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無線電子工学および電気工学の百科事典 >バッテリーを備えた家庭用太陽光発電システム。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
バッテリーを備えたソーラーシステムは、エネルギー消費が発電機の電力を超えない限り、多くの機器に電力を供給できます。 したがって、システムの電力を正確に決定する必要があります。 この方向の最初のステップは、仕様を作成することです。 システムの技術的な説明。
エネルギー計算 家庭用太陽光発電システムを設計するときは、まず家のすべての電化製品のリストを作成し、それらの電力消費量を調べてリストに追加する必要があります。 以下の表は、参考としていくつかの家電製品の平均消費電力を示しています。 ただし、これらは大まかな推定値にすぎないことを覚えておく必要があります。 インバーター システム (AC 機器の場合) の消費電力 (E) を計算するには、補正を行う必要があります (平均消費量に係数 C を乗じて総電力を求めます)。
冷蔵庫、アイロン、扇風機、電気ストーブなどの他の電気製品の操作用。 より大規模で高価なシステムが必要になります。 これらのシステムは統一された基準の対象ではなく、消費者の特定のニーズに依存するため、計算は専門家が実行する必要があります。 第二に、特定の電化製品が 10 日のうちにどのくらいの時間使用されるかを推定する必要があります。 たとえば、リビングルームの電球は10日27時間点灯しますが、パントリーではわずか4分しか点灯しません。 このデータを次の表の 108 番目の列に記録します。 次に、XNUMX 日のエネルギー必要量を入力する XNUMX 番目の列を作成します。 これを決定するには、デバイスの電力にその動作時間を掛ける必要があります (例: XNUMX W x XNUMX 時間 = XNUMX Wh)。 結果の数値を XNUMX 列目に書き込みます。これは XNUMX 日あたりの総エネルギー消費量です。
次に、特定のエリアで期待できる太陽エネルギーの量を決定する必要があります。 このデータは通常、地元のソーラー パネルのサプライヤーまたは水文気象観測所から入手できます。 年間平均日射量と、最悪の気象条件下での月平均値の XNUMX つの要素を考慮することが重要です (「日射量」の章の一般情報を参照)。 最初の値を使用すると、平均年間日射量に応じて太陽光発電システムを調整できます。つまり、必要なエネルギーよりも多くのエネルギーが発生する月もあれば、エネルギーが不足する月もあります。 XNUMX 番目の数字に従っていれば、悪天候が非常に長く続く場合を除いて、常に必要を満たすのに十分なエネルギーを確保できます。 これで、太陽光発電モジュールの公称電力を計算できるようになりました。 システム内のエネルギー損失を補正するために、エネルギー消費量 (Wh/日) の値に 1,7 を掛けてから、日射量 (Wh/日) で割ります (例: 280 (Wh/日) x 1,7)。 / 5 (Wh/日) = 96,2 W。 残念ながら、太陽光発電モジュールの公称電力の選択は限られています。 50W モジュールを使用すると、50W、100W、150W 発電機などを構築できます。 電力要件が 95W の場合、XNUMX モジュール システムが最適です。 モジュールの合計電力が計算値と大きく異なる場合は、電力が不十分であるか、電力が高すぎる発電機を使用する必要があります。 前者の場合、光電池は総エネルギー需要を満たすことができません。 ニーズの一部を提供するかどうかは、お客様ご自身でご判断ください。 XNUMX番目のケースでは、電力が過剰になります。 バッテリーのサイズは、エネルギー要件と PV モジュールの数によって異なります。 示されている例では、最小バッテリ容量は 60 Ah で、最適なバッテリ容量は 100 Ah です。 このようなバッテリーは、1200 V で 12 Wh を蓄えることができます。これは、280 日のエネルギー消費量が XNUMX Wh である上記の場合に電力を供給するのに十分です。
