太陽光発電マニアックス【DIY自作発電～ソーラーシステム～太陽電池の解説】


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三代目の自作ソーラー発電(ポータブル電源改)

Posted on: 木曜日, 4月 14th, 2011 in: 三代目自作太陽光発電, DIY自作ベランダ太陽光発電

二代目システムで制作したポータブル電源を利用した独立系太陽光発電システムの欠点を出来る限り改善して設計しました。

改善予定一覧：

A：ソーラーパネルから充電している間も電力を利用できるよう変更

B:ポータブル電源に装備されていると信じて省いていた過充電対策

C：太陽電池に備わっているショットキーダイオード以外の逆流防止対策

D：アナログDC電圧パネルメーター(30VDC)電圧計の導入
※できればアナログ電流系も導入

E:充電からバッテリー端子に直付け充電に変更　（二代目はDCジャックから充電）

F:バッテリー電圧低下時のシャットダウン回路の実装

G：バッテリー サルフェーション除去器を導入バッテリー寿命を延ばす

H:秋月電子の可変スイッチング定電圧電源キットを使ってソーラーパネル電力を直使い

I:DC/ACインバーターを使わずＤＣ１２Ｖで運用。インバーター損失・昇圧降圧変換のロスをカット。

結局は自作非常用電源？自作発電機？になってしまいました。
以下　工程をメモっておきます。

新しいバッテリー選び

日常的には携帯電話充電とDC12VのLEDライトを夜間使用する用途の予定。
緊急時にも40Wが5時間/日使える事を前提に選びました。



40W / 12V = 3.33 A

3.33A x 5h = 16Ah

探した結果、手ごろなLONG社のDC12V, 20Ahシールドバッテリーに決めました。
16Ahも使ってしまうとバッテリーの寿命は非常に短いでしょうが緊急時だけですし良しとします。
もともと18Wの非力ソーラーパネルでは大容量のバッテリー運用は無理ですし丁度良いでしょう。

自作非常用電源としては平均点だと思います。


 
 

バッテリー・制御装置ボックス

シールドバッテリー２０Ah
 
 
 

最初に古いポータブル電源をバラしてみました。

中のバッテリーを取り出したら丁度買ったバッテリーと同じサイズで容量が少し小さめの17Ahのシールド鉛バッテリーでした。


3Ahだけパワーアップしたなんて。。。非常に悲しくなります (左画像の下)

丁度バッテリーボックスや制御装置ボックスをどうしようか悩んでいたので、古いポータブル電源の入れ物を丸ごと使うことにしました。（左画像の上）

不要なコンプレッサーを外して電圧計に付け変えようと思いましたが、もともとLED４灯の簡易電圧計が付いているので流用。

アナログ電流系を後で付ける予定です。

ライトなどの不必要な電線を除去して完了！

 
 

チャージコントローラー実装

ソーラー充電コントローラー（１２Ｖ４Ａ ）ＣＭ０４－２．１

改善予定一覧のB（過充電対策）C（逆流防止対策）はどう考えても放充電コントローラーだけで解決できるので導入する事にしました。
やはり効率の高いMPPTチャージコントローラーが欲しいのですが、非力システムには必要ないので安くて人気のあるcm04-2.1に決めました。
消費電力も4mAと優秀です。

このコントローラーは販売会社などの説明分には過充電防止機能が付いているとは書いてありませんでしたが、取り説には書いてありました。

The charge controller protects the battery from being overcharged by the solar array.

配線の問題で画像のように逆さまに付けました。

 
 
　

　

配線

ポータブル電源配線図

画像のように旧ポータブル電源の配線をそのまま利用しています。
変更点はポータブル電源ではカーバッテリーチャージャー用のワニ口プラグが付いていたので、それを解体してチャージコントローラーからの充電とバッテリー端子を接続、充電用にしました。

今後の課題としてFの（バッテリー電圧低下時のシャットダウン回路）の実装ですが自作は難しそうです。ＤＣコンセントに使えそうな既存のものは無いかな？
インバーターを導入すれば解決しそうですが、今回はＤＣのみで運用する予定です。

今の所　シガレットソケットから取れる携帯充電器とＵＳＢジャックのみを差しています。

秋月電子のＤＣ12ＶＬＥＤ
上の配線図の「付属ライト」部分はケーブルからＤＣ12ＶのＬＥＤライトを非常灯として伸ばす予定です。
電源スイッチ類もそのまま生かしてありますので、ライトのＯＮ・ＯＦＦに使えます。

 
 
主電源は常時オンの予定ですが極端に低電圧になった場合にはオフにしてＬＥＤ分も節約する予定。

 
ＬＥＤは秋月のＤＣ１２Ｖに接続するだけで点灯する白色ＬＥＤユニット(左画像)を買いました。

消費電力１．９２Ｗで２００ルーメンなら毎晩オンの状態を保てるかと期待しています。

最後にH(秋月電子の可変スイッチング定電圧電源キットを使ってソーラーパネル直使い)の改善予定が残りましたが、色々実験段階です。
ニッケル水素電池を直接充電したりできると楽しそうです。
秋月電子の可変スイッチング定電圧電源キット

バッテリー サルフェーション除去器は今回のバッテリーが弱ってきたら『サンダーUPii』を付けようと思います。
『のび~太』もいいけど少し高いです。

パネルの大きさやバッテリーの容量を増やすより超省電力電化製品を探す政策に切り替えました。

完成後は超省電力ノートPC・超省電力ポータブルテレビ・超小電力LEDライト・超省電力扇風機を探すぞ！
冬用に超省電力電気毛布も欲しいです。

同じ家電で電力が10倍違う製品などを見てしまったので　消費電力の考え方の根本が変わった気がします。

『105Ahのバッテリー＋150Wパネル』で90Wのノートパソコンを動かすのと『20Ahバッテリー+20Wパネル』で15Wのノーパソを動かす事はあまり違いは無いと思います。

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