今日、午前の発電状況です。 MSViewの画面になります。
今夏は、世の中的に電力消費のピークをのりきったようです。 とはいうもののまだまだ節電は必要であることは間違いありません。
先日は、太陽電池充電方式の交流電源システムを完成し運用させましたが、まったくインバータを稼働させないときは、せっかく太陽電池が発電可能な時間帯に、電力を使いきれていないことはもったいないと思いました。
常時稼働しているＰＣサーバ（テレパソ（地デジ版））は、定常４５Ｗ程度の消費電力なので、これを太陽電池の発電電力の一部で稼働させられないかと考え、以下のような独立系直流電源システムを実験的に構築運用してみることにします。
もともと、ＰＣサーバはＡＣ／ＤＣアダプタのＡＴＸ電源を使用しており、アダプタから出力される直流電圧が２４Ｖです。 発電システムを１２Ｖから２４Ｖのシステムに変更することで、アダプタを省略してバッテリーから直接DC/DC変換基板に入力し、ＰＣサーバに効率よく電力を供給できる見込みがあります。
１． ２枚の太陽電池を並列接続から直列接続に変更
水が入らないように付属の赤いスポンジのようなものを、接続変更後押し込みます。
ふたをして、ねじをして直列接続への変更完了です。
２． ＰＣサーバへのＤＣアダプタコネクタをつけた配線を、コントローラへ取付
収容ボックス上段の奥の方にコントローラを固定しています。 下段はバッテリー２台を収容します。 上段の空き部分にはインバータと切替器が収容可能です。
いちばん右の「LOAD」端子に接続します。
バッテリーの接続も並列接続から直列接続に変更しました。 １２Ｖから２４Ｖシステムに変更してもコントローラの設定は一切変更の必要がありません。
３． ＰＣサーバ電源への接続
改造前は、以下のようにＡＣ／ＤＣアダプタを使用していましたが、
コントローラ（バッテリー）から２４Ｖ電源を直接DC/DC変換基板に接続できるため、不要になったＡＣ／ＤＣアダプタを取り外しました。
Ａ． コントローラモニタ用接続
このコントローラは、ＰＣにシリアル接続し、いろいろな情報を取得できます。 コントローラの製造メーカーからでているオプションの通信モジュール（型名：ＭＳＣ）を導入・接続しました。
Ｂ． MSView、SCViewによるモニタリング
ＰＣサーバでは、VMwareサーバが稼働しているため、モニタリング用仮想ＯＳに物理ＵＳＢ接続を接続し、仮想ＯＳ上でシリアルポートを実現しています。 物理ＯＳを安定させるためと、遠隔でリモートデスクトップ接続しやすいように、仮想ＯＳでMSViewなどを動作させます。 以下、コントローラ製造メーカーのサイトからダウンロードできるMSViewをインストールして実行させている様子です。 状況がリアルタイムにモニタできます。
Load Voltage 25.15V、Load Current 1.70A なので、42.8W程度の電力消費中であることがわかります。 このときは夜のモニタなので、Array Voltage が 0V 、Charge State が Night となっています。
以下は、海外のどなたかが作成したSCViewというフリーソフトウェアです。 シリアルポートが競合するので、MSViewと同時に動作させることができません。 こちらは、ビジュアルがモニターっぽくて見やすく、かっこいいですね。 これは、昼間インバータを起動し冷蔵庫を動作させていたときのモニター画面です。
あと、課題は万一バッテリーが消耗してしまったときのＰＣサーバの自動シャットダウンをどのような仕組で実現するかです。
ＭＰＰＴ充電コントローラ（MorningStar社 SS-MPPT-15L、本体$259、送料$41、関税700円）が米国から納品されたので、さっそく先日設置した太陽電池パネルにつなげて使ってみました。
本日１１時くらいですが、がっつり太陽光があたっている状態です。
実験的に、扇風機をフル回転させています。 この程度の電力であればバッテリーがなくても太陽電池だけで動きそうです。
太陽電池側の電圧とバッテリー側の電圧を測定してみました。
