独立型小電力ソーラー発電システムを作ろう
＜第十三回＞ －８月の発電量測定－
概要
思い付きで小電力のソーラー発電システムを作ることにして、システムが完成し、運用を開始した。８月より発電電力の測定を開始した。
１．第十三回の目的
８月８日よりソーラーパネルの発電電力の測定を開始し、８月３１日までのデータが取得できたので、結果をまとめる。
２．８月の発電電力測定結果
・HIOKI製のデータロガーを使い、ソーラーパネルの電圧と電流のログを取得した。（詳細は前回の第十二回に記載）
・１分間に１回、ソーラーパネルの出力電圧とシャント抵抗の電圧測定を行い、シャント抵抗の電圧値から電流値を求め、電力を算出した。
・計算式を以下に示す（たぶんこれで合ってるはず．．．）。
測定電流値をI、測定電圧値をV、測定数をnとする。
合計電力 Ws = I1・V1 + I2・V2 + ・・・ + In・Vn
=∑(N=1→n) IN・VN (W)
瞬時電力 Wi = Ws/n (W)
発電時間 H = n/60 (時間)
積算電力（発電電力）= Wi x H
= (Ws/n) X (n/60)
= Ws/60 (Wh)
・ログ取りを開始できたのは８月８日で、３１日まで２４日間分を取得した。
・表１３－１にソーラーパネルの発電電力と、同期間中の使用電力を示す。
表１３－１ 8/8～8/31のソーラーパネルの発電電力と、同期間中の使用電力
| ソーラーパネル発電電力 | 使用電力 | ||
| 瞬時電力(W) | 16.4 | 瞬時電力(W) | 16.4 |
| 発電時間(h) | 217 | 使用時間(h) | 103 |
| 総発電電力量(kWh) | 3.55 | 使用電力量(kWh) | 1.7 |
| 一日平均発電電力量(Wh) | 148 | 一日平均使用電力量(Wh) | 73.5 |
・8月の一日当たりの平均の発電電力量は150Wh程度となった。
・使用電力量に対して発電電力量が約２倍となり、システム全体の効率としては
1.7 / 3.55 = 0.478 = 48% ということになりそうだ。
・もう少し効率は良いと思っていたけれど、インバータは実使用電力よりも大きいものを使用していて、効率の悪いところで使っていると考えられ、充放電コントローラもMPPTタイプではないので、こんなものなのかもしれない。
・設計時に考慮していた効率は以下の①～③で、設計上の効率は
0.85 x 0.95 x 0.8 = 0.65 =65% 。
①ソーラーパネルの出力補正係数：0.85
②バッテリー充放電損失補正係数：0.95
③その他の補正係数（インバータ変換効率）：0.8
・充放電コントローラはPWM方式を使用しているので、②を0.75、③のインバータの効率も0.75とすると、0.85x0.75x0.75=0.48=48%となり、実測と近くなる。
・②の充放電コントローラの効率の影響が結構大きいかもしれないな。
・いつかMPPTタイプのコントローラに交換して、どこまで効率が上がるか見てみたい。
・図１３－１にソーラーパネルの日々の発電電力量と日照時間の関係を示す。
(日照時間のﾃﾞｰﾀは、気象庁のHPから、該当期間の長野市の日照時間をﾀﾞｳﾝﾛｰﾄﾞしたもの）
図１３－１ ソーラーパネルの日々の発電電力と日照時間の関係
・ソーラーパネルの日々の発電電力量と日照時間は概ね相関がとれている。
・8/18～8/21、8/24～8/28は、発電電力量と日照時間の相関がとれていないけれど、これは、平日のために使用電力が少なく、バッテリーに電力が残っていて満充電になり、充放電コントローラが充電を止めたためと考えられる。
・８月の一日の最大電力量は、8月11日の278Whで、発電電力特性を図１３－２に示す。
図１３－２ 8月11日の発電電力特性（天気概況：晴）
・図１３－２を見ると、途中でバッテリーの充電が終了し、14時頃に充電を止めているようなので、まだ発電する余力はありそうだ。
（オレンジの線が瞬時電力(W)、赤い線が積算電力(発電電力量 )(Wh)）
・曇り時々雨の天気だった8月9日の発電特性を図１３－３に示す。
図１３－３ 8月9日の発電電力特性（天気概況：曇り時々雨）
・やはり雨や曇りの日だと発電してくれなくて、80Wh程度しか発電できないようだ。
・8月の平均日照時間は8時間少々で、雨がほとんど降らなかったため、やはり発電する条件としては良い時期だったと思われる。
・日々の発電状態を見ると、平日はあまり電気を使わないのでバッテリーの容量が残っていて、だいたい午前中で充電が終わっている。
