太陽電池の植物成長刺激剤。スキーム、説明

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太陽電池をベースにした植物成長促進装置。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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記事へのコメント

太陽電池は、その驚くべき範囲の応用を考えると本当に素晴らしいものです。時計に電力を供給する小型太陽電池や、高輝度白熱灯の電源システム用の比較的強力な太陽電池が知られている。確かに、太陽電池の範囲は非常に広いです。

以下は、信じられないような太陽電池の応用例です。私たちは植物の成長を刺激する光電変換器について話しています。信じられないように思えますか？

植物の成長

ほとんどの読者は、植物の生命の主な原動力である光合成現象についてはよく知っています。本質的に、光合成は太陽光によって植物に栄養が供給されるプロセスです。

光合成のプロセスは、この本で可能な適切な説明よりもはるかに複雑ですが、そのプロセスは次のとおりです。すべての緑色植物の葉は、数千の個々の細胞で構成されています。ちなみに、葉に緑色を与えるクロロフィルと呼ばれる物質が含まれています。それぞれのセルは小型の化学プラントです。フォトンと呼ばれる光の粒子が細胞に入ると、クロロフィルによって吸収されます。このプロセスで放出される光子エネルギーはクロロフィルを活性化し、一連の変換を引き起こし、最終的に糖とデンプンの形成につながり、それらは植物に吸収されて成長を刺激します。

太陽光発電植物成長刺激装置

これらの物質は、植物が必要とするまで細胞内に保管されます。葉が植物に提供できる栄養素の量は、葉の表面に降り注ぐ太陽光の量に直接比例すると考えて間違いありません。この現象は、太陽電池のエネルギー変換に似ています。

ルーツについて一言

しかし、太陽光だけでは植物にとって十分ではありません。栄養素を生産するには、葉に原料がなければなりません。そのような物質の供給者は発達した根系であり、そこを通じて土壌から吸収されます。というか、土だけでなく空気からも。人間と動物にとって幸いなことに、植物は日中に二酸化炭素を呼吸し、私たちが吸い込む空気に比べて二酸化炭素と酸素の比率が大幅に増加した空気を吐き出すことで、常に大気を豊かにします。

複雑な構造である根は、植物の発育にとって太陽光と同じくらい重要です。通常、根系は、それが養う植物と同じくらい広範囲に広がり、分岐しています。たとえば、高さ 10 cm の健康な植物には、地下 10 cm の深さまで根系があることがわかります。もちろん、これは常に起こるわけではなく、すべての植物に起こるわけではありませんが、原則として、これはとても〜です。

したがって、根系の成長を何らかの方法で促進できれば、植物の上部も追随して同じ量だけ成長するだろうと期待するのは論理的です。実際には、このようなことが起こります。まだ完全には理解されていなかった作用のおかげで、微弱な電流が実際に根系の発達を促進し、したがって植物の成長を促進することが発見されました。このような電流による刺激は、光合成中に通常の方法で得られるエネルギーを実際に補うと考えられています。

光電と光合成

太陽電池は、光合成中の葉の細胞と同様に、光の光子を吸収し、そのエネルギーを電気エネルギーに変換します。ただし、太陽電池は植物の葉とは異なり、変換機能をはるかに優れて実行します。したがって、典型的な太陽電池は、そこに当たる光の少なくとも 10% を電気エネルギーに変換します。一方、光合成中は、入射光のほぼ 0,1% がエネルギーに変換されます。

XNUMX つの太陽電池が植物の根系に接続されると、その成長が刺激されます。しかし、ここで一つのトリックがあります。それは、根の成長を刺激すると日陰の植物でより良い結果が得られるという事実にあります。

根刺激剤には何かメリットがあるのでしょうか？これは、同じ種類、同じ樹齢で、同じ条件で生育している XNUMX つの植物の写真を見ることで判断できます。左側の植物には根系刺激装置がありました。

実験には長さ10cm程度の苗を選び、かなり離れた窓から差し込む弱い日差しが当たる室内で育てた。太陽電池のフェースプレートを太陽光の方向に向ける以外に、植物に有利になるような試みは行われませんでした。

実験は約1か月間続きました。この写真は35日目に撮ったものです。根系刺激装置を備えた植物が対照植物よりも 2 倍以上大きいことは注目に値します。

太陽光発電植物成長刺激装置
Pic.1

研究によると、強い日光にさらされた植物は根の刺激からほとんど、またはまったく利益を得られません。これはおそらく、このような植物には光合成によって得られるエネルギーが十分にあるためと考えられます。植物のエネルギー源が光電変換器（太陽電池）のみである場合にのみ刺激効果が現れるようです。