SS-MPPT-15Lは、専用のRJ11→RS-232C変換アダプタ（MSC）を介してＰＣに接続するとさまざまなデータが取得できるようなので、何れかまた報告させていただきます。
太陽電池パネルの固定器具に木材を使用してバルコニーの手すりにぴったりと合わせる形に加工することで、固定強度を高くすることにしました。 対候性のウッドデッキによく利用されるレッドシダーと呼ばれる材料の１８２０ｍｍ長２×８材（約４０ｍｍ厚×１８５ｍｍ幅）を買いました。 まずこれを、４５０ｍｍ長の４枚に切断（板が厚いのでホームセンタで依頼）後、以下のように加工（これも板が厚いので無理を言ってホームセンタで依頼）しました。
計算ミスですが、傾斜を３０°にしたいところ２５°の傾斜に加工してしましました。 この差がどれほどのものかわかりませんが、後で調整できるように、太陽電池パネルと固定器具をつなぐＬ字アルミ棒の方をを加工しました。
以下固定器具を４枚を設置する前のバルコニーの手すりになります。 固定位置がわかりやすいようにセロテープで目印をあらかじめつけました。
固定器具を４枚、仮止めしました。 固定器具のバルコニー外側を向く板端面に８ｍｍのビスを３本（板４枚で合計１２本）ねじ込めるように埋め込みナット取付加工するのに結構時間がかかりました。
次に太陽電池パネル２枚をＬ字アルミ棒を介して固定しました。 その後、固定器具位置を微調整して本締めしました。
バルコニー内側から見るとこんな感じです。 ４枚の各固定器具においてＬ字アルミ棒を８ｍｍビス２本で固定しています。 ここをずらすことで角度の微調整が可能です。
２枚の太陽電池パネルを並列につなげて、エアコンダクトに配線を通して室内に引き込みＭＰＰＴ充電コントローラにつなげた頃には日が暮れていました。。。
今回の工作は、対候性を意識して住宅用建材を使用したため、材料の厚みがあり最初は穴をあけることさえ苦労していましたが、木工用のドリルを適切に選択することで、出力の小さいＤＩＹ向け電動ドリルでも簡単に穴あけができることを知り、けっこうＤＩＹ歴は長いのですが勉強になりました。 結果、材料より、いろいろと道具への投資がかさんでしまいましたが。。。
マンションのバルコニーに太陽光パネルをどのように設置するか、かなり悩ましいところです。 バルコニーは南向きですが、真夏は日が高いためバルコニーへ入射する面積はかなり狭くなります。 最大限マンションの景観を損なわない範囲で外側に寄せる必要があります。 また、入射する範囲が狭いため、太陽光パネルは細長いものを使用する必要があります。
設置方法としては、（１）ラックを製作してパネルを固定する方法、（２）バルコニーの手すりにパネルを固定する方法、が考えられますが、（１）はバルコニーのスペースをかなり占有する、（２）はバルコニー手すりの強度に気を遣う などのデメリットが考えられます。
固定強度をクリアできれば、後者がベストなので、後者の方法で設置方法を検討しました。 以下バルコニー手すりの断面図です。
金属で固定器具を作るのが強度上も外観上も良くなりそうですが、加工がたいへんそうだし、バルコニーの手すり部分（アルミ材）を傷つける可能性があります。
木材を使ってみたらどうかと考えてみました。 最初角材を加工して作ることを考えましたが、対候性のある２Ｘ材（木板材）を使うことを思いつきました。 加工が比較的簡単で、以下の形状に加工することで強度も高くなるのではないかと思います。
２枚の板で１枚のパネルを固定することになります。
なんと表現してよいのか、長いタイトルになってしまいましたが。。。
先日、商用電源バックアップシステムを完成しましたが、それだけではもったいないので、やりたいこと（要件）を追加しました。
（１）計画停電時間に自動でバッテリー運用に切替えて、冷蔵庫を継続運用する
に加えて、前回エアコンの消費電力が、いまあるＤＣ／ＡＣインバータの出力容量範囲内であることを確認できた結果、
（２）日中帯のエアコン消費電力もバッテリー運用でまかない夏季の電力ピークカットに貢献する
