【太陽光発電】バルコニー・ソーラー発電はじめてみた

 

 

【2013年4月追記】
当発電所のその後のアップグレードについて追記。(クリックでジャンプ)

 

我が家のバルコニー、日当たりが異常によい (というか夏は暑すぎて死ねる)ため、以前から太陽光発電をしたらいいのではないかと思っていた。が、投資効果を考えると今ひとつ乗り気になれず幾年月。今回、原発事故による電力供給不安もあり、非常用電力としても使えるのではと、一念発起してそこそこの規模のシステムを組んだので、備忘録を兼ねてご紹介。

大きい電気関係と太陽光発電はド素人なので、生暖かい目で見てやってくだしあ。

オフ・グリッド太陽光発電

電力会社が提供する、商用の電力網をgrid (グリッド)と呼ぶ。住宅の屋根に太陽電池パネルを沢山設置して、商用電力網に接続するソーラー発電システムをon-grid (オン・グリッド=系統連携型) と呼ぶ。オン・グリッドのソーラーシステムは、電気工事資格者でないと設置ができない。オン・グリッドのシステムで発電した電力は、電力会社によって買い取られる仕組みになっているが、大規模停電時などには、接続を変更して非常用電力として利用できる。が、夜間や雨天など、太陽光による発電ができない状況では利用できない。また、マンションのベランダや、ルーフバルコニーへは規模的にも、工事の許可的な面でも設置がほぼ無理な状況。

一方、商用の電力網に接続しないソーラー発電システムを、off-grid (オフ・グリッド=独立型) と呼ぶ。今回組んでみたのは、このオフ・グリッドのソーラーシステム。
オフグリッド・ソーラーの特徴は、発電した電力を一旦充電用バッテリに蓄電し、そこから電力を得るところ。バッテリには100Vに変換するインバーターを接続し、通常の家電製品を利用することもできる。したがって、日中はもちろん、夜間など、いつでも太陽光発電した電力を利用することができる。大規模停電など、商用電力網が利用できない状況でも、日中夜間に関わらず、バッテリに蓄電されていれば非常用電力として活用できる。規模が小さいものであれば、電気工事の資格も必要ない。

実際に設置してみるか、と思い、よい書籍でもないかと調べてみたが、オン・グリッドの本は色々あるのだが、オフ・グリッド・DIYに特化した本はほとんど無い。グーグル先生に聞きながら、個人ブログや業者のサイトからこつこつと情報を集めるのに、一番時間がかかった。まだまだニッチな趣味なんだなと感じさせられた。

 

オフ・グリッド太陽光発電の主要パーツ

太陽電池パネル

▼  一般的な太陽電池パネル (画像出典: SHARP USA)

国内外の太陽電池パネルは市場に多数出回っており、Amazon楽天はじめ、ネットでの入手経路には事欠かない。

一般的なパネルは、太陽電池板表面がガラスで覆われ、周囲にアルミのフレームが取り付けられており、大きさ、重さとも結構ある。例えばシャープの84Wパネル、NT-84L5Hだと、寸法は1200×530×35(mm)、重量は9キロもある。

我が家のバルコニーは日照は良いのだが、強風が結構な頻度で吹き荒れるので、通常の太陽電池パネルを設置したら、風で飛ばされて大事故になる恐れがある。事故にならずとも、パネルが破損する可能性はかなり高い。そこで、フレキシブルな素材を利用したタイプの太陽電池パネルを色々探したところ、いいのがあった。

▼  米国Uni-Solar社のラミネートタイプの太陽電池

厚さは3.9㍉、クルクルと丸めることができるほど柔軟性がある。靴やサンダルで上に載っても大丈夫。

 

この製品、通常の太陽電池パネルよりも変換効率がよくないため、出力に比べてサイズは大きめ。68Wの製品で、2849×394×3.9(mm)、重量3.9キロ。でも特徴として、曇天時や、パネルの一部に影が落ちたとき、温度が高いときなど、通常のパネルに比べて出力低下が少ないらしい。

通常の太陽電池は、セルがシリアルに接続されており、一部だけに影が落ちた場合でも、極端に出力が劣化するらしい。ソーラレイの発射準備中の『825発電システムのムサイ、下がれ。影を落とすと出力が下がる』という台詞が、いかにリアルなものだったかと、あらためて感心した。

Uni-Solarのパネル、国内で購入すると、68W品で4-5万とかなりお高いし、扱い店も多くない。というわけで並行輸入した。68W品一枚あたり$199.95を2枚購入、送料入れても国内価格の半分以下で入手できた。※追記: 68W品は生産終了となり、現在は128WのPVL-128136WのPVL-136のみ販売されているようだ。

▼並行輸入したUni-Solarのパネル、到着した時はこんな状態で丸めて梱包されてきた。

 

