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基本的な独立型太陽光発電システムの選び方【ソーラーパネル編】

      2011/05/24

参考:
基本的な独立型太陽光発電システムの組み方【バッテリー編】

基本的な独立型太陽光発電システムの選び方【インバーター編】

基本的な独立型太陽光発電システムの選び方【チャージコントローラ編】

ソーラーパネルの出力計算

独立系太陽光システム設計図
バッテリー容量とセットで考えたいのがソーラーパネル【太陽電池】の出力選択です。

これは難しく考えることはありません。
電圧が合っていればソーラーパネルが小さくても時間をかければ大容量のバッテリーにも充電できます。

 

ソーラーパネルの最大出力の3倍が一日の発電量だと考えて、これを目安に購入するというの一般的です。

80Wの太陽光パネルは公称最大出力動作電流(Ipm) が4.5Aくらいですから
 
4.5A x 3 = 13.5Ah
の発電電流量が晴れの日は一日で得られる事になります。
 

電流量で考えるのは分かり難いですよね。じゃあ、逆説的に使う機器電流量から計算してみます。

例えば 40Wのノートパソコンを5時間動かすと
 
(40W x 5時間) ÷ 12V = 16.6Ah が必要という事になりますので上の4.5Aの80Wパネルでは毎日使用には耐えられないという事になります。
16.6Ah ÷ 3 = 5.33A以上の出力のソーラーパネルを選べばよいという事になります。

 
正確なソーラーパネルの必要出力の計算式

[使用電力(W) x 使用時間 ] ÷ [システム電圧 x 変換効率]= 必要な電流(Ah/日)

必要な電流(Ah) ÷ 3 = パネルに必要な電流出力(A)

※変換効率はACインバーターを使用する場合0.8、DCでの使用は1.0になります。


●電流量(Ah)計算が面倒な方は少し精度は落ちますが直観的にワット数のまんまの計算でも概算は出せます

 
80ワットの太陽電池の一日の発電量は3倍の240Wh

40Wのノートパソコンが5時間で使用する電力は
40W x 5h = 200Wh

ワット発電量は電圧ロスの分 電流(Ah)での計算より多めに算出されますので、使用電力を水増しして考えれば大まかな計算になります。
私の場合使う機器の電力x1.4倍で算出しています。

40W x 5h x 1.4 = 280Wh
280W ÷ 3 = 93Wのソーラーパネルが必要
100Wの太陽電池でだいたい5.9Aくらいですから誤差は少ないです。


※大きい電流を流して急速充電を繰り返しますとバッテリーの寿命が短くなりますので パネル出力とバッテリー容量との兼ね合いは非常に大切です。

ソーラーパネルの選び方

電圧で選ぶ
 
選ぶ際に重要な事は 自分が作る太陽光発電システムの電圧系に合わせてパネルを選ぶ必要があります。
通常独立型太陽光発電システムは12V・24Vバッテリーへ充電する事を前提にしていますので、使用するバッテリーとパネルの電圧を合わせる必要があります。
 
12V系ソーラーパネルなどと書いてありますので問題はありませんが書いて無い場合にはカタログの「公称最大出力動作電圧 」を見て選びます。

電流は電圧の高い所から低い所へ流れますので 12Vバッテリーへ電流を流すには理論上12V以上が必要ですが、抵抗や充電効率のロスを考慮に入れて12V系パネルは15.5V~22Vくらいの間に調整されています。
 

また住宅用系統連係系パネルは通常36V系のソーラーパネルを使用していますので 通常は独立系のシステムで使用しません。

ただしチャージコントローラーでオート変換可能なものを使えば降圧充電可能もですがロスが多く無駄になります。

防水加工されているか?
 
 
屋上、屋根の上、ベランダなど雨のかかる場所に設置する場合には防水加工がしてある事を確認してください。

防水加工していないパネルを窓の内側に付けているというブログを良く目にしますが、垂直に設定しますし窓ガラスを通した太陽光で出力が20~40パーセントロスするようです。
 
ソーラーパネルは全て防水加工されている訳ではありません!

太陽電池の種類は?
 
