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ベランダ太陽光発電の発電量

 今日は秋分の日で、太陽光発電をやっている者にとっては少し重要な目です。というのは、太陽の位置は一年かけてゆっくり変化しますが、今日を境に冬のフェーズに入ることになるからです。

 うちではマンションのベランダに設置した30Wの太陽電池パネルでささやかな太陽光発電をやっています。発生させた電力は自作のGTIを使って家の中の電化製品を動かすのに使っていますが、その発電量などのデーターを今年の春からzivelyに記録/閲覧できるようにしています。
 データーのアクセスはこちら→ https://xively.com/feeds/1297295899

 ということでかなりデーターが溜まってきましたが、そのデーターの中で一番興味深いのは、一日の発電量の時間変化カーブです。冒頭に書いたように今日は秋分の日なので、今年の夏至から秋分までの3ケ月間で特徴的なデータを整理してみました。ちなみに以下のような綺麗なグラフは晴れの日しか取れないので、日付の間隔が不規則になっているのはご容赦下さい。

▼発電量カーブの季節変化
発電カーブ推移
 グラフの横軸は時刻。UTCなので00:00は午前9時、06:00は午後3時になります。縦の赤い点線は正午です。
 縦軸は発電量で、0Wと20Wの位置に線が入っています。

 一番上は夏至の約一週間前(6月15日)。この頃は建物の影になるので、13:10くらいからしか発電しません。夏至のころだけあって太陽高度が高いのでピークの発電量は高めになっています。なお、太陽電池パネルは西南向きのベランダの左端(東端)に設置しています。

 二番目(8月6日)のグラフでは少し変化が現われています。まずは発電の開始時刻が少し早くなっていて12:40くらいから発電が始まります。それより重要な変化は、11:00あたりの小さなピーク。これ、ベランダの左側からの日差しによるものです。

 三番目(8月19日)のグラフでは、小さかったピークが大きくなり、本格的な発電開始の時刻も早くなってきて、12:00過ぎから発電開始しています。

 一番下のグラフは今日(9月23日)秋分の日のデーターです。ピークはとうとう本体と繋がり、10:00から発電が始まっています。一方で、夕方の発電停止時刻が1時間以上早くなっています。一日の発電量はここまでの最大で、125Whを記録しています。

 この先どうなるか予想すると、太陽高度が下がってくるのに伴い、発電開始時刻はもう少し早くなって9:00頃に。一方で発電終了は15:00より前になりそうです。日照時間ではどんどん不利になりますが、一方で気温が下がると太陽電池パネルの効率が上がるのでそこいらのバランスがどうなるか興味深いところです。

 まあこれはマンションのベランダなど建物の影が問題になる場合の話。屋上など全天が見渡せる場所にパネルを設置する場合はこんなことは考えないでいいので、羨ましい限りです。

簡易バッテリー充電器の製作

 簡単なバッテリー充電器を作ってみました。といっても背景は少しややこしいのでまずは解説から始めます。

 自作したグリッドタイインバーターは快調に動いていますが、GTIだけだと電気の蓄えが無いので不意の停電などがあった場合に困ります。(グリッドタイインバーターのカテゴリーの記事はこちら)

 まあ、3.11のようなことが二度とあっては困るのですが、備えあれば憂い無しです。それにせっかく太陽光発電パネルがあるのだから、独立型太陽光発電の機能を持たせておくのは悪くはありません。

 ということで、GTIにバッテリーを併設することにします。

 バッテリー充電器は秋月のCM04-2.1が余っていますがこれは以下の理由で使えません。
1)PWM制御なのでパネル電圧に大きなリップルが発生し、これがGTIのMPPTと干渉して誤動作の原因になりかなねない。
2)制御素子がマイナス側に入っているので、バッテリーのマイナス端子を接地できない。

 ということで新たに自作することにしました。バッテリー充電器と言っても非常用の電力確保のためにフローティング充電だけできればいいので、簡単な回路ですませることが出来ます。

▼回路図
簡易バッテリー充電器回路図

▼元の回路図
TIのデーターシートより抜粋
 TIのLM317のデーターシート(http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/lm117.pdf)に出てくる回路をそのままいただきました。

▼特性図
特性
 充電特性は上のグラフのようになるはずです。VR1で設定した電圧に達すると電流はゼロ。バッテリーの電圧が低い場合は電圧の差をZoutで割った分だけ電流が流れます。例えばバッテリーの電圧が設定値より1V低ければ、1V/11Ω=91mAで充電されることになります。使っているのは8Ahという小さなバッテリーなのでこれくらいで充電しておけば大丈夫だと思います。

▼基板
外観
 普通の動作ならヒートシンクは不要ですが、大きな電流を流して充電する場合の用心にヒートシンクを付けました。単に余っていたのを付けた、という噂もあります・・汗;

▼使用状態
使用中
 バッテリーに合うファストン端子が見つからないのでミノ虫クリップで接続。ヒューズ入れてケースに収めたいところですが、とりあえず暫定でこの状態で運転中です。

 これでGTIと共存できるバッテリー充電器の完成です。小さなバッテリーですが、12V/8Ahの容量は単三電池なら30本くらいの能力に相当するので、いざという時は頼りになるはずです。

◆あとがき
 とりあえず問題なく動いていますがちょっとだけ難点があります。それは、GTIの運転状況によってはパネル電圧が15Vくらいに低下する場合です。そうなるとLM317(+SBD)の電位差が充分確保できなくなって充電が止まってしまいます。まあそんなに電圧が下がるのはパネルの温度が上がった場合で、一日中そんな状態になることは無いので実害は無いのですが、ちょっと残念な点です。
 この問題はLDOタイプのレギュレーターに交換すれば解決できそうなので、時間があったらやってみたいと思います。

tag : グリッドタイインバーター 独立型 フローティング充電

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