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自作ソーラー発電はロスとリスクの塊!?

当ブログはお引越し中です。

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自作DIYソーラーと太陽光発電で売電・節約・エコ人生

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DIYソーラーで自作太陽光発電はロスとリスクの塊ってホント?

という記事に移行しました!

 

『これからソーラー(太陽光)発電のDIYをはじめてみたい』といった『自作ソーラー発電家』初心者に向けた、

『自作ソーラー発電を便利に発展させていく過程と、それに伴うロス(損失)やリスク』

を新潟おてんとサンなりにまとめてみますね。



そもそも『電気』というのは貯めて置く事が苦手!

ソーラー発電に限らず、発電した電力はその場で消費してしまうことがロスの一番少ない方法だと思います。
また、『ソーラー発電』というのは日中にしか発電できないので、特に自作ソーラー発電の場合は時間的な制約との戦いになってしまいます。
『発電できる時間』も『運用できる時間』も、意外と短いのです。

売電契約を結んでいるのであれば日中に発電した電力を電力網に流せるワケですから、発電してそのままタレ流しでも無駄にはなりませんが、『自作ソーラー発電』の場合はそうも行きません。


ちょっとデリケートな自作ソーラー発電のDIYですが、
バッテリーに蓄電
インバーターで交流(AC)に変換
とすることで、かなり便利になります。

とはいえ、蓄電や交流(AC)への変換などの利便性を追求すると『ロス』や『リスク』も増えていきます。


ごくシンプルな構成
ソーラーパネルと負荷のみ
日中だけ扇風機やファンやポンプを回したいという用途であれば可能かも知れません。
ですが、ちょっと便利に使おうとすると上記のシンプルすぎる構成では問題が出てくるのです。

ソーラーパネルが発生する電力は安定していませんから、負荷となる機器が思い通りには動いてくれないのです。

同じように晴れていても発電している電力は微妙に上下していますし、曇ってしまえば当然電力は降下します。

『ソーラーパネルの規模』と『負荷となる機器が必要とする電力』に応じて、意図しないタイミングで動作と停止を繰り返すことになりますね。

このような状態でも商用電源に頼らずに電力を得ているワケですから、これはこれで立派なエコではあります。
ですが、不便であったり時間的な制約があったりと、イメージ通りの運用は難しいかも知れませんね。


バッテリーを使ってみる
ソーラーパネルとバッテリーで運用
供給する電力の安定を図るために『バッテリー』が必要になります。

『ソーラーパネル』と『負荷となる機器』の間に、『バッテリー』を噛ませることで電力を安定させることが出来ます。

ソーラーパネルからの電力を一旦バッテリーに充電することで、バッテリーの容量が許す限りは安定した電力を得ることが出来ます。

夜になってソーラーパネルが発電しなくなったとしても、バッテリーの性能分の電力を利用できますね。

ただし、ソーラーパネルが発電していない状況(夜間)などは、バッテリーからソーラーパネルに電流が逆流してしまう可能性があります。
逆流防止ダイオードを使うなどしてパネルを保護しなければなりません。

さて、一見便利になったようですが、ここで『ロス』が発生してしまいます。
『ソーラーパネル』が発電した電力を、100%バッテリーに充電することが出来ないのです。

バッテリーをどのような使い方にするのか?でロスの度合いは変わってくると思います。

発電した電力の多くをそのまま使い、
バッテリーは電圧を安定させるためのコンデンサ的な使い方

大容量のバッテリーを準備して、
夜間でもそれなりの電力を供給できるような使い方

バランスに迷うところではあります。

前者はリアルタイムで発電した電力を使うのに向いています。
後者は夜間に電力を利用したい時などに効果を発揮します。

ですが、後者の場合は発電した電力のほとんどを一旦バッテリーに充電する形になりますから、充電ロスは覚悟しなければなりませんね。

充電ロスの他にちょっと問題も発生します。
バッテリーの過充電と水素ガズの発生
バッテリーの過放電でのダメージ
パネルへの電流の逆流や発熱
などを考える必要が出てきます。

電圧が低いとはいえ直流(DC)の電流には危険がイッパイです。
それを貯めておくバッテリーは、やっぱりリスキーでデリケートな特性も持っているのです。

カーバッテリー数個でアーク溶接の電源とすることが出来るくらいの能力がありますから、場合によっては金属を溶かしたり火災に発展するかも知れないという危機意識をもってDIYに挑むべきですよね。

