オフグリッドソーラー発電 太陽の恵みを生かした再生可能な新エネルギーを使おう
２０１１年３月の東日本大震災以降、特に福島第一原発の放射能漏れは日本の安全神話を根底から覆し、電力会社や政府への信頼を著しく損なう結果となってしまいました(爆)。
さらには原発停止により計画停電まで発生する事態に陥り、情報化社会への脅威にもなっています。
発電コストも、原子力故障の後始末より新エネルギー開発のほうが安くつくことも実証されました！（(爆)）
そんな折、再生可能エネルギーとして太陽光発電が脚光を浴び、ソーラーパネルや充電コントローラーなども安く出回る状況も相俟り、自宅に蓄電式ソーラー発電システムを導入する人が増えてきました。
自身も以前から興味を持っており、ソーラーパネル等を入手して電気代節約・自然エネルギー利用を図りました。防災電源として、電力会社依存を減らす手立てのひとつとして、そしてエコ意識の高揚も兼ねて。
※さらに自宅ソーラーの発電電力を電気自動車(EV)へ充電し、それを夜間や災害停電時に電源を供給して活用する方策も検討中。
顧問の愛車「アイミーブ」からAC100V/1500W電源供給装置経由でイベントコーナーの電源供給デモを計画中です。
食料に同じく、電力も自給自足を目指す時代に突入している感があります。
生命の尊さを主張する「おもちゃ病院」とて例外ではなく、既に玩具修理の電源として注目を浴びつつあります。
美濃加茂おもちゃ病院のおもちゃドクターもオフグリッドソーラーに興味津々であり、我輩の手持ち設備で何かしようと考えています。
必要な機材のリスト
１．ソーラーパネル ： 太陽の光をシリコンパネルで電力に変換する。
２．充電コントローラー： バッテリーへの充電を制御する装置。過電圧によるバッテリー破壊を防ぐほか、数種類の充電モードがある。
３．鉛蓄電池（バッテリー）： 電力を蓄える電池。自動車用バッテリーやシール鉛蓄電池などが主に使われる。
４．ＤＣ／ＡＣインバータ： 蓄電池の直流を家庭用交流１００Ｖへ変換する。
５．各種配線・コネクター： もちろん電線がなければシステムは成立しない。ソーラーパネルの接続コネクターも必要。
６．１２Ｖシガーソケット： ＤＣ１２Ｖを使うカー用品を使用する場合に必要。
以上が最低限必要になります。その他、ＤＣ１２Ｖ用照明器具など、各自のほしい器具を買い集めてください。
筆者の蓄電式ソーラー発電設備一覧（一号機）：
１．ソーラーパネル ： １００Ｗ（２０Ｖ，５Ａ）ｘ１。ヤフオクで安価入手（当時、１枚約１万円）
２．充電コントローラー： 未来舎ＰＶ−１２３０Ｄ１ＡＢｒ（ＤＣ１２Ｖ系、３０Ａ、PWM方式、液晶パネルに電圧表示あり）２万円。
３．鉛蓄電池（バッテリー）：自動車用Ｓ９５（１２Ｖ５６Ａｈ）アイドリングストップ車用×２台。
４．ＤＣ／ＡＣインバーター：カー用品流用。１２Ｖ１５０Ｗ、矩形波（擬似正弦波）。
５．配線・コネクター ： 宅内用電気ケーブルの流用。パネル〜コントローラーは２ｓｑｘ７ｍ、バッテリーへは１．２５ｓｑｘ１ｍ。
６．ＤＣシガーソケット： カー用品流用。ソケットｘ３、ひとつは電圧計兼ＵＳＢ電源装置常設。
７．その他：カー用ノートＰＣアダプター、ＵＳＢ電源変換器（５Ｖ電源）、自動車用温冷蔵庫など。
※カー用品の流用が多いですが、比較的安価かつ愛車と道具を共有できるメリットは大きいです。
筆者の蓄電式ソーラー発電設備一覧（二号機）：
１．ソーラーパネル ： ５０Ｗ（１８Ｖ，２．８Ａ）ｘ１。ヤフオクで入手（１枚６千円）
