月別アーカイブ: 2016年4月

小型の太陽光発電システムの改良2

この2日の間に、また新たな発見があった。

一つは、タイマーの電流だがOFFの時は10mA程度と大変少ないことが分かった。説明書に2w(約167mA)書いてあったのは、ONのとき、おそらくリレーの電流だったようだ。
だからタイマーを接続することでOFFの間にバッテリーを消費することはほとんど無視できることが分かった。

2つ目は、タイマー自身がバッテリーを持っているので、電源を供給しなくてもタイマーのON/OFF時間を保持していることが確認できた。タイマーに供給しているのは、リレーの電源のようです。だからOFFの時にはほとんど電流を消費しないことだ。結果、バッテーリ側に接続していたタイマーも負荷側につなぐことにした。このことで、バッテリーが消費して電圧が下がったときは負荷はほぼ0となった。

3つ目は、充電コントローラの交換だ。充電コントローラは、放電側では、バッテリーの電圧が下がると負荷をOFFして、充電されてバッテリーの電圧が上がると負荷側をONにする機能を持っている。一方、太陽は出たり雲にかかったりで、一定ではなく、充電電流も頻繁に上下するので、つまり充電コントローラは、ON/OFFぎりぎりの場合は、負荷側を頻繁にON/OFを繰り返してしまう。そこで、OFFにする電圧になるとOFFにするが、ONになるにはOFFの電圧よりかなり電圧が上がらないとONしないようになってる。このONにする電圧とOFFにする電圧が重要なのである。RaspberryPiへの電源を頻繁にON/OFFさせるのはよくないし、リレーも頻繁にON/OFFを繰り返すのもよくない。つまり、私が選ぶべき充電コントローラはON/OFFの電圧差が大きいことが望ましいことが分かったのです。いままで使っていたのは、10.5VでOFF。11.5VでON。別途手持ちのは、10.8VでOFF。12.6VでONの仕様だ。つまりある程度充電ができてからでないとONにならないので、より安定することがわかった。結果、交換することにした。

4つ目は、前に問題になったシガーアダプターだ。よく考えると、電圧が10V程度に下がっても5Vを保持するかどうかに疑問ができた。というのは、先日負荷側がONで、バッテリーの電圧が11.4V程度だが、負荷側の電圧は、10.5V程度と1V程度下がっている。この状態でRaspberryPiが動作していないのです。おそらく供給電圧が5Vを割っているようだ。つまり、充電コントローラの負荷側がOFFにある電圧、10.5V程度でも5Vが供給できるDCDCコンバータが必須だとわかった。ああ、1,000円出したUSBアダプタは無駄だった。

小型の太陽光発電システムの改良

現在の太陽光パネルでは電力が不足する。最大の発電時の電流が0.4mAに対し、消費電流も0.4mAということは太陽が当たっていても充電する電力がないのであることがわかったと前回書いた。

20Wか30Wのパネルに買い替えようかとも思ったが当然ながら大きさが2倍3倍になるので躊躇していたのだ。なにせ小型にしたいからだ。そんなときふとひらめいた。同じ10Wのパネルを買おう。全体では大きくなるが、向きを変えることで1枚より発電量が期待できると感じた。1枚は真南だが、追加の1枚は少し東向きにして朝の発電量を増やせるのではないかと思ったからだ。太陽光パネルは正面からあたるときによく発電するから、一日中晴れと仮定し、真南に向けた場合、朝からすこしずつ発電し、昼に最大となり、夕方に向けて下がっていく。

まあというわけで同じものをもう一枚買った。並列につなぐので、ショットキーダイオードというのを接続し、太陽電池への逆流防止対策もした。

今日から動作実験を行う予定である。

ところで、先週末に4日間東京に行ったため状態は見ていなかったが、帰ってみたら止まっている。電圧を測ると12Vのバッテリーが5Vになっていた。これは大きなミスだった。太陽光発電に使うバッテリーは、ディープサイクルバッテリーといい、放電のまま放置すると一気にバッテリーの寿命が短くなるのだ。

慌てて充電器をつなぐが、電圧が低すぎて保護回路が働き充電できない。そこで、車で充電を試みる。本の10分程度で電圧が11Vに回復したので、改めて充電器に接続し、満充電した。

ほっておけないのか?

