐見 仁英

(72)【発明者】

【氏名】村井 雄三

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 啓二

(72)【発明者】

【氏名】山口 哲司

(72)【発明者】

【氏名】萩谷 宏三

(72)【発明者】

【氏名】大嶋 泰平

【合議体】

【審判長】 和田 雄二

【審判官】 出口 昌哉

【審判官】 森林 宏和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−４８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５５８６７３２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平５−１６６５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４９４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７１８５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H05B 37/00 - 39/10

A01G 7/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一定のエリアごとに分散して配置される複数の電源調光ユニットを備え、各電源調光ユニットによりパルス調光されたＬＥＤ光を照射して植物を栽培する分散型植物栽培システムであって、
前記電源調光ユニットは、
三相交流電源の各相に接続され、絶縁トランスを介して入力された各相の交流電圧を全波整流する三相全波整流回路と、
前記三相全波整流回路に接続され、全波整流された脈流により点灯する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤからなる３色ＬＥＤ照明回路と、
前記３色ＬＥＤ照明回路に接続され、ＰＷＭ制御された調光信号に基づいて前記３色ＬＥＤ照明回路に出力される電流をＯＮ／ＯＦＦし、前記赤色ＬＥＤ、前記緑色ＬＥＤ、及び前記青色ＬＥＤを個別にパルス調光するパルス調光回路と、
前記３色ＬＥＤ照明回路と前記パルス調光回路との間に配置された検出コイルにより、前記赤色ＬＥＤ、前記緑色ＬＥＤ、及び前記青色ＬＥＤに流れる電流を非接触で検出する電流検出回路とを備え、
電流値をコンピュータにフィードバックさせることで、電流値および光量を制御することを特徴とする分散型植物栽培システム。

【請求項2】

前記調光信号の周波数が１０Ｈｚ〜２ＫＨｚの範囲内に制限されていることを特徴とする請求項１に記載の分散型植物栽培システム。

【請求項3】

前記３色ＬＥＤ照明回路に流れる最大電流を制限する電流制限回路を更に備えていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の分散型植物栽培システム。

【請求項4】

前記三相交流電源の各相の交流電圧を分割、低電圧化して出力する三相の電圧分割トランスを更に備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の分散型植物栽培システム。

【請求項5】

複数の電源調光ユニットを一定のエリアごとに分散して配置し、前記複数の電源調光ユニットの各々により、三相交流電源から絶縁トランスを介して入力された各相の交流電圧を全波整流し、
前記全波整流された脈流により点灯する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤからなる３色ＬＥＤ照明回路を駆動し、
前記３色ＬＥＤ照明回路を駆動する電流をＰＷＭ制御された調光信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦし、
前記３色ＬＥＤ照明回路とパルス調光回路との間に配置された検出コイルにより、前記赤色ＬＥＤ、前記緑色ＬＥＤ、及び前記青色ＬＥＤに流れる電流を非接触で検出し、電流値をコンピュータにフィードバックさせることで、電流値および光量を制御することにより、
前記赤色ＬＥＤ、前記緑色ＬＥＤ、及び前記青色ＬＥＤを個別にパルス調光したＬＥＤ光を照射して植物を栽培することを特徴とする分散型植物栽培方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、植物工場における植物栽培用ＬＥＤ照明に適用可能な分散型植物栽培システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の植物工場における栽培システムの構成を図１５に示す。同図に示すように、従来の栽培システムは、電源回路としての直流安定化電源と、照明回路としての複数の栽培用ＬＥＤと、栽培用ＬＥＤを調光する調光回路を備えて構成されている。

【0003】

直流安定化電源は、図１６に示すようにスイッチング方式の電源回路であって、商用電源から入力された交流電圧を整流平滑回路で整流し、電解コンデンサで脈流を平滑化する。そして、スイッチング回路、高周波トランス、整流平滑回路からなる安定化回路で電圧変動を取り除き、安定化した直流電圧を栽培用ＬＥＤに出力してＬＥＤを点灯させるようになっている。

