100Wソーラー発電システムの導入

以前、ソーラー発電を研究するため我が家のソーラー式床下換気システムの余剰電力を 利用して小規模なソーラー発電システムの実験をしました。実験では10〜20WのLED照明の夜間運用を 数時間行いました。この実験でソーラー発電システムの基礎を学んだのでいよいよ100Wの本格的な システムに挑戦する事にしました。と言っても、電気代でソーラー発電システムの建設費を回収するには 10年以上は掛かると言われており、屋根一杯にソーラーパネルを乗せるような本格的な物ではなく5万円 以内で素人が遊び心で作れるソーラー発電システムとしました。なお、以前の実験装置はそのまま残 しておりハンディートランシーバーや10WのLED照明などの電源として利活用しています。

パネル表 100Wソーラーパネルの表側です。KAUSMEDIA社から通販で購入しました。カタログによると、シリコン 単結晶タイプ、最大出力動作電圧18.5V、最大出力動作電流5.41A、解放電圧22.4V、短絡電流5.9A、 サイズは945 x 670 x 30mm、重量は6.8kgです。

マウスを画像に重ねると 画像が拡大 されます。（以下同様）

パネル裏 100Wソーラーパネルの裏側です。MC4と呼ばれる正負コネクター付きのケーブル65cm2本が接続 されています。MC4は防水性に優れたコネクターで正負で形状が異なっており便利です。

コントローラー ソーラーパネルで発電された電気は太陽光の当たり具合で大きく変動するのでバッテリー間 にコントローラーが必要です。コントローラーにはPWM型とMPPT型があり、前者は安価ですが 効率が悪く陽が陰るとすぐに充電電流が小さくなります。後者は高価ですが内部にDC-DCコン バーターがあり電圧を上げられるので曇り空でも充電が可能です。当然、MPPT型を選択し、 KAUSMEDIA社のTracer1210Aを通販で購入しました。定格は12V x 10A、重量は1.2kgです。 木製の台座を作って柱に取り付けました。後述しますが素人には使い方が少し難しいです。

ケーブル ソーラーパネルからコントローラーへ接続するケーブルが必要なのでKAUSMEDIA社から通販で 購入しました。この時点でソーラーパネルの設置場所が決まっていなかったため長さを10mと しました。正負のMCコネクター付きの2.5sqmm x 10mの赤黒ケーブル2本です。最終的には ソーラーパネルは1階地面の直付けとしたので5mもあれば十分でした。余ったケーブルは コントローラーとバッテリー間の接続等に活用しました。

バッテリー ソーラーで発電した電気を保存するバッテリーです。自家用車のトヨタVitzから取り外した お古です。詳細は良く分からないのですがS-85というバッテリーで12V/65Ah（20時間率） らしいです。大型かつ重量が20kgもあり大変重いです。 アイドリングストップ車のためセルモーターをガンガン起動するパワーが無くても LEDランプ、ラジオ、テレビ、扇風機、パソコンくらいならまだ使えるのではないかと思って 試して見ます。巷ではソーラー発電ではディープサイクル型のバッテリーが必須と言われて いますが先ずは使って見ます。我が家では夜間の負荷は小さくバッテリーが空になるほど 長時間ソーラーシステムを使う事はないので余り心配はしていません。

インバーター 負荷がDC駆動のものはバッテリーから直接給電すれば良いですが、家電などAC駆動のものは DC-ACインバーターが必要です。テレビやラジオなどに使いたいので定格出力を500Wと しました。また、性能面で優れた正弦波タイプにしました。疑似正弦波タイプは安価 ですがテレビなどには使えないらしいです。アマゾンの通販でBESTEK社のMRZ5010BUという 製品を購入しました。大型クリップ付きバッテリーケーブルとシガーライター用ケーブルが 付属しています。ファンの音もそれ程大きくなく気になりません。本インバーターは バッテリー電圧が10V以下に下がると自動的に出力が切断されるので安心して使えます。

金具 写真は架台のパイプにソーラーパネルを取り付けるためのL金具、Uボルト、ネジ、座金、 ナットです。UL-26AニッケルメッキL金具は長穴30x6mm、幅26mm、長さ50mm、ZU-20Aクローム メッキUボルトは内幅28mm、長さ45mm、ネジはステンレス製M5x20mmです。

パネル固定 写真は架台のパイプにソーラーパネルの取り付け方法を示すものです。固定箇所が4箇所 しかなく強度的に強くないですが地面に直置きのため強風は吹かないので大丈夫でしょう。

架台 金属パイプで作成した架台です。ステンレス巻きの直径25mmのパイプ、3方コーナー、 ティーズ、90度エルボーから構成されています。屋根上や2階ベランダに設置する場合は台風 などに耐えられる頑丈な架台が必要ですが、今回は地面に直置きなので2個所で家の壁にＬ金具 で固定しましたが頑丈さはかなり良い加減です。架台が軽いので地面から浮き上がるのを防止 するため長さ60cmの金属杭を打ち込んで金属バンドで脚部を固定しました。地上設置のため 発電効率は落ちますが保守性・安全性を優先させた結果です。パネルの仰角は設計上は33度 でしたが結果的に32度くらいになりました。方角はほぼ真南です。真夏にはエアコン室外機の 日避けにもなります。

