【ソーラー発電】電気代を節約する太陽光発電について考える【ＤＩＹ】

状況

今回のテーマはＤＩＹで行える規模の家庭用太陽光発電について考えて行こうと思います。

近頃は、太陽光パネルの価格も劇的に下がりました。なんと、１００Wパネルが1万円程度で届くようになりました。これを生かさない手はないでしょう。ソーラーパネルも普及当初はかなりお値段も高く割高な印象でしたがレースも周回を数回重ねた周回遅れの価格もこなれた頃合いがDIYの出番ってもんです。

さて、ここでは売電しないけど、自分のソーラーパネルで発電した電気については、家庭の中のＡＣ１００Ｖの電化製品で使って電気代の節約をしようと言うのが目的です。
■今回のテーマのポイントはいくつかあります。
まず、売電はしないが、採算性は重要視する。要は投資の元は取る。
そして、もう一つは、ソーラーパネルは直流発電です。ソーラーパネルから得られる電気はＤＣ（直流）なので家庭用のＡＣ１００Ｖ電源とは電気の性質が違います。この点をどうするのかについて解決し実験していきたいと思います。

手段と方法

ＤＩＹ家庭用太陽光発電についていくつか方法があります。

■独立型太陽光発電

太陽光→ソーラーパネル→（チャージコントローラー）→負荷又はバッテリー。

この方法は、ソーラーパネルで発電した電気を活用しつつ余剰分については主にバッテリーに貯めてバッテリーの電気を後ほど活用していく方式です。

利点は、停電時に電気が使える。（※でもこの場合は、ＡＣ電源から非常用バッテリーに普段から充電しておいても同じなんですよね。継続して数日の停電を想定するなら雨の日や曇りの日の場合も考えなければいけせん。）

なので、ＡＣ１００Ｖが使えない環境では威力をおおいに力を発揮してくれるでしょう。

デメリットはもうカッコ書きで突っ込んでしまいましたが、バッテリーという電気を蓄える装置の経費が高い事や非常に用意しておくには少々頼りない点もあるのが難点です。

 

■マイクログリッド太陽光発電（※家庭用ＡＣ電源に流し込むが売電しない）

ソーラーパネル→インバーター→コンセント→家庭内配線→コンセント→AC電源

この方法は、パワーコンディショナーやタイグリッドインバーターのようなソーラーパネルで発電した直流ＤＣを家庭用ＡＣ１００Ｖに変換し家電製品にも使えるようにしていく方法。

経費が高いバッテリーは基本設置せず、朝になり太陽が出たら発電開始して夕方になったら発電終了するやり方である。ソーラーパネルとインバーターのみの構成なのでバッテリーの保守費用がいらないとメリットはあるが、あくまで家庭内で使い切れる電力量のみに限る小規模なマイクロな発電に留める必要はある。つまり、マイクログリッド（小さな電力網≑家庭用）太陽光発電である。

■系統連係売電（今回は除外）

こちらは、今回のテーマ外になるので割愛。

2016年9月の買い取り価格は家庭用で３１円/１０年間※家庭用余剰買い取り価格

※現在の買い取り価格は、【資源エネルギー庁】参照してください。

ちなみにこれは年々どんどん下がります。

それでは、修理のきろくDX！マイクログリッド太陽光発電所の紹介です

DIYで太陽光発電所を作ろう！～ソーラーパネルを設置した。

まずは設置してデーターを取りたいと思います。
長くなるので別記事にしました。

→【別記事】【太陽光発電】ソーラーパネルを設置した。【DIY】

家庭内マイクログリッド太陽光発電のきろく

→【別記事】月ごとの発電データーをまとめています。

太陽光発電に使う機器の紹介と解説

太陽光発電に必要な各機材や材料を詳しくみていきます。

• ソーラーパネル及び架台
• ケーブル
• ショットキーダイオード
• 開閉器（DC用、AC用）
• グリッドタイインバター（マイクログリッドインバーター）
• 測定器

ソーラーパネル及び架台

１００W単結晶ソーラーパネル

今回使用した単結晶太陽電池パネルの性能は、

太陽電池モジュール(Solar Module)

Pmax(公称最大電力)100W

Vmp(公称最大出力動作電圧)18V

Imp（公称最大出力動作電流）5.5A

Voc（公称解放電圧）21.5V

Isc（公称短絡電流）5.7A

となっています。

このソーラーパネルを直列接続しマイクログリッドインバーターに接続します。

この時の動作電圧は、8月の晴天１２時近くで４２V近辺（要電気工事士免許）になります。
直流３０Vを超えるシステムを施工する場合は、電気工事士免状が必要になります。

電流のロスを考えるとなるべく高い電圧でマイクログリッドインバーターまでつなげた方が
有利なので今回は、直列で接続します。

単結晶ソーラーパネルも２０１６年夏頃では、価格がお手頃になり中華ソーラーパネルの
場合は、約1万円程度で入手可能です。４KWシステムでも４０万円！？安いですよね。
今回は3枚、追加予定でもさらに3枚で合計６００Wまで拡張予定です。

この場合は、ＡＣ１００V変換後で多くて約４００W程度の発電能力になると思われます。

真夏は、ソーラーパネルの温度上昇でロスが１割増えますし、インバーター変換ロスが２割ほどあります。真夏では、３００Ｗ構成でも流せる電力は最大時１６０Ｗ程度になります。

 

