やってみなけりゃわからない!初めてのソーラー発電

「ソーラー発電ってどうやって始めるのか」、なにもわからない筆者もソーラーバッテリーシステムに挑戦! どのくらい発電できるのか、いくらコストがかかるか、どうっやって架設するか等ひとつひとつを実践して得た情報をまとめてみました。

自宅に設置したソーラパネル

Initializing...

個人で発電する場合、一番簡単に始められるのがこのソーラー発電でしょう。風力発電や水力発電も考えられますが、東北大震災以降ソーラー発電のセットが簡単に手に入れられるようになって、これなら日曜大工の手間くらいでなんとかなるかなぁと思って始めたのが今回の企画。目標はパソコンの電源確保。だいたい30ワットくらい補えればというところから始めることにしました。予算的には込々で4~5万くらいかなぁ。

 

100Wのソーラーパネルを中心に!

最初に予算が最大5万だったので、半分の2万5千円程度でセットで購入できるものを探しました。セットに必要なものは

  • ソーラーパネル
  • チャージコントローラ
  • バッテリー
  • インバーター

の4つが必要で、付属品で接続ケーブルや取付け金具も一緒になったセットがいくつかのメーカーから販売されています。最初に決めなければならないのは、ソーラーパネルのワット数です。筆者の場合、発電量の目標は最初からパソコン一台と決めていましたので、100Wのソーラーパネルのセットから選びました。

ただ、同じセットでも値段もまちまちで1万円台から5、6万円台までかなり幅がありどれを買ったら迷ってしまいます。よくよく検討してみるとオーバースペックものがセットだったり、パネルが複数枚でシステムが複雑とかとても初心者におすすめできないものがたくさんあります。筆者が調べたなかで初心者にお勧めなのは、100Wのソーラーパネル1枚、12V20Aのチャージコントローラで、容量が40Ahのディープサイクルバッテリーです。もっとコンパクトにまとめたければ、50Wのソーラーパネル、12V10Aのチャージコントローラ、40Ahのディープサイクルバッテリーでも構いません。筆者の場合、あとあとソーラーパネルを複数枚に増やしてもいいかなぁとこのようなシステム構成にしました。

だいたい値段の高いセットは、ソーラーパネルとバッテリーをチェックしてください。ソーラーパネルの割引が低かったり、容量の馬鹿でかい115Ahクラスのマリン用のバッテリーがセットになっています。100Wのソーラーパネルで、115Ahの容量のバッテリーを満充電するには24時間かかります。日照時間は昼間の時間の4分の1と考えてください。1年の1日の平均の日照時間は3~4時間で、1週間のうち雨とか曇りを除いた晴れの日はこれも半分の3~4日です。つまり4分の1なのです。24時間/4時間(日照時間)/ 0.5 (晴れの日の割合)= 12日。115Ahのバッテリーを満充電にするには1日どころか12日間もかかってしまいます。これじゃとても使いものになりません。バランスが重要で、このシステムはオーバースペックとしか言いようがありません。

 

こんなところも検討してみて!

ソーラーパネルは中国製でも大丈夫?

だいたいこういったものの安いものは、ほとんど中国製になります。今は中国製でも品質はかなり上がっており特に心配することはなさそうです。強いてあげればショップを選ぶことで怪しげなショップから買わなければまず問題はでないようです。逆に積極的に利用して価格を抑えましょう!

チャージコントローラ

そもそもチャージコントローラとは何者なんでしょう。チャージコントローラは、ソーラーパネルとバッテリーの間に接続して使いものです。そもそもソーラーパネルとバッテリーを直接つないで充電できないのでしょうか? 初心者にはもっともな質問です。チャージコントローラは夜間などにソーラーパネルが発電しない場合にバッテリーからソーラーパネルに電流が逆流しないようにしたり、バッテリーに過充電にならないように制御して、発熱・発火したり壊れたりしないようにコントロールしてくれます。チャージコントローラを選ぶ場合は、動作電圧と許容電流に気をつけましょう。安価にシステムをくみ上げるには、12Vバッテリーシステムを中心に考えるといいと思います。許容電流は、10Aか20Aになるかと思いますが、100Wのソーラーパネル1枚は、だいたい5.6A発電しますので、20Aのチャージコントローラなら将来的に3枚まで増設できます。そのほかにPWM制御とMPPT制御があり、MPPT制御の方が効率がいいですが値段が高いです。2千円程度で購入できるPWM制御のチャージコントローラで十分でしょう。

