DIY!初心者でも簡単、自作でソーラーシステムの計算方法

DIYソーラーシステムの計算方法

こんにちは。

太陽光発電のONE TO ONEです。

最近、自分で太陽光発電システムを作る方の問い合わせが多くなっています。大きなシステムではなくて、倉庫や作業場に電気を付ける小さな太陽光発電システムなどです。しかしながら、初心者のかたは何を選んでよいのか?パネルのワット数やバッテリーの選び方がいまいちわからないかたもいらっしゃると思いますので、具体的に必要になるものを解説しよう。初めての方でも分かりやすい内容となっているので安心して読み進めてほしい。手元に電卓があれば、より理解しやすいので電卓を使うことをおすすめする。

まず、自作でソーラーシステムを作るときに必要になってくるのが、

1、太陽光パネル(ソーラーパネル)

2、チャージコントローラー

3、バッテリー(蓄電池)

4、DC-ACインバーター(通称:インバーター)

5、接続ケーブル

6、ソーラーパネル⇒チャージコントローラー用ケーブル

7、チャージコントローラー⇒バッテリー用ケーブル

8、バッテリー⇒インバーター用ケーブル

今回は、夜間だけの使用で、40Wの電球を3個、8時間点灯させる場合に、必要となる

1、パネルのワット数

2、バッテリーの容量

3、インバーターの出力

この3点において、必要となる容量や出力の計算をおこないます。

消費する電力量の計算方法

はじめに、夜間に使用する40Wの電球が8時間に消費する電力量を計算します。

この場合の計算方式は、

40W(電球)  ×  3個  ×  8時間 = 960Wh

ここで、40Wの電球を8時間点灯させた場合に消費する電力量は960Whということがわかります。この消費する電力の960Whをバッテリーに充電しなければなりません。バッテリーの種類はたくさんありますが、自作で太陽光発電システムを作る場合は、12Vの鉛バッテリーを使うのが一般的ですので、今回は鉛のバッテリーを使った場合に、電力を蓄えるバッテリーの容量を計算します。その計算方法は、

電力量 ÷ 電圧 (12V)  =  バッテリー容量 となります。

この場合は、

960Wh  ÷ 12 V = 80Ah となります。

ここで、必要となるバッテリーの容量は80Ahということがわかります。しかし、鉛バッテリーは完全放電(0%)すると痛んで使えなくなるので、先に計算したバッテリー容量に余裕を持たせます。バッテリーの劣化を抑えるため、50%くらいの余裕は欲しいので、上記の計算式で分かった容量に50%の割り増しにして、バッテリー容量をもとめます。

その場合の計算方法は

80Ah × 1.5 = 120Ah となります

余裕をもたせたバッテリーの容量は 120Ahということがわかります。これで、40Wの電球を8時間点灯させて消費しても、放電させたバッテリーは約半分となり余裕ができバッテリー本体の寿命がながくなります。

バッテリーに充電する必要な太陽光パネルのワット数

次に、夜間に使用する電球の電力を、太陽光パネルで補うようにしますので、バッテリーを充電するために必要な太陽光パネルのワット数を計算します。太陽光パネルの晴天日の発電量は取り付ける地域や場所により異なりますが、おおよそ4時間分ほどですから、次のような計算方法になります。

120Ah × 12V  =  1,440Wh

1,440Wh (バッテリー容量) ÷ 4 (日照時間) = 360W

これで、必要な太陽光パネルのワット数は360Wとなることがわかります。つまり、晴天時に360Wの太陽光パネルを4時間稼働させたら、1,440Whのバッテリーが満充電できるということです。ただし、この太陽光発蓄電システムに使用したチャージコントローラーはMPPT方式(最大電力点追従機能)という、性能のよいチャージコントローラーを用いた場合の話です。チャージコントローラーとは、太陽光パネルの発電した電力をバッテリーに充電するための充放電を行う装置でMPPT方式やPWM方式があります。

MPPTとは、Maximum Power Point Trackingの略で、最大の出力が発生するように電圧と電流の組み合わせを常に探し求める方式を用いております。MPPT方式のチャージコントローラーは、不安定な電圧と電力を常にコントロールして最大の電力量を取り出せるメリットがあります。

