■太陽電池システム

太陽電池は光が当たらないと発電しません。自然エネルギー全般に当てはまることなのですが、安定したエネルギーを得ることが難しいのです。今のところ、得られたエネルギーはバッテリーに蓄えて利用する仕方が、安価で分かりやすいシステムです。ならば、どうやってシステムを組んだらよいのでしょうか。以下にご説明いたします。

■システムの概要

太陽電池＋バッテリー＋直流用電気製品

太陽電池　　　　　　　　　　　　　　　　　　　バッテリー　　　　　　　　　直流用電気製品

このように太陽電池と電気製品の間にバッテリーを入れることで安定した電力を得ることができます。これが太陽電池システムの基本形です。この場合は直流用の電気製品しか使うことができません。

太陽電池＋バッテリー＋インバーター＋交流用電気製品

　　　太陽電池　　　　　　　　　　　　　　　　バッテリー　　　　インバーター　　　交流用電気製品

バッテリーにインバーターをつなぐと、家庭用の交流１００V用の電気製品を使うことができます。

このシステムを大規模にすれば、家庭用の電気をまかなうこともできます。

太陽電池＋バッテリー＋インバーター＋直流用電気製品＋交流用電気製品

直流用

電気製品

交流用

電気製品

　太陽電池　　　　　　　　　　　　　　　　　バッテリー　　　　　インバーター　

このようにシステムを組むことで、直流用、交流用両方の電気製品を使うことができるようにもなります。

※コントローラーを接続する場合もありますが、私の経験上あまり必要を感じません。コントローラーとは簡単に言うと、バッテリーを傷めないようにする物です。バッテリーは過充電や過放電に弱く、上手に使わないとすぐに使えなくなってしまいます。それを防ぐために、コントローラーを接続し、バッテリーの電圧を監視しながら、太陽電池からの電流をカットしたり、バッテリーの電気がなくなってきたら再び充電をはじめたりすることを自動で行います。また、電気製品を使いすぎたらバッテリーからの出力をカットしたりもします。

充電をカットする場合、せっかく作った電気を捨てていることと同じなのです。もったいないことです。最近では、インバーターにバッテリーの電圧が低下したら自動的にOFFになる機能の物も多くあります。また、インバーターを通さないでバッテリーから直接電気製品を使う場合も、その電気製品の様子から、バッテリーの電圧降下を知ることもできます。正確さを求めるなら、温度補正をしながらバッテリー液の比重を測定し、記録していくことです。かつて私もバッテリー管理を厳密にしていましたが、疲れました。でもバッテリーと電流のことがよく分かりました。

しかしコントローラーはあると確かに便利です。何もしなくていいのですから。でもせっかく自分でエネルギーを得ようとしているのですから、何もしないのでは逆にもったいないです。バッテリーが過充電になりそうになったら、太陽電池から別の回路（揚水ポンプや保冷・保温ボックスなど）に電気が流れるようにし、自作のコントローラーを作ってみてもおもしろいと思います。

■システム容量の決め方（使用電力が決まっている場合）

�@まずは１日の平均使用電流量（Iad）を決めます。

�A次に１日の平均使用電流量（Iad）から太陽電池の必要発電電流量（In）を求めます。

　　１日の平均日射時間は全国平均で、３．８時間ですから、

In＝Iａｄ÷３．８

となります。

実際には、バッテリーやインバーター、太陽電池のパネルの汚れなどでロスが出るので、次のようになります。

バッテリー係数：０．８　

インバーター係数：０．８（使用するインバーターの効率。インバーターを使わない場合は１を当てはめる）

太陽電池の汚れなどのロス係数：０．９

In＝Iad÷平均日射時間÷バッテリー係数÷インバーター係数÷ロス係数

�B必要発電電流（Iｎ）の出力を持つ太陽電池を選びます。（１２Vバッテリーに充電する場合は１２Vバッテリー用太陽電池、２４Vバッテリーに充電する場合は２４Vバッテリー用太陽電池を選びます。）

※１２Vバッテリー用太陽電池（１２V系）とは、１２Vバッテリーを充電するのに必要な電圧を持つ太陽電池のことです。充電には約１．５倍の電圧が必要ですから、１２Vバッテリーに充電する場合、１２（V）×１．５（倍）＝１８（V）となり、開放電圧約１８Vの太陽電池を選ぶことになります。２４Vバッテリー用太陽電池（２４V系）も同様に計算します。

