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太陽光採光システム協議会

■太陽光採光システム協議会   110106

植物工場の稼動と市場>太陽光採光システム協議会




○設立の経緯
太陽光採光システム協議会(旧名称:太陽光採光システム推進連絡会)は、経済産業省
の支援により平成4年10月に「太陽光採光システム」がエネルギー需給構造改革推進
投資税制の対象設備に指定されたことを受け、同システムの普及・発展を目的として
関連の企業6社によって設立されました。(但し、現在の会員は4社です。)

「太陽光採光システム」とは
太陽光を採光するための自動追尾する採光部を備えたシステム

○活動内容
太陽光採光システムの市場拡大を目的とした普及・広報活動を行うために各社間に
おける情報交換、統一的な技術資料作りなどを中心に行い、年間1回の総会と毎月
運営委員会を開催しています。

また、本協議会のインターネット・ホームページの開設による普及・広報活動や建築雑誌
・学会誌への論文投稿や広告掲載、展示会等への出展などを企画、運営しています。

また、太陽光採光システムが公的な支援制度である環境共生住宅市街地モデル事業
(国土交通省)の補助金対象やエコスクールパイロットモデル事業(文部科学省)の
補助金審査になることをお知らせする広報活動も実施しています。



◎大規模農業生産工場の人工照明を太陽光の不足光量の補完する装置
大規模農業生産工場の超ローコストプラットフォームに組み込むテーマの一つ。
生産コストのウエイトが高い電気料金の低減ができます。また太陽電池等との併用設備
とすると、生産工場使用電力の自給率を高めることができます。

水を循環型にして、温度制御した最適成長温度で土壌に浸み込ませると根菜の生育を
よくする機能もできます。

 ●立体型大規模穀物生産工場と植物生産工場と併用型生産システム実現
  可能な時代が近づきなした。早期の実証実験と、事業化を推奨。 
    A志援ms      


 

 

更新 2011.01.07

□太陽光採光システム協議会

◆設立の経緯
◆活動内容
◆会長  ◆事務局

○資料請求、問合せ
○事務局

 

◇太陽光採光システムとは










 

太陽光採光システムの位置付け

■自然エネルギー活用システム
・太陽光エネルギー ・風力 ・水力 ・地熱 ・海洋  ・バイオ

■太陽エネルギー活用システムの種類
・太陽光発電  ・太陽熱発電  ・太陽光採光
・太陽熱利用  ・ソーラーケミストリー  ・ハイブリッド 

■太陽光採光の種類
◆パッシブ採光   昼光照明(daylighting)
  (固定式) 
・窓、反射ルーバー  ・ライトシェル、プリズムライトガイド 

◆アクティブ採光  太陽光採光システム(sunlighting)
(追尾+駆動方式)
・ミラー方式   ・プリズム方式 ・プリズム、ミラー方式
・レンズ、光ファイバー方式

 

◇太陽光採光システムの定義






 

「太陽光採光システム」とは、太陽光を採光するための自動追尾する駆動部を備えたシステムです。
「太陽光採光システム」は、人工照明では得ることの出来ない、快適な自然光の環境を提供するために開発された画期的なシステムです。
太陽光を積極的に取り入れるために、太陽光を自動追尾する駆動システムを組み込み、日の出から日の入りまで一日中、高効率に太陽光の採光を実現します。
高層化や過密化された都市環境では、北側の居室、窓のない部屋、地下室、地下街など自然採光が不充分であったり、不可能な空間も生まれます。そうした環境にも、太陽光をたっぷりと取り入れることを可能にしたのが、太陽光採光システムです。
 

◇1.採光システム方式、原理
   
図で説明してあります。






























































 