ディープサイクルバッテリー

ディープサイクルバッテリーって聞いたことありますか? あまり聞きなれないかもしれません。バッテリーつまり鉛蓄電池のことですが、バッテリーといえば自動車のバッテリーを思い浮かべるとおもいますが、これはスターターバッテリーという種類で、エンジン始動時に一気に電気を取り出すことができます。ただし、バッテリー上がりしてしまうとわずか2回ほどで使えなくなってしまいます。ソーラー発電システムにこの通常の自動車のバッテリーを流用することも可能ですが、すぐにバッテリーが上がって使えなくなル可能性があります。ディープサイクルバッテリーは、スターターバッテリーとは逆の性格を持っていて、一気の電気を取り出すことができませんが、かなり空に近くなるまで放電してもバッテリーが上がることはありません。だいたい20%程度になるくらいまで使えます。そのためソーラー発電システムの充電バッテリーとして利用されることが多いです。前述したマリン用のバッテリーはこの両方の性格を兼ね備えたバッテリーで、かなり高価なものとなってしまいます。

インバーター

これは、12Vのバッテリーから家庭用電源を取り出すもので、出力の大きさと波形に注意します。出力の大きさは単純に300Wとか500Wとかのことで私の場合は単純にパソコン用の電源を取り出すだけなのでもっと小さい150Wのものを選んでいます(もともとあったものです)。これにはもう一つ訳があって、300W以上の大出力のインバーターは内部の排気熱のためにファンをつけていますがこのファンのおかげで自己消費電力だけで10Wもの大消費をしてしまうので、排気ファンのないものを選んでいます。

出力波形の件ですが、直流から交流に変換する場合にサインカーブのような出力となるのが正弦波で、四角いボックスみたいな波形になるのが矩形波といい、家電製品の中には正弦波でないと動かない製品があります。純粋な正弦波を出力するインバーターはかなり高価なものになるので、疑似正弦波を出力するインバーターを選択するのがベストかもしれません。

初めてのソーラー発電システム図

図1:初めてのソーラー発電システム図

 

私の選んだソーラー発電セット

購入1:ソーラーパネルセット

これまでの状況から、100Wのソーラーパネルを中心にした以下のセットがアマゾンで販売されていましたので購入しました。他にバッテリーもセットしたものがありましたが、バッテリーは必要な容量のものをあとで組み合わせることにしました。

  • ECO-WORTHY 100W ソーラーパネル
  • 20A LCD チャージコントローラー
  • 10mケーブル(プラス5m+マイナス5m)
  • Z 取付金具

このセットはアマゾンで、15,600円(税込み)で買えます。

前述したように車の廃バッテリーなどを再利用することも出来ますが、私が選んだのはロングのWP20-12Iとい型番のシールドバッテリー。もちろんディープサイクルバッテリーです。容量は20Ahでアマゾンで5,500円で購入しました。でもこれは失敗でしたね。このバッテリーには、WP20-12という最後にIがついていない無印の製品があるのですが、ターミナルに位置が違うだけで、こちらの方が流通量が多いらしく、Yahooショッピングで4,080円(税込み)で売っていました。

購入3:インバーター

私の場合は以前使用していたのがあったので購入したわけではありませんが、バッテリーから100Vの家庭用の電気を取り出すのに必要なのが、このインバーターです。取り出せるワット数によって大きさも値段もかわりますが、そんなに大きな電気を取り出せるわけでもないので150Wもあれば十分でしょう。

設置工事に必要なもの

だいたいここまでで予定通り予算の半分で済みましたが、残りの半分で設置工事をしなければなりません。ソーラーパネルをどこに設置を考えていますか? 一番簡単なのは庭の空きスペースにソーラーパネルを設置するのが一番簡単です。ただしソーラーパネルに影が差すと発電力が一気に低下しますので、なるべく影の差さない場所を選ぶことが大切です。庭に置く場合は、以下のような市販のものを利用することもできます。