です。 （２）を実現するにあたっては、バッテリー運用時間を長くすることと同時に日中の商用電力消費を完全カットするために再生可能エネルギーを使用する必要があると考え、太陽電池を調達しました。 高効率のＭＰＰＴ式コントローラは国内で調達すると非常に高価なので海外から調達中です。
最終的に以下のような構成になるのかなと・・・。
冬も使おうとすると、おそらくエアコンの消費電力がいまのＤＣ／ＡＣインバータの出力容量では賄えないと思われるので、ＤＣ／ＡＣインバータを２４Ｖ式の１５００Ｗ型、バッテリー充電器を２４Ｖ型に入れ替えることで、対応できると考えています。
まあ、冬の暖房にエアコン（電気）を使うことは考えない方がいいかもしれませんが。。。
エアコンのコンセントがNEMA5-20のため消費電力計の入出力コンセントNEMA5-15に合わず、エアコンの消費電力を測定できなかったのですが、変換コネクタを作りましたので、やっとエアコンの消費電力が測定できました。
エアコンの型番は、富士通ゼネラルのAO-Z28T、2009年5月に購入したものです。
仕様は、単相１００Ｖ、冷房：能力２．８ｋＷ、消費電力４８５Ｗ（５５～１１００）です。 ８０弱ｍ２のマンションで昨夏はこの１台のみでのりきることができています。 正面の可動パネルが閉まらない不具合があるのですが、利用に支障がないのでほっといています。
電源を入れない待機状態だと、０Ｗでした。 電源を入れてから５０Ｗ前後で２分間程度、その後５５０Ｗくらいまで一気に上昇し、しばらく３５０Ｗ前後で冷やし続け、室温が安定してくると、２５０Ｗ前後をキープする特性のようです。
冷房では、すでに購入しているDC/ACインバータ（COTEK SK700-112）で、冷蔵庫とエアコンの同時利用ができそうな感じです。 ただ、定常的にエアコン２５０Ｗ、冷蔵庫１５０Ｗを消費するとすれば、合計４００Ｗを１２Ｖのバッテリーで駆動するために４０Ａ程度流れますので、おそらく２時間程度しかもたないでしょう。 バッテリーをもう一台追加購入しました。
最近かなり暑くなってきていて、エアコンの消費電力が３５０Ｗ～５５０Ｗで動作しています。ちょっと定格７００ＷのDC/ACインバータも怪しくなってきました。。。 ２０１１年７月１８日記
災害発生時、ワンセグが見れたり、ＬＥＤ照明がついている携帯電話は、電話がネット利用制限で通じなくなったとしても、かなり重宝することは間違いありません。 停電したときにバッテリー切れが発生したら、最近本番運用に入った商用電源バックアップシステムが動作しているうちは、よいですが、これが万一バッテリー切れや故障となったときに重要な情報入手手段が断たれることになります。
これに備えるには、日中は小電力ソーラーシステムを利用するのが有効と考えます。夜でも日中、携帯電話用予備バッテリーに同時に充電したものを使用するといった運用が考えられます。 日中太陽エネルギーを活用できるように、５／１５に秋葉原に見つけた１２Ｖ出力ソーラパネルを使用することを前提に、高効率変換のＤＣ－ＤＣコンバータを製作して携帯電話へ充電するシステムを構築することにしました。
ドコモのオプションで販売しているソーラパネルで事足りるように思われるかもしれませんが、これとは違った利用上柔軟性の高いシステムを組みたいと思っています。
１．製品選定
ソーラーパネル（１２Ｖ、０．２Ａ、２．４Ｗ）からの電力を通常の降圧型レギュレータにより携帯電話（ＦＯＭＡ）の電圧５．４Ｖまで下げることが考えられますが、基本的に降圧型レギュレータは電位差を熱として放出することで、降圧させる仕組みなので、変換効率が悪いことからエネルギー変換効率が良いＤＣ－ＤＣコンバータを利用したいと考えました。
作るのが面倒なので、できるだけ完成品を探していたのですが、
（１）秋月電子通商 ： ４～２５Ｖ（最大５Ａ）可変スイッチング定電圧電源キット
→基板がでかすぎる（２）千石電子通商 ： 完成品のＳＭＴモジュール化されたＤＣ－ＤＣコンバータ
→ほしい入出力のものが品切れということで、秋月電子通商でもっと（１）より小出力のもの（５Ｗ程度で十分）でいいので小型のはないか聞いたところ、
