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初代の自作小型ベランダ風力発電機の作り方と設置方法【メリット・デメリット】

      2017/01/08

風力発電機の自作

太陽光発電を自作される方は 同時に風力発電機の自作のリサーチもしていると思います。

私も独立型太陽光発電の自作した後 太陽電池の限界を感じて風力発電に興味を持って自作を開始しています。
「太陽電池」と「風力発電」のハイブリッドで弱点を相互カバーするシステムができれば最高なのですが、、

実際に設置してみようとすると色々な問題点や課題、などが次々と発生してきて制作が停滞気味です。

そこで導入方法や作り方・手順・クリアしなくてはならない課題・問題点をメモしてみました。

後に書きますが太陽電池とは違い導入してから、何かトラブルが発生した場合には全撤去しなくてはならないケースがほとんどですので 下準備や調査は慎重にする事をお勧めします。

 

風力発電の基本配線図 ~必要機器~▼

風力発電機のシステム配線図(構成)

上図は「独立型の自作風力発電システム」を運用する上で基本的な配線図です。
風車の形状は幾つもあり、プロペラ型、サボニウス型、ダリウス型、、ジャイロミル型、クロスフロー型、オランダ型などが代表的です。
形は違っても仕組みはほぼ同じで、家庭用の小型風力発電はプロペラ型がほとんどで選択肢は無い現状です。

 

必要機器について

レギュレーターは、ソーラー発電のチャージコントローラーとほぼ同じ機能を有していますが、風力発電機のレギュレーターには独特の機能がついており必要不可欠な装置です。
過充電防止の為にヒーターを使い電力を熱に変換して逃がす役割や、風力発電機に負荷を掛け続ける事で 過回転になって破損してしまう事からも保護しています。
自作したとしてもこの部分だけは安全の為に既製品を買うのが得策でしょう

バッテリーDC/ACインバーターの説明は省略します。各リンク参照

風力発電の構成上で一番特徴的なものは接続箱と表記している部分で、この中には風力発電機を止めるブレーキを掛けるスイッチや安全対策のヒューズなどが収納し自作が可能な部分です。

必ず必要という訳ではありませんが、台風などの暴風時に過回転防止や破損防止の保守の為には欲しい機能です。
過回転時に自動的にブレーキがかかる発電機もありますが、意図的に止める事ができるシステムが無いと夜間の騒音対策に発電機を止めておく事などができませんので注意が必要です

 

風力発電する魅力

太陽光発電の稼働率は10分の1と言われていて 実際には1日平均3時間弱しか電力を得る事ができません。
(晴天時には7~8時間発電しますが、夜間や悪天候などの無発電状態を考慮に入れた年間の1日平均発電量です)

例えば80ワット・4.5Aの太陽電池を購入しても4.5Aの3倍で13.5Ah前後しか得られない事になります。

80ワットのソーラーパネルは結構大きいですが、一般乗用車のバッテリーが30Ahの容量の半分以下 加えてインバーター・コントローラー・配線などの変換ロスで使える電力は10Ah程度になってしまします。

それに比べ一定量以上の風が常に吹いている状況であれば同程度の風力発電機で10倍の発電量を得られる?(理論上)と考えました。(浅はかでした)

東日本大震災後のニュースでも、風力発電の総発電量への期待が最も大きかったので 自作でと考える方が増えても当然だと思います。

国内の再生可能エネルギーの導入可能量が4億9150万kWに達することがわかった。環境省は4月21日、太陽光発電、風力発電、中小水力発電、地熱発電の導入可能量を推計、公表した。
これは生可能エネルギーだけで日本の電力需要を賄えることになる。
内訳は、太陽光発電が20万~7200万kW、風力発電が4億1000万kW、中小水力発電が430万kW、地熱発電が520万kW

大臣が「原発代替エネルギーは風力発電が最も有力」と発言した事もあり、系統連系システムでの固定料金の売電制度などの期待が持たれています。

自作太陽光発電をやっていると 定期的な無発電時間の無い風力発電システムを魅力的だと感じるのは必然です。
ところが制作を進めていくと太陽電池に比べて個人で自作・導入するには非常に壁が高い発電方法なのです。

発売されている風力発電セットを買うのが一番近道かもしれません。

自作風力発電の問題点

色々調べたり、実際に風力発電を稼働されている方から伺った話をまとめると、クリアすべき問題点が見えてきました。
じっくり検証する必要がありそうです。

(1)騒音・低周波音問題

風力発電機 最大の問題点は騒音です

これは当然考えなくてはいけない事ですが、ピューピュー風切り音がとにかく気になるという報告が多いです。
せっかく強い風が吹いた稼ぎ時には、逆に騒音が酷くてブレーキで発電を止めなくてはならないという悪循環に陥っている方も居ました。