定圧 以前は、ほとんどすべての太陽光発電システムは 12 V の定電圧を使用していました。バッテリーから直接電力を供給される 12 V デバイスが広く使用されていました。 現在、効率的で信頼性の高いインバーターの出現により、バッテリーの 24 V 使用が増加しています。現在、電気システムの電圧は、日中の毎日のエネルギー入力によって決まります。 2000 日あたり 12 Wh 未満を生産および使用するシステムは、2000 V と組み合わせるのが最適です。6000 日あたり 24 ～ 6000 Wh を生産するシステムは、通常 48 V を使用します。XNUMX 日あたり XNUMX Wh を超える量を生産するシステムは、XNUMX V を使用します。 主電源電圧は、インバータ、制御装置、充電器、配線のパラメータに影響を与える非常に重要な要素です。 これらのコンポーネントはすべて、一度購入すると交換するのが困難です。 PV モジュールなどのシステムの一部のコンポーネントは 12V からより高い電圧に切り替えることができますが、その他のコンポーネント (インバーター、配線、制御装置) は特定の電圧向けに設計されており、この範囲内でのみ動作します。 バッテリー バッテリーは太陽電池モジュールによって生成されたエネルギーを蓄えます。 バッテリーは、悪天候や過剰な電力消費の期間を補います (中期保管)。
最も一般的に使用されているのは自動車用バッテリーで、手頃な価格で世界中で入手可能です。 ただし、短時間に大電流を流すように設計されています。 太陽電池システムに特有の長い充放電サイクルには耐えられません。 業界はいわゆるものを生み出します。 これらの要件を満たす太陽電池。 主な特徴は、周期動作に対する感度が低いことです。 残念なことに、このようなバッテリーを生産しているのは少数の発展途上国だけであり、輸入品は輸送費や関税のせいで高すぎます。 このような状況では、強力なトラックバッテリーを使用できます。これはより手頃なオプションですが、より頻繁に交換する必要があります。 大規模な太陽光発電システムの場合、30 つのバッテリーの容量では不十分な場合があります。 次に、すべてのプラス極とすべてのマイナス極を互いに接続することで、複数のバッテリーを並列に接続できます。 接続には、できれば XNUMX cm 以内の太い銅線を使用する必要があります。充電中、バッテリーから爆発性ガスが発生する可能性があります。 したがって、裸火に注意する必要があります。 ただし、ガス放出は、特に充電レギュレータが使用されている場合には無視できます。 リスクが車のバッテリーの使用に伴う通常のリスクを超えないようにするためです。 それでも、バッテリーには十分な換気が必要です。 したがって、それらを覆ったり、箱に隠したりしないでください。 バッテリー容量はアンペアアワーで表示されます。 たとえば、100Ah、12V バッテリーは 1200Wh (12V x 100Ah) を蓄電できます。 ただし、容量は充電または放電プロセスの時間によって異なります。 再充電期間は容量指数 C として表示されます。たとえば、100 時間の場合は「C100」です。 メーカーは異なる基準期間に合わせてバッテリーを製造できることに注意してください。 エネルギーがバッテリーに保存されると、保存中に一定量が失われます。 車のバッテリーの効率は約 75% ですが、太陽電池の方がわずかに優れています。 バッテリーの容量の一部は充放電サイクルごとに失われ、交換が必要になるまで容量が十分に低下します。 太陽電池は、強力な自動車用バッテリーよりも長持ちし、寿命は 2 ～ 3 年です。 バッテリーのサイジング 少なくとも 4 日間エネルギーを蓄えることができるバッテリーのサイズが重要です。 2480 日あたり 12 Wh を消費するシステムを想像してください。 この数値を電圧 206 ボルトで割ると、4 日の消費量は 4 Ah となります。 したがって、206 日間の保管は、824 日 x 20 日あたり 989 Ah、20 Ah に相当します。 鉛バッテリーを使用する場合は、バッテリーが完全に放電しないように、この数値に XNUMX% を追加する必要があります。 これは、理想的な鉛バッテリーの容量が XNUMX Ah であることを意味します。 カドミウムニッケルまたは鉄ニッケル電池を使用する場合、追加の XNUMX% の容量は必要ありません。 アルカリ電池は通常の完全放電によって損傷を受けることはありません。 チャージレギュレーター バッテリーは、過充電や深放電からバッテリーを保護する高品質の充電レギュレーターと組み合わせて使用した場合にのみ数年間持続します。 バッテリーが完全に充電されている場合、レギュレーターはソーラーモジュールによって生成される電流のレベルを、充電の自然な損失を補償する値まで下げます。 逆に、バッテリーが臨界レベルまで放電すると、レギュレータは消費者向けデバイスへのエネルギー供給を遮断します。 したがって、電源の突然の遮断はシステムの故障によって引き起こされるのではなく、この保護メカニズムの結果である可能性があります。