ケーブル引込口 屋外のソーラーパネルから室内のコントローラーにケーブルを引き込む必要がありますが、 我が家のエアコンから室外機への貫通口はエアコンの真裏に隠れているので利用出来ません。 そこで、床下の換気口の網に穴を開けてケーブル引き込みを行いました。作業は自作のウッド デッキの下に潜って行いましたが蟻などの昆虫が侵入しないように注意が必要です。

ケーブル取出口 床下に引き込んだケーブルは当初は床板に穴を開けて畳の隙間から引き出そうと思っていま したが、使わなくなった給湯暖房用の給水パイプを撤去してケーブルを引き出しました。 我が家では給湯暖房設備があって冬場は比較的安上がりに使っていましたが、筑後30年が 経過した頃床下の給湯用パイプに穴が空いて水漏れが発生しました。穴空きの正確な場所 が分からないため修理を諦めて給水栓を閉めました。このため現在はエアコンで暖房 しています。狭くて暗い床下での作業は後期高齢者には辛いものでしたが我慢するしか ありません。床下での匍匐前進を繰り返したので数日間は身体のあちこちに筋肉痛が起き ました。

完成 コードの抜き差しをせずに簡単にソーラー出力と家の100V電源との切替が出来るように柱に 機器を縦に並べて取り付けました。これで見栄えもまずまずとなりました。

ソーラー構成図 100Wソーラー発電システムの機器構成図です。バッテリーがディープサイクル型でない事を 除けば標準的な回路構成だと思います。ソーラー発電システムの使い方で一番考えられるのが 昼間にバッテリーを充電して夜間に照明などに使う事だと思います。しかし、我が家では 昼間にソーラーがガンガン発電している間にテレビやラジオ、パソコンの電源に使うように しています。これだとバッテリーの容量に余り関係なく利用出来そうです。ナイフスイッチは インバーターをバッテリーに接続するだけで0.3A程度の待機電流が流れるので使う時だけ スイッチを入れます。また、テレビやラジオなどの負荷を我が家の100V電源からソーラー 電源に簡単に切り替えるための2極双投スイッチを導入しました。最後に、本ソー ラー発電システムの概算建設費について説明します。
ソーラーパネル：16,000円
コントローラー：10,000円
ケーブル：4,000円
インバーター：7,000円
架台用パーツ、バッテリーターミナル、スイッチ：10,000円
総額：47,000円で目標の5万円以内を達成

CCの課題 ここまで見ると100Wソーラー発電システムは大成功だったと思えますが、実はまだ完全に 理解出来ていない事が一つあるのです。それはチャージコントローラーの設定です。 コントローラー1210Aには英文と一部だけ日本語に翻訳した取扱説明書がありますが何度 読んでも小生には理解出来ません。仕方がないので初期状態のまま何もしないで使用して いますが現在まで問題は起きていません。従って「タイマーの設定」は未設定、「バッテ リータイプの設定」は初期設定のシールドタイプのままとなっています。 LCDの表示が5秒毎に切り替わりバッテリーに充電されているかどうか分かります。表示 の順序は、ソーラーパネルの電圧V、電流A、電力kWh、バッテリーの電圧V、電流A、電力 kWh、温度°C、負荷の電流A、電力kWhとなっています。この場合の負荷はコントローラー から直接DC電圧で接続される物であってバッテリーからインバーター経由で接続される 負荷ではありません。温度は外付けの温度センサーがない場合は25°Cと表示されます。 これらの表示によって何Vの発電があって何Aでバッテリーに充電されているかが分かり ます。太陽がガンガン照り付けておれば4〜5Aくらいで充電されますが、曇天でも1A程度 で充電されておりさすがはMPPT型コントローラーだと思います。写真はバッテリーが 2.1Aで充電されておりバッテリー容量が70〜80％である事を示しています。

10WLEDランプ ソーラー発電の運用は順調でしたが部屋の照明用の2本の10WLED蛍光灯を使う時はインバーター でAC100Vに変換する必要があります。ファンの音が気になると共に効率が悪いのでバッテリーが 早く消耗します。 そこで、DC12Vで使えるLEDランプを探したところ、ネット販売で12V/10WのLEDランプが何と 1000円程度で入手出来る事が判りました。軽いので天井から簡単に吊り下げれます。安いので 寿命がどれくらいか気になります。部屋全体を十分照らすほどの明るさはありませんが、 ボケーとテレビを見ている場合などには問題ありません。インバーターを使わないので静かで 効率も良いので5時間くらい使ってもバッテリーは平気です。


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