【0004】

調光回路は、図１７に示すようにＤ／Ａ変換回路と電流制御回路からなり、調光回路に入力されたデジタルの調光信号をＤ／Ａ変換回路でアナログに変換して出力する。また、出力されたアナログの調光信号に基づいて、電流制御回路でＬＥＤ両端の直流電圧を変換することでＬＥＤの光量を制御し、栽培用ＬＥＤを調光するようになっている。

【0005】

なお、このような直流安定化電源を使用した栽培システムとして、下記の特許文献に開示された植物栽培用ＬＥＤ照明システムが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００９−１７１８５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところが、前記のような従来の栽培システムによると、以下のような問題点があった。

【0008】

電源回路において、電解コンデンサや安定化回路等多くの部品を使用したスイッチング方式の直流安定化電源を使用しているため、電源が高価であり、かつ、寿命が短くなる。また、電源回路にジュール熱が発生するため、図１６に示すように冷却ファン等の設備が別途必要となり、システム全体が大型化する。さらに、電源回路が集中型であるため、電源回路と負荷の栽培用ＬＥＤとの間の距離が長くなり、しかも電源回路が故障した場合にはシステム全体を停止しなければならず、生産性に支障を来す恐れがある。

【0009】

調光回路において、ＬＥＤ両端の直流電圧を変換して調光しているため、変換による調光ロスが発生するとともに、消費電力が減少すると変換効率が悪くなってしまう。また、ＬＥＤ両端の電圧が直流であるため、負荷の栽培用ＬＥＤに流れる電流を検出するのが難しく、植物工場全体の管理をシステム化することができない。

【0010】

栽培は光量ＯＮの時間帯と光量ＯＦＦの時間帯の組み合わせで構成されているが、光量ＯＦＦの時間帯はメインの電源スイッチをＯＦＦせずに調光回路により光量をＯＦＦしているため、待機電力ロスが発生する。また、栽培工場内の空調は、暖房時は栽培用ＬＥＤの発熱でまかなえるが、冷房時には電源の変換ロス、調光ロス、待機電力ロス、ＬＥＤ発熱等の要因により空調電力の増加を招いている。

【0011】

そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、低コストかつ高寿命で植物工場全体の管理を効率良くシステム化することができる分散型植物栽培システム及び方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記の目的を達成するため、本発明は、一定のエリアごとに分散して配置される複数の電源調光ユニットを備え、各電源調光ユニットによりパルス調光されたＬＥＤ光を照射して植物を栽培する分散型植物栽培システムであって、前記電源調光ユニットは、三相交流電源の各相に接続され、絶縁トランスを介して入力された各相の交流電圧を全波整流する三相全波整流回路と、前記三相全波整流回路に接続され、全波整流された脈流により点灯する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤからなる３色ＬＥＤ照明回路と、前記３色ＬＥＤ照明回路に接続され、ＰＷＭ制御された調光信号に基づいて前記３色ＬＥＤ照明回路に出力される電流をＯＮ／ＯＦＦし、前記赤色ＬＥＤ、前記緑色ＬＥＤ、及び前記青色ＬＥＤを個別にパルス調光するパルス調光回路と、を備えて構成されていることを特徴とする。

【0013】

また、前記構成からなる分散型植物栽培システムにおいて、前記３色ＬＥＤ照明回路と前記パルス調光回路との間に配置された検出コイルにより、前記赤色ＬＥＤ、前記緑色ＬＥＤ、及び前記青色ＬＥＤに流れる電流を非接触で検出する電流検出回路を更に備えていても良い。

【0014】

また、前記構成からなる分散型植物栽培システムにおいて、前記調光信号の周波数が１０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲内に制限されていることが好ましい。

