太陽光発電にインバーター付でコンセントに差して電気に変換、ポータブル電源

先日、テレビで再生エネルギーについて特集番組があり、全国で普及しつつある太陽光発電システムが、簡単に家庭のコンセントに差して使えないかと話しがありました。
これについては丁度、ネットショッピングで見つけましたから下記に一例を紹介します。
一方では、近年は世界的に大災害が巨大化して大規模や広範囲と多発している事から、被災して避難場所で使えるポータブル電源を求める人々が多くなり、今では様々なタイプと容量も大小の種類があり、色々と各社から販売されています。
09-19に「北朝鮮がミサイルを発射しても嫌な感じは消えずに続き何かが起きるか」でも、少しですが紹介しました様に無停電電源装置(UPS)とか、災害などに備えたポータブル電源は必需品になりつつあります。

【コンセントに差して発電】2050ソーラーパネル インバーター付 400wセット
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アメリカで大人気 コンセントに差して 即発電 インバーター付 ソーラーパネル 2050ソーラー 400wセット 39.6v 200wパネル2枚 400wマイクロ1セット付 工事不要 すぐ使える マイクロインバーター 電気代削減　ソーラーパネルの重量1個：13.8kg サイズ：680*1520*35mm
今までの太陽光発電に必要なパワーコンディショナーも接続工事も設置工事も不要です。
パネルの裏に取り付けられたマイクロインバーターが、発電した電気をその場で家庭用の電気に変換し、コンセントに差すだけで電気を使用することが出来ます。
本セットは、年々上昇する電気代を集中的に節電する為に開発された、自家消費型の小規模太陽光発電製品です。
太陽光発電からケーブルをコンセントに直接接続するだけ即電源として利用ができます。
ソーラーパネルの重量が重過ぎるのが気になります。

2050Solar コンセントに差して 発電 マイクロインバーター 1200w 【マイクロインバーター単品】
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AC出力は定格出力 : 1350W 出力電圧範囲 : 90-160V 定格AC電流（120V時） : 11.6A 定格出力周波数 : 50Hz/60Hz
これは別途に用意する、推奨ソーラーパネルの入力電力は300Wが4枚、或いは200Wが6枚は必要になり直並列の接続にします。
動作電圧範囲 : 20-50V MPPT追跡範囲 : 22-48V 最大DC入力電流 : 15A×4、ソーラーパネルの動作電圧は直列接続で30V～40V程度が必要です。

停電に強い 工事のいらない家庭用蓄電池 5000wh容量 2000w出力 UPS 安全性能 正弦波 MPPTソーラー接続 ソーラーパネル 200w 39.6V ４枚 プレゼント ポータブル電源 PS500 BLUETTI キャスター付きで移動可能。
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PS500ならあなたの家庭で生活に必要な、照明・冷凍冷蔵庫・炊飯ジャー・洗濯機・扇風機・電子レンジ・PC・スマホなどの、電化製品を稼働させるだけの電力を供給します。
小型エアコンや電気ストーブの使用も可能ですがバッテリーの消耗は著しいです。
商品スペック 容量：5120Wh バッテリー電圧40-58.4V 外形寸法：637×290×689mm　正味重量：約76kg バッテリー種類：リン酸鉄リチウムイオン電池

先ず、一般家庭で消費される電気の使用量は、一例として1ヶ月間の使用量を300KWhとすれば、1日当たりでは10KWhとなります。
つまり、通常であれば1日分の電気使用量に相当する電力の確保が必要になります。
一応、半分を賄うことを前提にして考察しますと、取り敢えず5KWhの電力となる蓄電量に相当するバッテリーの容量ともなります。
AC電源が使えない場合を想定すると、ソーラーパネルからの発電による充電が頼みの綱となり、1日当たり昼前後の3.5時間程度が最大発電量はベストだと言われますから、ソーラーパネルの出力は1.2KW程度は必要となりますから、一例としてを200wとすれば6枚を用意することになります。
但し、天候は晴天が毎日続くことが条件になり、厚い曇りや雨では発電が望めません。
バッテリー・パワーの効率を考慮すれば、48Vは欲しいところですが、ソーラーパネルの出力電圧は無負荷の状態では75V以上にも達して、感電の危険性が高くなりますから24Vにすれば取り扱いも容易になります。
他には、36Vでも可能でバッテリーを直列に接続する組み合わせで電圧は変わり、それに応じてソーラーパネルの直列に接続する組み合わせや、チャージコントローラーとインバーターの入力電圧が変わります。
さらに、バッテリーについて、リン酸鉄リチウムイオン電池の1個当たりの重量は、公表値12V100AHの場合は約11.5Kgにもなり、12V200AHのバッテリーでは約22.5Kgの重量となり、大きさと重さで取り扱いが困難ですから、12V100AHのバッテリーを4個で、各2個並列の接続とそれを直列の接続で24(22～26)V200AHとなり、約5KWhの電力を蓄電することが可能です。
このバッテリーはモニターのBMS（バッテリー管理システム）内蔵がお勧めです。