（３）秋月電子通商 ： ５ＡＤＣ－ＤＣコンバーター制御ＩＣセット
→ＤＣ／ＤＣコンバータ制御ＩＣ のＮＪＭ２３６７、トロイダルコイル、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の３点をセット
→よって、その他の部品は自分で調達しパターンの配線も自分でやることになるを推奨されました。 結局のところ追加部品点数が少ないもののある程度作りこみが必要になり一番面倒くさいのですが、仕様の適合レベルとしては（２）に次いで第２位で、すぐに製作に着手できるため（３）を選定しました。
出典：秋月電子通商さま通販ホームページ（http://akizukidenshi.com/）より
２．購入部品と費用
￥４５０ ： ５ＡＤＣ－ＤＣコンバーター制御ＩＣセット
￥０２０ ： ３３０μＦ２５Ｖ電解コンデンサー
￥０１０ ： ０．１μＦ５０Ｖ積層セラミックコンデンサー
￥１５０ ： ４７００μＦ１０Ｖ電解コンデンサー
￥１００ ： ＤＣアダプタ用プラグ・メス×２
￥０１０ ： １／２Ｗ ６８ｋΩ、６．８ｋΩ 各×１
￥１６０ ： ＴＡＫＡＣＨＩプラケース
￥０００ ： もとから持っていたＲ１（８２ｋΩ）、ＵＳＢコネクタ、放熱器（たぶんそれほど発熱しない）
計￥９００Ｒ１は１２ＶＤＣアダプタで入力しながら、１００ｋΩ可変抵抗でだいたい５．４Ｖになるように調整して手持ちの８２ｋΩにしました。 秋月店員に１ｋΩ可変抵抗での調整を推奨されましたが、それではぜんぜんダメ（出力電圧が高くなる一方）で、Ｒ１を大きくするほど電圧が下がることがわかりました。 まあゆっくり冷静に回路を眺めればわかったことかもしれませんが。
３．製作→完成
ＤＣアダプタ入力（ソーラーパネル入力）が２つありますが、これはソーラーパネルを２枚並列に接続できるようにするためです。 １枚で充電は可能であるが、たとえば、ワンセグを見るには電力不足になるのではないかという予測をしています。 ミニジャック端子は、たぶん使用しないかもしれませんが、ミニジャック型のＦＯＭＡ接続コードを使用できるようにあらかじめ取り付けています。 あとで必要になったとき加工するのが面倒でしょ。
ケースを前後ひっくり返すと、ＵＳＢコネクタがあります。 よくあるＵＳＢ→ＦＯＭＡの通信／充電ケーブルを使えるようにしています。 その接続先はＦＯＭＡ（私が現在所有するF-06B）の充電用クレードルになっています。
４．動作確認
動作確認するころは、太陽は沈んでいました。 蛍光灯でも当然のことながらソーラーパネルはほとんど発電しません。 よって白熱電球で照らすことにしました。 ソーラーパネルの出力電圧を測定していますが、室内の明るさで１．２２Ｖです。
白熱電球をつけたら、一瞬１１Ｖまで電圧が上がりましたが、５．８６Ｖまでさがりました。 かなり低いですが、予想通り電流が不足気味のようです。 一応充電は正常にできているようですが、もう一度、太陽の下でテストしてみて、それでも電圧が低いようであれば、もう一枚ソーラーパネルを購入したいと思います。
このＤＣ－ＤＣコンバータですが、１２Ｖのソーラパネルを選んだ理由にもなっていますが、自動車車内のシガレットプラグ→ＤＣアダプタプラグケーブルを使用すれば、同様に携帯電話の充電ができます。
いよいよ、冷蔵庫につなげて本番運用を開始します。 冷蔵庫をつなげて手動でバッテリー運用に切替えます。
テストで使用した扇風機よりは、出力が大きいのでCR-6のOUTPUT(%) の表示が見られます。 いったん手動で切戻してから、ワットチェッカーを間にかませてバッテリー運用させてみました。
１３５WでCR-6表示が３０％となっています。 ７００Wの１４０W（２０％）～２１０W（３０％）だとしたら、だいたいあっている感じです。
バッテリー運用で２時間まで使用してみました。 まだまだもちそうな感じです。
動作中に気が付いたのですが、冷蔵庫庫内が冷え切ったときにコンプレッサーが停止するのか、もっと消費電力が下がるようです。 そうなると、実際のバッテリー運用時間はいまの予測よりもっと長くなりそうです。
