ソーラーパネル・結果

　どうも思わしくないので今更ながらではあるけどソーラーパネルについてちょっと調べてみた。結論からいうと、常時陰の出来るようなベランダなどでのソーラーパネルによる発電システムはちょっと無理っぽいということ。

「雨や雲の度合い」や「パネルの性能」によっても異なりますが、発電量は、快晴の日の5％～10％程度まで低下するといわれています。
（http://thaio.net/tenkou/rainy.html）

　これは“太陽光発電で本当に採算合うか・設置前に必ずお読み下さい。｜太陽光発電アドバイザー公式情報サイト“（http://thaio.net/）というサイトにある一節。このサイトはトップページの冒頭で「何千人もの人が太陽光発電で失敗するのを防いだ、太陽光発電の総合情報サイトへようこそ」と書いているけど、吾輩の場合残念ながらその何千人のな中には入れなかったようである。
　
　陽の陰による影響は「雨や雲の度合い」とはまた別の問題になり、ソーラーパネルの構造に起因する変数で、しかも発電システムとしては結構致命的なものにもなる。
　もう一度上のサイトから引用すると…。

　陰が及ぼす影響の原因（http://thaio.net/tenkou/kage.html）

　太陽光パネル（太陽電池モジュール）は、基本構成素子である太陽電池セルがインターコネクタを介して直列に接続され（セルストリング）、さらにこれを並列に接続（セルアレイ）後密封し、外枠にはめ込むことにより作られます。

パネルに太陽光が照射されると各セルで電流が発生し、発生した電流がセルストリングでの隣接セルを通じて伝達されることで最終的に必要な電圧の電流が得られます。

　しかし、ここで陰により一部のセルで発電できないと、その日陰部分のセルが抵抗になり、セルストリング中の他のセル分も含めて電流が流れなくなってしまいます。

　現在、市販されている太陽光パネルでは、このような場合に備えて日陰ができた場合は、そのパネルを迂回して電流を伝えるバイパスのしくみが取り入れられていますが、問題のないパネルも含めて迂回されてしまうなど日陰の影響を完全に回避することはできていません。

　このバイパスダイオードを入れず太陽電池セルをつなぎ、陰が出来る日向で発電させると場合によってはパネル自体が「発熱→焼損」ということにもなるようだ。またバイパスダイオードが入っていてもそのバイパスダイオードに多くの電流が流れたりして故障すると、やはり同じことが起きるようだ。こうなっては発電量が低下する、というのとはまた別の事態にもなる。
　
　吾輩のソーラーパネルの場合、日陰による発電量低下の度合いはかなり大きいようで、今の組み合わせだとシステムを維持できないレベルのものと判明。頑強な架台などを設置してソーラーパネルを陰のできない位置にまで上げなければ使い物にならないようだ。

　ちなみに、CIS、CIGSなどの化合物系のソーラーパネルだと日陰による発電効率の低下はちょっと小さいらしい。これから設置を考えている人で、日陰の問題が気になる人はこちらのソーラーパネルを考慮されるのもいいかもしれない。




　