充電レギュレータは、システムの誤動作や不適切な取り扱いの結果として影響を受ける可能性がある電子デバイスです。 より高度なモデルには、レギュレーターやその他のシステムコンポーネントへの損傷を防ぐヒューズが装備されています。 その中には、短絡や極性反転 (+/- 極が逆になったとき) に対するヒューズ、夜間のバッテリーの放電を防ぐブロッキング ダイオードなどがあります。 多くのモデルには、動作状態やシステムの故障を示す LED が装備されています。 一部のモデルでは、バッテリー残量も表示されますが、正確に判断するのは非常に困難です。
Инвертор インバータは、低電圧直流を標準交流 (120 または 240 V、50 または 60 Hz) に変換します。 インバーターの出力は 250 ワット (約 300 ドル) から 8000 ワット (約 6 ドル) 以上まであります。 現在の正弦波インバーターによって生成される電力は、地域の電力網から家庭に供給される電力よりも高品質です。
「修正された」正弦波インバーターもあります。それらはそれほど高価ではありませんが、ほとんどの家事に適しています。 これらは、電子機器や電話にわずかな干渉、つまり「ノイズ」を引き起こす可能性があります。 インバータは家庭と公共送電網の間の「バッファ」として機能し、余剰電力を公共送電網に販売できるようになります。
ケーブル類 不必要な損失を回避する最善の方法は、正しい電気ケーブルを使用し、それらをアプライアンスに正しく接続することです。 ケーブルはできるだけ短くする必要があります。 さまざまな機器を接続するワイヤの断面積は少なくとも 1,6 mm2 でなければなりません。 電圧降下が 3% を超えないようにするには、ソーラー モジュールとバッテリー間のケーブルの断面積が、モジュールあたり 0,35 メートルあたり 2mm12 (0,17V システム) または 2mm24 (1V) である必要があります。 つまり、10 つのモジュール用の 10 m ケーブルは、2 x 0,35 x 2 mm7 = 2 mm10 より細くてはなりません。 2mmXNUMX を超えるケーブルは取り扱いが難しく、さらに見つけるのが難しいため、より大きな損失を受け入れなければならない場合があります。 ケーブルの一部を屋外に配線する場合は、悪天候条件に耐える必要があります。 紫外線に対する耐性も非常に重要です。 サントラッカー 太陽電池モジュールは、太陽電池セルが太陽光線に対して垂直な場合に最もよく機能します。 太陽を追跡すると、固定 PV モジュールと比較して、年間エネルギー生産量が冬には 10%、夏には 40% 増加します。 「追跡」は、太陽の後ろで回転する移動プラットフォームに太陽電池モジュールを取り付けることで実装されます。 まず第一に、太陽を追跡することで得られる追加エネルギーの利点と、追跡システムの設置と維持のコストを比較検討する必要があります。 追跡装置は安くありません。 多くの国では、XNUMX 枚未満のソーラー パネルに太陽光追跡を設置することは経済的に意味がありません (たとえば、米国)。 XNUMX つの太陽光発電モジュールを使用する場合、追跡設備ではなくパネルの数を増やすことにお金をかけた方が、より多くの電力を得ることができます。 パネルが XNUMX 枚以上ある場合にのみ、追跡デバイスが効果を発揮します。 この規則には例外があります。たとえば、太陽光発電パネルがバッテリーを使用せずに直接給水ポンプに電力を供給する場合、太陽を追跡することは XNUMX つ以上のモジュールにとって有益です。 これは、ポンプ モーターに電力を供給するために必要な最大電圧などの技術仕様によるものです。 ランプ 省エネランプは効率が高く耐用年数が長いため、太陽光発電システムでの使用が推奨されます。 蛍光ランプまたは新しいコンパクト蛍光ランプ (CFL) は、多くの用途に適用できます。 18 ワットの CFL は、従来の 100 ワットの白熱電球を置き換えます。 これらのランプが DC システムによって電力供給されている場合は、電子安定器が必要です。 バラストの品質は非常に異なり、満足のいくものではない場合もあります。 品質の悪い安定器を使用すると、ランプを定期的に交換するための追加費用が発生します。 バラストは効率的であり、多数の始動、低温および低電圧 (10,5 V) での信頼性の高い点火を提供するだけでなく、短絡、開回路、極性反転、および無線干渉に対する保護を提供する必要があります。 ほとんどのコンパクト型蛍光灯は AC 電流でのみ動作しますが、DC で電力供給されるランプを提供している会社もあります。 耐用年数とコンポーネントの価格 経済分析において非常に重要な要素は、太陽光発電システムの寿命です。 太陽光発電のさまざまな部品の寿命は、近年の経験に基づいて計算されています。
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