世の中エコブーム、太陽光発電に対する補助金も沢山出ています。また2009年11月から余った電気を従来の2倍の価格で電力会社が買い取る仕組みがスタートしています。でも、一流メーカー製のまともな太陽光発電システムを設置すると普通の家庭だと200万円位は掛かります。しかもエコキュートなどを使ってオール電化にしないとメリットは少ないとか。エコキュートは70万円もします。
 本当にそれだけのお金を出しても大丈夫なのでしょうか?誰でも思う疑問ですよね。そこで手軽に確かめてみようと始めたのが、ここに紹介する私のオリジナルの太陽光発電システムです。ぜひ参考にして貴方もチャレンジして見て下さい。

部材リスト

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システム構想

・どこに設置するか。
 先ず一番最初に考えるべきは、太陽電池を何処に設置するかです。屋根の上に設置しようなど無謀な事は考えないで下さい。台風が来て太陽電池パネルが吹き飛ばされたら大変危険です。実は一流メーカーが一番苦労しているのが、屋根への設置方法です。素人考えでは無理なので屋根への設置は諦めましょう。
 庭が広く地面に置ける方はそれがベストです。ですが1日中太陽光が当たらないと設置する意味も薄れてしまいます。
 そこで私は南面のベランダに取り付けることにしました。四季を通じて太陽光を浴びる為には、手摺りに直接取り付けたのでは駄目で、左上の写真のように屋根の高さまで掲げる必要があります。そこで家庭用のアンテナ支柱を活用しました。ベランダ設置用の支柱台という大変便利な金具が販売されているのです。
・どうやって太陽に向けるか。
 次なる課題は太陽に向けて太陽電池の設置角度を付けることです。私は「ソーラーグリップ」という商品を流用しました。元々ヨットに太陽電池パネルを設置する目的で作られたものらしく、樹脂製ではありますが、角度が自由自在に変える事ができ便利です。詳細は順次写真にて説明します。
・どんな物が要るか。幾ら掛かるか。
 左上が材料リストです。主要機材はまともに買えば結構高いものですが、手間暇掛けてネットサーフィンすれば結構安く調達できます。小物類は結構ありますので、こちらはホームセンターなどで現物を見ながら調達させるのが宜しいかと思います。私は初めてだったので、材料調達には結構時間が掛かってしまいました。それもまた楽しいものです。

A. 材料の調達

1.太陽電池モジュール

 私は中国製の単結晶太陽電池を購入しました。購入の決め手はW単価が極めて安く、また構造的にも日本製と殆ど変らないと思えるからです。(他の中国製はどうか知りませが、私の購入したものは、ISO規格やTUV認証を受けている工場らしいです。大したものですね。)
 同等の日本製品ですと、どんなに安くても3倍くらいの価格はします。W数はソーラーグリップの大きさとの兼ね合いで30W品(450mm×550mm)にしました。

 セル部分の写真です。中国製と聞いて心配な方も居られるでしょうが、配線工程を機械化しているらしく、セルが整然と配列されていて大変美しいです。125mm角の単結晶セルを3分割して作っています。ガラス面も一応は反射防止処理はされているようです。
 単結晶の場合、円柱形状を切り出すので、セルの角にRが付いています。その為、モジュール変換効率には不利です。バックフィルムは白色を採用、こちらの方が黒色より変換効率面では有利です。枠が白色なので、単結晶独特の黒色のセル部分が引き締まって見た目にも格好良いです。

 モジュール裏面です。白色塗装されたアルミ枠は押出し材でしっかりした作りです。4カ所取付穴(6mm)があります。
 端子BOXの中には、バイパスダイオードや逆流防止ダイオード類は一切無く、このモジュール自体、直列や並列に接続して使う事は想定されていないようです。(並列接続する場合は要注意です。ショットキーバリアダイオードを直列に入れましょう)
 PVケーブルの先端がワニ口クリップというのはどういう意図なのでしょうか?
 仕様諸元には以下の記述があります。
・Pmax=30W,Vmp=17.5V,Imp=1.71A
・Voc=22.0V,Isc=1.84A

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2.ソーラーグリップ

 本来、カナダICP社製の薄膜太陽電池モジュールSE-500専用の取付架台として販売されている商品です。キャンプやマリンでの使用を前提に設計されています。本体はABS樹脂製で、雲台(角度が自由に変えられる)とアタッチメント2種類が付属しています。今回は左側のポール用アタッチメントを使用します。
 これを選んだ理由ですが、太陽電池モジュールを地上から緯度分だけの傾斜を付けて設置する為に、色々方法を考えてはみましたが、アルミ角材などで自作した場合、見た目がよく無いのと長期信頼性が心配であり、少し価格は高くても市販品を流用する方が得策と判断したためです。
 また、ソーラーグリップは4隅の取付ネジ位置が自由に変えられる構造になっており、適応範囲が広いく、調整もし易く良くできた逸品です。
 尚、ソーラーグリップの詳細な情報が極めて少ないので、参考までに写真を幾つか載せておきます。