チャージコントローラ

▼  Morning Star社のチャージコントローラ、Sunsaver Duo

チャージコントローラは、太陽電池からの電力を効率よくバッテリーへの充電を行うための機器。チャージコントローラは、バッテリーの電圧レベル、周囲温度などにより、電流・電圧レベルを最適化してバッテリを充電する。昔は自作するしかなかったようだが、現状はローエンドからハイエンドまで、各種販売されており、入手には苦労しない。MorningStar社のSunsaver Duoが気に入ったので、これを購入した。やっぱり国内流通品はお高いので、これも$145.90で並行輸入した。

このコントローラにしたのは、リモートパネル付きで室内で発電量などの数値が見られるところ。が、あとで間違いに気づく。”Duo”って名前はメーターとセットだから、と思い込んでたが、このコントローラ、クルマやクルーザーのメインバッテリともう一個、合計2個接続(Duo)用のモノだった。 メーターは別売りで、他のコントローラにもつなげられるので、普通のコントローラを買えば良かったつー話。運用上特に問題はないのだが、リモートメーターにセカンドバッテリがゼロと表示され、微妙に鬱陶しい。買う前に仕様はよく読みましょうってこったw

チャージコントローラには、比較的安価なPWM方式と、よりインテリジェントに、高効率に充電を行うことができるMPPT方式がある。現在使用しているSunsaver DuoはPWM方式だが、MPPT方式も試してみたくなり、後日アップグレード予定。

ディープサイクル・バッテリ

G&Yuのディープサイクルバッテリ、SMF27MS-730

オフグリッド・システムに欠かせないのが充電用バッテリ。通常のクルマ用12Vバッテリでも良いらしいし、そっちの方がかなり安い。が、一回放電しきってしまうと即劣化してすぐおシャカのクルマ用バッテリと違い、ディープサイクルバッテリは、最後まで使い切ってまた充電、という利用形態を前提に設計されているらしい。したがって、太陽光発電用のバッテリとしてはうってつけ。

うちのシステムでは、G&Yuのディープサイクルバッテリ、SMF27MS-730ていうのを14000円ぐらいで購入した。105A、20時間率で重量22㌔というヘビー級。このバッテリはメンテナンスフリーの完全シールド型で、クルマ用バッテリの様なバッテリー液の補充は必要ない。同容量のリチウムイオン電池ならきっとこれの何分の1かの大きさ・重量なんだろうけど、そんなもん高くて買えない。

 

インバータ

▼MorningStar社のインバータ、Suresine 300

太陽光パネルの出力は直流のため、100Vの家電製品を利用するためには、インバータが必要になる。クルマ用などのインバーターは各種売っているが、安いモノはたいがい矩形波品で、一部の家電製品をつなぐとぶっ壊れたりすることがあるらしい。矩形派のものと比べると若干値が張るが、正弦波インバーターも各種販売されている

インバータは室外に置きたかったので、MorningStar社のSuresine 300ってのを、これもまた並行輸入した。出力は正弦波で、300W以内の家電製品はなんでも使えるはずだが、アメリカ製品なんで、出力は110V/60Hz。50Hzのみ対応の製品は使えない。特に困ることはないが。このインバータも寸法をよく見ずに注文したため、『なんじゃこりやでけえ』というもんが届いた。ファンレスの設計でヒートシンク部分が大きいため、デカイ&重い製品になってるようだ。結果オーライだが、注文する前には仕様をry)

 

その他の構成パーツ

あとはケーブル類、ヒューズ類、など小物。直流12V系のパーツは、オートバックスとかイエローハットで探すとお安いし品揃え豊富。ケーブル仕事が大変多いので、圧着工具やケーブルストリッパーを準備しておくと幸せになれるかも。エアコンダクトを利用して配線する場合は、ダクト用のパテのほか、エアコンの配管を巻くテープなどがあると便利。こちらはホームセンターで。

システム構成

▼  うちのソーラーシステムの構成図。68WのUni-Solarパネルを2枚並列にチャージコントローラに接続、最大136Wの発電力。
ACにブレーカを使っているのは、設置後の使い勝手のためで、これもヒューズでかまわない。

 

 

屋外機器編

▼システム全景。手前にUni-Solar 68Wが一枚、写真奥の方にもう一枚設置してある。出窓下にある箱*にバッテリー、チャージコントローラ、インバータが押し込んである。
*アイリスオーヤマの密閉RV BOX 40

 

 

Uni-solar PVLはラミネートタイプの太陽電池だが、裏面側は粘着素材がびっしり塗られている。一度貼り付けると剥がして位置を変えたりするのが、かなりしんどそうなので、バルコニーに敷いてある塩ビ素材のタイルに、カーペットテープでUni-Solarの両側を仮止めしたまま運用している。それでも強風でもビクともしなかった。写真右側の青いケーブルみたいなのは、植木用の水やりホース。