ソーラーパネルからの発電による、充電のチャージコントローラーは効率の良いMPPT方式で、24V200AHのバッテリーでリン酸鉄リチウムイオン用が選択できるタイプが必要で、電圧は24Vと充電電流は40A以上を使用します。
チャージコントローラーのパワーデバイスからの発熱があり放熱に注意しましょう。
AC出力用のインバーターは入力電圧が公表値24Vで2000W程度が必要となり、昇圧インバーターのパワーデバイスからの発熱があり放熱に注意しましょう。
ソーラーパネルの組み合わせは、24V200w用の場合は各3個並列の接続とそれに直列の接続で、チャージコントローラーへ所定の動作電圧36Vを得ます。
つまり、ソーラーパネル1枚当たりの動作電圧18Vと動作電流11.11A程の組み合わせから、動作電圧36Vと動作電流33.33Aの約1.2KW程を得る事になりますが、快晴時の理想的な昼頃の値ですが実際は効率が落ちて少なくなります。
これらの、チャージコントローラーとバッテリーとインバーターで構成する、組み合わせた蓄電システムの一式を、丈夫なラックなどに載せて纏めることが必要でしょう。

写真1



尚、写真1の電圧電流のモニターはポータブル電源用で、ソーラーパネルからの給電値を確認する必要から、別に購入したDC 4.5～30V、DC 0～10Aの電圧電流計を、小型のジャンクケースに取り付けました。

写真2


さらに、自動車のバッテリーへ充電用に使用する、写真2の電圧電流のモニターは上記と同じ物で、下側にあるチャージコントローラーは、ソーラーパネルに付属していたものです。
このチャージコントローラーは同じと思われる商品のレビューを読むと、焦げ臭いとか壊れ易いとあり裏の薄い鉄板を外して中を見ると、パワーデバィスの放熱対策に裏の鉄板に合わせて接触してある筈ですが、本器では一部が僅かに離れ気味で放熱が十分に行われていません。
それで、本器では改造をして裏の板は2mm厚のアルミ板に取り替え、パワーデバィスとアルミ板をビスネジで固定し、基盤の本体へ取り付けるビスネジを締めるのにアルミ板に穴を開けました。
それで写真2のチャージコントローラーの取り付け部分で左側はアルミ板が見えます。
これは、設計の段階から実装に於けるあり得ない杜撰な設計と言えます。
基盤を本体(ケース)に取り付けることを優先するあまり、間違った実装の設計になったようで、裏の鉄板は蓋をすると共に放熱板の役目も果たす筈ですが、接触が悪く放熱が上手く働いていません。


一例として上写真のチャージコントローラーも同じで裏の放熱器フィンは立派ですが、パワーデバィスと放熱器はビスネジで取り付けられる構造ではなく、何とか合わせて接触しているに過ぎなく杜撰で、十分な熱伝導がなされていません。

接触をよくする解決方法は、パワーデバィスのモール部分ではない穴のある導体部分と、プリント基板間に100円ショップにある、耐震や衝撃を吸収するゲル素材(ウレタン系)を挟み、パワーデバィスと放熱器を密着(圧着)させます。
ゲル素材は本機では5mmを使用してパワーデバィス(穴のある処)より周囲を2mm程大きくして切り取ります。
できれば、パワーデバィスを根本からゆっくり起こして、細く先が「くの字」に曲がったラジオペンチなどを使い、電極に段が付くようにゆっくりと少し折り曲げて戻します。
これはパワーデバィスと放熱器を平行にして全体を密着させるためです。