太陽電池システム利用ガイド
１．はじめに
太陽電池システムは、コストが高いとの理由で本格的な導入はなされませんでしたが、最近の地球規模の環境問題の高まりを背景に、その重要性が再び見直され、政府の補助金制度も開始されるなど、太陽電池に関する話題はにはかに活気づいています。さらに、災害時の非常用電源としての重要性が認識されるなど、独立型の電源として今後は新たな展開が期待されます。
太陽光発電によって住宅用の電源の全てを賄おうとすれば、太陽電池を何十枚も敷き詰め、数百万円も投資しなければなりません。しかしながら、太陽光発電のシステム構成は大変シンプルで、一枚からでも使い方次第で大変便利に使うことが可能です。さらに、簡単に出力を増加できるなど柔軟性も備えています。このような太陽電池を一枚からでも利用できる方法をご紹介したいと思います。
２．太陽光発電の基本構成（どのような機器が必要か？）
太陽電池によって取り出される電気は直流電源で、電圧は１２Vが基本です。従って太陽電池を利用する方法は、１２V直流としてそのまま使うか、１００Vの交流に変換して家庭用の電源と同じ環境で使うかの２通りの方法があります。
＜ソーラー発電入門キットの例＞
１）１２V電源として利用
太陽光発電から得られた電源を１２V電源として使うのは、最もシンプルで経済的な方法です。昼間のみの電源使用を太陽電池を直接、１２V専用のポンプに取付ければ、鑑賞魚のエアレーション、噴水装置などへの利用も考えられます。
１２Vシステムを夜間あるいは昼夜を通して利用するための基本的な設備は、a)太陽電池、b)チャージ・コントローラー、c)バッテリーです。チャージ・コントローラーはバッテリーを過充電から保護するための機器です。このシステムに１２V専用の蛍光灯、電灯を取付ければガレージライト、倉庫の照明、ログハウスの照明等に応用できます。また、車用の１２V機器（テレビ、通信機器、冷暖房機器、照明器）を利用することも可能です。さらに、１２V電球を利用して、電飾看板、広告表示灯などへの応用も可能です。
２）１００V電源として利用
太陽光発電システムを１００Vシステムとして利用するためには、太陽電池、チャージ・コントローラー、バッテリー、インバーターを組み合わせれば可能となります。インバーターは１２V直流電流を入力して１００Vの交流電流（疑似サイン波、サイン波）に変換して出力する装置です。１００Vシステムを構成すれば、一般家庭用の電気機器がそのまま利用できます。
３．太陽電池システムの出力計算
太陽電池システムを設計する場合、最も重要なのは、どのような機器を何時間くらい利用したいかということを明確にすることです。これがわかれば、必要な太陽電池と周辺機器の種類と規模がおのずと明らかになります。例えば次のような表を完成することにより、必要な太陽電池の出力、バッテリーの容量が決定されます。
１）ステップ１：システムの電力需要計算：表１
まず、太陽電池システムで利用したい機器のリストを作成します。個々の機器について、ワット数、１日の使用時間、１週間の使用日数を表に記録して１日の必要な電力量（Watt・Hour／日）を計算します。
例えば、２０Wの１００V電灯を２個、毎日３時間使用する場合は、２×２０×３×７÷７＝１２０W・Hour／日となります。これらを合計して１日の平均使用電力量Watts・Hour／日 合計（６）を算出します。
表１：システムの電力需要計算
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機器の個数(Volt)
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×
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ワット (volt ×amp.)