【0015】

また、前記構成からなる分散型植物栽培システムにおいて、前記３色ＬＥＤ照明回路に流れる最大電流を制限する電流制限回路を更に備えていても良い。

【0016】

また、前記構成からなる分散型植物栽培システムにおいて、前記三相交流電源の各相の交流電圧を分割、低電圧化して出力する三相電圧分割トランスを更に備えていても良い。

【0017】

また、本発明は、複数の電源調光ユニットを一定のエリアごとに分散して配置し、前記複数の電源調光ユニットの各々により、三相交流電源から絶縁トランスを介して入力された各相の交流電圧を全波整流し、前記全波整流された脈流により点灯する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤからなる３色ＬＥＤ照明回路を駆動し、前記３色ＬＥＤ照明回路を駆動する電流をＰＷＭ制御された調光信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦすることにより、前記赤色ＬＥＤ、前記緑色ＬＥＤ、及び前記青色ＬＥＤを個別にパルス調光したＬＥＤ光を照射して植物を栽培することを特徴とする分散型植物栽培方法を提供するものである。

【発明の効果】

【0018】

本発明の分散型植物栽培システム及び方法によれば、以下のような効果が得られる。

【0019】

電源調光ユニットを分散することにより、電源を標準化することができ、設備のコストダウンを図ることができる。また、電源を分散・標準化することにより、予備電源を用意しておくことが可能になり、栽培規模の拡大や栽培種の追加等にも迅速に対応することができる。

【0020】

電源回路において、絶縁トランスとダイオードを使用し、従来のような電解コンデンサや安定化回路等の高価な部品を使用していないため、低コストかつ高寿命なシステムを提供することができる。また、電源回路にジュール熱が発生しないため、冷却ファン等の設備が不要になり、システム全体を小型化することができ、電源の移動や設置場所の制約が少なくなる。

【0021】

調光回路において、絶縁トランスで降圧してパルス調光するため、従来のような変換による調光ロスが発生しない。また、パルス調光することにより、回路各部やＬＥＤに流れる電流を非接触で検出することが可能になり、電流や光量等を制御しやすくなり、全体をシステム化することができる。さらに、光量データ等から栽培植物の生育状態等を全体としてコンピュータ制御することにより、植物工場全体の省エネ化、省人化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に係る分散型植物栽培システムの一例を示す概略図である。

【図2】同システムの全体構成を示す機能ブロック図である。

【図3】同システムにおける電源調光ユニットの構成を示す回路図である。

【図4】同システムにおける調光信号発生器の構成を示す回路図である。

【図5】同システムにおける調光信号発生器の出力波形図である。

【図6】同システムにおける電源回路の変形例を示す機能ブロック図である。

【図7】同システムにおける電圧分割トランスの構成を示す回路図である。

【図8】栽培実験におけるＥＶＤ電源とＤＣ電源の消費電力を比較した表である。

【図9】栽培実験１におけるＥＶＤ試験区の苗とＤＣ試験区の苗の様子を示す写真である。

【図10】栽培実験１における草丈、根長、株の最大径、新鮮重量、ＳＰＡＤ値の測定結果を示す表である。

【図11】栽培実験１における可食部新鮮重量を比較したグラフ図である。

【図12】栽培実験２におけるＥＶＤ試験区の苗の様子を示す写真である。

【図13】栽培実験２における草丈、根長、株の最大径、新鮮重量、ＳＰＡＤ値の測定結果を示す表である。

【図14】栽培実験２における可食部新鮮重量を比較したグラフ図である。

【図15】従来の植物栽培システムの全体構成を示す機能ブロック図である。

【図16】従来のシステムにおける直流安定化電源の構成を示す機能ブロック図である。

【図17】従来のシステムにおける調光回路の構成を示す機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

【0024】

図１に示すように、本実施形態の分散型植物栽培システム１は、閉鎖型の植物工場における植物栽培用ＬＥＤ照明に適用可能なシステムであり、複数個の電源調光ユニット２，２，…を備えていることが特徴である。電源調光ユニット２は、一定のエリアごと、例えば多段型の栽培棚３の一列に１個ずつ分散して配置されており、それぞれの電源調光ユニット２で調光されたＬＥＤ光を照射し、各段の棚上に植栽された植物を栽培するように構成されている。なお、図１では本システム１を薄膜水耕（ＮＦＴ）の栽培棚３に適用したが、これに代えて、湛液型水耕（ＤＦＴ）装置に適用することも可能である。

