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5W太陽電池の出力電圧・電力特性を測定

 最近、ベランダミニ太陽光発電の発電量が落ちているような気がするので、太陽電池パネルの出力電圧/電力特性を測定してみました。
電圧・電力特性
◇グラフの見方 
 横軸が電圧。縦軸は電力です。3本のグラフがありますが、黄色い線が晴天の日(今日)。他はやや雲があったりした日の測定結果です。青いグラフが11V付近で少し落ち込んでいるのは、測定中に雲がかかってきた影響だと思います。また、違う日に測っているので電圧測定ポイントが違ったりして、グラフが交差するなど変なところがあります。

◇最大出力が低下しているかも、
 このパネルは5Wの単結晶なのですが、最大でも3.4Wくらいしか出ていません。2月に設置したころはもっと出力が出ていたような気がするので、パネルが劣化してきているのかもしれません。あるいは、季節的な要因があるのかも知れません。もっと前からこのような測定をやっておけば、原因がはっきりしたのですが、今となっては後の祭りです。

◇MPPTを入れるべきか?
 この測定にはもう一つの目的があり、それは、MPPTを入れると効率UPする余地があるかどうか、調べることでした。
 グラフによると、天候によって電力最大となる電圧は少し変わりますが、およそ16~17Vで使えば最大出力が取れることが判ります。つまり現状は、晴天なら16Vで3.4Wの出力があるところを、チャージコントローラー(CM04-2.1)でバッテリーに直結しているので、13Vで3Wで使っていることになります。ということは0.4Wのロスがありますが、効率というか電力の利用率は88%。うーん、これってそんなに悪くない数字です。
 MPPTで電圧変換するにしても、効率は良くて90%くらいでしょうから、これならメリットはほとんど無い、へたをしたら逆効果になる恐れもある。ということで、MPPTは不要という結論になりました。

◇測定用簡易電子負荷
ダミーロード
 こういう測定をするには容量の大きな可変抵抗が必要になりますが、その代わりに作ったのがこれです。最小限の回路構成なので、パワーがかかると温度上昇でトランジスタの動作点が変わり、安定するまで一呼吸待つ必要があるのが難点です。
 キャンドゥのデジタル温度計の測定周期を2秒に改造し、サーミスタを引き出してヒートシンクの温度が測れるようにしてあります。この測定では最高で42℃まで温度が上がっていました。太陽電池で集めたエネルギーが実感できて、何だか不思議な気がしました。

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ジャンル : 趣味・実用

基準電圧発生回路で電圧計の精度を確認

 二ヶ月くらい前、オークションで中古のデジタルマルチメータを入手しました。それまでは、ホームセンターの1300円くらいのデジタルテスターを使っていたのですが、やはり性能不足。ということで、ちゃんとした物を手に入れました。

▼アドバンテストのDMM TR6846
アドバンテスト TR6846
 販売時は10万円くらいした測定器で、4.5ケタ(34999)表示、分解能は10μV、10nA、1mΩで、アマチュアが使うには充分な性能です。たぶん20年くらい前に作られたものですが、今でも充分使えました。落札価格は4000円弱。パワーオン後に表示されるファームのバージョンは U 901でした。

 使ってみるとすばらしい性能です。ただ、いつ校正されたか判らないので絶対精度に不安があります。

 ということで、基準電圧発生回路を作り、校正された電圧計と比較することで、精度の確認をやってみました。作った回路は、TL431に5mAの定電流ダイオードから電流を流し込むだけ、という簡単なものなので、回路図は省略します。
 TL431のデーターシートを読むと、電圧の標準値である、2.495Vから離れるほど、温度特性が悪くなる(下図)ようです。そうなら、ということでできるだけ2.495Vに近い物を選別しました。まあそう言っても、この時点では、合っているかどうかわからない電圧計で測っているので、気休めくらいにしかならないのですが。

▼TL431の温度電圧特性(TIのデータシートから抜粋)
TL431の温度特性

▼基準電圧発生回路の電圧測定
電圧測定中
 回路は持ち運べるよう、006Pの9Vで駆動。選別した石の発生電圧は2494.9mVと出ました。

 この回路を某所に持って行って、6桁の校正された電圧計で測ってみると、2494.48mV。もう一台別の電圧計で測ると、2494.46mV。ということで、平均をとってこの回路の発生電圧は、2494.47mVと値付けすることができました。

 つまり、我が家のTR4846のDC3Vレンジの誤差は+0.43mV(+0.017%)で、全く問題無しという嬉しい結果です。さすがアドバンテストです。

 実は精度が悪かったら校正しようと、エーディーシーのWebから取り扱い説明書を入手していたのですが、校正などする必要が無くて良かったです。あと、精度確認はDC3Vレンジだけで行っており、他のレンジやモードまでは見ていません。しかし、このDMMの基準はDC3Vレンジなので、たぶん他のレンジやモードもそこそこの精度が出ていると思います。

 おっと、書くのを忘れるとこでした。DMMのゼロ調整は説明書に従って、全レンジ/全モードで事前に行っています。ゼロ調といっても、ほとんどはファームにオフセット値を再登録する作業なので簡単でした。

 あと、1999表示の測定器の場合、この電圧だと、たぶん2.45Vと表示されて分解能不足になると思います。その場合、同じ抵抗2本で分圧して、1.225Vあたりを作ればよいと思います。

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