ＡＣ自動切替器の部品は先日買ってきたものの、なかなか作る時間がとれなかったのですが、やっと製作して独立型交流電源システムを商用電源バックアップシステムに組み上げることができました。
１．ＡＣ自動切替器の製作
（１）ケースの製作
最初から、ＡＣ自動切替器、正弦波インバータ、充電器を一体化するアイデアがありました。お互いの配線を引っ張りまわすのは、見た目が美しくなく、今後システムの場所を移動するときに配線と外したり接続したりする中でのショート事故が発生する恐れがあるためです。
ただし、作るのが面倒くさいので、なるべく加工が簡単になるようにアルミパネルと木材を組合わせて作ることにしました。 ただ、それでもCR-6や、ACコネクタをはめ込むためのアルミ板の加工はかなり面倒くさかったです。
（２）配線
前前回に設計した回路図に従って配線しました。 すこし、線材が無駄に太かったようで、リレー端子にかっちりとビスで留めづらかったです。その他は半田付けで配線しました。
（３）組み込み
リレーとＡＣコネクタの乗ったアルミ板を木のケースに取り付けて完成です。
後ろから見たかんじ。
前から見たかんじ。
２．商用電源バックアップシステムの動作テスト
（１）商用電源運用
ＡＣがそのまま出力されています。出力には扇風機をつなげています。
（２）手動バッテリー運用への切替
CR-6のボタンを押して、手動でバッテリー運用に切替てみます。 扇風機は瞬断のせいか止まりました。扇風機の電源を入れると問題なく動作します。 CR-6とインバータのインジケータが点灯し、バッテリー運用であることがわかります。 充電器は設計通り電源オフになっています。
（３）商用電源運用への切戻し
もう一度CR-6のボタンを押して、商用電源運用（バッテリー運用オフ）へ切替えます。 CR-6、インバータのインジケータが消灯し、充電器の電源がオンになりました。 このときは、扇風機は止まらず動き続けました。 インバータの電源投入時は出力タイムラグがあるため、バッテリー運用への切替の時に扇風機が停止し、切戻しのときは停止しないのでしょう。 冷蔵庫の場合は問題ないとは思います。
（４）自動でのバッテリー運用への切替
停電を想定し、ＡＣ自動切替器に入力されている商用電源コンセントを抜きます。 CR-6、インバータのインジケータが点灯し、充電器がオフになり、バッテリー運用が開始されました。 手動切替のときと同様、瞬断のため扇風機が停止しましたが、扇風機の電源を入れて問題なく動作しました。
（５）自動での商用電源運用への切戻し
コンセントを接続すると、商用電源に切り戻りました。 その他、挙動は手動のときと同様です。
当初テストＮＧでしたが、CR-6のジャンパピン開放（イグニッションロックアウト：出荷時設定）から短絡（リターンオーバライド）に変更するのを忘れていました。。。
イグニッションロックアウト機能 ： CR-6のAUX端子＝１２Ｖ→インバータ常時オフ
リターンオーバライド機能 ： CR-6のAUX端子＝＋１２Ｖ→インバータ常時オン
３．商用電源バックアップシステムの運用開始
ラックに据え付けてひとまず無負荷の運用テストを開始しました。 「計画停電いつでもいらっしゃい」ということで。
今日はＡＣ自動切替器の部品調達と「Ｓｏｆｍａｐ中古の日」なので少しＰＣパーツの売却のため、秋葉原へ行きました。 あの事件以降、ひさしぶりに日曜日に行ったので、久々のホコ天に遭遇しました。
まず、Ｓｏｆｍａｐに売却を依頼してから、電子部品を探し回ります。 久しぶりですが、秋月電商、千石電商、鈴商あたりで安い部品を探して、無いものは他で買うという繰り返しの基本動作は昔から変りません。 そんなことをしている間に、Ｓｏｆｍａｐの査定待ち時間はあっという間に過ぎました。 以下部品を買いまわり、合計４０００円程度です。 ３つパナソニックのリレーを買いたかったのですが、千石で２つしか在庫がなく、他の店で価格が２倍以上しましたが、オムロンで互換性のあるリレーを買いました。 以下写真の部品合計で４０００円程度です。
