このページは実験中で、まだ編集途上です

中古の太陽電池パネルが安価に入手できるようなので、コレを使用して自宅で24時間稼動しているAPRSとNavitraのデジ電源にしてみようと思い立った。

ソーラーパネル

ヤフオクに多数出品されている。
大規模システムで排気になった物を点検整備したものらしく、概ね20年程度前に生産されたもののようだ。
その中から初期性能の65%を維持しているものを選別しているのを見つけて採用してみた。 初期性能は45W、この65%なので約29Wが保証されている。

入手したパネルは、検査性能として「39W」と記載されていた。
さらに、貼ってあった検査データは、

  • 最大動作電圧:21.4V
  • 最大動作電流:1.8A

パネルの使用効率を最大にするには、この電圧になるように負荷電流をコントロールすると良いらしい。

バッテリー

軽自動車用のをカー用品店またはホームセンターで安売りしているときに購入予定。
バッテリーの容量は5時間率で表示されている。最初の2桁は容量に相当するが性能ランクという数字であり容量そのものではない。
30で21Ah、40で28Ah、55で36〜48Ah

結局、原材料高騰のあおりか安売りしていなかった。 購入したのは一番数の出る乗用車用「40B19」を採用。

充放電コントローラー

設計構想

過充電防止、過放電防止のために装備する。
設計から完全自作しようとおもったら、すでに製作例を方している方が居たので使わせてもらう。
PIC12F675(A/D内蔵マイコン)で制御している。これをベースに、パワーMOSは手持ちに無いのでリレーを代替として使ってみる。消費電流の点では損だが、まあ、遊びですので。

PICで制御
http://www.asahi-net.or.jp/~SE1M-NITU/html/pic_charge_controler.htm

  • 過放電保護(手動リセットするまで出力カット)
  • 過充電保護(ヒステリシス付き電圧監視型の充電カット)
  • 警告LED(過放電警告)
  • 自動スリープ

DC/DCでCVCC
http://mcalc.zapto.org/otherDoc/CVCCusingDCDCConverter/index.html

ただいま実験中

DC/DCをそのまま使い、出力電圧設定のみできるようにした。電流制限はユニットの保護回路をそのまま期待する。
ユニットの保護回路のリミッターは3〜4A程度らしい。 パネル電圧21.4V、電流1.8Aとすると、出力14.4Vでは効率100%なら2.7A程度取れる。
DC/DCの効率は80〜90%なので、85%と仮定すると最大電流は2.3Aとなる。
2A程度でリミットしたほうがよさそう。

過放電保護は「PICで制御」をそのままいただいてしまおうという魂胆に落ち着きそう。
過充電は定電圧にするため不用。コンパレーターとゲートで組むよりもPICが簡単。
ブレッドボードで組んでうまく動作した。とりあえずリレーでカットする構成。
リレーは秋月の12V/20Aのを使う予定。消費電流は50mAだった。
ちょっと多いので、本番ではFETに置き換えようと思う。が、あのカチリという音と動作はなかなか捨てられない・・・

MPPTと動作ポイント

電圧制御型MPPTの場合、太陽電池の最大動作電圧を基準にする。
開放電圧のみで最大動作電圧の表示が無い場合は、結晶のシリコンでは開放電圧の80%に、非結晶のアモルファスシリコンでは開放電圧の68%を基準にしてやる。
アモルファスシリコンは屋外設置型の太陽電池には使われていない。(低輝度に有利なので、電卓等に使われている)

簡易MPPT

MPPT.jpg

調整方法

  • VRをGND側にしてMPPT動作を無効にする
  • CVCC電源を25V/1.8Aにセットする
  • DC/DCの出力を12Vに合わせる
  • VRを調整してパネル入力端が21.4Vになるように調整する

過電圧(過充電)保護

  • Vs=2.5V
  • Rx=6.2k
  • Ry=1.63k
Vo=14.5 サイクルチャージ
R2=(Rx*Ry*Vs)/(Ry*(Vo-Vs)-Rx*Vs)
  =(6.2k*1.63k*2.5)/(1.63k*(14.5-2.5)-6.2k*2.5)
  =6.22k
Vo=13.62 フローティングチャージ
R2=(Rx*Ry*Vs)/(Ry*(Vo-Vs)-Rx*Vs)
  =(6.2k*1.63k*2.5)/(1.63k*(13.62-2.5)-6.2k*2.5)
  =9.62k