低騒音の商品でも強風時に音がしないという訳ではありませんし、特に近所迷惑になると夜間は風車を止めているケースが目立ちます

エクステリアの風見鶏でさえスグに破棄される事が多いのですから これは当然でしょう。

我が家はご近所とは仲良くさせて頂いていますが、ただでさえ子供が騒いでご近所に迷惑を掛けているので その上ベランダや屋上から発電機を回して風切り音を出す気にはならず設置には至っていません。
ご近所より先に嫁さんから「近所に迷惑だから外してくれ」とクレームが入る可能性が大。。。

この音問題が我が家の一番のネックになっています。 低騒音の発電機でも強風時には騒音が出ますので、できれば風力発電施設のような低回転の発電機が欲しいです。

 

(2)設置費用が高額

もう一つのネックは設置費用です。 太陽電池に比べ市販されている家庭用の独立風力発電機は高価で小型システムを組んだとしても十万以上掛かります。
台風に負けない土台を業者に見積もりを頼んでみたら、工事費と発電機器一式で百五十万~と出されました。

(3)設置リスクについて

設置費用の話題で出た「強風にも負けない土台」の件ともつながりますが、風力発電は風で回る訳ですから当然強い風が吹くと発電されるのです。しかし、暴風や台風時には逆にブレーキを掛けて破損を防ぐ必要があります。
万が一止め忘れたり ブレーキを掛ける前に強風で壊れた場合の近隣への迷惑(破損部品が飛び散ったり壊れた風車の回る音が響いたり)も考慮に入れて設置場所・強度を考えないと設置できません。

当然ブレーキ設備の導入のコストも掛かりますし、暴風によってブレーキから発火の危険性もあります。レギュレーターのヒートシンクの熱とも上手に付き合わないとなりません。
旅行の時は予めブレーキを掛けて出かける?など悩ましい状況が多そうです。

(4)平均風速と効率問題

風力発電はビル風・海風などが常に吹いているような場所でなくては 期待どおりの出力は期待できません。
風で発電するのですから風が無いと発電できないのは当然ですが、巨大な風力発電の風車はゆーっくり動いているので、当初 私は小型施設も軽く回っている程度でも抵抗で十分に発電されるものと考えていました。

風力発電機の出力表示は 「定格出力:600W (風速14.0m/s) 」のように表記されています。

これは文字通り 風速14m/sの時に出力600W 発電する。という意味で

年間平均風速が2~3mとされている東京では無意味な数値

風速14m以上の強風が吹く日は月に数時間も無いでしょう。
平均風速3m/s時の出力を表記するのが実用的だと思います。太陽電池の場合、晴天時に公称最大電力の8割くらいは出力してくれるので目安になりますが、風力の場合には全く出力の予想が立ちません。
最初に太陽光発電の場合、一日平均出力の3倍しか発電できないと書きましたが、年間にすると「3倍x365日」で表示出力の1000倍の出力を得られます。

一方、家庭用の風力発電の場合、年間発電量は定格出力の100倍にも満たないとされています。

上に挙げた再生可能エネルギーのニュースは“風力の強い地域に風力発電施設を設置した場合の話”で、家庭用は全く違う話のようです。

我が家の場合、お隣の3階建てのビルとの隙間には常にベンチュリー効果(ビル風)が起きているので設置場所に良さそうですが、常に風が強い分 音が気になるでしょうし、建物の隙間に音がコダマしてカタカタ音が響くのが目に見えてますので、この設置場所は却下です。

風があっても無くても悩ましい発電機ですね

 

現在の制作状況

私は現在 自転車のハブダイナモ(オート点灯自転車の車軸の部分の発電機)を使った超小型風力発電システムの制作を開始する為にハブダイナモも購入していました。

制作にあたり、とにかくブレードの材質や形状などの設計で四苦八苦していて放置していたのですが、そんな中、小さいキットを購入した方が安上がりな事に気が付いて小型風力発電キットを購入しました。下の右製品

届いて判明したのですが これは最初から自転車の発電機を利用した初心者用キットでした。

二代目はハイブリッドタイプ導入予定

小さい発電機のテストで導入する決断した後は太陽電池とのハイブリッドタイプにする予定です。
(ブレードの自作などは諦め気味・・)
ハイブリッドタイプは人気で品薄なので焦りますが、、とりあえずはプロトタイプに初号機を完成させようと思います。

追記:
制作や設置する自信が無い場合、役所に相談すれば風力発電の設置業者を紹介してくれますので、ゼファーや三菱重工の風力発電システムを導入するのが得策だと思います。

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