太陽光採光システムとは、太陽光を採光するために太陽追尾装置によって駆動する採光部を備えたシステムです。本システムは、採光部とそれに付随する太陽追尾装置、伝送部、照射部から成り立っています。
1-1採光部
採光部には、反射鏡、プリズムまたはレンズのいずれかとその併用が使われます。
○ミラー方式
平面鏡や曲面鏡を用いて太陽光を反射し、必要に応じて二次反射鏡などを使って所定の場所に太陽光を送り込みます。光の伝送は空気中を通して直接行われます。比較的長距離の照射も可能だが、30m以内が望ましい。また、長距離になる場合は照射したい場所に正確に光を導く設置精度が施工のポイントになります。反射鏡の原理上、太陽高度が高いと鏡の反射面積が小さくなるので太陽高度が高い夏期や南中時の採光量は低下します。

○複合ミラー方式
光の伝送は、空気中を通して直接行われ、長距離の照射も可能です。複数の曲面鏡を組み合せることで、見上げて目に入っても眩しくありません。屋外の公園や校庭などへの大規模採光に最適です

○ダブルミラー方式
本体ミラー(一次ミラー)が太陽を追尾して、標準装備の二次ミラーによって任意の場所に太陽光を採光します。光の伝送は空気中を通して直接行われ、比較的長距離の照射も可能です。日照がさえぎられるビル北側への採光に最適です。

○プリズム、ミラー併用方式
全反射プリズムシートで入射した太陽光をシート面のプリズムで直下方向へ伝送し、水平方向の光は平面反射鏡によって直下に伝送する方式です。この方式は、反射鏡における太陽高度による採光量の変化が少なく、大容量の光量が伝送でき、しかも直線的な長・短距離照射のいずれも可能です。

○レンズ、光ファイバー方式
凸レンズを使用し光を集光する。レンズは常に太陽に正対するように制御されるので太陽高度による伝送効率は変化しません。また、伝送路や伝送距離の制約がほとんどなく、設計の自由度が高いこともこの方式の特徴です。しかし、ケーブル長のコストを考慮して最短でケーブルを敷設することが重要です。

1-2太陽追尾装置
太陽の追尾には、光センサーによって太陽の位置を検出し駆動軸を制御するタイプと、設置場所の緯度・経度と時刻からコンピュータで太陽位置を算出するプログラム方式の二種類があります。またこの二つを併用し、常に太陽の位置を追尾して、雲の出現による追尾時間のロスを少なくする方式が多く採用されつつあります。どの方式も、日没後は自動的に翌日の日の出に備えて採光部の向きを変えるようになっているので、いったん設置すれば、操作不要になります。太陽光採光システムは、採光方式の違いはあるものの、全て太陽追尾装置を備えており、太陽の方位、高度を正確に捉えて太陽の位置にかかわりなく採光するシステムです。追尾のための採光部の駆動方法は、いずれの方式でも省エネルギー設計が進み、小型モーターを使用、AC100Vで数W程度の小さな電力で動き、また太陽電池駆動方式も商品化されています。

1-3伝送部
採光した太陽光は、空気中または光ファイバーケーブルなどの媒体中を伝送されます。空中伝送方式のものでは、採光部の断面積と同じ程度の断面積で遮断されない直線路が必要になります。光ファイバーケーブルを使用する方式では、伝送路は曲線でも良く、柱や梁に邪魔されることもありません。ケーブルが通る細い管路が確保できればよいです。しかしあらかじめ建物内部に配管する必要があるので、施工上、敷設経路の確保が必要です。

1-4照射部
 採光された光を、レンズや拡散板を介することで、直線的な光を様々な配光の光に変化させることが可能です。トップライトと同様に屋根に取り付けるものでは、室内全体に光を拡散させる工夫をしているものもあります。光ファイバーの伝送によるものでは、照射部に任意の照明装置を取り付けることができ、部分的な照明や室内全体に拡散させることができます。
 

◇2採光システムの用途
    
図で説明してあります。






























 