3.取付ポール

取付には市販のTVアンテナ取付金具を流用しています。今回はDXアンテナの商品を使用しました。商品は3つです。
 一つ目は、ベランダにポールを立てるためのベースです。「コンクリート手摺り用取り付け金具」です。我が家(ダイワハウス)のベランダは手摺り厚みが70mm程度しかなく、実質使用可能な商品はこれだけでした。もう少し厚みがあるなら、他社商品でも使える場合もあります。
 商品自体はかなり頑丈な作りです。後で取り付け写真を見ればそれが良く判ります。

 ソーラーグリップの適用可能なポール径は24mmまでです。一方、「コンクリート手摺り用取り付け金具」のポール径は31mmとなっています。
 従い、このポール径の違いを解決する継ぎ手が必要です。今回は24mmと32mmを継ぎ足す中継金具を使用することにしました。
 24mmポールは様々な長さの商品が出ておりますが、余り長いと強度的に不安材料となるため、今回は屋根樋からわずかに飛び出る程度の1200mmを選びました。
 なお、アンテナ金具自体は溶融亜鉛メッキが施され、耐久性は心配なさそうです。

4.チャージコントローラー

 独立型(商用電源に接続しない)太陽光発電システムでは、このチャージコントローラーが必要です。これと蓄電池を組み合わせて、太陽光発電の不安定さを吸収します。
 例えば、池のポンプを動かしたい場合、直結すると日射状況によってポンプの動作が左右されますし、夜はポンプが使えないことになります。チャージコントローラーと蓄電池の組合せシステムでは、昼間余った電気を蓄電池に蓄え、夜使う事もできます。
 ただし、太陽電池、蓄電池、負荷のバランスを上手く設計する必要があります。また、蓄電池の過放電や負荷の過電流(使い過ぎ)も防止してくれます。
 今回は、MPPT(最大出力電力点追従)機能を持った商品を採用しています。MPPTは一般的な太陽光発電システム(商用電源に接続)では常識的な機能で、ソーラーカーレースでもその真価が実証すみですが、独立電源向けでは極めて稀です。今回は、その中でも一番安い商品を選択しました。

5.蓄電池

 独立型電源システムの必需品です。本来ならディープサイクルバッテリーなどを使うべきですが、通常品と余りにも価格差があるため、また特に5年持たせる必要もなく、安いものを寿命が来たら交換する方法を選択しました。
 容量の選定は日中接続される負荷とのバランスにも依りますが、大体1日の発電力を丸ごと充電できれば良いと考えて見ました。
 日本では平均的な発電量は太陽電池1kW当たり1000kWhとされていますので、一日の充電量は太陽電池最大容量の3時間分程度と考えられます。今回の場合、90Wh程度ですので12V7Ahでも十分かと思われます。(お天道さま任せなので考え方もアバウトです。一生懸命考えてもその通り行く可能性は少なく、先ずはやってみることだと思います)
→後で分かった事ですが、鉛蓄電池では公称容量の半分程度が実使用域のようです。余り放電させると寿命が短くなるようです。チャージコントローラーはちゃんと配慮されています。従い、15Ah程度の容量が必要なようです。

6.ソーラー用12Vポンプとノズル

 実は何Wが良いか迷っていました。(これは3Wですが、6W品,9W品があった)また商品が到着して余りにも小さいので更に不安に思いました。(3,800円、汗!)
 しかし、実際に繋いでみるとビックリです。我が家の直径50cm程度の水鉢では十分過ぎる実力です。水の勢いが強過ぎて折角買ったノズルも、水が鉢の外へ飛び出して使えない有り様です。パワーコントローラーが必要かも知れませんね。(やれやれ)

7.電工用プラボックス

 ホームセンターで買うと意外に高いのがプラBOXです。でもWebで検索すれば、バッチリ安く、立派なBOX(日東工業製の一流品)が買えます。
 屋外用途向けなので、安心して使えますし、扉が簡単に外せて、加工も楽な材質でできています。お薦めです。

8.アナログメーター類

 特に必須という訳ではありませんが、システムの稼働状況を知るためには、あった方が良いと思われます。デジタルとアナログがあり、価格もピンキリですが、精度を求めなければ@千円品で十分でしょう。こういう物は秋月電子に行けば見つかります。
 W表示できるメーターを探して見ましたが、5-6万円もするようなので予算に合わず断念しました。本当はログを取ってパソコンで集計したいのですが、次回のお楽しみにします。

