ソーラーパネルによるエコバッテリー

東京電力による電力供給の独占が問題となっています。3.11 以来停電対策としてHONDA のガスカートリッジ発電機エネポを購入して万が一に備えていますが、いわゆるグリーンエネルギーとしての太陽光の利用の途をさぐるためにソーラーパネルによるバッテリー充電システムを作成してみました。このようなシステムは大手電機会社から秋葉のショップなどまで各社が発売していますが、一戸建ての屋根に設置するタイプがほとんどなので、マンションのベランダに設置でき移動も容易な小型のものを作ってみました。パーツは全て秋葉原で入手でき、基本的な物は秋月電子通商から通販で購入することもできます。
ここで製作した物は容量が小さく家電製品を使用するには不十分ですが、携帯電話の充電、小さなLEDランプ、ポータブルTV など情報収集に最低限必要な機材は長時間使用できます。

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これは費用を最も抑えて製作した物です。バッテリーはAutobacs などで販売されている自動車用の37Ah の容量の最も安い物、3,980 円を使用しています。ソーラーパネルも秋月電子の12Wタイプ、コントローラも最も安い物を使用しています。インバータは300Wもしくは150Wのものをシガーライターソケットに接続して使うようにしています。

結論から言って、このバッテリーを満充電すると42インチの大型TV を4時間半連続して見ることができ、コストパフォーマンスは極めて良い物になりました。ただバッテリーは倒すと希硫酸が流れ出るおそれがありますし、充電時には水素ガスが出る可能性もあるので安全性の点では万全とは言いがたいものです。

	バッテリーとコントローラ、シガレットソケット、電圧計、電流計です。
	上部には充電状態を見るメーターを取り付けてあります。
	左が電圧計、右が充電電流計です。充電電流はかなり低いのでフルスケール75mAで使用しています。また放電電流は計測していません。
	コントローラーも一番安い物なので表示は充電を示すLED インジケータのみです。
	ACを使用するときはこのような単体のインバータを使用します。

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ネットでの知人もソーラーバッテリーに興味を持っていたので、初号機のノウハウを生かして壱号機を製作しました。

壱号機のコンセプトは安全と使いやすさです。電気の知識をあまり持たない方が操作しても安全なようにバッテリーは液漏れ、ガス漏れの起こらないシールドバッテリーで、秋月電子で売っている最も大きな26Ah を使用しました。
また、バッテリーが重い（9.7kg！）ので移動が容易なようにキャリアに搭載し、 全てのパーツを一体にして使いやすいようにしました。ソーラーパネルは本体に蝶番で固定して角度を変えられるようにするとともに、取り外して延長ケーブルで本体から離れた所にも設置出来るようにしました。

AC も容易に取り出せるようにインバータも内蔵しました。

ソーラーパネルの本体は防水のようなのですが、コネクタ部分は防水コネクタではなく、本体は一切防水加工をしていないので基本的に水がかかる場所では使用できません。ソーラーパネルに延長ケーブルを接続し、コネクタ部分を自己融着テープで防水すればパネルのみ屋外に出して使用できると思いますが、本システムの仕様外になります。

費用は予定を上回り3万円弱になりました。またバッテリーが安全性を優先し、かつ自動車用より30%低い容量ということもあり、42インチTV の連続動作は30分と初号機をかなり下回る結果となりましたが、表示機能付きのコントローラでバッテリーの残容量や充放電の電流などが容易に確認できるので使い勝手は格段に向上しました。
これはこのコントローラがディープサイクルを禁止する設定になっているためのようです。デフォルトでは11.4V で動作を停止するようになっていて設定を変更しても11.0V までしか下げることができません。本来の鉛蓄電池の放電終止電圧は7.6V ですので、ずいぶんと余裕を見た電圧になっています。インバータをバッテリーに直結すればインバータが動作する限界の電圧まで使用できると思いますが、そこまで電圧が下がってしまうとコントローラが異常と判断して充電しなくなるおそれがあるので、これは仕方ないとあきらめるしかなさそうです。これによりバッテリーの寿命は飛躍的に伸びることが予想されるのが救いです。

TV の電源が落ちた状態でバッテリー残量は6% なので結構使い切ってくれてはいます、ここから直射日光に当てて約四時間経ったところで43%まで回復しました。しかしこの時点で太陽が木の陰に入り、メーター読みでは充電は0.0A になったのでソーラーセルを屋内に収納して一応窓から外に向けておきました。日射の良い場所であればこの倍の時間ほど照射できるので、負荷無しなら一日で空から回復できそうですし、バッテリーを使い切らないように注意すれば充電しながらでも使用できます。
なお、43%時点でソーラーパネルを屋内に入れて窓際に置いていたところ46%にまで充電されているので、直射日光が当たらなくても微々たるものとはいえ充電しています。しかしその後さらに陽が陰った後に43% にまで下がってしまったので夜はマスタースイッチを切っておくのがよさそうです。

