ソーラーパネル独立電源を自作したい、配線は危険?架台の作り方は?

ソーラーパネル独立電源を自作したい、配線は危険?架台の作り方は?

回答:

配線の際、火花を出したりショートしたりしないよう、ソーラーパネルを太陽に当てないようにすれば危険はない。

解説

ソーラー発電システムというと、ハウスメーカーが段取りをして、電力会社の電線と接続する申し込みを行うなど、とても素人が手を出せないように思えます。

しかし、電力会社の電線と接続しないオフグリッド太陽光発電システムであれば、素人でも失敗せずに作れます。

近年、天災の発生がメディアを賑わすことが増え、万が一の時の自家発電システムとしてもオフグリッドのソーラー発電システムは有効です。

個人のDIYで迷いやすい、ソーラーパネル容量の決め方、ソーラーパネルの選び方、必要な部品の揃え方、ベランダへの設置方法、危険の少ない失敗しない配線方法を解説します。

ソーラーパネル自作のポイント

マンションやアパート住まい、戸建て住まいによらず、必ずソーラーパネルに加え、電気を貯める鉛蓄電池を併用することをおすすめします。

太陽が出ている間は発電できますが、夜間は電気が作れませんので、昼間に発電してためておく必要があります。

ですが、配線が危険といわれるポイントはここにあります。

鉛蓄電池はカーバッテリーとしておなじみです。充電中に水素ガスが出るので、配線時に火花を飛ばすと爆発の危険がある、という注意が車業界では痛切です。

しかし、ソーラーパネルの場合はこの危険はほとんどありません。ソーラーパネルをチャージコントローラに接続し、更にソーラーパネルを遮光して発電しない状態にしてからチャージコントローラと鉛蓄電池を接続すれば、突入電流を小さくでき、火花を飛ばすことはありません。

あまり電気がわからないので怖い、という方は、リチウムイオンバッテリタイプのポータブル電源を選ぶと良いでしょう。

アウトドア用のポータブル電源は、水素ガスの発生する恐れがゼロであるほか、ソーラーパネルを接続するだけの簡単さで、ソーラー充電とAC 100V、DC 12V、USB 5V出力をまかなってくれるすぐれものです。

鉛蓄電池の必要容量

お使いの家電には消費電力が表記されており、液晶テレビが150W、洗濯機が500W、ノートパソコンが50Wなどとなっています。

鉛蓄電池の必要容量は、使いたい家電の消費電力から決めます。150Wの液晶テレビを一日8時間動かすと想定して、計算の例を示します。わかりやすさを考え、まずは大胆にシンプルな計算で示します。

150Wの消費電力は、100ボルトの実効電圧で1.5アンペアの電流を常に流した状態です。

これを8時間使うと、1.5アンペア×8時間=12Ah(アンペア・時間)の電流を使います。蓄電池を毎日満タンにして使うとして12Ahの容量が必要です。

ソーラーパネルの必要容量

ソーラーパネルには公称電力の仕様があります。自作用の製品を探すと、30Wや50W、100W、200Wなどと記載されています。

ソーラーパネルの要件は、鉛蓄電池が持つ12Ahの容量を一日の発電で満タンにするだけの性能、と考えてみます。

一日の発電時間を「3時間」として計算します。12Ahを充電するには、12Ah÷3時間=4アンペアの発電電流が必要です。

これをソーラーパネルの仕様にあてはめますと、DIY用で一般的な電圧17~18ボルトのパネルであれば、50Wでは少々足りず(50W÷17≒3A)、100W(100W÷17≒6A)ならば安全ということになります。

発電時間はなぜ3時間?