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9.その他小物類

 近くのホームセンターで売っているものばかりです。金具やボルトの金属製品はステンレスをお薦めします。少し高いですが、鉄に較べて錆による性能劣化が圧倒的に少ないです。また、ボルトは平座金とスプリングワッシャーを使用し、ネジの緩み防止のロックタイトを塗布して万全を期しましょう。脱落防止のステンレスワイヤーも忘れずに。(詳細は物品リストに記載)

B. 組立工程

1.支柱の組立

 「コンクリート手摺り用取り付け金具」をベランダの外壁に取り付けます。
 手摺りの隙間から内側の押さえ金具が入らないので、分解してから再度組立を行いました。ご覧のように本来200mm程度のコンクリートブロックの壁にも適用できる商品なので、ベランダ内側への出っ張りは相当なものです。下側のボルトが非常に長く、それを締めつけて行きます。かなり強力に締まるようで、締めつけ後のポールのぐらつきは全くありません。

 外から見た写真です。意外にも外からはスッキリ見えます。
 写真には有りませんが、31mmのポールの先端に、31mm-24mmの継ぎ手をセットしておいて下さい。31mm側はしっかりボルトを締めて下さい。逆に24mm側は後でポールを挿入し易いように緩めておいて下さい。

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2.太陽電池モジュールの加工と組立

 ここが一番難しいところです。先ずはここから先の5枚の写真をよく見てイメージを掴んでから、加工と組立に進んで下さい。

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 まず、アルミ角パイプを加工してブリッジを製作します。左図面を参考に加工してください。(図面はクリックで拡大されます。加工時の参考となるように、印刷しておいてください)
 エッジ面はヤスリを掛けて怪我しないように加工して下さい。万力で固定すると作業が楽です。作業は焦らずゆっくりと行って下さい。

 ケーブルの処理です。
 太陽電池モジュールおよび中継用のケーブルの端面にギボシ端子を取り付けておきます。プラスとマイナスを間違わないように色で識別させています。端子のオスメスも間違わないように細心の注意をしてください。こういう所を間違えると、後であたふたします。ゆっくり確実に作業を進めて下さい。
 ちなみに、太陽電池側のプラスは茶色になっています。勿論、付属のクリップは除去します。

 脱落防止金具(ワイヤークリップ)部分です。
 強風によるソーラーグリップの破損や部材劣化(特にABS樹脂なのでいずれ劣化する)した場合、太陽電池モジュールが落下する恐れがあります。
 事故を防ぐ為、最後の砦として、脱落防止ワイヤーを付けておきます。直径1.5mmのステンレスワイヤーですが、50kgまでの過重に耐えます。ナット留めする時にはロックタイトを必ず流してから締めて下さい。

 ソーラーグリップの固定部分です。
 ソーラーグリップは追加したブリッジの外側に付きます。ソーラーグリップのブリッジ側には段差のない写真のような部分と、段差のある写真左下のような部分がありますが、結果的にはフラットな4面を形成するように上手く出来ています。
 ソーラーグリップ付属のボルトは特殊サイズ(恐らくインチ系)なので一般のナットが使えません。溝幅も小さくM4ボルトに置き換えるのが精々です。今回はそのまま活用することにしました。専用ナットにはロックタイト(写真でブルーに着色)を必ず流してから締めて下さい。

 ブリッジと太陽電池モジュールの固定部分です。
 モジュール枠の下から平座金付きのM5ボルトを通して、ブリッジを通し、平座金とスプリングワッシャーを入れてからナット止めします。ロックタイトを必ず流してから締めて下さい。

3.制御盤BOXの加工と組立

 プラBOXの中には木製のボードが付いています。これにチャージコントローラーと蓄電池保持金具(ステンレス製のLアングル)2個をM4の木ねじで2カ所ずつ固定します。
 蓄電池固定用のLアングルは蓄電池の下側のみを支えるもので、手前側への脱落防止はマジックテープにて行います。マジックテープはLアングルと共締めします。(木製ボードとLアングルに挟み込む)
 端子台を取り付けます。

 次に、メーター穴の加工を行います。
 BOXから表扉を外して(扉を最大に開いて上に持ち上げるて右に引くと外れます)から、メーター用の穴開け加工を行います。
 メーターレイアウト(参考)を決めて、メーター箱に印刷されている型紙を元に穴開け位置を決めます。(型紙をマスキングテープなどで固定してマーキングすれば簡単です)
 先にΦ45mmの穴をホールソーで空けます。刃が樹脂にいきなり食い込みますので、かなり力を入れて扉を保持しないと振り回されますので要注意。中央に導入用の小さな穴を空けてから、ゆっくりドリルを進めるのが位置ずれが少いです。
 次に4隅のΦ4mmの穴を空けますが、Φ45mm穴がずれている可能性が高く、ここはメーターと現物合わせで穴位置を決めるのが賢明であると思います。
 なお、保護シートは付けたまま作業をする方が、キズが付かず好ましいです。