	これが全体の構造です。ソ-ラーパネルが付くと人工衛星っぽくなります。 キャリアに載せているので重い割には移動は容易です。
	ソーラーパネルを引き出して角度を変えることができます。太陽光が垂直に入る状態が最も発電効率が良くなります。
	この写真では見えにくいのですがパネル裏面から出ているアームをメッシュに引っかけて角度を調整します。最大でも垂直から30度くらいしか起きないので、さらに水平に近づけるには何か支えを用意するか、パネルを取り外して適当な台に起きます。、
	アームはパネル裏面に取り付けた強力マグネットで固定され邪魔にならないようにしてあります。 パネル下部にはパネル自体がずれないように同様に強力マグネットを取り付けてあり、筐体の鉄部に貼り付くようになっています。
	ソーラーパネルは取り外すことができ、延長ケーブルで本体から離れた場所に設置することもできます。
	パネルを取り外してベランダの物置の上に設置しました。木などの影が差さないように、また角度を調整して充電電流が最大になるようにします。
	マニュアルや交換用ヒューズなどの小物、延長ケーブルを収納できるメッシュポケットを空いている面に取り付けました。これでオールインワンで使用できます。

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	マスタースイッチを入れるとこの表示になります。左にバッテリーのマーク、右下に％表示があるように、現在のバッテリーの残容量を表示します。
	上の状態から右ボタンを一度短く押すと、バッテリー電圧の表示に変わります。右の表示はV（ボルト）に変わっています。
	さらにもう一度右ボタンを押すと充電電流を表示します。左はパネルからバッテリーに電流が流れている様子に変わり、右はA（アンペア）表示になります。 表示は0.1A（100mA）までしか表示しないので100mA以下の微弱電流で充電していても表示は0.0となります。 これ以降の表示についてはマニュアルをご参照下さい、何度も押すと最初の表示に戻ります。
	コントローラ本体の表示です。ボタンを押す毎にバッテリー電圧などの表示を切り替えることができますが、表示器方がより詳しく、判りやすいのでそちらをご使用下さい。ただ常時監視していたい数値、たとえばバッテリー電圧や充電電流などをこちらに表示しておけば表示器を切り替えていても監視できます。詳細はマニュアルをご覧下さい。

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各パーツと製作途中の写真です、完成写真からはわからないディテイルをご覧いただけます。

	使用したソーラーパネルです。 12V12Wの仕様で最大出力電流は0.7A となっていますが、実際に使用してみたところ0.8Aを出力する場合もありました。 明るい場所でも直射日光が当たらないと極端に低い電流（数十mA）になるので注意が必要です。
	パネルをこのような大型に付け替えることもできます。このパネルは50W出力で3A以上電流を取り出せるので充電が短時間で終わりますし、小型機器なら使用しながらでも充電できます。 ただし寸法：６４０ｘ５４０ｘ３０ｍｍと大きく、18,500円といささか高くなります。しかし屋根に並べるには小さいのでこれを20枚並べれば1kWの出力が得られます。 （リンク先は秋月電子通商の当該商品のページです）
	さらにこのパネルなら約200Wの出力なので5枚で1kwが得られます。このような大電力の場合はバッテリーにトラック用の24Vのものを使用した方が配線による電圧降下や配線の発熱を抑えることができるので良いでしょう。サイズ：１３１８ｍｍｘ１００４ｍｍｘ４６ｍｍで49,800円です。 24V の大容量バッテリーは新品で購入すると高価ですが、リファービッシュ品といって中古バッテリーの中身を入れ替えて新品に近い性能にしたものがYahooオークションなどで比較的安価に入手できます。 （リンク先は秋月電子通商の当該商品のページです）
	使用したシールドバッテリーです。 26Ah の容量の割には37Ah の安物バッテリーと比べてスタミナがありませんでしたが、安全性ははるかに上で、倒しても液漏れしませんし、水素ガスも内部で処理され、外部に漏れ出ることはありません。
	バッテリーは重量があるので20mm厚の木の板に載せて強力両面テープを使用して滑りを止めてさらに太い結束バンドで固定してあります。この板は左右に鬼目ナットと呼ばれる埋め込みナットを入れてあり、筐体と6mmΦのボルトで固定してあります。バッテリーと筐体の隙間には厚いスポンジゴムを入れて振動や衝撃で動いてしまうことを防止しています。
	左がコントローラ本体、右が接続して使用する表示器です。 コントローラ日本語マニュアル、表示器日本語マニュアル 本体で過去一週間分のデータを記憶しており、表示器で読み出すことができます。 基本的にはバッテリー電圧、バッテリー残容量、充電電流、放電電流の四項目が読み取れればよいので他の機能は少しじゃまです。
	初号機と同じ300W のインバータを組み込んであります。300W はオーバースペックで最大値を引き出すとバッテリーへの負担が大きいのですが、負荷が軽い場合は特に問題はないので余裕を見てこの容量にしました。
	筐体にはホームセンターで見つけた鉄製の傘立てを使用しました。ちょうどバッテリーが入る大きさで十分な強度もあり通気性も高いので熱がこもる心配もありません。
	上部パネルは傘立ての下にあった水受けのトレイを加工して使用しました。 下二つはUSB 出力付きの三連シガーソケットを使用し、シガーソケットからUSB への変換プラグも二つ付けて合計四つのUSB 出力が取れるようにしました。 上右にはマスタースイッチを付けています。これをOFF にするとバッテリーが完全に切り離されて全ての機能が停止します。その左にはバッテリーの二本の線に入っている30A のヒューズです。、
	使用したシガーソケットです、内部から3mmΦのビスを四本出してトレイに固定しています。パイロットランプが付いているので全体のパイロットランプとしています。
	トレイの下には銅パイプを二本渡して上部トレイを支えています。トレイはこの他にボルト二本で外れないように固定されています。
	筐体上部にはソーラーパネルを固定、取り外しするための取り外し可能な蝶番が取り付けてあります。

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移動式ソーラー充電器マニュアル（PDF)

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