【それでは具体的に求めてみましょう】

●例１　１２V３０Wのオーディオプレーヤーを１日に２時間使う場合

�@１日の平均使用電流量（Iad）は、

　　３０（W）÷１２（V）＝２．５（A）

　　これを２時間使うので

　　Iad＝２．５（A）×２（ｈ）＝５（Ah）

�A太陽電池の必要発電電流量（In）は、この場合、１２Vのオーディオプレーヤーなのでインバーターなしで使用します。よってインバーター係数を１にします。

　　In＝Iad÷平均日射時間÷バッテリー係数÷インバーター係数÷ロス係数

　　　＝　５÷　　　３．８　　　÷　　　　０．８　　　÷　　　　　１　　　　　÷　０．９

　　　＝１．８２・・・（A）

したがって、約２Aの発電電流が必要になります。（少し余裕を持たせます。）

�B１２Vバッテリーに充電する場合、１２Vバッテリー用２A出力の太陽電池１枚が必要ということが分かります。（１２Vバッテリー用１A出力２枚でもかまいません。）

●例２　１００V１５Wの蛍光灯を１日に４時間使う場合

�@１日の平均使用電流量（Iad）は、

　　１５（W）÷１００（V）＝０．１５（A）

　　これを４時間使うので

　　Iad＝０．１５（A）×４（ｈ）＝０．６（Ah）

�A太陽電池の必要発電電流量（In）は、この場合、１００Vの蛍光灯なのでインバーターを使用します。よってインバーター係数を０．８にします。

　　In＝Iad÷平均日射時間÷バッテリー係数÷インバーター係数÷ロス係数

　　　＝０．６÷　　３．８　　　÷　　　　０．８　　　÷　　　　０．８　　　　÷　０．９

　　　＝０．２７・・・（A）

したがって、約０．３Aの発電電流が必要になります。（少し余裕を持たせます。）

�B１２Vバッテリーに充電する場合、１２Vバッテリー用０．３A（３００ｍA）出力の太陽電池１枚が必要ということが分かります。

■システム容量の決め方（太陽電池出力が決まっている場合）

例として１２V系発電電流量１Aの太陽電池を使います。

�@上の式から逆算していけばいいのですから、まず平均使用電流量（Iad）を求めます。

　　　（In＝Iad÷平均日射時間÷バッテリー係数÷インバーター係数÷ロス係数）から、

　　　　Iad＝In×平均日射時間×バッテリー係数×インバーター係数×ロス係数

となります。

�A今回の場合、必要発電電流量（In）＝１（A）ですから、インバーターを使う場合、

　 Iad＝１×３．８×０．８×０．８×０．９

　  　　 ＝２．１９（Aｈ）　

となり、

　　１日平均使用電流量（Iad）は

　　     　Iad＝２（Ah）となります。（余裕を見て少し少なめにします。）　

�B２Ahということは

・１００V２０Wの蛍光灯（２０（W）÷１００（V）＝０．２（A））を１０時間（２（Aｈ）÷０．２（A））

・１００V５０Wのパソコン（５０（W）÷１００（V）＝０．５（A））を４時間（２（Aｈ）÷０．５（A））　　　　　　　　　　　　

それぞれ使うことができるのです。このようにして計算できます。

■バッテリー容量の決め方

太陽電池からの電力だけでほとんどをまかなうシステムなら、小型のバッテリーでよいですが、昼間

に充電して夜間に電気を使用する場合や、バックアップ用の電源を持たないものなどでは、大型の

バッテリーが必要になってきます。自分の望むシステムによってかなり変わってきますので、１つの

目安にしてください。

バッテリー容量（Aｈ）＝無日照保障日数×１日の平均使用電流量（Iad）÷バッテリー利用率÷インバーター係数

無日照保障日数：いつも晴れて太陽電池が発電するとは限りませんから、太陽が出ないでも電気を蓄えておける日数のことです。一般的には３日間にします。

バッテリー利用率：バッテリーの持っている容量をどれくらい使うかということです。太陽電池用のバッテリーは特別に作られていますから、容量の３分の２くらいまで使用できます。（バッテリー利用率：０．７）。しかし、安くて手に入りやすい車用のバッテリーは、容量の半分くらいまでしか利用することはできません。（バッテリー利用率：０．５）。

【例　１００V５０Wのパソコンを１日４時間使う場合】

　　Iad（Aｈ）＝５０（W）÷１００（V）×４（ｈ）

＝２（Aｈ）

（バッテリー容量（Aｈ）＝無日照保障日数×１日の平均使用電流量（Iad）÷バッテリー利用率÷インバーター係数）

バッテリー容量（Aｈ）＝　　　　　３　　　　×　　　　　　　２　　　　　　　　　÷　　　　０．５　　　÷　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

０．８

＝１５（Aｈ）

したがって、１５Ahの容量のバッテリーを選びます。