【0025】

この分散型植物栽培システム１によれば、複数個の電源調光ユニット２，２，…を分散配置することで電源装置を標準化することが可能になる。また、電源装置を分散・標準化することによって、設備のコストダウンを図ることができるとともに、予備電源を用意しておくことが可能になり、栽培規模の拡大や栽培種の追加等にも迅速に対応することができる。

【0026】

図２に示すように、分散型植物栽培システム１は三相交流電源４に接続されており、三相交流電源４からの交流電圧が、ユニット化された各電源調光ユニット２，２，…に供給される。供給された交流電圧は三相全波整流回路５で直流電圧に変換されて３色ＬＥＤ照明回路６に出力され、赤色、緑色、青色の３色のＬＥＤを点灯させる。

【0027】

また、電源調光ユニット２には調光信号発生器９が接続されており、コンピュータ１０からの指令に基づいて調光信号発生器９で生成された調光信号が電源調光ユニット２に入力される。電源調光ユニット２では、入力された調光信号に基づいて３色ＬＥＤ照明回路６に流れる電流を直接ＯＮ／ＯＦＦし、赤色、緑色、青色の３色のＬＥＤが個別に調光される。なお、３色ＬＥＤ照明回路６に流れる電流値は、電流検出回路８で検出される。

【0028】

図３に示すように、電源調光ユニット２は、三相全波整流回路５と、３色ＬＥＤ照明回路６と、パルス調光回路７と、電流検出回路８を備えて構成されている。

【0029】

三相全波整流回路５は、位相が互いに１２０°ずれたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三系統の交流からなる三相交流電源４に対し、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相、Ｗ−Ｕ相のそれぞれに接続された三相の絶縁トランス１１を有する。この三相の絶縁トランス１１の出力側には、それぞれ図のように結線されたダイオードブリッジ型の全波整流回路１２が接続されており、各相の交流電圧を全波整流して出力する。本実施形態では、電源を絶縁トランス１１と全波整流回路１２で構成することにより、電解コンデンサや安定化回路等の高価な部品を使用していないため、低コストで高寿命な電源回路とすることができる。また、従来の直流安定化電源に比べて消費電力を削減することも可能となり、しかも負荷の大小に関わらず変換効率が変化しない。

【0030】

三相全波整流回路５には、３色ＬＥＤ照明回路６が接続されている。３色ＬＥＤ照明回路６は、赤色ＬＥＤ１３、緑色ＬＥＤ１４、及び青色ＬＥＤ１５をそれぞれ複数個ずつ直列接続してなる３列のＬＥＤモジュールからなり、三相全波整流回路５で全波整流された脈流により点灯する。

【0031】

３色ＬＥＤ照明回路６には、電流検出回路８を介してパルス調光回路７が接続されている。パルス調光回路７は、調光信号発生器９に接続されたＯＮ／ＯＦＦ回路１６と、ＬＥＤモジュールに接続された最大電流制限回路１７を備えて構成されている。

【0032】

ＯＮ／ＯＦＦ回路１６は、電流制限抵抗Ｒ１とフォトカプラからなり、調光信号発生器９から出力されるパルス信号に応じて、電流制限抵抗Ｒ１に流れる電流が制限値を超えると発光素子のダイオードＤが点灯して受光素子のフォトトランジスタＱ１がＯＮし、制限値よりも低いとダイオードＤが消灯してフォトトランジスタＱ１がＯＦＦする。これにより、各色のＬＥＤモジュールへ出力される電流のＯＮとＯＦＦが切り替えられる。

【0033】

最大電流制限回路１７は、バイアス抵抗Ｒ２、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ２、トランジスタＱ３、及び電流制限抵抗Ｒ３からなり、電流制限抵抗Ｒ３に流れる電流が制限値を超えるとトランジスタＱ３がＯＮし、電界効果トランジスタＱ２がＯＦＦする。これにより、３色ＬＥＤ照明回路６への電流の供給が遮断され、各色のＬＥＤモジュールに流れる電流の最大値が制限される。

