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長屋の小さな発電所 --
概要
過去に太陽光を追跡する電子工作を２回（電子工作６０、６１）行った。いずれの場合も、太陽を追跡するメカとロジックを検討するのが目的だったので、使用したソーラーパネルは単三ニッケル水素電池を充電できる程度の小さなものであった。今回のものはパネル出力が５０Ｗで、鉛蓄電池と組み合わせてＡＣ１００Ｖの小型家電機器を動かせる大きさである。古い木造アパートの２階の窓の外に設置する必要があったので出来るだけ軽量のパネルを選択した。最初は太陽を東から西へ追跡できるようにする予定だったが、パネルの重さとサイズ、さらに周りの住人への影響を考えて、30度程の傾斜を持った固定式にした。意外にも太陽が照っている時ばかりではなく、曇りや雨の時でも光を捕らえてそこそこ蓄電池に充電する。実際に設置してみて太陽光発電が実用域に達していることを実感できた。貯めた電気を何に使うかがジジイの楽しみになってきた。
一日中日が当たる窓際の手すりに設置した５０Wの太陽光パネル
今回製作にあたって考えていたこと：
１) 出来るだけ安く仕上げる。２万円以下。
２) ある程度実用になること。
３)
出来るだけ簡単なシステムにすること。
４)
部品や機材はすべてネット上で検討し、購入すること。
購入した主な部品や機材：
１） 単結晶ソーラーパネル SP-50w ５０Ｗ 中国Sunny社製 送料込￥８２７４
２） チャージコントローラ CMP12 １２/２４V兼用 １０Ａ 中国製 ￥１６００
３） 鉛蓄電池 WP20-12 １２Ｖ２０Ａh 中国 Long社製 送料込￥３６２０
４） DC12/AC100Vインバータ ３００W mobile power ￥２７００
写真 １ 単結晶太陽光パネル（６８０x５５０x２８mm、４．１kg）： 市場に出回っていてまずまずの品質で最安値のものを購入した。
３６個のエレメントより構成されている。
写真 ２ パネルの裏側。全体がアルミフレームで結構頑丈に出来ている。４箇所に設置のための穴が開けてある。設置する手すりの強度を考え、
４．１kgと他と比べて軽量だったことも選択のポイントであった。
写真 ３ 左の写真は本パネル裏側の＋/-電極取り出し部ボックスである。総プラスチック製で雨水の侵入を防ぐ構造になっている。この部分の内部は右の写真のようになっている。上部に３本の電極と下部に夜間バッテリからの逆流を防止する２本のダイオードが見える。これは秋葉原のS店の前に展示してあった５０Wパネルのものである。本体のパネルのものと形が多少違う。
写真 ４ このパネルの電気特性が表示してある。出力は最大で５０W、パネルが太陽と直面した時２０V強の電圧で３A弱の電流が流れることが分かる。
写真 ５ チャージコントローラというものである。主な機能はバッテリへの過充電やバッテリの過放電を防ぐことである。その外に５つの保護機能を備えている。２個の緑色LEDと３個の赤色LEDでシステムの状態を表示する。現在の状態は充電中、バッテリはほぼ満杯、電源として使えることを示している。満杯になるとChargeの緑LEDが点滅し、その色が薄くなるようである。 マニュアルの詳しいものがネット上で見つからず正確な動作や機能はまだ分からない。
写真５a 2014.5.20に充電しなくなったので内部を開いて見たら、６本のネジのコネクタのピンと基板との間のハンダ付け部分が離れ接触不良に
なっていることが判明。ハンダ付けをやり直したら正常な動作に戻った。なお回路にはオぺアンプLM324N, ヘキサシュミットインバータ
CD40106BE, オプトカップラFL817Cが各１個使われていた。
写真 ６ 完全密閉式の鉛バッテリである。２０Aもあれば簡単な実験には十分であろうと考えて導入。６−７Kgあり重い。床が抜けないかちょっと心配。
写真 ７ 左はDC12VをAC１００Vに変換するインバータ。３００Wのこのモデルは冷却ファンの音が大きく、本体自身も相当電気を消費するようだ。加えてインバータの効率は８０％位とかであま
り良くない。効率的にはDC12Vで直接駆動するのが良いようだ。中の写真の上のものは電源引き出し用のシガレット差し込み口、その下がDC１２V/５Vコンバータ、IT機器の充電に大変
