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独立型ソーラー発電システムの構成と必要な機器

最近はソーラー(太陽光)発電の需要が高まり、家庭でも自作して独立的なソーラー(太陽光)発電を試してみたいと考えられておられる方も増えています。

 

ただ独立的といってもある程度の電力を得ようとすると、インバーターやバッテリーを始めとしていろいろな機器を購入する必要があり、難しいのではないかと考えておられる方も多いのではないでしょうか?

 

ソーラー(太陽光)発電システムの仕組み自体は、特に難しくはありませんが、ソーラーパネル、バッテリー、インバータ、ケーブルなどの容量や出力電力など正しく理解していないと火災などの原因となる恐れもあり注意が必要です。

 

そこでこのページではソーラー(太陽光)発電システムの構成と各機器の役割や選定方法などの解説をします。

 

 

1.ソーラー(太陽光)発電システムの構成

 

自作家庭用の独立型ソーラー発電システムはソーラーパネル、チャージ(充電)コントローラ、バッテリー(蓄電池)、DC-ACインバーター、ケーブルなどの機器で構成されていて、構成及び配線図は以下のようになります。

 

 

 

                       (オンリーワンスタイル 自然エネルギー専門店)

 

 

ソーラーパネルで発電されて電力(直流電流DC)はチャージ(充電)コントローラーを介してバッテリーに蓄電されます。

バッテリーに充電された電力はインバータを通じて交流電流に変換され電化製品で消費されます。インパーターも性能が良いものはコンセントからの電力をバッテリーに蓄電することが可能です。

 

 

2.ソーラー(太陽光)パネル

 

ソーラーパネルは太陽電池とか太陽発電モジュールといった言い方もしますが、ソーラーパネルには単結晶・多結晶シリコン・アモルファス・フィルム状などいろいろな種類があります。

 

しかし性能的には今ではどれでもそう大差はありませんが、自作独立型のソーラー発電ではワット単価の安い単結晶シリコンがお薦めです。

 

パネル自体の面積で発電能力が変ってくるので、ソーラーパネルを選定する場合は必要な消費電力量を考慮して選ぶのが実用的です。

 

また、選ぶ際に重要な事は 自分が作る太陽光発電システムの電圧系に合わせてパネルを選ぶ必要があります。 通常独立型太陽光発電システムは12Vバッテリーへ充電する事を前提にしている場合が多いので、ソーラーパネルの最大出力電圧は抵抗や充電効率のロスを考慮に入れて12V系パネルは15.5V~22Vくらいの間に調整されています。

 

ソーラーパネルの最大出力の3倍が一日の発電量の目安にするのが一般的です。 例えば100Wの太陽光パネルで最大出力動作電流(Ipm) が5Aくらいのソーラーパネルだと 5A x 3 = 15Ah の発電電流量が一日で得られる事になります。(但し晴れていればの話ですが)

 

また屋外に設置して使用する場合は、防水加工が行われているか確認する必要があります。

 

 

3.チャージコントローラー

 

チャージコントローラーは充放電コントローラーとも呼び、ソーラーパネルとバッテリーの中間に配線されます。 バッテリーへの充電電圧の制御や過充電の防止、またバッテリーの低電圧時の負荷遮断制御機能や逆流防止などの役割を担っています。

 

従ってチャージコントローラー無しに直接ソーラーパネルとバッテリーをつなぐと、過充電状態になったり逆に過放電状態になったりし、バッテリーの劣化を急激に早めたり、最悪の場合は電気の逆流が起きてソーラーパネルが破損する恐れがあります。

 

チャージコントローラーには最大入力電圧や電流が決まっていますが、最大パネル入力電流が18Aの場合 「18A×12v=216W」 216Wまでのソーラーパネルに利用できます。

 

チャージコントローラーは、 ソーラーパネルの高い電圧を12Vバッテリーへの充電用に降圧する際、降圧分(V)を電流(A)に変換しますが、その変換方式の違いでPWM制御方式とMPPT制御方式の2種類のものがあります。

 

1)PWM制御方式チャージコントローラー

(Pulse Width Modulation)の略で、パルス制御方式ともいいます。 独立系の太陽光発電システムでは、最も一般的な制御方式のコントローラーです。また低価格で手に入れることが出来ます。

 