紫外線・赤外線は大幅にカットされて、人間や植物に有効な光である。発熱の少ない光なので、室内温度が上がって空調負荷をかけることはありません。

■建築上の室内、地下への採光
・建物の北側で日影になる周辺空間
・地下空間(大深度を含む)
・吹抜や中庭
・トンネルや高架下歩道

■特殊な環境条件への採光
・室内日光浴
・室内での植物育成
・美術品、家具等の照明

■省エネルギー化
省エネ型で、特に、太陽電池組み込み型に機種が商品化され、電気代がかからずに、採光できるシステムが可能です。

◆夜間、雨天・曇天の時には、採光できない。建物内での通常の照明計画において、事前に下記の事項ついて、検討することが重要です。
・伝送路に制限があるか
・照射される光の質に要求があるか
・照射部のデザインや機能に要求があるか

◆採光した光を光ファイバーで伝送するもの以外は、反射光をそのまま直線的に照射する。トップライトと同様に屋根に取り付けるものでは、室内全体に光を拡散させる工夫をしている。光ファイバーの伝送方式では、照射部に任意の照明装置を取り付けることが可能です。

◎農業生産工場では 生産に必要な光量を補完するための自動制御型人工照明が必要であり光を最適設定できる確率は高い。  A志援 ms
 

◇3.省エネルギーについて








 

太陽光採光システムは太陽の光を光のまま使用する大変効率の良いシステムです。
どのような所で省エネが計れるかというと、太陽が出ているにもかかわらず、照明器具を点灯しているような場所に採用する事により、電力消費を少なくし省エネルギーになります。
太陽が燦燦と輝いている昼間に、照明器具を点灯している所はどんな所かというと、工場、倉庫などの産業分野はもちろん、病院、施設の中廊下や居室、一般住宅の日影になっている部屋などあらゆる所にあります。
さらに、採光システムは赤外線をカットしています。したがって、夏場の太陽からの輻射熱を大幅に減少させ、冷房負荷の軽減にも役立ち、この点からも省エネルギーが計れます。単に照明だけでなくトータルの省エネルギー方法として採用を検討してください。
採用に際しては、建物の構造や周囲の環境、何処へ光を採り入れるかで、様々な採光システムが商品化されています。ユーザーの希望に合う、システムを選択してください。
 

◇4.Q&A
  
図で説明してあります。







































































 

Q1太陽光採光システムはどのような用途に使えますか
このシステムは様々な用途がありますが、下記のような用途の組み合わせで使用されています。
1.暗部ヘの採光:太陽光が当たる方が良いと思われる場所において、施設構造や周辺環境のために暗部となっている場所への採光(日陰対策、吹き抜け、中庭への採光、地下居住空間・作業空間への採光等)

2.環境・アメ二ティ:快適さや環境へのやさしさを、太陽光の持つイメージを利用して演出

3.太陽光特性の利用:服地の色の判断や、塗料の色相調整等の太陽光を必要とする場所への採光

4.省工ネルギー化:人工照明のエネルギー経費を節減

Q2採光される太陽光は自然光と同じですか
自然光には、波長の短い方から紫外線、可視光線、赤外線が含まれています。このシステムでは、有害な紫外線や熱線である赤外線は、採光部のドームやレンズ等により、大幅にカットされますので、自然光と同じ波長の可視光線だけが採光されます。従って、7色の虹の成分が転送され自然の色合いが再現されるため、室内での植物の生育が楽しめます。また、紫外線がカットされるので、皮膚の日焼けや絵画や家具の退色がありません。

Q3太陽光採光システムで採光できる工業はどのような単位で表現されますか
太陽光の光強度は照度[ルクス]で表現し、各システムの採光できる光量は、照度[ルクス:lx]×照射面積[m2]=全光束[ルーメン:lm]で表しています。
システムの採光面積によりますので、3000ルーメン〜50,000ルーメン前後まで幅があります。人工光源と比較するとき、分かり易くするため、蛍光灯(40W:3,000[lm])や白熱灯(100W1500[lm])に換算して、何灯分と表示することもあります。