太陽光発電は、晴れ・曇り・雨・雪と様々な日射環境で動作します。一日単位でも見ても、日の出から日の入りまで、ずっとフルパワーで発電できるわけではありません。

日本の一年間の日照時間は平均で1,850時間です。365日で割ると一日当たり約5時間となります。日照時間が最も短い秋田県は1,500時間台のため、約4時間です。

朝日が昇ったばかりや夕方日が沈む前などは大して発電できませんので、割り引いて「一日3時間」として計算します。

昼間、発電した電力が家電の消費電力より多ければ、鉛蓄電池に充電しつつ家電を使えます。夜間で発電していない時は、鉛蓄電池だけで家電を動かします。

計算をもっと正確に知りたい方へ

以下の画像にまとめました。

読み飛ばして、先に進んでも大丈夫です。興味のある方はご覧ください。

ソーラーパネルの選び方

自作用のソーラーパネルには、主に単結晶シリコンタイプ、多結晶シリコンタイプがあります。

筐体はアルミフレームタイプでがっちりしたもの、フレキシブルシートタイプでやや柔軟かつ軽いものが選べます。

太陽光の変換効率の点では、今は単結晶、多結晶ともに際だった差はありません。

太陽光発電業者であれば、コスパを考えて価格と発電量をよく吟味するところですが、個人ユースでは差がないのでどちらを選んでも構わないです。

筐体の違いで、がっちりと架台を作りアングル固定するならアルミフレームタイプ、可搬性を重視するならフレキシブルタイプなどを選ぶ手もあります。

ベランダやバルコニー設置の場合、強風でバタバタとはためくと配線の機械寿命が縮まるので、重いですが自立できるフレームタイプが安全で良いです。

必要な部材

太陽光発電のDIYに必要な部材を説明します。

まず、ソーラーパネルチャージコントローラは必須のアイテムです。

発電した電気を貯めて雨の日や夜にも使いたい!と思う方は、バッテリーが必要です。

発電した電気でちょっとした家電を動かそうと思う方は、電気の直流と交流を変換するインバータが必要です。

これらを個別に最安値のところから調達すれば良いですが、部材選びに不安をお持ちの方は、ソーラー発電キットを購入すると良いです。配線やコントローラは含まれています。

また、ポータブル電源を使う場合は、ソーラーパネルとポータブル電源だけでできあがります。チャージコントローラ、インバータを別に購入する必要はありません。

50Wソーラーパネルを使うときの調達部材です。

  • ソーラーパネル
  • 自動車用バッテリー
  • チャージコントローラー
  • DC-ACインバーター
  • 電線類
番号 部材 仕様 数量 価格(税込)
1 ソーラーパネル 50W
単結晶シリコン
1 7,520
2 チャージコントローラー 12V-5A 1 3,000
3 VCTFコード丸型 0.75mm2 必要メータ数 ※1
4 カーバッテリー 80B24L
パナソニック
1 ※2
5 DC-ACインバーター 12V-150W 1 1,800
6 電線保護管 φ16mm 10m x1 1,000
7 シガーソケット用
USB充電器
ホワイト 1 108

※1 家にテーブルタップが余っていればコードを再利用できる
※2 自家用車の中古鉛蓄電池を再利用してよい、新品なら15,000程度

接続方法

この配線図のように接続すれば動きます。気を付けた点を下記に説明します。

チャージコントローラ、バッテリーの接続

チャージコントローラの最大負荷電流が5アンペアと低く能力不足のため、インバータへの12V配線は、直に蓄電池から引き出し電流量を稼いでいます。

最大負荷が大きいか、インバータ容量が十分に小さければ、チャージコントローラに接続しても構いません。

配線をバッテリーの端子に接続する時、火花が飛ぶ危険があります。火花を出さないようにするには、配線にながれる電流を小さくゼロに近づけることです。

よって、ソーラーパネルの発電をゼロにするよう、ソーラーパネルを太陽から遮ります。段ボールや新聞紙、カーペットで覆うと確実です。

鉛蓄電池を増設した時の記事もご覧ください。配線接続作業や増設の接続図も掲載しています。

バッテリー、チャージコントローラ、DC-ACインバータは、屋外設置としました。理由は、

壁の引込孔がないため、ソーラーパネルから引き出された太く曲がりにくい電線を窓の隙間から通せないこと、

バッテリーやコントローラを置く適当な(=邪魔にならない)場所を室内に準備できないためです。

屋外設置とはいえ、電子機器が雨風に晒されると危ないため、プラスチックケースに収納しました。AC100Vへ変換した後の電線を、窓の隙間から室内に引き込んでいます。

ソーラー発電の外観

バルコニーに平置きで固定された、50Wソーラーパネルの例です。手すり上に置いています。強風への備えで、フレームにあらかじめ開けられたボルト穴を使って、アングル材とボルトで固定しています。

パネルの定格が17V-3A、バッテリーの仕様が46Ahです。前半の計算を使って実力を示します。

ソーラーパネル出力 3A→鉛蓄電池への充電電流 3A×0.95=2.85A

バッテリーの80%充電量→46Ah×0.8÷2.85A=12.9時間、よって満充電まで約4日強(3時間×4日)

バッテリーの80%充電量での液晶テレビ動作時間→46Hr×0.8÷1.5A=24.5時間

ソーラーパネルの設置

ソーラーパネルの設置は、太陽光を正面から受けられる30度などの斜めが望ましいと聞きます。

春・夏・秋・冬の日の出から日の入りまで、刻々と変わる太陽の日射角度を考えると傾けたいのですが、その代わり、架台を設計して自作するか、傾斜を持ったところに固定する必要があります。架台本体もどう固定するべきか、悩ましいところでしょう。

ソーラーパネルをベランダに設置するとすると、大型台風の直撃や季節の強風の予報(警報)が出ているときには、事前に下ろせるため安心です。発電効率は犠牲になりますが、平置きして簡単に固定する方法にメリットがあります。

ソーラーパネルから電線管に電線を入れて、チャージコントローラまで配線します。日当たりが良く、バルコニー塗装も数年で薄くなるほどですので、電線を紫外線から守るために電線管を使いました。

鉛蓄電池、周辺機器の設置

100均で手に入れた大きい米ビツに、左からカーバッテリー、DC-ACインバータ、写真で見えにくいですがバッテリーの上にチャージコントローラを格納しました。蓋にアルミ箔を貼り、紫外線と温度上昇の対策をしています。

チャージコントローラへの入力はソーラーパネルからの配線、コントローラからの出力は12Vのシガーソケット用USB充電器とDC-ACインバータです。

写真には反映されていませんが、外部に露出していて電線管に入っていない部分の電線には、紫外線対策でアルミ箔を巻きます。

DC-ACインバータからのAC100V用電線は細く柔らかいため、窓の隙間から部屋の中まで引きこみ、コンセントをつけました。

このとき、インバータの動作スイッチも追加加工して、部屋の中までスイッチ用電線を引き込み、使うときのみ手元でOn/Offをできるようにしています。写真に見える白黒の電線が、動作スイッチを遠隔で操作するための引き込み線です。

なぜなら、インバータは直流→交流の変換を行う際に電力を消費するため、つけっぱなしにするとバッテリー充電量がじわじわ減ってしまいます。

12Vのシガーソケット用電線も部屋まで引き込み、シガーソケット用充電器(12V→5V変換)と直結しました。USBポートからスマホの充電に使えます。

まとめ

太陽光発電システムの自作は、電気のショートに気をつけて行えば、危険な作業はほとんどありません。

電力会社からの電気とは独立した、自分だけの発電設備を持っているのは心強いです。皆さんも取り組んでみてはいかがしょうか。

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