自作する太陽光発電システム - Hand made Solar Power System -

基本構想

基本構想

 小規模の太陽光パネルを自前で設置し、システムを作ろうと試みました。何しろ本格的なシステムを業者に頼むと、一般的な住宅用のシステムでは4Kwで200万円近くするようです。
は下らないでしょう。

 そして、その投資の回収には10年以上かかると言います。10年でやっと投資資金を回収しても、システムのメンテナンス等にまた資金が必要でしょう。10年先には、生きているか死んでいるか分からない年になっているので、200万円近い投資に踏みきることには躊躇します。

 でも、昨今の電力事情や、自然エネルギーの活用などを考えると、太陽光発電への魅力は捨てがたいものがあります。
そこで、とりあえず小規模の太陽光発電システムを自前で手がけ、ノウハウを蓄積し、その上で順次規模を拡大していこうと計画しました。

機材の選定

ソーラパネル

 将来に規模を拡大する時にも、そのまま利用が出来るように考え、100W(12V)のパネルを採用することにしました。
これを何枚からスタートするか悩みましたが、実用的なシステムにするには、4枚にする事にしました。これで最大400Wの出力が期待できます。

下の画像は採用した100Wの多結晶パネルです。

画像の説明

ソーラーパネル 100W 多結晶 AT-MB100A(中国製)です。
・多結晶にするか単結晶にするか迷いました。
長寿命(らしい)こと、曇っていても発電量がよいこと(らしい)、
何よりも安いことが決定の理由です。
でも、最近は単結晶のパネルが一般的なようです。

本機の仕様は
 公称最大出力   100W
 公称最大出力動作電圧 18V
 公称最大出力動作電流 5.56A
 公称開放電圧  22.36V
 公称短絡電流     6.17A
 サイズ  1150×670×35mm
 質量      9.5kg

です。

バッテリー

 太陽光発電システムには必ずバッテリーが必要です。これにどんなバッテリーを使うかは悩むところです。性能からはリチュームイオン電池が最高でしょうが、とんでもない値段がします。
一般的には、ヘビーデュテイバッテリーと言うのを使います。115AH程度のものが2万円近くしています。

 一番手頃で値段が安いのが自動車用バッテリーです。30Ahのものが4千円ぐらいからあります。でも115Ahぐらいだとやはり2万円近くするようです。

 いろいろ考えて、自動車用バッテリー(普通車用)を使用することにしました。とにかく安いので初期投資を少なくするためで当面これで実験して見ようと思ったのでした。

400Wの出力を得るためには、12Vのバッテリでは、
400÷12 33(A)を流す必要があります。33Aが連続して流れる回路を構成するのは、バッテリはもちろん、電源ケーブル、インバータがその電流に耐えられるようにするためには大変です。
ですから、12Vでの使用はとても無理だとわかります。

 バッテリーを2基直列にして24Vにすると、電流は16.5Aになり、なんとかなりそうです。
4基直列して48Vにすると、8.25Aとなります。
これだと、普通自動車用30AHの安いバッテリーでも短時間なら使えそうで。満充電していれば、二,三時間は使えそうな気がします。 
 大容量のバッテリーを使う場合は2基直列にして、24Vシステムにするのがインバータなどの機材が入手し易いでしょう。低電力の実用システムにするにはこれがいいかも知れません。

でも、安い普通自動車用バッテリーでは能力不足で、5,60Ahの大型車用にする必要があるでしょう。1基1万円として、2万円必要です。ヘビーデュテイバッテリーを使うのでは四万円近くなります。

画像の説明

 結局、普通自動車用バッテリー、パナソニック40B19L2個と40B19R2個との組み合わせで4個直列接続して使うことにしました。合計48Vとなります。
1基で30Ahですから4基で120Ah、価格は4000円x4で16000円。容量対価格比ではヘビーデュテイバッテリー115Ah1基とほとんど変わらなくなってしまいます。

 当初にバッテリに6万円を出せるのであれば、ヘビーデュテイバッテリー4基の選択がいいと思います。普通自動車のバッテリを選んだのは”安物買いの銭失い”
といえますが、システム構築ノウハウを得るためのの授業料と思っての決断でした。

インバーター

 直流48Vのバッテリーを、交流100Vの変換する機材です。
DC-ACコンバーターで一般にインバーターと呼ばれています。

 入力電圧が12Vのものは自動車に搭載する目的で作られているので、非常に種類が豊富で安価ですが、実用的なソーラーシステムにはパワー不足で使えないでしょう。ソーラシステム用には24Vのものが多く価格もいろいろあり、選択肢が多いようです。

 ただ、24Vシステムでは、1KWを取り出すためには 1000÷24=41(A)となります。41Aを常時流すにはケーブルや機材の選定、工事は大変で、24Vシステムでは不可です。
で、4将来を見越して48Vシステムにする事に決定したのです。

 48Vシステムでいくことを決めているので、48V用のインバータを探しましたが、種類は多くなく、価格も24V用とは価格がかなり高めでした。
48V用で将来パネル増設とバッテリーの強化を見通して1KWの物にすることにしました。

画像の説明

 HILEVEL製の1,000W出力48V(中国製)の正弦波インバータです。中国製で少し心配でしたが価格の安さにはかないませんでした。正弦波インバータなので、高調波によるノイズは少ないだろうと思ったのですが、
実際には無線機への雑音には悩まされています。

 さすが国産のインバーターはほぼ完璧にノイズはなくなっているようなんですが、値段が2倍ほどします。
目下、自分でいろいろ対策をしているところです。
採用したインバーターの仕様は下記のようです。

   DC電圧     48V
   電圧範囲    42-60VDC
   無負荷電流  0.5A 以下
   効率       85% 以上
   AC電圧    100 VAC
   連続出力    1000W
   サージ電力 2000W
   波形      正弦波
   周波数     50Hz/60Hz
   低電圧アラーム 44V
   低電圧シャットダウン 42V
   過電圧シャットダウン 61.2V
   作業温度     -10~50度
   サイズ     320x165x90mm
   重量       3.1kg

コントローラー

 ソーラーパネルで発電した電力をバッテリーに充電し、インバーターに必要な電流をコントロールするための機材です。
ソーラーパネルの種類、バッテリー、インバータを決定すると、それぞれの機材を最適化するために必要な機材です。

 これも、ソーラーパネル、バッテリ、インバータが決まればそれに適したコントローラを選択することになります。
これも結構な値段がしますし、マイコン内蔵でバッテリの過充電や過放電によりバッテリの寿命を縮めないようにコントロールするようになっています。

 すべて標準的な機材でソラーシステムを構成するのであればを市販されているコントローラを使うとよいでしょう。
私の場合は、先の拡張性を考えてシステムを構成する機材がバランスに欠いているので、データを取りながら全て自作することを考えました。

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