太陽電池の設置を検討してみて初めて、バルコニーでは、日照のよい場所でも時間帯によってはフェンスの影が結構落ちるという問題を発見。裏板をつけてフェンスの外に出すとか、裏地をつけてフェンス外側に吊すとかも考えたが、しばらく試験運用してみてから考えることにした。68Wパネル2枚、合計ピーク136Wのパネルで、8月の晴天時で一日の累計で35Ah (≒420Wh)ぐらいが今のところの最大値。普通のパネルを自分で使ったことがないので、定かかではないが、Uni-Solar確かに影が落ちた場合のロスが少ない感じがする。

Uni-solarのパネルには、標準タイプのPVコネクタケーブルが付いている。写真下にあるのは、複数パネルを並列接続するためのカプラー。

Uni-Solarのパネル、PVケーブル・コネクタはすべて防水・屋外仕様なので、雨ざらしで問題ない。一般的なソーラーパネルでは、標準PVでなく、ロックタイプのPVコネクタというのが使われているようだ。よって、標準PVコネクタケーブルは、国内での入手が難しそう。simpleray.comでは、ケーブルやカプラー、パッチケーブル、ロックタイプとの変換コネクタなどが販売されている。

太陽光パネル、日が照っているとかなりの電力を発電する。したがって日中に作業をする場合は感電やショートに気をつける必要がある。また、負荷がかかった状態でコネクタの抜き差しを行うと、アーク(いわゆる火花)が飛び、かなり危険っぽい。直流は交流よりもアークが発生しやすいので、ブレーカーにも高価な直流専用のモノが必要だそうな。(交流用のブレーカーでは、遮断しようとしても、アークが飛んで遮断できないことがあるらしい)。この理由から、うちのシステムには、直流はブレーカーでなくヒューズを使うことにした。

▼  室外機器を押し込んであるハコの中身。そのうちキレイにしたいと思っているが、現状放り込んだ、といった状態w
バッテリが入っているのと、ケーブル穴の加工をしていないので、フタは密閉しないで運用。

 

▼  結線されたチャージコントローラ。このコントローラにはなぜかLOAD端子(DC出力)がないため、直流の出力は、ヒューズを経由してインバータから取っている。コントローラには温度センサーが接続されていて、リモートメーターに表示することができる。リモートメーターへの結線は、RJ11(電話ジャックのコネクタ)だが、付属品でなく自作する場合、4芯もしくは6芯必要で、かつクロスしている必要がある。

▼  結線されたSureSine 300インバータ。リモートオン・オフ、バッテリとの接続、DC12V出力とアース。

インバータは接続されたAC機器によって、立ち上がり時に大電流がかかることがある。よってチャージコントローラのLOADではなく、バッテリに直結すべしが原則らしい。コントローラにインバータを直結すると、大電流がコントローラを壊す可能性があるそうな。  DC機器への出力には30A、インバータへの出力には100Aのヒューズ経由で配線してある。

室外機器→室内への配線は、住宅配線用のVVFケーブルを使っている。本来は屋外で使ってはいかんらしいが、屋外ケーブルを何をつかえばよいかわからんのでとりあえず。(でも、きっとずっとこのままw) 軒下を通してるので、雨もあまりかからんからいいかなと。

▼  屋内へは、エアコンダクト経由で、各種配線を通した。

室内に配線されているのは、DC12V、インバータの110V、リモートメーター信号線、インバーターのリモートオンオフ線、インバータのアース線。見えるところにケーブルがぐちゃぐちゃしているのは好きでないので、エアコンの配管と一緒にまとめてみた。パテや配管をまとめるテープなどは、DIYのお店に沢山売ってた。

 

室内機器編

▼  エアコンダクトを通過した各種配線は、リモートメーターを除き、分電盤へ。

まさか自分で分電盤を作るとは夢にも思わなかったので、適当なケースをどうやって入手すればいいかわからなかった。ツイッターで質問したら、秋葉原の俺コンアキバを教えて貰った。俺コンアキバ、電気配線関係すごい充実してて、分電盤用のケースの他に圧着工具だの端子板だの色々買い込んだ。※その後、俺コンアキバ閉店してしまった。

 

▼  完成した分電盤内部。AC3Aのブレーカーと、インバータの電源、DC出力のオンオフができる。

▼  上がチャージコントローラの状態を表示できる、リモートメータ。室内温度、チャージコントローラの温度、現在の発電電力(A)、最大発電電力(A)、累計発電量(Ah)、バッテリの電圧などが表示できる。
下の計器は、中国製の格安ワットチェッカー。インバーターのAC110V出力は、ワットチェッカーを経由してコンセントへ。