冬日

　午後３時過ぎの状態。

　改めて見てみると流石にちょっときびしい、という感じ。３０Wのソーラーパネルだけど、１０Wくらいのものになってしまっているのかもしれない。
　

　これはバッテリーセレクトコントローラからの情報で、Sunshine hoursは日照時間、Current timeは現在の時刻。Sunshine hoursは気象庁の一年の日の出、日の入り時刻の表から月毎のだいたいの時刻を決定して取り入れている。この時間以外の時間は、つまり日が当たらず充電ができない時間はA、B、Cと三つあるバッテリーのうち、『充電をする』バッテリーをAバッテリーに固定している。
　Aバッテリーはリレーが全てOFFの状態の時にアクティブ（選択される）になる。ソーラーパネルに日が当たっていず、充電電力が発生していない時は、バッテリーセレクトコントローラの消費する電力が一番少ないこの「Aバッテリー選択」の状態にするしかない。AバッテリーよりもBバッテリー、もしくはCバッテリーのほうが電圧が低かったとしても、日が当たっていなくてソーラーパネルからの充電はできない状態なのだから、リレーを駆動させてBバッテリーやCバッテリーをソーラーパネルのほうに繋いでも意味がないばかりか、選択駆動リレーなどの消費電流で余計な電力を使うだけだから。
　Solar Current Timeはそのバッテリーが今回充電の対象となってからの経過時間。Total Timeはこれまでのそれぞれのバッテリーの充電時間。とはいえ、Sunshine hours以外の時間は上に書いたように、充電は行われていないのだから、それを差し引く必要がある。また、Sunshine hoursの時間内であっても曇天や薄明で、充電電圧が発生していない時間もあるかもしれない。この辺はソーラーパネルの電圧を測ることで判断可能なのだろうけど、今回はそれを行っていない。
　Cバッテリーはバッテリーセレクトコントローラに電力を供給しているバッテリーで、偶然Bバッテリーと充電時間は一緒だが、バッテリーセレクトコントローラで消費している分電圧が低くなっているのだと思われる。
　ちなみに、これらのデータは２日前に電流を計測するため一旦バッテリーセレクトコントローラの電源を落としているので、この２日間だけのデータということになる。
　Solar Queueは充電の待ち行列。本来は電圧値が低いバッテリーから上位になるようになっているが、現在はSunshine hours以外の時間なので電圧が一番高いAバッテリーが一番になっている。Sunshine hoursの時間になれば、自動的に次のCバッテリーが上位になり、充電対象になるようになっている。
　”Current 12.7V”は現在のAバッテリーの電圧。 [A]*12.7V [B]*12.6V [C]*12.0Vの「＊」はAバッテリーが選択された時点でのそれぞれのバッテリーの電圧という意味。”Change 4”は２日で４回充電対象が変わったということ。
　Cバッテリーは充電の途中で日が暮れてしまったということだと思う。

　ともあれ、今の時期だとソーラーパネルの出力がちょっと問題のようだ。




　

反省点多き試作

　調整もだいたい終わり、スマフォやタブレット、パソコンなどからも操作できるようにUSBシリアル変換インターフェースを付け加えて、あとは備え付けるだけの段階にはなったけれど、どうも按配が良くない。
　それは反省点も含めて次の通り。
　
　●ソーラーパネルの出力がバッテリーの容量に対して不足気味。これはソーラーパネルの定格出力値とともに、パネルをベランダの柵越しに設置しているため、太陽光が鉄柵に当たってできる陰の分、発電効率が下がるという要素も含まれている。けれど、これはそれを避けるために陰ができない柵の上部にパネルを設置すると、台風などの強風の折、リスクが高まることになり、ちょっと譲れない点。
　●バッテリーの容量に比較して、コントローラの消費電力がちょっと多めという点。充電するバッテリの切替などにパワーMOSではなく電磁リレーを使っていることも大きな一因。とくにバッテリーの出力の切替には消費電力が多い安物の５V駆動リレーを使用していることも大きい。

（バッテリーを切り替える時にあちこちのリレーがばたばた動き、消費電流値のグラフの波形が激しく上下するのは、充電するバッテリーの切り替え時には各バッテリーをそれぞれ電気的に切り離して一つ一つ電圧を計測していること、またバッテリーをソーラーバッテリーチャージャーに新たに接続する際にはソーラーバッテリーチャージャーのソーラーパネル側の接続を一旦切りバッテリーを繋いだ後また接続する━━これを行わないとソーラーバッテリーチャージャーが誤作動する。電源をバッテリー側で取っているためのようだ━━という手続きを行っているため、各リレーが稼働するから）
　
　●思いのほか、日中有効な太陽光が降り注ぐ時間はそれほど多くない、という点。
　●以上のことをふまえ、以下の点を改善すれば、結構使えるシステムにはなりそうな予感。
　
　まずソーラーパネルを１００W出力くらいのものにする。バッテリーを三つとも１２V３０Ahくらいのものにする。コントローラのリレーの容量や配線、コネクタなどのスペックには余裕を持たせており、変更することなくそのまま使える。
　費用がちょっとかさむけれど、これくらいの構成だと普段もスマフォやタブレットなどのモバイル機器の充電で使用しながら、地震などの緊急事態時の停電の時に備える（スマフォやタブレットの充電、最低限の照明など）ことができる程度にはなる、と思う。