Q4省エネルギーや地球温暖化防止にどのくらい貢献しますか
太陽光採光システムは、自然光を直接採り入れて利用するため、照明用電力の省エネルギー化が可能で、炭酸ガスの排出量の削減による地球温暖化防止に寄与します。
例えば、10000ルーメンの採光量の機種ですと、100W白熱灯に換算して667Wに相当し、年間日射時間を2,000時間とした場合、年間電力削減量は1,334[kWh/年]、二酸化炭素ガス削減量は、489[CO2・Kg/年]です。

Q5このシステムは雨天や曇天時には採光できますか。
このシステムは、晴天時の直射日光をミラー方式では反射させたり、レンズ方式では集光させるため、雨天や曇天時の散乱光では採光できません。但し、プリズム方式のトップライトに取付る場合には、散乱光は入ります。

Q6このシステムの採光部を駆動させる電気代はどのくらいかかりますか。
太陽光を追尾する制御と駆動モーターに電気代はかかりますが、わずかな消費電力です。年間電気代は、機種にもよりますが、多くても1000円前後です。また、最近は、太陽電池駆動方式のシステムも商品化され今後は電気代はかからない方向に向かっています。

Q7設置位置を決めるポイントはどのおうなことですか。
このシステムの採光部に常に日が当たる方位で、施工し易い場所に設置することです。場所によっては、架台やポール等が必要になります。
また、採光された光の伝送経路で遮断されない設置条件も重要です。これらの条件によっては、施工コストが異なりますので、施工方法と費用を決めるために、事前に、建物、周辺日影、方位等の現地調査が必要となります。

Q8メンテナンスはどのような内容になりますか
日常のメンテナンスには、外装部の透明な樹脂のドームや採光部のミラーやプリズムの経年的な汚れの清掃があります。長期的には、ドームの交換や駆動部のモータの点検・交換保守も必要となります。

Q9このシステムには 公的な支援制度が適用されますか。
現在、導入促進に向けた国の支援策としては、地球温暖化防止等の地球規模の環境問題に総合的に配慮した環境共生住宅を普及するために設けられた「環境共生住宅市街地モデル事業」の施設整備の補助金対象とされています。
また、文部省が進める学校施設の環境負荷を低減し、エコスクールの具体的な整備推進を実施するために、児童生徒の環境教育しながら、今後の学校施設の整備充実を図る「学校施設(エコスクール)の整備推進に関するパイロットモデル事業」の施設整備の補助金審査対象になっています。
 


◇5.参考文献
 

参考文献が紹介されています。

◇太陽光について




































 

1.太陽光と人工光
◆太陽光
・昼光光源
採光の光源としての昼光は、無料で、非常に明るく、演色性の良い光源です。しかし、天気や、方位や、時刻等により大きく変動します。昼光は直射日光と天空光と地物反射光の3つに分けられます。
   
・直射日光
大気圏内に太陽光が入射すると塵や水蒸気によって散乱、吸収されますが、大気層を透過して、直接地表面に達するものが直射日光です。
地表面直射日光の照度は、天気、方位、時刻などにより変動します。さらに、直射日光には方向性があるため、それを受ける面の方向によっても異なります。したがって、直射日光は、光源として用いるには、不確実であり、また強い影や、不快グレアの原因にもなり易いため、安定した光源としての利用は難しいと言えますが、直射日光を上手に制御しながら活用する事で、エネルギーの有効利用が図れます。
○直射日光の地表面での照度の計算式が記してあります。

・天空光
太陽光は大気層を透過する時に塵や雲などにより散乱しますが、その散乱光のうちで地表面に到達するものを天空光と言います。天空の輝度分布は、太陽の位置と大気の状態に大きく左右されるために通常は、非常に複雑なものになります。しかし、実用的には、多くの場合、晴天時、曇天時とも天空輝度分布を一様として仮定します。
室内の照度は、屋外の昼光照度の変動に従って変化するので、昼光設計を行う場合、室内のある点の照度と、屋外の全天空照度の比率である昼光率を指標とするのが普通です。この昼光率と、設計用全天空照度を目的に応じて使用する事により、昼光設計を行います。
○設計用全天空照度が表で記してあります。