・一方で、特に梅雨時期は雨や曇りが続くと全然発電しないし、休日は平日よりも消費電力が多くなり不足することもあるので、バッテリーの増設を考えたほうが良さそうだ。
（予算をケチったので、設計上必要な容量の3分の1程度のバッテリーを使用しているので、少なくとも今の倍くらいにしないと、天気が悪い日が続いた場合や長期の休日には対応できない）
・最後に、8月8日～8月31日までの日々の発電特性を載せておく。
・上段が発電電力、下段が電圧と電流を示している。
・最初なのでデータ整理に時間がかかったし、こんなデータを取って何の役に立つのか分からんけど、グラフとして出てくると面白い。
・各データの下段にある日照時間や天気概況、気温は気象庁のＨＰからダウンロードしたもので、CSVで色々なデータを落とすことができて、ありがたい。
| 年月日 | 瞬時電力 (W) |
発電時間 (h) |
総発電電力 量(Wh) |
日照時間 (時間) |
天気概況 (昼：06時～18時) |
| 2020/8/1 | - | - | - | 7.5 | 晴一時雨 |
| 2020/8/2 | - | - | - | 9.5 | 晴後一時曇 |
| 2020/8/3 | - | - | - | 3.9 | 曇時々晴、雷を伴う |
| 2020/8/4 | - | - | - | 7.7 | 晴時々曇 |
| 2020/8/5 | - | - | - | 9.3 | 晴時々曇、雷を伴う |
| 2020/8/6 | - | - | - | 10.6 | 晴後時々曇 |
| 2020/8/7 | - | - | - | 1.3 | 曇 |
| 2020/8/8 | 5 | 4 | 20 | 0.4 | 曇後一時雨 |
| 2020/8/9 | 7 | 11 | 79 | 0.3 | 曇時々雨 |
| 2020/8/10 | 19 | 13 | 237 | 7.9 | 晴時々曇、雷を伴う |
| 2020/8/11 | 27 | 10 | 278 | 11.7 | 晴 |
| 2020/8/12 | 19 | 13 | 254 | 5.6 | 晴時々曇一時雨 |
| 2020/8/13 | 11 | 12 | 130 | 3.9 | 曇一時雨 |
| 2020/8/14 | 21 | 11 | 244 | 11.5 | 晴 |
| 2020/8/15 | 17 | 12 | 209 | 11.0 | 晴 |
| 2020/8/16 | 18 | 12 | 212 | 9.0 | 晴時々曇 |
| 2020/8/17 | 15 | 9 | 133 | 4.7 | 曇後時々晴 |
| 2020/8/18 | 11 | 8 | 84 | 10.4 | 晴時々曇 |
| 2020/8/19 | 13 | 6 | 82 | 12.2 | 晴 |
| 2020/8/20 | 13 | 7 | 90 | 12.0 | 晴 |
| 2020/8/21 | 14 | 6 | 91 | 7.4 | 晴時々曇、雷を伴う |
| 2020/8/22 | 21 | 11 | 244 | 5.2 | 曇時々晴一時雨、雷を伴う |
| 2020/8/23 | 21 | 12 | 237 | 8.6 | 晴時々曇一時雨、雷を伴う |
| 2020/8/24 | 16 | 7 | 117 | 8.2 | 晴後時々雨一時曇 |
| 2020/8/25 | 12 | 6 | 74 | 12.1 | 晴 |
| 2020/8/26 | 12 | 5 | 64 | 8.6 | 晴後一時曇 |
| 2020/8/27 | 12 | 6 | 66 | 10.0 | 晴後時々曇 |
| 2020/8/28 | 14 | 5 | 70 | 6.9 | 曇時々晴 |
| 2020/8/29 | 18 | 9 | 162 | 9.9 | 晴、雷を伴う |
| 2020/8/30 | 18 | 12 | 223 | 7.5 | 晴時々曇一時雨、雷を伴う |
| 2020/8/31 | 18 | 8 | 148 | 6.2 | 曇時々晴 |
| 瞬時電力 (W) |
発電時間 (h) |
総発電電力量 (Wh) |
日照時間 (時間) |
|
| 合計 | 372.1 | 217.0 | 3548 | 191.2 |
| 最小 | 5.4 | 3.7 | 20 | 0.3 |
| 最大 | 26.8 | 13.1 | 278 | 12.2 |
| 平均 | 15.5 | 9.0 | 148 | 8.0 |
３．次回の課題
・引き続き、発電電力量の測定を行う。