２．充電コントローラー： EPSOLAR LS1024 （DC12/24V、10A、PWM方式、8千円。表示つき初心者向け。
３．鉛蓄電池（バッテリー）：自動車用40B19L（12V28Ah）。
４．ＤＣ／ＡＣインバーター：カー用品流用。１２Ｖ１５０Ｗ、矩形波（擬似正弦波）。
５．配線・コネクター ： 宅内用電気ケーブルの流用。パネル〜コントローラーは1.25sq
x2m、バッテリーへは1.25sq x50cm。
６．その他：ＬＥＤライト（１Ｗ）、ＵＳＢ電源変換器（５Ｖ電源）、カー用ノートPCアダプター。
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画像の紹介：左から順に、５０Ｗソーラーパネル、電流計・バッテリー・充放電コントローラー、電流計の表示(2.5A)。
蓄電式ソーラー発電の事例と実績
１００ｗパネル１枚で冬のある日、南面に６０度の仰角で設置、２０Ｖ５Ａパネルで一日１５．７Aｈの発電を確認しました。
一日の概算発電量がパネルの最大値ｘ３ゆえ、近い値が出ました。
バッテリーの蓄電量は有限であり、日差しのあるうちに電力消費したほうが効率よく電気を使えます。１２Ｖ２８Ａｈ鉛蓄電池の場合、最大充電量は３３６Ｗｈですが、鉛蓄電池の最大使用可能容量は５０％、１６８Ｗｈまで。充電したいものは朝出かける前に充電するのがお得です。
例として、鉛蓄電池のほかニッケル水素蓄電池やノートＰＣのリチウムイオン電池充電の併用が効率アップの鍵と言えます。
ソーラーパネルの選定
最近は中国製の安いソーラーパネルが出回っており、以前に比べコストは低くなっています。
１００Ｗパネルは一枚１５ｋ前後、発生電圧／電流は１８Ｖ／５．６Ａが主流。ただし送料が高いので注意下さい！
ソーラーは屋根につけるイメージがありますが、１００Ｗ以下のものは比較的小さくベランダでも取付可能です。空き地を上手く使って下さい。
ソーラーパネルの発生電圧は１２Ｖ系・２４Ｖ系が多く、鉛蓄電池やコントローラーもそれに合う機種が揃っています。
パネル合計容量３００Ｗ以下なら１２Ｖ系がお勧め。カー用品も多く流用できます。
５００Ｗ以上なら２４Ｖ系、１２００Ｗ以上なら４８Ｖ系が主流です。１２Ｖ機器はDC−DCコンバータを利用ください。
２４Ｖ，４８Ｖにする場合はバッテリーを直列に配置して必要な電圧に合わせます。
鉛蓄電池の選定
市販の自動車用鉛蓄電池は安価ですが（市価４千円程度）過充電によるガス発生、過放電による極板劣化、転倒による液漏れなどの問題があります。過放電防止・コントローラーの電圧適正化・液補充・転倒防止など、適切な管理を厭わなければ普通に使えます。
ディープサイクルバッテリーは費用対効果が大きいですが、充電電圧が高いためコントローラーの価格もアップします。
シール鉛蓄電池、ＡＧＭ型鉛蓄電池はガスが発生しにくいため室内の設置も比較的安心です。高価なので普及率は今一歩。
元々自動車用１２Ｖ系バッテリーが量産されており、２４Ｖ系は１２Ｖバッテリー２個直列使用が基本となります。
容量と重量も選定の基準、一日に使う容量をあらかじめ計算し、ある程度余裕を持たせることをお勧めします。
ソーラーパネル容量に見合ったバッテリー容量を選ぶことも基本、１００Ｗパネル一枚あたり５０〜１００Ａｈが標準的です。
充電コントローラーの機能と選定
ソーラーパネルと鉛蓄電池（以下バッテリー）の間に設置される保護装置です。これがないと過充電で水素ガスが発生、最悪爆発します(爆)
しかし低い電圧で充電を遮断しても充電量が少なくなるので、対策として充電モードを複数備える機種が多く出ています