便利。右のものは２個のUSBポート（１Aと２．１A）が付いたDC１２V/５Vコンバータである。
写真 ８ 太陽光パネルとバッテリの電圧を切替えてテスターに瞬時に表示できるように手元にあった２回路２接点SWを取り付けた。大変便利である。
写真 ９ 左が太陽光パネルの電圧、最大で２０V近くまで上昇する。右はバッテリ電圧、フル充電に近いらしく１４．６８−１４．６９V以上上昇しない（マニュアルには
フル充電カット電圧は１３．７Vと出ていた。ケーブルを外し、接続のないバッテリの電圧を測ると電圧は次第に下がって１３V台になり１３．０−１３．５Vに
落ち着くようだ）。コントローラが制御しているようだ。この時緑のLED（Charge）が激しく点滅する。
写真 １０ 鉛バッテリの電圧をNetWalker（Sharp）用にDC11Vに降圧する回路と組上がった装置
結果＆コメント
１） 僅かとは言え、太陽のエネルギーを自分で集めて使えるというのは素晴らしい。太陽光発電所の主になったのである。
２） 晴天の時は勿論、雨の時も、曇りの時も、それなりに発電してバッテリに充電することが分かった。テスターでバッテリの電圧が徐々に上げるのを見るのは楽しい。
３） 差し当って小型のIT機器類（５V、１２V）の充電に、バッテリに貯まった電気を使っている。
４） インバータは大食いで、バッテリ満杯の状態で１００W白熱電球を１−２時間点灯させることが出来るかどうか。その辺のことはこれから検討。
５） 外出時に、バッテリが過充電や過放電を起こしたら自動的にパネル側とバッテリ側の回路を遮断するメカを加えたい。例えば、PICでバッテリ電圧を常時監視し、緊急時ラッチリレーに信号を送って回路を遮断。
６） 一体どれくらいバッテリに充電するのかを推定する方法を検討する。例えば、バッテリ単体で、１２V豆球を一定時間点灯させ、電流と時間を計測し、その間のバッテリ電圧の低下を測定する。これをいろんなレンジ（ex. 13.5-13.0V、13.0-12.5Vなど）で計測。そこから逆にパネルを接続した状態での電圧上昇を各レンジ毎に計測して発電量を推算する。
７） 今回のチャージコントローラは安価なPWM制御方式であるが、TPPM制御方式のものは高価だが効率が非常に高いとか。要検討！２０１４．５．２０に故障し修理した。コネクタピンの基板へのハンダが緩み接触不良だった。写真５aを新たに追加した。
８） ケーブルやシガレット差し込み口などはすべて秋葉原で入手できた。
９） パネルの固定には苦労した。東急ハンズなど入手した金具やネジ類を使って設置場所に合わせて加工、穴あけだけで２０回位。秋葉原で買った安いアルミLバーが大変役立った。
１０） 結線図を書き換えた（１２‘１０．６）。インバータはバッテリに直接接続しないといけないとWeb上でされている。
１１） DC12VをDC５Vに変える２つのUSB出力ポート（１A、２．１A、合計３．１A Owltech製）のものを１５８０円で入手。コンパクトで大変便利。しかも１年保証付き。
１２） パネルとバッテリの電圧表示切替えSWを取り付けた。便利になった。
１３） パネルをつないで充電時、バッテリ電圧は１４．４８−１４．６９V位より上昇しない。コントローラの緑LED（Charge）が激しく点滅していて過充電を防いでいるようだ（webで見つけたマニュアルにはフル充電カット電圧は１３．７Vと出ていた）。実際その時コントローラからバッテリへのケーブルを外し、接続のないバッテリの電圧を測ると電圧は次第に下がって１３V台になり、大体３０分後１３．０−１３．５V位に落ち着く。コントローラの緑LED（Charge）の点滅はトリクル充電（自然放電を補う目的）なのかもしれない（20120.10.16追記）。
１４） 電圧可変式三端子レギュレータKA350（３A、￥１００）を使ってNetWalker用のDC１１Vを発生させる回路を組んだ。NetWalkerはDC９−１２Vで充電出来ることをリチウム電池（PowerBank １００００mAh、９、１２V出力端子付き）を使って確認しているのでDC１１V近辺であれば問題ない（2012.10.23追記）。後日の参考にVout、R1、R2の間の関係式を図の中に入れた（2012.10.24追記）。