そして『バッテリーの過充電』や『バッテリーの過放電』を繰り返してしまうと、バッテリーはあっさり寿命を迎えてしまいます。
容量が大きく深放電に強いディープサイクルバッテリーだって、完全に放電するような使い方を繰り返せばダメージが蓄積してしまいます。
加えて、カーバッテリー(密閉型でないバッテリー)の流用では水素ガスの発生も念頭に入れておくべきです。

さらに、このバッテリーが金額面でも大きな課題になってくると思います。
『ディープサイクルバッテリー1個=150Wのソーラーパネル』
くらいの感覚です。

しかし、リスクや手間が増えたとしても、バッテリーを使うことで自作ソーラー発電は便利な装置になります


チャージコントローラーを使ってみる
チャージコントローラーを使って運用
バッテリーへの負担を軽減したりするために『チャージコントローラー』が必要になります。

前述した、
バッテリーの過充電と水素ガズの発生
バッテリーの過放電でのダメージ
パネルへの電流の逆流や発熱
をある程度ですが軽減できます。

チャージコントローラーにもよるのですが、バッテリーに充放電する数値を細かく設定できる機種がオススメです。

バッテリーの電圧によって『充電を開始』したり『供給(放電)をストップ』したりといった機能は便利です。

ひとえにバッテリーといっても、カーバッテリーやディープサイクルバッテリーなど幾つかの種類があって、それぞれに充電できる電圧や放電できる限界が違ったりします。
使用するバッテリーに見合った充放電のコントロールは、バッテリーの寿命に影響するばかりでなく、リスクの回避にも繋がります

過充電や過放電が減ればバッテリーの負担が減りますし、水素ガスの発生も抑えられます。
高価なパーツになりがちなバッテリーの寿命を延ばすということは、システム全体の効率を上げる(償却を短縮する)ことに繋がりますし、リスクは少ないに越したことはありません。

そして、このチャージコントローラーを使うことによって、やっぱりロスも発生してしまいます。

僅かですが自己消費する電力もありますし、機種によって効率の良し悪しも違います

ここまで揃えると自作のソーラー発電はそれなりに便利な装置になりますね。
貯めておいた電力を必要なときに(夜間でも)使えて、バッテリーの寿命やリスクにも一応の配慮が出来ます。

12Vのシステムであれば、自動車のシガーソケット用に販売されている様々な機器の流用も可能です。

しかし、バッテリーへの充電ロスと、チャージコントローラーでのロスは避けることが出来ません


インバーターを使ってみる
インバーターを使って運用
自作のソーラー発電で家庭用の電気製品を使えるようにするためにインバーターが必要になります。

ソーラーパネルが発電する電力やバッテリーに充電してある電力は直流(DC)なので、インバーターを使って交流(AC)100Vに変換します。

インバーターを使うことによって自作ソーラー発電は柔軟な『汎用性』を手に入れることが出来ます
一般の家庭用の電気製品が使えるようになりますから用途を選ばずに運用できますね。

ですが、インバーターで直流(DC)を交流(AC)に変換するときにも変換ロスが発生してしまいます。
インバーターによってマチマチなのですが、一般的に20%程度の変換ロスがあるようです。

また、ファンが付いているインバーターは自己消費する電力も大きくなりますから、結果として使える電力を大幅に減らしてしまうこともあるのです。


さて、いかがだったでしょうか?


バッテリーへの充電ロス
チャージコントローラーのロス
インバーターの自己消費と変換ロス

バッテリーを使うことでのリスク
直流電流を扱うリスク
屋外に設置したソーラーパネルやケーブルが劣化していくリスク

などなど、ロスやリスクはあげればキリがありません。

どうやら『パネル一つで簡単運用』というワケには行きそうにありません。
バッテリーやインバーターについては、個々に新潟おてんとサンなりに解説したページがあるので興味があったら参考にしてみてください。


せっかく『自作ソーラー発電』にチャレンジするのですから、出来るだけ危険を回避して楽しく運用して欲しいと考えます。

新潟おてんとサンは、過去にソーラーパネルを強風で飛ばしてしまった経験があります。
1枚10〜20kgのパネルが風の力でいとも簡単に舞い上がります
運良く僕の家の敷地に落下してくれましたが、完全に笑えない失敗です・・・。

DIYですからあくまでも自己責任、思わぬ事態に発展しないよう技量に合わせて楽しんで行きたいものですね。


以上、『かんたん自作ソーラー発電』の新潟おてんとサンでした。


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コラム
自作ソーラー発電、初心者の心得

at 18:51, 新潟おてんとサン, 自作ソーラー発電の基本

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