SBDの電圧降下を加味して、Vf分電圧は高く設定する。(SBDのVfは実測後に決定)

緊急充電

  • LinuxからPICNICをポーリングして電圧を監視。
  • バッテリー電圧が11Vを切ったら緊急充電を行う。
  • 12V/4.2Aのスイッチング電源。常にON。PICNICの電源兼用。
  • 緊急充電は、PICNICのデジタルI/OをONにしてリレーを駆動する。
  • 適当な電圧になったら緊急充電をやめる
  • 緊急モードであるフラグはPICNICのデジタルI/Oをラッチして流用する。

深夜電力を使った補助充電

  • ピーカンでもすべての電力をまかなうのはパネル1枚では厳しい
  • 23時〜7時の電化上手契約を使い、Linuxのcronでタイマー充電をする
  • 緊急充電中に深夜時間帯に突入したら、緊急モードフラグのみ落とす

全体のシステムコントロール

  • Linuxサーバーが中心
    • cronによるタイマー制御
    • 電圧をポーリングして、緊急充電のON/OFF
    • Web監視
  • PICNICをLAN経由でアクセス
    • PICNICのA/Dで電圧を取り込む

将来的には

PIC(F877 BASICかな)マイコンボードで独立制御を行う

パネルはこんな感じ

Front

panel.jpg

Back

panel_back.jpg

メモ

  • 過電圧保護を設定しないと、負荷が軽く発電状態が良好な場合には、DC/DCの出力はどこまでも上がってしまう。フル充電状態のバッテリーには充電電流がほとんど流れ込まないので、15Vまで電圧上昇することが確認。過電圧保護は必須。
  • バッテリーが十分充電されている状態で、負荷よりもパネルの発電状態が上回っていると、バッテリーへの充電はほとんど行われず見かけ上パネルの発電電力が小さく計測される。実際には負荷電力をすべて太陽発電でまかない、あまりはバッテリー充電に使われている。しかし、バッテリーも十分な充電状態であると、パネルの発電電力はすべて使われず捨てられていることになる。この捨てられる電力を何かに転用できないか、良いアイデアは浮かばない。
  • 深夜充電、緊急充電をするには、14.5V+Vfが必要。大容量ダイオードのVfは1V程度。15Vの電源が最適。ただし、大容量電源を採用した場合は電流制限をかけないと逆流防止ダイオードの定格が厳しくなる。直列に抵抗を挿入し、放電終了のバッテリー電圧10.5V時に初期電流が5Aになるようにする。~R=(14.5-10.5)/5=0.8Ω 充電末期は(14.5-13.6)/0.8=1.1A
  • 現状、深夜充電が完全に行われていないらしい。曇りの日(10/1)でも快晴の日(10/2)でも、日没後20時あたりでバッテリーが空になっている。12V電源の電圧調整範囲では電圧が足りないと思われる(ダイオードの後ろで14.5V出力に設定できない)。秋月充電器キットと手持ちの24V/9A電源を使って、電流制限3Aまたは4Aで充電を行ったらどうか?早急に対応してログをとる必要がある。一度完全放電させてしまったので、バッテリーが駄目になっている可能性もある。
  • カーバッテリーから12V/7Aのシールドバッテリーに交換。充放電状態がLogを見る限り理想的になった感じがする。カーバッテリーは使い難いのかもしれない。
  • 12V/22Aのシールドバッテリーが届いたので交換。電圧カーブは非常に安定している。このバッテリーにて評価を続行する。特に、晴れの日と曇りの日での、夕方以降での電圧変化に注目する。
  • 15V/10Aスイッチング電源(NEMIC製)、6.5Aバッテリー充電器を手配完了(共にヤフオク)。

添付ファイル: fileMPPT.jpg 1216件 [詳細] fileHRD12003E.jpg 598件 [詳細] filepanel_back.jpg 1077件 [詳細] filepanel.jpg 1092件 [詳細] fileDC-DC.jpg 609件 [詳細]

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Last-modified: 2008-10-30 (木) 14:14:21 (3855d)