2005.02.27
太陽電池ＴＧＭ－５００
ベランダに太陽電池を付けました。
あらすじ
太陽電池で屋根を覆うアイデアは、話を聞くだけで終わってしまいましたが、それでも試してみたかったので、小さな太陽電池を買ってベランダに取り付けました。バッテリーは古いものを使っているので、あまり電気をためられませんが、昼間にノートパソコンを充電したりして使っています。
太陽電池
太陽電池は、風力発電やエンジン発電機と違って、太陽光を当てるだけで電気が手に入る代わりに、面積当たりの発電効率は低いので、大電力を得ようとすると広い面積が必要になり、コスト的にもかなり高価になります。家中の電力をソーラーでまかなうことは考えませんが、携帯やヒゲソリを充電する、ノートパソコンを使う、点けっぱなしのADSLモデムと無線LANの電源をまかなう(停電してもインターネットが閲覧可能(^^;)、などを目標とします。
今回買った太陽電池
２枚セットで購入し、並べて取り付けています。
以下１枚のスペック
・面積：外枠で実測405mm×260mm。
・発電量：公称９Ｗ、１２Ｖ５００ｍＡ。
・シーメンス社製の単結晶セルを使っており、耐食アルミフレーム、強化ガラス使用の屋外設置型だそう。
・重さ：１．６ｋｇ
・価格：２枚セットで\21,000。
今回入手した太陽電池は、面積が２枚でほぼ新聞紙一面分の広さ、0.21㎡。発電量は２枚で直管の蛍光灯１本分、18Wです。
取り付け
せっかくの屋外設置型太陽電池なので、腐らない、さびないように、アルミ板でベランダに取り付けるフレームを作ってみました。太陽電池がベランダから落下したら危ないので、しっかりと設計・製作・施工したつもりでしたが、出来たものを改めて見ると、アルミ板は(1.2mm厚)若干薄い感じもします。
45°に傾けて取り付け。方角はほぼ南向き。
このあと、下側にもＵ字型の取り付け金具を付けた(計４ヶ所)
チャージコントローラとバッテリー
太陽電池はお天気任せなので、充電しておかないと、晴れている昼間にしか電気が使えませんし、晴れていても雲がかかると電圧が下がったりして不安定です。バッテリー(充電池)として、ニッカドやニッケル水素電池なら、過充電、過放電に強いので、自分で充電回路を作ってみるのも面白そうですが、一般的なのは鉛蓄電池。ソーラーパネルから鉛蓄電池への充電を制御するチャージコントローラとして、今回はモーニングスター社のＳＧ－４を使ってみます。
左にあるのが、チャージコントローラ ＳＧ－４
バッテリーは10年位前に購入した松下電工のEZ710。内蔵電池は６．５ＡＨですが、容量が減ってきている感じがします。バッテリーは様子を見て追加購入しようと思います。
正弦波インバーター ＦＩ－Ｓ１２６
バッテリーのＤＣ１２Vを、家庭用の電化製品が使えるＡＣ１００Vに変える装置です。松下電工のバッテリーにもインバーター機能は付いているのですが、波形が特殊矩形波なので、つなぐものによっては(熱くなったり鳴いたりするので)心配になります。正弦波ならどんなものをつないでも(１２５Ｗ以下限定ですが)安心です。このインバーターでノートパソコンを使ってみると、ハードディスクのアクセス時など、消費電力がかなり変動している様子がバッテリーの電圧変化から分かります。
携帯電話を充電中
配線
太陽電池とバッテリーの間にチャージコントローラを入れて使います。バッテリーの電圧が低いうちは、チャージコントローラが太陽電池とバッテリーを直結するので、太陽電池の発生する電力はすべてバッテリーに充電されます。充電が進んでバッテリー電圧が上がってくると、チャージコントローラは過充電を防止するために、電流をPWMすることで充電電流を減らしていき、満充電になると太陽電池とバッテリーは切り離されます。
結線図(ダイオードはソーラーパネル内蔵)
鉛蓄電池は放電状態で放置するとダメになってしまうので、使わなくても定期的に充電する必要があります。太陽電池で毎日充電されるこの状態は(しかもタダで)精神衛生上良いです。１０年前のバッテリーは容量が減っているようで、太陽電池が発電しない夜に使えるパワーは、ノートパソコンで30分程度(メーターが黄色に入り、「キッ」とブザーが鳴る)。とりあえず、晴れている昼間に ｉＰｏｄ ｍｉｎｉ や携帯電話を充電しています。曇ってくると、電圧が下がるので、天気が気になります。電気代なしで充電できるのはうれしいですが、既に装置代が６万円以上かかっています。(^^;
ＤＡＴＡ
| 太陽電池パネル TGM-500 | \21,000(２枚セット) |
| チャージコントローラ SG-4 | \6,100 |
| 正弦波インバーター ＦＩ－Ｓ１２６ | \28,000 |
| フレームの材料 | \4,061(Ｌ金具カット代含む) |
| 配線コード、端子など | \1,418 |
測定データ
電圧ロガーを使って、一日の電圧変化を５分毎に取ってみました。
太陽電池の開放電圧
太陽電池に何もつながない時の、一日の開放電圧推移です。20V程度まで上昇しています。
充電の様子
太陽電池にチャージコントローラを介してバッテリーをつないだ場合の、チャージコントローラ入力端での一日の電圧推移です(上の結線図のＶ電圧)。
- 毎朝２時間程度バッテリーが充電され、7:00～8:00頃に満タンになってからは、切り離された状態になって電圧は上昇しています。
- 4/7はバッテリーがちょっと放電していたことと、朝方天気も曇りだったたため、３時間程度充電したようで、4/8と4/9は前日に充電された状態だったため、２時間程度で満タンになったようです。この時は、充電するだけで、バッテリーの電力は取り出していないので、バッテリーが元気なら、毎朝２時間も充電することは無いのでしょう。
- バッテリーが満タンになって、電圧が19V近くに上昇した後は、太陽電池は仕事をしていないことになります。もっと容量の大きなバッテリーを付ければ、もっと長い時間充電され、より多くの電力を太陽電池から取り出すことができますが、あまり容量を大きくすると、荒天が続いた時に充電し切れない場合も出てくるでしょう。
- 15:25辺りで電圧がちょっと下がっていますが、太陽が隣家の陰にかくれるためです。太陽電池に何もつながない開放電圧だと、日陰になっても電圧変化が良く分かりませんが、負荷をつなぐと電圧が下がってきます。
- 4/10は、12:40頃から13:25頃までインバーターを介してノートパソコンを使いました。そのため、その後14:30頃まで太陽電池とバッテリーが直結されてバルクチャージ、その後はPWM制御で徐々にチャージ電流が減って、15:00頃には普段と同じ電圧値に復帰しています。
曇りや雨の日の様子
曇りや雨の日のＶ電圧の様子です。電力は取り出していません。電圧は太陽光の照度に合わせて激しく上下します。