　『共立エレショップ』の独立型ソーラーシステムのページに自分でソーラー発電システムをつくる際のちょっとした参考になる資料があるので紹介しておく。
　
　■【共立エレショップ】独立型ソーラーシステムを作ってみよう






　

バッテリーの爆発事故

　書かない短い間にも世の中は移り行く。
　鳥取地方では大きな地震があった。またもや東南海大地震や東京首都圏大地震よりも先だった。この鳥取は調べていないのでわからないが、少し前に起きた熊本の場合は大きな地震が30年の間に起こる確率は６％だった.東南海大地震は７０％を超え、東京首都圏大地震は８０％を超える確率である。
　そもそも地震は予知ができない、従ってこんなパーセンテージを出すのは科学的ではないという人もいる。パーセンテージを出せば確率の高い地域には国の予算が流れ、その恩恵を受ける人々がいる…とも。一方で他の地域での防災が、物理的なインフラやメンタルな面での危機意識の低下など、現実的ではない弊害も生じると。東海地震は１９７０年から起こると言われ続けてきた。しかし未だに起きていないことを考えると誹謗中傷とも言えない。
　だが、ここに至ってテレビのワイドショーなどに登場する地震の専門家だという人々が、予算などのことは別として、ついに鳥取地震の後、同じようなことを言いだした。地震というのはどの地域でも予知ができない。またどの地域でも地震は起こる可能性があり、それに備えるべき云々と。
　もちろん、専門外の吾輩には事の真相はわからない。けれど、東京や名古屋で次々と高層ビルが建てられていることの理由の一半は少しはわかったような気はする。

　アメリカではFBIが大統領選挙投票の直前になってヒラリー・クリントンのメール問題の再捜査を始めると発表し、世論調査ではこのところ劣勢だったドナルド・トランプが１％逆に優勢になった、という調査機関結果も出てきた。
　今のドイツには国民投票制度がないという。それはナチスを支持したのは多くのドイツ国民だったという反省と、考察かららしい。最近、フィリピンの大統領も「なんだかなぁ」と思わせられるところがあるけれど、国内で高い支持率に支えられている。五輪誘致の演説で、福島第一原発の汚染水は「アンダーコントロール」だと嘘を全世界に放言し、東京電力ですら「真意を問い合わせ中だ」と言わしめた安倍首相なども吾輩には同じようなもののように思える。
　イギリスでも少し前にＥＵ離脱の際に似たようなことがあった。その国民投票後に首相になったテリーザ・メイは離脱派のリーダー格の一方の雄だった前ロンドン市長のボリス・ジョンソンを外相に任命するという粋な（？）ことをしたが、このジョンソン氏は国民投票でＥＵ離脱という自らの主張が通ったにもかかわらず、その後の党首選にも立候補せず、ＥＵ離脱を主張する３日前にメディアの一つでＥＵ残留を説いていたことが後に明らかとなった。
　吾輩にはやはり事の正否はわからない。けれど、どれも人々の経済的な理由がもとにあるようで、ちょっと憂鬱ではある。もっとも、安倍首相の噓などは論外である。

　先月23日には栃木の宇都宮で自爆テロ紛いの爆発死傷事件があった。同じ日東京ではセブンイレブンの店舗兼住宅の二階で競技用カートのバッテリーの充電中の爆発による死亡事故が起きている。
　車などに使われているバッテリーは鉛バッテリーで、バッテリー液の補充が必要なものと、密閉型でそれが不要なものとがあるようだが、前者の補充が必要なものは充電中に水素ガスが発生するらしい。それ故に換気が充分ではない室内などでの充電は厳禁だ。また劣化したバッテリーは無理に充電しようとすると最後は爆発をするらしい。何故上記の事故が起きたのかはそ後の報道がないので不明だが、鉛バッテリーの爆発による死者は年間数人いるという。
　吾輩がソーラーパネルで充電を行うバッテリーは機器用の密閉型の鉛バッテリーだが、車用のものと較べて充電の際はより細かい制御が必要らしい。
　コントローラーが完成すれば、ベランダの自作のソーラーパネルの架台の中にコントローラー基板と一緒にバッテリーは全部収めるつもりだが、ソーラーパネルでの充電を考えている人は細心の注意を払って製作、設置をしてほしいと思う。