余計な買い物ですが、千石電商で1,980円のソーラパネルを買いました。 ２．４Ｗ（１２Ｖ、０．２Ａ）で、電源プラグがすでについているのが気に入りました。 ＤＣ－ＤＣコンバートで携帯電話の充電程度にはつかえるかも？です。
秋月電商にもアルミ枠の太陽電池パネルが昔からありますが、完成品なのでワット単価が高いですね。
その他、自宅に帰ってから、先日の独立型交流電源システムで自宅の冷蔵庫（MITSUBISHI MR-G40NE、定格消費電力１２２Ｗ）を動作させました。
１２０Ｗから１５０Ｗの間で、通常は動作しているようです。 コンセント（商用電源）で継続的に動作していた冷蔵庫をバッテリー運用へすぐに切替えた場合は十分実用になりそうです。 冷蔵庫は、もっとも消費電力が大きくなる冷えていない状態から電源を入れるという状況は、通常ほぼないですし、この程度であれば、１１５Ａｈ／（１２．５Ａ／効率０．８／０．８）＝約６時間使用できる計算になりますが・・・。 現在使用しているバッテリーが２０時間率で１１５Ａｈなので、実際にはそれほどもたない可能性がありますが、割り引いても計画停電時間程度はもつレベルだと思います。
夕食を作る時間になってしまい邪魔なので１時間程度でバッテリーの試験運用やめましたが、ＤＣ－ＡＣインバータは、ファンが常時回っていたものの、筐体が熱くなることも無く極めて安定しているように見えました。 意外だったのが、インバータ・ファンの空気の流れは前面吸気背面排気かと思ったら、背面吸気前面排気でした。 本設置時の参考になります。
調子にのってエアコンもやってみようと思ったら・・・、エアコンのプラグ形状がNEMA5-20であったことがわかり、変換コネクタを入手する必要があるため、また後日。。。 エアコンは冷蔵庫と違って現在の容量では厳しいかもしれません。
前回は、バッテリー＋ＤＣ－ＡＣインバータを導入したのですが、このままだと万一停電が発生したときの繋ぎ変えを手動で行う必要があります。 家に不在のときに停電が発生した際は、何の役にも立たないので、停電時に自動でバッテリー運用に切替を行いインバータを起動する「ＡＣ自動切替器」を検討しました。 仕様としては、
・負荷出力は、コンセント入力（商用電源）を優先する
・バッテリー運用時は充電器の電源を自動で切る
・簡単のためＡＣ継電器（ＡＣリレー）の利用を想定した、瞬断を許容する負荷を想定する
・商用電源が入力されているときでもテストのためのバッテリー運用に切替えられること
・故障要因を少なくするため（＋作るのがめんどくさいので）、できる限り電子回路制御を使用せずシンプルな構成にする
パワーポイント上で編集を繰り返しながら、以下の構成（追加製作部分）にたどりつきました。 明日、秋葉原へ買い物にいくことにします。
７日（土）に発注していた独立型電源システムが本日届きました。 今後考えられる計画停電を考慮しての導入ですが、屋外でも車載等で普通に家電を使用できるのは、いろんな意味で魅力があります。 システム構成は以下のとおりです。
・ディープサイクルバッテリー ： G&Yu SMF31MS-850
・バッテリーチャージャー ： COTEK BP-1210
・DC-ACインバーター ： COTEK SK700-112
・接続コード（インバータ～バッテリー） ＋ ヒューズ ： ＫＩＶ １４ｓｑ（１ｍ×２） ＋ ＡＮＬ１００Ａ×２、ホルダー
・バッテリーチェッカー ： 発注先オリジナル？のサービス品
バッテリーは納品時点で満充電だったので、扇風機を接続してテストです。
おおすごい。 当たり前ですが、バッテリーだけで家電（扇風機）が動いています。 扇風機などのモーター系の家電は擬似正弦波のインバータでは正常に動作しないか最悪壊れることがあるらしいので、ピュアな正弦波出力インバータだからこそ見られる光景なのだと思います。 後日、冷蔵庫、エアコンでテストしてみようと思っています。
将来的には、ソーラーパネルとチャージコントローラーを追加して、独立型再生可能エネルギー（交流電源）システムを組むことも考えられます。