ソーラーとＦＭ・Solar

　ソーラーシステム

系統連携型ソーラー発電システム

系統連携型ソーラーシステムは一般に良く知られたものですが、屋根に設置したソーラーパネルからの直流電力をパワーコンディショナと呼ばれる変換装置で１００Vの交流電力に変換し、自己消費した残りの電力を電力網に送出するものです。　従って、電力網（当地では東京電力）に接続する部分では電力会社からの電力が流れ込む（住宅側からみて）とともに、余剰電力が有るときは太陽光で発電したパワーコンディショナからの電力が電力網に流れ出すようになっています。
上の写真は室内に設置したパワーコンディショナのリモコン部分（通常は全て自動で動作しているため、表示内容を選択することが主な動作です）の表示を示しており、２０１２年１１月２７日の１時間毎の発電量（緑の棒グラフ）と同じく1時間毎の電力消費（青の点線）を示しています。太陽高度が下がる時期ですが晴天の日は充分な量の発電が有ります。
設置後これまでの自家発電量と家全体の電力消費量の関係は自給率にして１２０％程度でした。
全体としては１２月と１月を除いてソーラーシステムによる発電量が消費量を上回っており、特に７月８月の一般に冷房が使用される時間帯にも発電量が大きく消費を上回っています。
２０１１年は東京電力による計画停電や夏期の節電要請が有りましたが、当ソーラーシステムはクーラーのための電力を殆ど電力網に依存せず、それだけでなく、余剰の電力を電力網に供給することができました。これにより石油や天然ガスの消費の削減に貢献できたと思います。
住宅用ソーラーシステムによる上記の効果が殆ど話題にされていない気がします。電力需要のピークを押し下げ、発電所の能力に余裕を持たすことができることがもっと認識されても良いと思います。

ソーラーシステムのパワーコンディショナは電力会社からの供給電圧（１０１V＋－６V）より高い電圧を発生して送電ラインに戻すように動作しており、供給電圧が高い場合には太陽光で発電した電力が電力網に流れないのではないかという点が話題になってきているようです。
この点について考えると、先ず、その地域の電力網の設定電圧が高めである場合など、パワーコンディショナからの電力が流れない（設定電圧以上になると電力の送出が抑制、停止される）可能性も考えられると思われます。
ここで、変電所からの電力を家庭用の１００V、２００Vの電力に変換している柱上変圧器の存在について考えると、２次側の電圧（１００V、２００V）が上昇しようとした場合、1次側（６６００V）に吸収されて電圧の上昇が抑制されるということが考えられます。
ただし、柱上変圧器からの電線の許容電流が低いと末端側の電圧が変動し易くなり、パワーコンディショナからの電力によって電圧が上昇することも考えられます。従って、電気的にパワーコンディショナの近くでの電力消費が少ない場合、柱上変圧器からの電線の容量による変動が少ない方が確実にパワーコンディショナから電力を電力網に送出できると思われます。
以上の点は推測ですので、実際は他の要因についても考慮すべきかも知れません。

独立型ソーラーシステム

上で説明した系統連携システムとは異なり、電力網とは繋がっていません。その代わり、鉛蓄電池に蓄電して夜間でも使用できるようになっています。
中央の写真が配電盤ですが、一般的なチャージコントローラーは使用せずに独自の回路構成を用いています。
バッテリーボックスが古くなっていましたので本年５月に更新しました（写真右）。中味はディープサイクルバッテリー（ＥＢ５０－HIC－６０－P）が２個入っています。
直列接続で得た２４Vの電力を家の外壁に沿ったケーブルを介して１階に供給し、蛍光灯の点灯に使用しています。停電になってもバッテリーからの直流が供給された場所では照明が確保できます。

ソーラーパネルは昭和シェル製のＧＴ１３３という５０Ｗのタイプを２枚使用していますが、上述の系統連携型のシステムの導入に伴い、屋根上に設置していたものをバルコニーに移動しました。

前に使用していたディープサイクルバッテリーは２００４年から使い続けたため、１１月に入って気温の低下とともに容量が不充分になり、リタイアさせました。これは所謂サルフェーションという状態が進み、実際に使用される極板の面積が減っていることが原因と考えられます。

デサルフェータ

この問題に対処するために、デサルフェータと呼ばれるパルス発生器が有り、市販もされていますが、比較的単純な回路構成であるため、自作して他のバッテリーで試験してきました。このほど、上記のバッテリーの劣化が進んだため、デサルフェーターの回路を見直し、パルスを強力化したものをディープサイクルバッテリーに取り付けました。

上の写真はバッテリーに取り付ける直前のものですが、以下の点で改良しました。
①　インダクタ（２２０μＨ）の一端と接地（グラウンド）の間に挿入されるスイッチ素子（Ｎ－ｃｈａｎｎｅｌ　ＦＥＴ）を２ＳＫ２２３１から２ＳＫ２３８２（何れも東芝製）に変更。
２ＳＫ２２３１は入力容量が３７０ｐＦと非常に低く、ＦＥＴオフ時のスピードを早することを狙って選択したものですが、オン抵抗が比較的高く（０．３オーム）、インダクタへの電流が制限されていた可能性もあります。２ＳＫ２３８２は入力容量は大きく（２０００ｐＦ）なりますが、オン抵抗は約半分（０．１３オーム）であり、下記②のゲート駆動方式の変更により高速化が可能と思われます。
②　これまで、ＦＥＴのゲートのオフ時の速度は入力抵抗に並列にダイオードを挿入すること等により高速化をはかってきました。今回、タイマーＩＣＮＥ５５５（ＣＮ）の出力とスイッチ用ＦＥＴのゲートの間にＰＮＰトランジスタ（２ＳＡ１０１５）を挿入して高速化する方式を採用しました。
以上の結果、インダクタの電力をバッテリーターミナルに接続する高速ダイオード（３１ＤＦ２を使用）の端子を挟む部分で測定したパルス波高が２倍以上になり、改善の効果が有ったと思われます。

デサルフェータを自作される方へ
上記の自作デサルフェータ（パルサー）の回路は元々は米国のアラスタイアクーパー（Alastiar　Couper）氏の２０００年６－７月の雑誌への投稿記事を紹介した「ＤＩＹパルサー」さんのサイトの回路を使わせて頂きました。上記のサイトは現在は存在しませんが、ここで謝意を表したいと思います。
尚、インダクタはサトー電気で購入した小鼓型コアボビンに０．４ｍｍ径のウレタン線を２ｍ程巻いたものです。写真の下の基板ではＴＤＫのコアに２７１という表示が有りますが、リッツ線を使用して巻き直したもので何れも２５０μＨ程の容量です。サトー電気のコアは上記の線材を上記の長さで巻けばおよそ２００μＨを超える容量が得られると思います。

インダクタの容量の測定は誠文堂新光社の大人の工作読本Ｎｏ．７に有った簡易インダクタメータの記事の通りに作成したものを使用しました。外形デザインは変更し、抵抗のカラーコードで読むようにしたものですが、非常に使いでがあり、これ無しには種々の工作を行うことはできませんでした。著者の松本悟氏に謝意を表したいと思います。
上記のようにFETの選択やその制御、やインダクタに接続するダイオードの特性などにより性能が大きく変わると思われます。
オシログラフで波形を観測して確認するのが良いと思いますが、屋外での簡易的な測定方法としてはダイオードと容量を組み合わせて保持したピーク電位を測定することでスイッチング回路以降の回路部分の動作状態を知ることも可能です。

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