【0034】

また、本実施形態の調光信号発生器９は、図４に示すようにＰＷＭ（パルス幅変調）制御によるパルス調光方式を採用しており、三角波発生回路１８と、可変抵抗ＶＲと、コンパレータＵとからなる。

【0035】

調光信号発生器９では、三角波発生回路１８から出力された三角波電圧と可変抵抗ＶＲで分圧された基準電圧をコンパレータＵで比較し、図５に示すように三角波電圧が基準電圧より高いと電源電圧Ｖｃｃを出力し、低いと０Ｖを出力するＰＷＭ波形が生成される。そして、このＰＷＭ波形からなる調光信号（赤色調光信号、緑色調光信号、青色調光信号）をパルス調光回路７に出力し、そのデューティ比（ＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合）を０〜１００％とすることで各色のＬＥＤの点灯時間と消灯時間を個別に調整し、その明るさを０〜１００％まで制御することができる。

【0036】

このように、本実施形態ではＰＷＭ制御によるパルス調光方式を採用したことにより、３色ＬＥＤ照明回路６に流れる電流を直接ＯＮ／ＯＦＦすることができるため、変換による調光ロスが発生しない。また、このパルス調光方式によれば、調光信号のデューティ比と光量が比例するので、デューティ比の制御によりＬＥＤの光量を容易に管理することができる。

【0037】

ここで、ＰＷＭ波形からなる調光信号は、その周波数が１０Ｈｚ（電圧１００Ｖ、電流２〜１０Ａ）未満であると、植物栽培の管理者にＬＥＤの点滅が感じられるため適していない。一方、その周波数が２ｋＨｚ（電圧１００Ｖ、電流２〜１０Ａ）を超えると、パルス信号で直接ＬＥＤ電流（２〜１０Ａ）をＯＮ／ＯＦＦするためには回路が複雑になり調光ロスが発生する。また、ＯＮ／ＯＦＦ電流が大きいため、絶縁トランス１１が共振して大きなノイズが発生してしまう。さらに、調光信号のデューティ比と光量が比例しなくなり、特に０〜２０％、８０〜１００％において誤差が大きくなる。したがって、調光信号の周波数は１０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲内に制限されていることが好ましい。

【0038】

３色ＬＥＤ照明回路６とパルス調光回路７の間には、図３に示す電流検出回路８が設けられている。電流検出回路８は、強磁性体のコア材にコイルを巻いた中空の検出コイルからなり、コイルの穴に導線を通して配置することにより、赤色ＬＥＤ１３、緑色ＬＥＤ１４、及び青色ＬＥＤ１５に流れる電流を非接触で検出する。そして、電源調光ユニット２，２，…ごとに検出された電流値のアナログデータは、Ａ／Ｄ変換回路においてデジタルデータに変換され、図２に示すコンピュータ１０にフィードバックされる。なお、電流検出回路８では、三相全波整流回路５の出力電圧も検出される。この検出された電圧値のアナログデータも同様に、Ａ／Ｄ変換回路でデジタルデータに変換されてコンピュータ１０に出力される。

【0039】

このように、３色ＬＥＤ照明回路６をパルス調光することにより、ＬＥＤに流れる電流を非接触で検出することができる。そして、電流を非接触で検出することが可能になるので、電流や光量等を制御しやすくなり、全体をシステム化することができる。また、図２に示すように、負荷の３色ＬＥＤ照明回路６に流れる電流や時間等のデータを電源調光ユニット２，２，…単位で収集蓄積し、栽培植物の生育状況等を全体としてコンピュータ１０で管理することにより、植物工場全体の省エネ化、省人化を図ることが可能になる。