2) MPPT制御方式チャージコントローラー

(Maximum Power Point Tracking)の略で、最大電力点追従制御方式ともいいます。 住宅・産業用の高効率チャージコントローラーとして開発されましたが、PWM方式と比べると高価です。 変換効率では「97%~99%」という高い変換効率です。

 

一般的なPWM方式(安いコントローラーのこと)は電圧を降圧する際には、余剰電圧を「熱」として外部に放出しますが、これに対しMPPTコントローラーは熱ではなく電流(A)に変換するため、高い変換効率を誇ります。 MPPT方式はソーラーパネルの本来の性能を活かし、充電時間短縮が可能となるので、少し高くてもMPPT方式を選定するのがお薦めです。

 

 

4.バッテリー

 

ソーラーパネルで発電された電気を12Vなどの直流電流として保存したり、取り出してインバーターなどで交流電流に変換して電気機器で使うなど重要な役割をする設備です。

 

バッテリーの種類として沢山のものがありますが、独立系のソーラー(太陽光)発電システムで主に採用されているバッテリーには、概ね以下のような種類のものがあります。

 

<バッテリーの種類>

 1)鉛蓄電池(一般的な自動車始動用バッテリー)

 2)鉛蓄電池(蓄電用バッテリー、通称ディープサイクルバッテリー)

 3)リン酸鉄リチウムイオンバッテリー (電気自動車などに適用され蓄電に最適な充放電用バッテリー)

 4)酸化鉄リチウムバッテリー (鉄系のリチウムイオンバッテリー)

 

また、内部構造や材質、電解液の性質にも違いがあるので、そういった観点から区分すると以下のような種類に分けられます。

 

 1)非密閉式開放型 (電解液の補充が必要) ※要メンテナンス

 2)シールド型 (電解液の補充は不要) ※メンテナンスフリ

 3)GEL型 (ジェル式のため補充は不要) ※メンテナンスフリー

 4)AGM型 (ガラスマット吸着式のため補充は不要) ※メンテナンスフリー

 

一般的なソーラー発電システムでは、充放電頻度が多いため「ディープサイクルバッテリー」という特別仕様のバッテリーを使用します。 リチウムイオン電池は 電気自動車などで使われていますが、 蓄電用バッテリーとして定着して来ていて価格もだいぶ安価になって来ています。

 

コストパフォーマンスの高さから、鉛電池式のディープサイクルバッテリー(密閉式・AGM式を含む)が最も多く利用されています。

 

バッテリーの容量を表す XXAh というのは、XXAh/10h とも表現され、10時間掛けて一定電流で放電させると XXAh 使用出来るということを表しています。

 

10時間より短時間で放電させると、バッテリーの寿命は短くなり、しかも使用出来る容量はXXAhより少なくなりますが、反対に10時間より長時間で放電させると、バッテリー寿命は長くなり、使用出来る容量はXXAhより多くなります。

 

普通電圧は12Vを使う場合が多いので100Ahのバッテリーを使うと1200Whで、1時間に1200W使用することができます。(600Wだと2時間使用可能) ですが、この数値はあくまでも理論的な貯えられる最大電気容量であって、実際に使用出来る一回当たりの最大電気容量ではありません。

 

というのは、全容量近くまで放電出来ることを特徴としているディープサイクルバッテリーであっても、放電は80%までとし、20%は使い切らずに残すようになっています。

 

 

5.DC-ACインバーター

 

DC-ACインバーターは、通称「インバーター」と呼びますが、バッテリー(DC12V)から取り出した血直流電力を家庭用の電源コンセントと同じ交流のAC100Vに変換するための機器です。

 

インバーターの規格は、通常「正弦波 定格出力800W、最大出力(瞬間1200W)」のように表記されていますが、インバーターから出てくる電気の波形には【正弦波】【擬似正弦波】【矩形波】の3つのタイプがあります。

 

家庭用の電気と同じ波形が【正弦波】という波形で、精密機械やマイコン制御の電気製品などでも使用することが可能です。 ソーラーシステムで利用されるインバーターには、正弦波がお勧めです。擬似正弦波インバーターでは、動かない電気機器があったり連続使用に向いていません。また、ファンの回転音が想像以上にうるさくなったりすると言います。

 

 

<お勧め家庭用独立型ソーラー発電システム>

オンリースタイル 独立型ソーラー発電システム


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ソーラー関連アイテムを厳選して紹介していますので、ぜひショッピングをお楽しみ下さい。

 

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