実は充電コントローラはバッテリーの電圧が11Vを切ると負荷を切り離し、放電を止めることで保護している。ところが私のシステムには、タイマーを付けていて、タイマーは常に働かないと困るので、バッテリーにつないでいた。だから充電コントローラが負荷を止めてもタイマーに電流が流れ続けたので過放電になったのだ。そこでタイマーを外してみた。放電量を節約するためにつけたタイマーが、過放電をさせる原因という皮肉な結果だ。

タイマーを外して、タイマー自身の消費を抑えたほうがいいか、タイマーを設置して、夜に電力を切ったほうがいいかだ。

小型の太陽光発電システムを作ってみた

いろいろノウハウがわかってきたこともあり、RaspberryPiだけのための小型の太陽光発電システムを作ってみた。RaspberryPiだけといっても、監視カメラ程度の機器はつなげて、完全に無線で動作するシステムをつくってみた。

太陽光パネルは、3500円で、10W。10Wがどのくらいなのかわからなかったし、なんと、大きさでこれに決めた。

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これがバッテリーやコントローラをいれた箱。

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結果、10Wのパネルではかなり厳しい。

電流は、RaspberryPiそのものは平均400mAで、屋外のため冷却のFANを付けていて、これが150mAぐらいいる。電力節約のため夜はシステムを止めることにしたのでタイマーをつけたが、このタイマー自身が150mAぐらい消費する。

つまり、タイマーがONの状態で700~800mA消費する。しかし、発電から最大でも400mAだ。つまり、最大発電でも消費量を下回るわけだ。

タイマーがOFFの状態では負荷はタイマーだけだが、そのタイマーだけで150mA消費するが、最大発電時には消費量を上回るから充電が期待できる。

太陽光パネルを大きい容量にするとパネルが大きくなるので躊躇している。
太陽光パネルを、そのままとすると、タイマーで隔日運用するしかない。つまり、今日使ったら明日は充電日とするわけだ。
もっと大きくすればタイマーも必要なくなるのだが。。。

太陽光発電装置3号機のトラブル2

バッテリーの電圧は12V。RaspberryPiの供給は5V。つまり、12Vから5VへのDCDCコンバーターが必要になる。一般に1,000円ぐらいするが、スマフォ用が100円均で売られているのをみつけて買った。

安く買ったのでうれしくなって使っていたが、先日壊れた。約1か月だ。電圧をはかると、1.33V、5Vを大きく下回っていた。壊れて電圧が上がらなくてよかった。電圧が12VになったらRaspberryPiがこわれたかもしれなかった。

結果、ちょっとしたものだが、1,000円程度出して、ちゃんとしたメーカのものを買うことにした。

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太陽光発電機3号機のこれまでの記録

3度目のバッテリー設置での運用なので、この3月中旬(2016年3月)からのシステムを3号機となずけた。

変わったのはバッテリーを新品にしたこと。RaspberryPi(小型コンピュータ)を設置し、電流電圧をリアルタイムと履歴、推移を表示し把握できるようにしたことだ。

最初のトラブルというか、実は充電コントローラの使い方を間違っていることが偶然わかった。

充電コントローラというのは、太陽光パネル、バッテリー、負荷装置の3つをつないで起き、発電した太陽光パネルの電気は、一旦、充電コントローラにはいり、充電コントローラの別の口からバッテリーに流れて充電される。このとき、バッテリーが満充電なら充電コントローラが太陽光パネルからの電流を止めて、充電をとめてバッテリーを保護します。