【0040】

なお、本実施形態の変形例として、図６に示すように電源調光ユニット２と等電圧分配（ＥＶＤ： Equal Voltage Distributor）方式の電源回路を組み合わせた構成を採用しても良い。この電源回路は、三相交流電源４の各相の交流電圧を分割、低電圧化する三相の電圧分割トランス２０，２０，２０を備えたものである。

【0041】

図７に示すように、三相の電圧分割トランス２０はすべて単巻トランスからなり、Ｕ−Ｖ入力端子間、Ｖ−Ｗ入力端子間、Ｗ−Ｕ入力端子間にそれぞれ入力導線２１を介して巻線２２が直列に接続されており、巻線２２の始端と終端の間の巻数が均等（図７の例では２等分）に分割され、その分割された個別巻線２３の両端に出力導線２４を介して絶縁トランス１１が接続されている。

【0042】

このため、三相交流電源４から入力されたＡＣ２００Ｖの交流電圧は各電圧分割トランス２０，２０，…により均等に２分割され、その結果ＡＣ１００Ｖに低電圧化された交流電圧がそれぞれ絶縁トランス１１，１１，…を介して全波整流回路１２に出力される。

【0043】

最後に、本実施形態のパルス調光が植物の生育に及ぼす影響について、栽培実験による検証に基づいて説明する。

【0044】

＜光量と周波数、デューティ比の関係＞
調光信号の周波数が５Ｈｚ，１００Ｈｚ，２００Ｈｚ，５００Ｈｚ，１ｋＨｚの各周波数において、デューティ比を０から５％刻みで１００％まで変化させたときの赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤでの光量を、ＬＥＤパネルの２７ｃｍ下、分光放射計：ＭＳ−７２０（英弘精機株式会社製）で測定した。最大光量は、赤色ＬＥＤで２１１μmol/m^-2/s^-1 、青色ＬＥＤで５３μmol/m^-2/s^-1 、緑色ＬＥＤで１９μmol/m^-2/s^-1 であり、ほぼデューティ比に比例した値を示した。

【0045】

＜消費電力＞
図６に示す等電圧分配（ＥＶＤ）電源と、図１６に示すスイッチング方式の直流安定化（ＤＣ）電源での光量を変化させたときの消費電力の比較を実施した。ＥＶＤ電源は三相２００Ｖ、ＤＣ電源は単相１００Ｖであり、使用したＬＥＤ素子も異なるため単純な比較はできないが、ＥＶＤ電源とＤＣ電源を等光量となる条件下で測定した電力（Ｗ）のＥＶＤ電源／ＤＣ電源比は、図８に示すように赤色ＬＥＤで６２％（１８０μmol/m^-2/s^-1 ）〜５６％（５０μmol/m^-2/s^-1 ）、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤでは光量に関わらずそれぞれ５２％、６２％前後であった。

【0046】

＜栽培実験１＞
供試植物としてリーフレタス（グリーンウェーブ）を用いた。発芽後、白色蛍光灯（１５０μmol/m^-2/s^-1 、明暗期１６ｈ／８ｈ）下の湛液型水耕（ＤＦＴ）装置で１３日間育苗し、薄膜水耕（ＮＦＴ）装置のＥＶＤ試験区とＤＣ試験区に定植した。定植は、５０株の苗から、生育の良いもの１２株（Ｌ）、遅れているもの１２株（Ｓ）を選別、それぞれの試験区に１２株（Ｓ＋Ｌ）を割り付けた。ＥＶＤ試験区の苗とＤＣ試験区の苗の様子を図９に示す。ＥＶＤ電源の周波数は５００Ｈｚとし、赤色１５０μmol/m^-2/s^-1 ＋青色１５μmol/m^-2/s^-1 、ＤＣ電源も同じ光量となるように調光して明期２４ｈで１７日間の栽培をした。