　台風対策。5階なので飛ぶのは怖い。架台の中にはその秘密兵器も…。実は１０キロ近くある御影石…。

　大地震後の倒壊家屋のようだが、雨風を防ぐための仮の養生姿。コードは隙間用のもので、幅広のコードの方はバッテリーからの12V数Aの電力用で、３０ｃｍで五千円した。AC１００V５Aまで使える。断線した(？)方のコードはLANコードで、これは約千円。コントローラーとの情報のやり取りで使用する。

　

LEDの色判別

　ソーラーパネルチャージコントローラーには三つのLEDのインジケーターランプが備わっている。ソーラーパネルの状態、バッテリーの状態、12Vの出力端子の状態の三つだが、ちなみにこのうち最後の12V出力端子は使わない予定だ。そこにはランプの絵柄があるように、ランプ程度くらいの電力しかサポートされていないようだからだ。簡単な説明書には負荷にDC-ACの100Vのインバーターなどを接続する場合にはバッテリー端子に直接接続するようにと書いてある。
　バッテリーの状態を表すインジケーターでは、バッテリーが過放電の状態(カタログ値では11V以下となっているが実測では10.7V)になると赤色に点灯し、１２Ｖ端子の出力の方も自動的に遮断されるようになっており便利な端子ではあるのだけど。
　バッテリーの状態インジケーターは他に12V以下(実測では11.7V)になると黄色に点灯、それ以上の電圧では緑色に、また満充電では緑色の点滅状態になる。
　三つのバッテリーを切り替えて充電する場合はこのバッテリー状態のインジケーター情報は是非とも参考にしたいので、どうやってこのインジケーター情報を取り込むかいろいろ考えた。ネットでもいろいろ検索したが、こんなことをやる輩はあまりいないようで、ほとんど情報がない。プロが使うような、LEDの点灯を専用に判別するような機器もあったが10万円近くもする。結局デジタルカラーセンサーで取り込むことにした。使用するのはI2CインターフェースのS11059で、値段は五百円。しかし、使ってみると中々具合がいい。
　ソーラーパネルのインジケーターはソーラーパネルの出力があれば緑色で点灯し、規格以上の高電圧が出力されると緑色の点滅に変わる。こっちもマイコンに取り込むにはカラーセンサーをもう一つ増やすか、バッテリーのインジケーター用のカラーセンサーをサーボモーターなどで移動させるかしなければならない。サーボによる移動を少し考えているけれど、ソーラーパネルの出力の方は、PIC24Fのリアルタイムクロックで時刻による日照時間の管理で制御も可能なので、どうなるかは分からない。

　ところでこのソーラーパネルチャージコントローラーは本体の電源をどうやってとっているのかよく分からず、ソーラーパネルの方の電源だけでは誤作動を起こす。普通に出力が出ているソーラーパネルを繋ぎ、その状態でバッテリーからの接続を断つと、インジケーターの表示がおかしくなり、バッテリーを再び接続しても正常には戻らない。一度ソーラーパネルからの接続とバッテリーからの接続を両方とも外し、再びまずバッテリーの方から先に接続をし直す、という手順をふまないと正常にはならない。
　動画で右の方にある別基板のリレーはその「バッテリーを切り替えるには、一度ソーラーパネルの接続を断つ」という手順をふむために予定外で必要になったもの。余談だが、このリレー基板はAmazonで155円で購入。リレー端子の容量はAC100V、DC30Vともに10A、またフォトカプラ入力、その入力とリレーのコイル駆動電源は別に設定できるという機能までついている。
　このリレーの耐久性などはもとより未知数だが、テストで使用しているプッシュスイッチでの電圧調整、入力と出力の電圧表示、出力のオンオフなどが可能な優れもののDCーDCコンバータはともに中国製で、最近の中国のものは侮れなくなっているように思う。もっとも、そのコンバータの下側にあるその後に購入した可変抵抗で出力電圧を調整するタイプのものは、値段が安いものの表示される出力電圧の値も誤差があり良いものと言えない。