１，フロート充電：低い電圧で待機充電、補充電ともいう
２，バルク充電：バッテリーとソーラーパネルをほぼ直結にして受電量をそのまま充電
３，吸収充電：一定の電圧で電流を制限しながらバッテリーの最大容量になるまで充電
４，均等充電：３．よりやや高い電圧をかけてバッテリー各セル間のバラつきを整える充電
※１は説明不要、２はバッテリーの約８０％まで、３はバッテリー充電終期向け、４はメンテナンス用。
※鉛蓄電池一般の場合、１： １２．６〜１３．５Ｖ、２： １１．６〜１４．４Ｖ、３： １４．４〜１４．６Ｖ、４： １５．０Ｖ
［未来舎ＰＶ−１２３０Ｄ１ＡＢｒ説明書から引用］
コントローラーは充電機能のほか、たいてい夜間照明機能がつきます。太陽電池の電圧で昼夜を判定、タイマー機能で日没から数時間点灯させるなど日常生活に合わせた使い方ができます。設定は機種ごとに違うので説明書を参照下さい。
その他、アウトドア・キャンピングカー用に鉛蓄電池２台を個別充電する機能、液晶モニター表示機能など、コントローラーごとに機能が違うので必要な機能をピックアップしましょう。永年付き合うモノですから妥協はしないで下さい！
大容量のコントローラーは充電量を最大近くまで増やすＭＰＰＴ機能搭載機が主流。増設予定があれば事前に買いましょう。
発熱する機器ですので、発電容量に対し余裕のあるコントローラーを選びましょう。火災を起こすよりはマシです。
できれば日本またはアメリカメーカー製のものを使用すると安心です。未来舎・電菱・モーニングスターなどが該当。
配線の選定 最大許容電流の遵守が必要。２ｓｑなら２０Ａまで、４ｓｑは３０Ａまで、８ｓｑなら６０Ａ以下
ソーラーパネルと充電コントローラーの間は配線が長くなり電気抵抗も自ずと大きくなりますので、できれば太い配線を使いましょう。
配線同士の接続箇所は少ないほうがロスを低減できます。
パネル付近など屋根の配線には耐熱電線が必要です。感電・電気火災注意！
開放型バッテリーからは腐食性ガスが発生するため、コントローラーから１ｍ以上離すか別区画へ隔離しましょう。
配線の基本は「太く短く」これは覚えておきましょう。
インバーターの選定
１２Ｖ系の場合、情報家電系統は大抵カー用品で何とかなりますが、宅内用家電品を使う場合は交流１００Ｖへ変換する必要があります。
そんなときはＤＣ／ＡＣインバーターの出番。テレビ・ビデオ・ＦＡＸ・モデム・ルーター・扇風機・冷蔵庫など、大抵の家電機器が使えます。
大容量機器を使う場合は大電流が流れます。１０００Ｗですと８０Ａ近く流れますので、インバーターは必ずバッテリーへ接続下さい。コントローラーの負荷回路では対応できません。
待機電力も大きくなります［１０００Ｗクラスで約１Ａ］。常時接続機器は必要最低限のインバータで別供給し、大電力機器は使うときだけスイッチＯＮにするなど運用面で工夫が必要になります。
※１０００Ｗインバーターを実用的に使うなら、鉛蓄電池容量は２００Ａｈ以上、ソーラーパネルは５００Ｗ以上必要です。さらにバッテリー〜インバーター間の配線も１４ｓｑ以上が基本です。
カー用品の流用
カー用品は大抵自動車用シガーソケットから電源を取ります。最大１０Ａゆえ自立型ソーラーとの相性も良いです。
カー用冷蔵庫／温蔵庫など、キャンプ・遠距離ドライブにしか使わないものも有効活用できます。
事例：蛍光灯、ＬＥＤライト、ノートパソコン、ＤＣ／ＡＣインバーター（１５０Ｗまで）、各種ＵＳＢ給電コード、ラジカセ、各種アダプター使用機器など。