購入4:架台

ソーラーパネルを設置する場合に必要なのがこの架台(がだい)。ソーラーパネルを屋根に取り付けるイメージが強いかと思いますが、結構大がかりになるので、直接地面に置くのがいいかもしれません。この地面に設置するための架台がこれ。100Wのパネルを2枚取り付けられしかも16,930円(税込み)という圧倒的に低コストです。
この架台はアルミニウム製で、三角形のフレームが2本と上下のバーが2本と組み立て用のボルトと液晶用のZ型の取り付け金具が付いています。上下のバーの幅は500mmの固定ですが、だいたいのソーラーパネルは取り付けられそうです。
http://blogpot.ok55.net/wp-content/uploads/2017/03/0000000001422.jpg
この架台には、地面との基礎工事部分は含まれません。風等で飛ばされないようにしっかりと地面に固定してください。

購入5:その他ケーブル類

その他このシステムをくみ上げる場合に必要なものとしては、

  • バッテリーケーブル(チャージコントローラとバッテリーを接続する)
  • シガーライターソケット(メス)

組み立て

ソーラーシステムを組み立てるのはさほど難しいものではありません。下記の図のような配線で+、-の極性さえ間違えなければうまくいくはずです。ただここで一つ注意したいことは、インバーターを直接チャージコントローラの負荷に繋がないことです。下記の図でいうところのランプが表示されている部分です。チャージコントローラの負荷端子は、バッテリーの残量に応じて過放電防止がついていてよさそうですが、インバータを直接繋ぐとインバーター駆動時の通常の5~6倍もの突入電流によりチャージコントローラが破壊される恐れがあります。

組み立て回路図

インバーターとバッテリーを直接つないだ場合、以下の記事は大変有効です。参考にしてください。

かかった費用

ここまでかかった費用をまとめると下記のとおり。予算通りではあったものの、思ったより多くかかったような気もするし安く上がったのかもしれない。最初にいったとおり最初のパネルセットだけで5,6万する場合もあるのだから、安く仕上げたと思います。

品名 価格
ソーラーパネルセット 15,600
バッテリー(WP20-12I) 5,500
BESTEKインバーター150W 2,520
KAUSMEDIA架台 16,930
バッテリーケーブル 1,380
シガーソケット 125
42,055

資料:データシート

上記で使った製品の仕様をまとめましたので、必要に応じてご参照ください。

ソーラーパネル詳細

出力 100W
最大電圧(Vmp): 21.6V
開放電圧(Voc): 18V
最大電流(Imp): 6.11A
短路電流 (Isc): 5.55A
出力範囲: ±3%
温度係数 Isc: (0.10+/- 0.01) %/℃
温度係数 Voc: – (0.38 +/-0.01) %/℃
温度係数 power Voc: -0.47%/℃
温度範囲: -40℃~+80℃
フレーム: 耐久性アルミ
保証: 5年以内素材や製造上の保証
10年以内90%出力
25年以内80%出力
ガラス種類・厚: 透明強化ガラス 3.2mm
SLA バッテリー
電圧: 12V
サイズ: 996 × 665 × 35mm
重量 8.89Kg

チャージコントローラ詳細

バッテリー
電圧: 12V/24V 自動識別
チャージャー/ディスチャージャー電流: 20A
最大ソーラー輸入: 50V以内
USB 輸出: 5V/3A
自己消耗: 10mA以下
動作温度: -35℃ ~ +60℃
イコライゼーション(B01 封印): 14.4V
イコライゼーション(B02 ゲル): 14.2
フロートチャージー: 13.7V
サイズ: 150*78*35mm

バッテリー詳細

型番 LONG WP20-12I
バッテリー種類 シールドバッテリー
交渉電圧 12V
定格容量 12V20Ah(20時間率)
サイズ(mm) 181(W)x167(H)x76(D)
充電電圧(バルク) 14.4~15V
充電電圧(float) 13.5~13.8V
最大充電電量 6A

 

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