DC12V出力は、USB出力付きのシガーライターコネクタに接続してある。でも、110Vと12V、両方の出力をつけてはみたものの、使い勝手の面で今のところ100V製品ばかり使っている。インバータ経由で電気を使うと20%ぐらいムダに電力を消費するので、DC機器をメインに使いたいところだが。ぼちぼち使用機器のDC化も考えたい。

 

【参考にさせていただいたサイト】

 

【追記 2013年4月】

その後、当零細発電所も微妙に増強をしたのでご紹介。

▼2013年4月現在の当発電所全体構成図。
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[パネルを2倍に増強]
既設のUnisolar PVL-68を合計4枚に。2枚ずつ33Vで直列接続し合計 272Wの構成になった。 真夏日なら日照ピーク時実効230Wぐらい。

▼ベランダ南西と南東に2枚ずつPVL-68を設置、直列33Vをチャージコントローラに接続している。
20130428-154517.jpg20130428-154500.jpg

[バッテリも2倍に増強]
パネルを増設したため、一個のバッテリでは発電力がムダになるため、バッテリも増設。

▼相変わらず適当な設置のバッテリBOX。2台のディープサイクルバッテリ、チャージコントローラとインバータがムリヤリ収まっている。
20130428-154530.jpg

 

[チャージコントローラをMPPT対応品に]
Morningstar Sunsaver MPPTを並行輸入。最初に導入したPWM方式のSunsaver Duoと比べると、よりインテリジェントに、高効率に充電を行うことができる触れ込みのMPPT方式のチャージコントローラ。実際に発電効率が上がったかどうかは正直よくわからん。

Sunsaver MPPT。パネルから33Vで供給、バッテリに12Vを給電している。
右端の青い部品はサーミスタで、バッテリBOX内の温度を計測するためのもの。Sunsaver MPPTには、自身のヒートシンクと環境温度を計るサーミスタが内蔵されてるのだが、環境温度の方は自身の発熱を拾ってしまい、かなり高温に表示されてしまう。環境温度はバッテリの充電コントロール的に狂うのは問題なので、25℃抵抗10KΩのサーミスタを外付け端子につけた。結果、環境温度に近い数値が出るようになった。

20130428-154540.jpg


[発電量表示用にタブレットPCを設置]

リモートメーターに変えて、Windows 7タブレットを計器版代わりにしてみた。Morningstar PC Meterbus Adaptorをチャージコントローラに接続、シリアルUSBアダプタを経由してWindows 7タブレットへ。

▼タブレットPC、普段は画面をスタンバイにし、必要なときはタッチすれば発電状況を表示、その後10分ほどは、NASに保存してある写真を表示する、デジタルフォトフレームになるように設定してある。
タブレットの電気は、もちろん自家発電。画面オフ時で5W、稼働時で10Wほどの電力消費。タブレットの右にある黒いドングルがPC Meterbus Adaptor。5芯RJ-11ケーブルで、Sunsaver MPPTに接続されている。
20130428-154606.jpg

タブレットPCは、タブレット用の壁掛け用スタンドの上においてある。お手軽に壁に設置できて便利。ただし、タブレットはスタンドに立て掛けられているだけ。

▼タブレットPC上では、Solar-GuppyのSC-Viewというフリーウェアで発電状況の表示を行っている。
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このアプリが非常に高機能で、一連の発電状況を表示できるだけでなく、表示画面をfttpで指定のサイトに定期的にアップロードすることができる。これにより、外部から発電状況のチェックができるようになった。このSC-Viewのfttp機能一つだけ問題があって、動作中にSC-Viewの上にウィンドウがある場合、その画面をアップロードしてしまう。このため、発電状況を外部に公開する場合はセキュリティ的に注意が必要。

【累積発電量記録】

【2013年5月18日】
当発電所が100kW/hの累積発電を達成!って東京電力の利用料金にして2000円分ぐらいだな。売電ですら4200円。
woggie_solarstat
【2014年2月15日】
大雪の前日、200kW/hの累積発電を達成していた。
20140502-215248.jpg
【2014年9月28日】
累積300kW/h達成。
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【2015年7月29日】
G&Yuのバッテリーがヘタってきたので、ACDelco M24MF x 2を購入、交換。
交換時点で、387KWhを達成していた。

メモ: なんかの拍子に累積kWhカウンタがリセットされてしまった。2015/8/6現在で390kWh。

【2015年8月31日】

累積0.4MW/h達成。

【2016年7月16日】
累計0.5MW/h達成。
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【2017年7月4日】
累計0.6MW/h達成。

 

 

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  • Tachiban

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  • 匿名

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  • おねがい

    せっかくの良い記事なのだから文末の  w  は止めて欲しい。

    人格を疑われます。  記事はすばらしいですw  <= とかやらないで。お願い!

  • Age

    > 人格を疑われます。せっかくの良い記事にくだらないコメントするなよw
    なんで w くらいで人格を疑われなきゃいけないんだ

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