・地物反射光
地物反射光とは、直射日光や天空光が周囲の地物、建物、樹木等に反射してくる光の事です。これは、天空光と直射日光の強さの他に、地物の反射性状の影響も受けるので、詳細な取扱いは困難です。地物の輝度は、天空照度の1/10とされる事が多かったのですが、検討が必要とされています。

◆人工光源
人工光源には、一般的に 熱放射を利用する白熱灯と、放電作用を利用する放電灯(蛍光灯・水銀灯等)があります。
光源には、光束(lm)、発光効率(lm/w)、演色性、色温度(K)、配光特性などの諸特性があり、使用目的によって使い分ける必要があります。

LED、有機EL等が急速に開発進化してきています。

2.光の単位(ルクス、ルーメン)

3.太陽光と植物
 

 3.太陽光と植物

   
植物の科目品目で成長段階に応じた
  最適な光量基準をつくる実証をスタート
  することを推奨します。A志援ms




















 

■年間日照時間
日本の年間日照時間1,800〜2,200時間

■太陽光線の性質
・紫外線  0.17〜0.35nm 地球に放射されるエネルギーの 7%
・可視光線 0.67〜0.75nm  地球に放射されるエネルギーの47%
・赤外線  0.67〜4nm   地球に放射されるエネルギーの47%

  太陽光の全体の役半分が暖かさの元である赤外線です。

■日射量  全国平均の日射量
・最大になるのは   5月で約410cal/cm2.day
・最小になるのは  12月で約150cal/cm2.day
・年平均では         約290cal/cm2.day  
 
■太陽のエネルギー
太陽のエネルギー 1Kw/m2
化石燃料から地球環境に好ましい太陽エネルギーの利用が今後重要な役割となるだろう。

■植物に必要な光量
1. 落葉樹の場合10,000lx〜20,000lxが光飽和点(これ以上の光は必要としない最大光強度)といわれています。

2.ギリギリ育つかどうかという光強度は上記の1/10であり、1,000lx〜2,000lxです。

3.花芽の形成されるためには最低1,000lx以上の光がいるといわれております。とはいっても植物の必要とする光量は光強度×照射時間ですから、問題は何時間程度照射されなければならないかが解らないと正確な答えにはなりません。外部北側の殆ど天空光のみに頼る場所でも花は咲きますので(時間は遅れ又、花の数は減る)それ以上の光量が確保できれば良いのではないかと考えます。
 

◇システムの選定・導入

◆システム選定方式
◆システム導入フロー
◆システム、用途別の施工事例
 

◇パンフレット、各種資料
 

「太陽光採光システム協議会パンフレット」
ダウンロードできます。
全ページ pdf(約2.5MB)
 


◇公的支援制度のお知らせ


 

太陽光採光システムは、文部科学省の推進する環境を考慮した学校施設(エコスクール)の整備推進に関する「パイロットモデル事業」の公的補助審査対象設備です。

◎地域の行政主導の産学官連携の農業生産法人が、大学、大学院の実証試験兼ねる学校施設との共同研究等技術開発機能を兼ねるような提案も可能性ゼロでない方法の一つです。
A志援ms
 

○関係先リンク


 

◆会員関連
◆関連官公庁、地方自治体(全都道府県)
◆省エネルギー、環境関連団体
◆関連学会、研究会  
◆気象情報
 

 

 

 

■会員企業及び担当部署及び商品紹介
   直接企業のホームページをご覧下さい。

□(株)テクネット 工事部
 

 ミラー方式「ナチュライト」

□三井造船(株)
機械システム事業本部メカトロシステム営業部

 ミラー方式「ソレイユ」 pdf

□ラフォーレエンジニアリング(株)
営業部

 レンズ、光ファイバー方式「ひまわり」

□(株)菱晃
快適環境事業部トップライト部

 プリズム、ミラー方式「ソラリス」

 

 

 

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