【0047】

＜栽培実験１の結果と考察＞
草丈、根長、株の最大径、新鮮重量（可食部、根部）、ＳＰＡＤ値を測定した。その結果を図１０に示す。ＥＶＤ試験区とＤＣ試験区では、草丈、根長、株の最大径、ＳＰＡＤ値の平均値に大きな相違はなかった。可食部新鮮重量の平均値に相違が出たので、差を比較するためにｔ検定を実施した。各試験区（ＥＶＤ、ＤＣ）、苗サイズ（Ｓ、Ｌ）での可食部新鮮重量を図１１に示す。検定結果は、ＥＶＤ（Ｓ）対ＤＣ（Ｓ）がＰ（Ｔ＜＝ｔ）０．０５７＞０．０５、ＥＶＤ（Ｌ）対ＤＣ（Ｌ）がＰ（Ｔ＜＝ｔ）０．１１３４＞０．０５となった。これらの結果から、Ｓ個体群では「有意傾向である」がＬ個体群では「有意差はない」ことが推察される。定植時の苗選択のバラツキを考慮すると両方式での明確な有意性を認めることはできないが、パルス調光が生育初期において生育を促進する可能性を示唆したものとも言える。

【0048】

＜栽培実験２＞
供試植物としてリーフレタス（グリーンウェーブとレッドファイア）を用いた。発芽後、白色蛍光灯（１５０μmol/m^-2/s^-1 、明暗期１６ｈ／８ｈ）下の湛液型水耕（ＤＦＴ）装置で１７日間育苗し、薄膜水耕（ＮＦＴ）装置のＥＶＤ試験区に定植した。定植は、５０株の苗から、グリーンウェーブ、レッドファイアそれぞれ生育が同程度のもの６株を選別した。その苗の様子を図１２に示す。ＥＶＤの周波数は５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、２００Ｈｚとし、周波数を変えて１４日間の栽培実験を実施した。栽培時の光量は、赤色１５０μmol/m^-2/s^-1 ＋青色１５μmol/m^-2/s^-1 とした。

【0049】

＜栽培実験２の結果と考察＞
草丈、根長、株の最大径、新鮮重量（可食部、根部）、ＳＰＡＤ値を測定した。その結果を図１３に示す。草丈、根長、株の最大径、可食部新鮮重量、ＳＰＡＤ値の平均値に有意水準を超えるような大きな相違はなかった。しかしながら、グリーンウェーブとレッドファイアの可食部新鮮重量の平均値では、グリーンウェーブでは周波数が増加すると生育が促進され、レッドファイアでは抑制される傾向が見られた（図１４を参照）。これは、栽培品種によってパルス光の周波数が生育に影響する可能性を示唆する結果とも言える。

【0050】

＜まとめ＞
ＥＶＤ電源を植物工場ＬＥＤ照明システムに適用し、レタスの栽培実験を通した評価した。その結果、交流電源でも十分な光量が得られるとともに、ＰＷＭ制御により細かな調光が可能なことが検証できた。また、厳密な比較ではないが、電源部での消費電力の削減の可能性があることを示せた。さらに、レタス栽培において、パルス調光が幼苗期に生育を促進する可能性を示唆する結果が得られた。

【符号の説明】

【0051】

１：分散型植物栽培システム
２：電源調光ユニット
３：栽培棚
４：三相交流電源
５：三相全波整流回路
６：３色ＬＥＤ照明回路
７：パルス調光回路
８：電流検出回路
９：調光信号発生器
１０：コンピュータ
１１：絶縁トランス
１２：全波整流回路
１３：赤色ＬＥＤ
１４：緑色ＬＥＤ
１５：青色ＬＥＤ
１６：ＯＮ／ＯＦＦ回路
１７：最大電流制限回路
１８：三角波発生回路
１９：検出コイル
２０：電圧分割トランス
２１：入力導線
２２：巻線
２３：個別巻線
２４：出力導線
Ｄ：ダイオード
Ｑ１：フォトトランジスタ
Ｑ２：電界効果トランジスタ
Ｑ３：トランジスタ
Ｒ１：電流制限抵抗
Ｒ２：バイアス抵抗
Ｒ３：電流制限抵抗
ＶＲ：可変抵抗
Ｕ：コンパレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】