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 次は配線を行います。
 配線図は左の実体配線図を参考にしてください。(チャージコントローラにも書かれていますので、説明文が英語ですが、後で後悔しないように、こちらもちゃんと読んで下さい。)
 配線は一本ずつ色分けされています。
 太陽電池プラス:赤
 太陽電池マイナス:黒
 蓄電池プラス:黄
 蓄電池マイナス:青
 負荷(ポンプ側)プラス:緑
 負荷マイナス:白
 なお、メーターにもプラスとマイナスがありますので注意、特に電流計が間違いやすいです。

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 左や左下の写真もよく見て下さい。配線は結束具(コードクリップ、ロックタイやマジックタイなど)を上手く使い分けて綺麗に仕上げましょう。
 配線順序は、負荷、蓄電池、太陽電池とすると楽です。
 なお、蓄電池のプラスは完成まで接続しないでください。

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 メーター(表扉)の取付と配線
 配線は、写真を見ながら正確にやってください。太陽電池からのケーブルは一旦電圧計に繋ぎ、マイナス側はそのままチャージコントローラーへ、プラス側は電流計を経由してチャージコントローラに繋ぎます。写真の赤い配線がクロスしている点に特に注意して下さい。
 配線が終ったら、もう一度間違いがないか、実体配線図と見比べて下さい。

C. 施工

1.ソーラーグリップの組立

 単品組立を行います。右写真は24mmポールに取り付けた状態です。
 先ずは、太陽電池モジュールの傾斜角を調整します。私の場合は仰角35度に設定しました。(春分と秋分の正午に太陽が直角に当たるように。30度が最適とか言う人もいますが…)
 24mmポールの先端には、塩ビのパイプエンドが付いていますが、これはパイプの腐食防止用です。またグリップの直ぐ下に、金具がありますが、これは脱落防止用のワイヤーが、2枚のステンレスステーを挟むボルトで留められております。安全上、必ず取り付け下さい。

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2.ポールの結合

 ここからは高所作業なので風の強い日や雨の日、気候の厳しい日は避けて、安全に作業して下さい。(体調は万全ですか)
 説明が卵鶏の関係になってしまいますが、現実問題、ポールをしっかり「コンクリート手摺り用取り付け金具」に固定しないと角度調整はできないものです。この辺りは臨機応変に取組んで下さい。写真は設置完了後です。(写真は撮る角度によって見え方が違うので、中々35度には見えないと思うが)
 「コンクリート手摺り用取り付け金具」に角度調整済みの太陽電池モジュールが搭載された24mmのポールを差し込み、太陽電池モジュールが真南に向くようにポールを廻して位置決めし、継ぎ手のボルトをしっかり締めます。
 最後に、太陽電池ケーブルのギボシ端子を接続して、配線を制御盤にまで持って行きます。ベランダ部分や壁面は目隠しのモールをして見栄え良くして下さい。
 これで上部作業は終了です。

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3.制御盤(BOX)の設置

 いよいよ太陽電池ケーブルを制御盤に接続します。おっと、その前に、蓄電池のプラス端子を接続しておくのを忘れないように。(蓄電池電圧が12-14Vになる筈ですよ。確認して下さい)
 太陽電池ケーブルを制御盤の端子台に接続します。(プラスとマイナスを間違わないように。色分けされたケーブルだと間違い難い)
 暫くすると、チャージコントローラが動作し始めて太陽電池電圧計と電流計が振れます。時々、メーターが段階的に振れる変な動作をしますが、恐らく最大出力点を探しているものと思われます。(アナログ方式でしょうか)

4.ポンプの接続

 ポンプの配線をします。たった3Wのポンプですが、ノズルを付けると70cm以上の高さまで水が飛びます。私は仕方なく、ノズル無しでポンプを寝かせて使っています。それにしても水道の蛇口を普通にひねった程度の水量が出ており、小さいポンプながら大したものです。
 ちなみに、今の状態では圧倒的に負荷が小さく、ポンプは夜も止まることなく稼働しています。
 右の写真、メダカが一匹居るのが判りますか?

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やまかず太陽光発電所 紹介ページ

噴水ポンプ、庭園灯、植物育成灯の制御基板の製作

100W屋根設置型 太陽光発電システムの製作

リモートモニタリングシステムの製作

市販チャージコントローラー 実試用評価

LED植物育成灯の製作

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蓄電池の大容量化に欠かせない循環電流防止装置

ベランダにフットする2倍電圧システムの製作

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