断線

　バッテリーの電圧をオペアンプで受けることによって電源オフ時の電圧の回り込みをなくしたことで
　LCDは無事パワーオンリセットが行われ、めでたしめでたしのはず、だった。が、しかし・・・電源を入れてもLCDはうんともすんとも言わない。無論LCDはしゃべるわけではないので、そうなんだけれども・・・。
　しばし呆然とした後、気を取り直してふと裏を見ると、断線・・・だった。

　　　　　わかりづらいが配線が２本完全に断線している。

　PIC24FのプログラミングはPICkit2を基板上の専用端子に挿して電源が入った状態で、時には繰り返し行う。LCDには電源が入った状態でマニュアルでリセットを行なえる端子もあるのだが、ほぼ使わないものなのでVCCに直結し使用不可にしてある。それで、PIC24Fのプログラミングのおりには、電源が入った状態でプログラムコードのロード後PIC24Fの方だけが初期リセットされ、LCDの方はリセットされず、それ故かLCDは時に固まったままのことがある。それで、電源投入でLCDが反応しないのはリセット関連だと考えて、テスターで電源ラインを測ると案の定バッテリーの電圧が回り込む込んでいたため、それが原因だと即断してしまった。

　LCDにテープで貼り付けてあるのは置き台代わりのコードクリップの金具。この基板はRS485のインタフェースを設けてあり、デバッグ後はこのRS485インタフェースを介して遠隔で情報のやり取りをすることになるので、このLCDはのちに不要になる可能性もある主にデバッグ確認用の仮設ディスプレイなのだ。

　ともあれ、電圧が回り込むのは気持ち悪いものだし、オペアンプを間に入れることによって、入力側に何かあった際の緩衝地帯にもなり、それなりの意味はあった、と思うことにして今回は終わることにする。




　

バッテリー

以前「まわしてチャージ充電丸」というバッテリー内蔵(12V/7.2Ah)のコンパクトで機能豊富な"足回し"発電機を持っていた。DCジャック用の3/4.5/5/6/9/12V端子、5VのUSB-A端子、100WのAC100Vコンセント、さらに二段切替の白色LEDライトなど緊急用の電源と灯りとしては優れものだった。ところが或る日突然その「まわしてチャージ充電丸」が充電がされなくなってしまった。愚かな吾輩は原因はバッテリーだろうと考えて、代替可能と思えるバッテリーを買って取替えたのだがだめだった。それやこれやで数個のバッテリーがたまったのだが、一番大きな12V/26hのバッテリーはソーラーパネルで使うために購入したもの。

　また手術台に上がる基板。

　　　　　before

　　　　　after


　電源オフの時に入力端子から電流が回り込む場合、大抵はその入力端子をプルダウンすればいいそうなのだが、今回の場合はデジタル値の入力ではなく、アナログ値をAD変換するものなのでできない。仕方がないので、オペアンプICを追加し、ボルテージフォロアにしてそれを介して入力することにした。
　このオペアンプを追加した場所はIO端子が不足した時にIOエクスパンダのMCP23008を追加してIOの数を補おうと思っていた所。まだ多少の空きが残っているので大丈夫かもしれないが。

　　　　　before

　オペアンプICを取り付ける前に、そのソケットのICの入力と出力を短絡しこれまでと同じ状況を作り出す。右側の12.6Vと表示されているDC-DCコンバータから抵抗分圧によって約2V少々の電圧がそこにはかかっていて、マイコンのAD変換端子に繋がっている。マイコンの3.3Vの電源ラインは電源が入っていないのに0.5Vの電圧が生じている。

　　　　　after

　今度はソケットにオペアンプのNJM2902Nを取り付けて電源が入っていないマイコンの3.3Vラインを計測。電圧が生じていないことがわかる。

　上のDC-DCコンバータは疑似バッテリーで、バッテリーの様々な電圧状況を作り出すために仮設している。バッテリーの電圧を任意のものにするには大変なので…。それでマイコンにその状況に応じた処理をさせるプログラムを組む。バッテリーは三つなので実際にはDC-DCコンバータはもう一つ必要。