一方、バッテリーの電圧が下がったら、負荷側の電流をとめてバッテリーの電圧が下がりすぎないように、つまり放電しすぎないようにして保護するわけだ。

実はその機能を十分に把握しておらず、負荷装置をバッテリーに直接つないでいた。だから、充電側は過充電の保護はできていたものの過放電の保護ができていなかったのです。そういう機能があることすら知らなかったということでもあります。

充電コントローラを見ると、確かに負荷であるLoadと書いてあるがそこにランプの絵があったので、負荷装置をつなぐのではなく、状態を見るランプか何かをつなぐところだとおもってしまってました。

このことは、先週であり、わかってそう接続してからは1週間目ぐらいです。

太陽光発電機の設置

4年ぐらいまえに100Wの太陽光発電設備を約10万円で購入してつかってみた。この規模というかこの程度の価格の太陽光発電設備は気遣いなくつかうことはできない。

そのことを説明する前に、基本的な知識が2つ必要となるのでそれを説明する。

屋根の上に太陽光パネルを設置するタイプは、発電した電力をそのまま電力会社に売るというしくみなので、バッテリーに電気をためることはしません。バッテリーに貯めるよりはるかに無駄なくつかえるからです。しかし私が設置した程度の発電機は電力会社を契約できるほどの発電量ではないからバッテリーを設置します。太陽光は昼間の日の出から日の入りまでしか発電しません。しかも朝、夕の発電量は少なくお昼前後が一番多く発電します。つまり、一日24時間のうち、がんがん発電するのは午前10時から午後2時ぐらいまでの4時間、少しだけ発電するのが日の出の午前8時くらいから夕方午後5時までの9時間ぐらいです。したがって、24時間の内、15時間はほとんど発電せず、5時間ぐらいちょびちょび発電、ガンガン発電は4時間です。簡単に言えば、4時間の発電で15時間分の電力を賄うひつようがあります。しかも発電するの天気の日だけで、曇りや雨ではちょっぴりしか発電しないので、晴れた1日の4時間の発電で、雨と曇りが続く日の分も賄わないといけません。そんなことから発電した電気をバッテリーに貯めて、発電が止まっても電気が使えるようにするのです。

そういうわけでバッテリーをっ使うわけですが、このバッテリーはとても微妙で、使い方を間違えるとすぐに使えなくなってしまうのです。 つまり、電気を放出しきってしまうと使えなくなり、放電した状態を長く保つと、すぐにはこわれないものも寿命が一気にみじかくなります。つまり、充電した電気は規定量使ったら使うのをやめないといけません。さらに規定量以下の状態はできるだけ短期にして、太陽がでなくて充電が行えない場合は、別の手段で充電してやる必要があるわけです。

蓄積されている電気の量は、間接的に、電圧で判定できます。平均的に12Vですが、11Vを割るともうこれ以上放電しないようにする必要があります。

この2つのことを最初はわからなかったので、電気は限界までつかって、バッテリの放電状態のまま放置した結果、バッテリーを2度壊してしまいました。最初は、今考えるとむちゃくちゃで、なんにも気にせずに放置して、スイッチを入れて使えれば使い、使えなければあきらめるという使い方です。夏は比較的太陽が出るのでそんなに問題にはならなかったのですが、秋になったらもうだめになりました。そこで、新しいバッテリを購入し、理屈はよくわからないが電圧はこまめにチェックをしてみたところ1年ぐらいはつかえましたが、やはり、発電の少ない冬場にはほったらかしになってしまいました。しかしこの2回目でいろいろ勉強になり、先に書いたことがしっかりわかったのです。

現在、3度目のバッテリーを3月中旬に設置し、1か月目です。

今回は、バッテリーのところにRaspberryPiというコンピュータを取り付けました。ここに電流・電圧を測定させ、室内のパソコンから電流電圧の現在の状態と状態変化をグラフ表示できるようにして監視しています。

使うときは電圧が十分なときだけ使い、電圧が十分でないときは使わない。
電圧が十分で且つ太陽が出て発電されているときは、比較的電気を使う機器を動かす運用をしている。これでの今後どうだろうか。

ときどきメンテナンスの様子を描きます。

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