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×
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使用時間／日
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×
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使用日数／週
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÷
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7
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=
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平均ｗ・Hour／日
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×
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×
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×
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÷
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7
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=
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(1)
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×
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×
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×
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÷
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7
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=
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(2)
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×
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×
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×
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÷
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7
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=
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(3)
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×
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×
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×
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÷
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7
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=
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(4)
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×
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×
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×
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÷
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7
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=
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(5)
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(合計)Watts・Hour／日 (6) ＝ (1)+(2)+(3)+(4)+(5)
次に、必要電力量をAh（アンペア・時）に直します。
（(6)W・Hour／ 日÷12V）÷（0.73）＝ (合計)Amp・Hour／日（補正後) = (7)Ah/日
ここで、0.73は、補正係数（*）といい、負荷がAC100Vの場合は0.73、負荷がDC12Vの場合は0.81を用います。
（（*）充放電ロス：0.81、インバーター損失：0.9を補正しています。0.81×0.9=0.73）
１日の必要電力量が120Wh/日の場合は、
（120Wh/日÷12V）÷（0.73）=13.7Ah/日 となります。
２）ステップ２：必要な太陽電池枚数の計算
ここでは、必要な太陽電池の枚数を求めます。平均使用電力量（７）Ah/日を（太陽電池の出力電流×太陽光の日照時間）で割ると太陽電池の必要枚数(8)が求められます。太陽の日照時間は、地域、季節により異なりますが、ここでは平均的な日本の日照時間、３時間／日を使用します。（*）
（* ３時間／日という数字は、太陽電池の最大出力電流値が継続する時間と見なしますので、実際の日照時間とは異なります。）
太陽電池の必要枚数(8)
= 平均使用電力量（７）Ah/日÷（太陽電池の最大出力電流：A×太陽光の日照時間（3H/日））
ここで、太陽電池は84W（最大出力電流：4.83Ah）を使用するものとします。
13.7Ah/日÷（4.83A×3H） = 0.95 =＞ １枚 となります。
３）ステップ３：必要なバッテリー容量の計算
太陽電池によって発生させた電力を昼夜を問わず利用するためにはバッテリーを利用する必要があります。ここでは、必要なバッテリー容量の計算を行ないます。得られた平均使用電力(7)Ah/日に雨天等で充電出来ない日数 ／週を乗じます。通常３〜４日を想定しておけば十分と思われます。
通常、鉛蓄電池は、容量の５０％以上の放電を継続すると電池の寿命を縮めてしまうため、放電深度は５０％までとします。そこで、蓄電容量を0.5で割ることにより必要となるバッテリー容量合計を算出します。こうしてバッテリー蓄電容量(9)Ahを求めます。
(9)バッテリー容量合計：Ah = （平均使用電力：(7)Ah/日 × 不日照日）÷ 0.5
平均使用電力が27.4Ah、不日照日を３日とすると、
13.7Ah/日 × 3日 ÷ 0.5 = 82.2Ah以上
82Ah以上のバッテリーをバッテリーリストから探します。
4）エコ貢献度の計算
太陽光発電によって発生した電力を使うことで、既存の火力発電所から排出される二酸化炭素（CO2）量を削減できることになります。
ここでは、(1)CO2 排出削減量、(2) 石油削減量、(3) 森林換算面積を計算します。（*計算基礎は、NEDO：「太陽光発電導入ハンドブック」より）
(1)CO2排出量（Kg）＝日消費電流（Ah）×300（日）×12（V）×0.7（kg/kW）÷1000
= 13.7Ah/日×300（日）×12（V）×0.7（kg/kW）÷1000
= 34.5（Kg）
*計算基礎：CO2排出
一般的な火力発電所が稼動した場合の電力累積１kWhあたり700ｇとして換算。(実働300日/年と仮定)
(2)石油削減量（リットル-L）＝日消費電流（Ah）×300（日）×12（V）×0.25（L/kW）÷1000
= 13.7Ah/日×300（日）×12（V）×0.25（L/kW）÷1000
= 12.3（L）
*計算基礎：石油削減量
一般的な火力発電所が稼動した場合の原油消費量１kWh あたり0.25リットル（L）として換算。(実働300日と仮定)
(3)森林面積換算（m2）＝日消費電流（Ah）×300（日）×12（V）× 1.94（m2）÷1000
= 13.7Ah/日×300（日）×12（V）×1.94（m2）÷1000
= 95.7（m2）
*計算基礎：森林面積換算
太陽光発電でCO2を減らすことと同等の森林を増加させた場合の森林の面積を太陽光発電電力１kWh
あたり、1.94平方メートル（m2）として換算。(実働300日と仮定)
以上のように、システムの必要電力量、太陽電池パネル数、バッテリー容量を算出すれば、利用の形態に応じた最適な太陽電池システムをデザインすることが可能となります。
より、詳細なシステム検討をご希望の方は、メールにてご連絡くだされば、対応させて頂きます。
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