　先に”真の情報”と書いたが、C言語などのプログラムにはIF文などの条件分岐命令で「真」（TRUE）と「偽」（FALSE）というものがあり、それによってその後の処理を変える。
　報道というのは、たとえば霞が関の役所が何か発表した時に、それが真か偽か（本当なのか、あるいは正しいのか、何か裏はないのか、など）を見定める、少なくともその確認の作業をするものである。その作業がテクニカル的に難しいか否かは別にして、theory and practice はとてもシンプルなものである。記者にその物事を判断する力量がないのならば、その分野の専門家か長年その問題に携わっている人に意見を求める、もし意見が分かれるようなら両者の意見を載せる、それで読者、あるいは視聴者がおこなう判断の材料を提供する。…
　もっとも、どうでもいいことをとやかく取り上げても仕方がないので、その物事が人々にとって重要なものかどうかを見分ける力はある程度必要だ。
　現在の記者クラブ制度は、上記のその問題になる事柄に詳しいフリーのジャーナリストや市民運動家などを締め出すもので、もともと問題になるものを解決しようという気などないことがわかる。
　新聞社OBの一人は新聞の記事の７０％が「官報」であると言っている。役所が出したものをそのまま載せているだけだ、と。こういうのは報道とは言わないだろう。
　最近の報道を考えると、多くの場合、読者、視聴者が新聞、テレビの言っていることを「真なのか？偽なのか」と、その報道主体自体を疑っているふうにも思える。
　(続く)





　

ソーラーパネル

　吾輩は猫ではない。名前もある。
　開始早々に夏目漱石の『吾輩は猫である』をもじった書き出しになってしまったのは、地震のことなどを考えると人というのはつくづく怪体(ケッタイ)なものだと思わざるをえないからだ。吾輩ーー成り行き上、こう自称するが、世の中にはこれくらいの不都合事はいくらでもあるーーは東南海地震が近い内に起こると言われている名古屋に住んでいるが、現在名古屋駅周辺では高層ビル建設のラッシュである。何故だ？と思わないだろうか。首都直下地震がこれも遠くない未来に起こると言われている東京でも似たようなものである。それを報じる大手テレビ局がそもそも高層の自社ビルを建て替えているし、ＮＨＫなどもつい先達って、余ったお金の3400億円で社屋を建て直すとぶち上げて、顰蹙を買った。
　ケッタイではないだろうか？
　ところが、吾輩は二十年以上も前に東海道線の列車の車窓から新築される民家の列などを眺めて、やはりケッタイだと物思いにふけっていた。
　とすると、巨大地震は起こると言われながら、本当はずっと暫くは起きないということをそれらの人々は知っていたのだろうか？また今も彼らはそれをわかっていて空を仰ぐようなビルを建てているのだろうか？
　それならそれでやはりケッタイである。
　ともあれ、真の情報など貰う場所も知らず、さりとて、家を何軒でも建て直せる財力ももとよりなく、また小心で愚かな吾輩は、巨大地震が来た時に少しでも役立たせようと、ソーラー発電器を自作することを思い立って、現在製作中である。

　猫が引っ掻き回した線材を無造作に束ねただけのようにしか見えない基板は、ソーラーパネルに繋ぐバッテリーをコントロールするためのものである。実はバッテリーが一つだけなら右かたに見えるソーラー用のバッテリーチャージャー以外不用なのだ。しかし、バッテリーがたまたま三つあったので、ついでに三つとも充電できるようにしようと何となく思ったのがいけなかった。
　今もまだ試行錯誤の途上にあり、今現在問題になっている案件は、基板のマイコン部分などに電源が入っていない時に、バッテリーの電圧監視のために繋いでいるADC端子を通してバッテリーの電力が回り込み、電源を入れた時にLCDが初期リセットされず何も表示されなくなるという症状である。ちなみに、LCDはI2C接続のもので、マイコンはPIC24FJ64GA002だ。
　(続く)