ただし、光合成中に太陽電池は葉よりもはるかに効率的に光をエネルギーに変換することを覚えておく必要があります。特に、日常的に屋内照明として使用される蛍光灯や白熱灯の光など、植物にとってはまったく役に立たない光を、有用な量の電力に変換できます。実験では、種子を微弱電流にさらすと発芽が促進され、新芽の数が増加し、最終的には収量が増加することも示されています。

成長刺激装置の設計

理論をテストするために必要なのは、単一の太陽電池だけです。ただし、根の近くの地面に簡単に刺せる一対の電極が必要になります (図 2)。

太陽光発電植物成長刺激装置
Pic.2

植物の近くの地面に数本の長い釘を刺し、それらをある種の太陽電池にワイヤで接続することで、根刺激装置を迅速かつ簡単にテストできます。

根系を刺激するのに必要な電流は無視できるため、太陽電池のサイズは本質的に無関係です。ただし、最良の結果を得るには、太陽電池の表面がより多くの光を取り込むのに十分な大きさである必要があります。これらの条件を考慮して、根系刺激装置には直径 6 cm の要素が選択されました。

3 本のステンレス鋼ロッドを要素ディスクに接続しました。そのうちのXNUMXつは素子の背面接点にはんだ付けされ、もうXNUMXつは上部集電グリッドにはんだ付けされました（図XNUMX）。ただし、エレメントは壊れやすく、薄すぎるため、ロッドの固定具として使用することはお勧めできません。

太陽光発電植物成長刺激装置
Pic.3

太陽電池は少し大きめの金属板（主にアルミニウムやステンレス）に取り付けるのがベストです。エレメントの裏側でプレートの電気的接触が確実であることを確認した後、一方のロッドをプレートに接続し、もう一方のロッドを集電グリッドに接続できます。

別の方法で構造を組み立てることもできます。エレメント、ロッド、その他すべてをプラスチックの保護ケースに入れます。小間物店、金物店、事務用品店などで見かける、薄い透明なプラスチック製の箱（記念硬貨の包装などに使用される）がこの目的に非常に適しています。金属棒がねじれたり曲がったりしないように強化するだけで済みます。製品全体を液体硬化性ポリマー組成物で満たすこともできます。

ただし、液体ポリマーが硬化すると収縮が発生することに留意する必要があります。エレメントと付属のロッドがしっかりと固定されていれば、問題は発生しません。ポリマーコンパウンドの収縮中にロッドの固定が不十分だと、エレメントが破壊され、故障の原因となる可能性があります。

この要素は外部環境からの保護も必要です。シリコン太陽電池はわずかに吸湿性があり、少量の水を吸収する可能性があります。もちろん、時間の経過とともに、水は結晶内部に少し浸透し、最も露出した原子結合を破壊します。その結果、素子の電気的特性が劣化し、最終的には完全に故障してしまいます。

湿気の影響による太陽電池パラメータの劣化のメカニズムは異なります。まず、金属接点の腐食と反射防止コーティングの剥離が発生し、太陽電池の端に導電性ジャンパが現れ、pn 接合を分流します。

要素が適切なポリマー組成物で充填されていれば、問題は解決されたと考えられます。要素を取り付ける他の方法では、別の解決策が必要になります。

パーツリスト

直径6cmの太陽電池。長さ約2cmのステンレス棒20本。適切なプラスチック製の箱 (本文を参照)。

成長刺激実験

刺激装置の準備ができたので、根の近くの地面にXNUMX本の金属棒を突き刺す必要があります。残りは太陽電池がやってくれます。

こんな簡単な実験ができます。できれば同様の条件で栽培した、同一の植物を XNUMX つ用意します。別々の鉢に植えてください。根系刺激電極をポットの XNUMX つに挿入し、XNUMX 番目の植物を制御のために残します。次に、両方の植物を同じように世話し、同時に水をやり、同じ注意を払う必要があります。

約 30 日後、XNUMX つの植物の間に顕著な違いがあることに気づくでしょう。根刺激剤を備えた植物は対照植物よりも明らかに背が高く、より多くの葉を持ちます。この実験は屋内で人工照明のみを使用して行うのが最適です。

この刺激装置は屋内植物に使用でき、植物を健康に保ちます。庭師や花の栽培者は、種子の発芽を早めたり、植物の根系を改善したりするためにこれを使用できます。この興奮剤の使用の種類に関係なく、この分野ではうまく実験できます。

著者：バイヤーズT。

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