ソーラーパネルには単結晶・多結晶シリコン・アモルファス・フィルム状など種類がありますが 今では種類はどれでも大差はありません。独立系発電ではワット単価の安い単結晶シリコンを選ばれる方が多いようで、電力量で選ぶのが実用的です。
 

ソーラーパネルの発電ワット数の計算&効率的に発電するには

最大出力動作電流(Ipm) X 最大出力動作電圧(Vpm) = 定格出力W

で求められます。

例えば最大出力動作電圧17.5V・最大出力動作電流2.29Aのパネルがあったとします。

17.5V x 2.29A = 40.07W

これは40W表示の太陽電池という事です。

電圧に関係なく最大電流量は決まっていますので、このパネルの場合15V程度のバッテリーがあれば最大の発電量を得られます。

大きいパネルですと最大出力時動作電圧が23.51Vと電圧が高いパネルもあります。


例えば
・最大出力時動作電流7.87A
・最大出力時動作電圧23.51V
・出力:185Wの太陽電池

これは12Vバッテリーに電流を流しても電圧に関係無く7.87Aという事です。
12Vのシステムなら電圧はチャージコントローラーで12~14.5Vに抑えられますので電圧が高く設定されている分 降圧の損失が大きくなります。

同じくらいのワット数で電流を稼ごうと考えれば 17V程度のパネルの方が電流を稼げる事になります。

最大出力時動作電流 2.48A最大出力時動作電圧17.4Vで 43W のソーラーパネルが4枚で172Wですが 並列でつなぐと9.92Aになり上の大きいパネル一枚より効率的に電流が得られる事になります。
 

 
 

友人の場合、一日5時間40Wのノートパソコンを使う計算で105Ahのディープサイクルバッテリー150Wのソーラーパネルでシステムを組みました。

空になった105Ahのバッテリーを7.9A(150W)のソーラーパネルで充電すると

105Ah ÷ 7.9A = 13.39時間

空の状態から13.4時間で満充電できる計算になります。前回も書きましたが彼はバッテリー深度20%~40%程度で稼働しているので3~4時間程度で充電完了しているようです。

幸い友人の家では最適とされている南向きで30度の角度で設置できていますが、理論値どおりにはいかず丁度丸一日かかって充電が完了する事も多いようです

※真夏は熱を持って発電効率が落ちますし、冬は照射角度が足りません

加えてコントローラー・インバーターの損失・配線損失などで3割~4割計算に入れておくべきです。

友人はその後105Ahディープサイクルバッテリーを2本買い増して315Ahにして使っています。

電力をもっと使いたいという事もありますが、天気の問題でバッテリーを空まで使ってしまう事があったようで10%~20%の浅いバッテリー深度で稼働させてバッテリーの寿命を延ばしたいというのが理由です。

前回バッテリーの選択で話題にでたポータブル電源(パワーコンボ)の場合

21Ah の容量になります。
5Wの小さいソーラーパネルとセットにして売っている業者もありますが実用には厳しいです。
ソーラーパネルのみで充電したいと考えるのでしたら15Wのソーラーパネルは欲しい所です。
実際に私の所に「販売会社に充電には10日以上はかかると言われたんですが・・」と相談のメールを送ってこられた方が居ました。

5Wのパネルは一日の平均発電量は0.9A程度ですから100%空まで使ってしまったら23日かかります。

これは持ち運び用のソーラーセットのポータブル電源ですし太陽光充電は補助的に考えるべきです。
基本はコンセントからの充電でしょうね。

追記:計画停電の影響でパワーコンボは品薄になっていて入手は難しいそうです。

入手できなくても気を落とさないで下さい。 単なるインバータ付きのディープサイクルバッテリーと考えれば自作した方が数倍お得です

・パワーコンボ252W/h ---->> 29000円
・ディープサイクルバッテリー + DC/ACインバーター1260W/h  ---->> 20000円程度~

最初は無理してソーラーパネルを買わなくてもコンセント(AC100V)からのバッテリー充電器を買えば4000円くらいで充電も可能です。これだけで大容量の緊急用電源を自作できるんです

ソーラーパネル充電ができない梅雨の時にはもこんなセットは役に立ちます。

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