PWMとはPulse Width Modulationの略でパルス制御方式のチャージコントローラーです。パルス信号のパルス幅を長くしたり、短くしたりして、一定の電圧と電流が発生するように制御する方式です。PWM方式では一定の効率以上で電力を作れますが、最大の効率で電力を作ることができません。MPPT方式のチャージコントローラーは、価格は高くなりますが、変換効率としては97%〜99%です。チャージコントローラーは、住宅用太陽光発電システムでカタログによく掲載している、パワーコンディショナーと同じ役割になります。太陽光発電システムでは、「〇〇メーカーの太陽光パネルだから安心」とか言われて、太陽光パネルが主役になりがちだが、チャージコントローラーにも注目してほしい。太陽光パネルは天候に左右されことが想定されます。不安定な電圧と電力を常にコントロールできる、MPPT方式のチャージコントローラーやパワーコンディショナーを初心者はチョイスしてほしい。よく使われるチャージコントローラは、世界最軽量の電菱「SA-BA10」が定番だ。

インバーターにも正弦波や擬似正弦波など種類あり

次に、DC-ACインバーターです。DC-ACインバーターは、通称「インバーター」といい、DC(直流)電圧からAC(交流)電圧へ変換する装置です。ここでは、充電したバッテリーDC12Vから家庭用の電源コンセントと同じAC100Vを取り出すために使います。

インバーターにも正弦波や擬似正弦波など種類があり電気の波形がことなります。正弦波はパソコンや電子機器など繊細な製品を使う場合に必要で、擬似はモーターや電熱の製品に使われることが多いです。正弦波は家庭用コンセントの電源に一番近い形の波形ですので、ほとんどの機器に問題なく使用できます。安価なインバーターでも、それなりに動くものもありますが、波形が悪いインバーターは電波ノイズが起こり電気の質があまりよろしくありません。使う機器や用途にもよりますが、正弦波インバーターをオススメします。

電球を使う場合のインバーターの出力の計算方法

では、今回の電球を使う場合に、インバーターの出力はどれくらい必要になるのか?電球は種類によって瞬間の電流が異なります。白熱電球は電源スイッチを入れた瞬間に大電流が流れます。今回は、白熱電球40Wを3個使った場合を例にします。白熱電球は電源のスイッチを入れたときに、定格の10倍の電流が瞬間的にながれる可能性があります。定格40Wの電球ならば10倍の400Wが瞬間的に流れることもあります。従って、電球を一度に点灯させる場合は、これを考慮したインバーターを選択しなければなりません。この場合の計算方法は、

40W(電球)  × 3個 × 10倍= 1,200W

となるので、最大出力(瞬間1200W)のインバーターが必要となってきます。

電球を順番に点灯させれば、ある程度は緩和でき実際にはここまで必要ないかもしれませんが、計算上は、これだけのインバーターの出力が必要です。必ずしも白熱電球でなくても良いのでLED電球にすれば、消費電力も瞬間電流も小さくなりますので、使用する環境において臨機応変に対応してほしい。

まとめ

太陽光蓄電システムの構成をひとつずつみていくと、初心者でも、理解が深まったのではないだろうか。大事なことなのであらためてお伝えすると、40Wの白熱電球を3個、8時間点灯させる場合に必要となる、太陽光パネル、バッテリー、インバーターは、以下のようになります。

・必要になる太陽光パネルワット数は、360W

・必要になるバッテリーの必用な容量は 120Ah

・必要になるインバーター出力は、定格出力120W以上、最大出力(瞬間1200W)

今回は、毎日が晴天の場合を想定しています。当然ながら、季節により日照がことなりますので、その場合は太陽光パネルの出力を変更する必要があり、それに合わせて、バッテリー容量も増やすことになります。太陽光発電システムの構成を理解して、自分で電気をつくり、電気を使うと、劇的にライフスタイルが楽しくなることは間違いない。もし、愛する人や、家族、お子様とかいらっしゃれば、時間を割いて、一緒に自作のソーラーシステム作りにチャレンジしてみてほしい。なお、自作ソーラーに必要となる商材は、当社の通販サイトONE STOREでそろえることができるので、一度覗いてみてはいかがだろうか。

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