■架台（アルミ材料を使ったDIY自作で制作）

ソーラーパネルを設置するには屋根なり、その他の場所に台風や暴風に
耐え、長い年月の間、しっかり固定しておく必要があります。

市販の固定金具もいろいろ出ていますが、今回は、中華ソーラーパネルが６枚ほど
なので、ホームセンターのアルミ角パイプで固定しました。

ちょっと制作中の様子を見てみましょう。

４ミリ厚のアルミ板を曲げて波板ガルバトタン専用の固定金具を制作します。

波板ガルバトタンに合わせて曲げて山の部分でトタンの下の木部に固定します。

このように、固定用アルミ角パイプを６本作ります。
ステンレス製のネジで止めます。穴の中や周囲にはコーキングして防水します。

■ケーブル

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ソーラーパネルから出てくるケーブルにはMC４コネクタが付属しているので、MC4コネクタが片側に付いているケーブルを買えばそのまま、差し込んで使えます。

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屋外仕様でしかも屋根の上なので、防水コネクターの上にさらにエフコテープで防水処理します。
WEBマスターの地域は海が近いので台風の時など潮風が吹きます。海の波飛沫の粒子ですね。
これが結構な距離飛んできてですね、数キロは飛びますので金属がすぐに錆びます。

■ショットキーダイオード(接続箱内)

45V10Aの低電圧ショットキーダイオード→秋月

大容量のショットキーバリアダイオードです。Ｉｏ＝１０Ａ
◆同じクラスのシリコンダイオードと比べてＶＦが低いです。
◆４５Ｖ１０Ａ
◆ＶＦ（Ｔａ＝２５℃）
０．３４Ｖ（ＩＦ＝３Ａ）
０．３７Ｖ（ＩＦ＝５Ａ）
０．４４Ｖ（ＩＦ＝１０Ａ）

ＷＥＢマスター制作の接続箱です。この中でソーラーパネル3枚直列３００Ｗの枝2本を
並列接続しています。プラス側の端子にそれぞれダイオードをかませて引き込み線に接続します。
これは、一方の枝側が発電しなくなった場合に電流を逆流させない為に取り付けます。

ショットキーダイオードは、電圧降下が少ないタイプなので５Ａで電圧降下が0.37V程度で済みますので損失が減らせます。

■ダイオードの役割

日中の発電中に万が一、Aストリングのみに影が入ったりするとAストリングの発電が弱まりA電圧が低下するとBストリングから電流が逆流する可能性があります。ダイオードを回路に入れておけば逆流が防止できます。

ちなみに、修理のきろくDXでは、ソーラーパネルを3枚直列接続してストリングを作っていますが電圧が３０Vを越えてきますので、この工事は、電気工事士資格が必要ということになります。
→電気工事士について

■ソーラー配電盤（nosuzo.comソーラー発電所謹製）

引き込んできたソーラーパネルからの電気はソーラー配電盤の中で家庭用AC１００Vに変換します。

■DCブレーカー（DC用、AC用）

DC用のブレーカーを採用。
ソーラーパネルの電気を止める開閉器になります。

■ソーラーコンバーター

普段はGTI（グリッドタイインバーター）の冷却ファン用のDC１２V電圧を供給します。
ソーラーパネルからくる電圧は高い時で５０V程度あるのでこれを直接１２VのFANに流し込むと壊れますのでソーラーコンバーター（DC-DC電圧変換）を接続しておいてDC１２Vに安定させます。これは、ソーラーパネルからの電圧がいかに変動しようとも（５０Vだとか３６Vだとか）常に１２Vにして出力してくれます。大体、６０W程度までは余裕で出力できるのでここから取りだした生の電力でバッテリーなどを充電できます。停電時など家庭用の１００Vに障害があってGTIが止まっている時にもソーラーパネルの電気取り出すことができます。

災害時や停電などの場合は、何日も継続して停電が続くようなら以前作成したポータブルバッテリーを繋いで充電することになると思います。

実際問題、ソーラーコンバーターを用意しなければ、ソーラーパネルから来る電気は電圧が高すぎて生でそのまま使うことは不可能になります。もちろん、ソーラーパネルの電気なので朝が来れば電気が来て夕方になれば止まりますし曇り空は半減、雨はちょっときついです。

→ヤフオクで売ってます！【ソーラーコンバーター降圧モジュール】

■ファン及びファンコントローラー

PWM式のモーター回転制御用のモジュールを使っています。
夏は全開で冬は弱めなどGTIの内部ファンを動かさない程度には冷却をコントロールします。

 

■ワットチェッカー

ワットチェッカーです。
これで、積算電力を計測します。電圧、電流値も計測できます。１ヶ月に1回リセットして記録しています。

■配電盤の設置場所

家庭用の配電盤の真下に設置してエアコン回路の分岐コンセントを施工しなおしてそこに接続しています。エアコン稼働中はもう発電した電力をそのまま流し込むイメージです。
一応、金属製の分電盤箱を採用してショートなどの火花や炎が上がっても延焼しないようにしています。写っていないけど扉もあります。DCブレーカーに金属球を使った地震の震動でブレーカーが切れる仕掛けをすると揺れを検知してソーラーパネルから回路を切り離す仕組みも欲しいかもしれません。

■ソーラーパネルの発電量のきろく

【ソーラーパネル】マイクログリッドな太陽光発電のきろく【DIY】

■ソーラーパネルの設置したときのきろく

【太陽光発電】ソーラーパネルを設置した。【DIY自作】