2014年5月31日土曜日

【エコ】 太陽電池蓄電システムを作ってみよう (その3) 一日の電力プロファイル

太陽電池蓄電システムその2でパーツを紹介しました.それをシステム化して、太陽電池+バッテリー+負荷 それぞれの電圧電流を測定するようにしました.それで、丸一日の発電プロファイルを測定し、いろいろな事がわかりました.かな~りグダグダだということもわかりました.ひでぶ.

↓これが充放電コントローラの全体です.端子台は外部と接続したりするためのものなので大した意味はありません.0.1Ωのセメント抵抗で電流測定しています.下の方のプリント基板が電圧電流測定回路&USBインターフェースです.
↓今日の未明から夜までの発電電力プロファイル(実測値)がこれです.天気は晴
X軸は時刻.ブルーは太陽電池の電圧(左目盛)です.赤は太陽電池の発電電力(右目盛)です.
このグラフから簡単には、このことが判ります.
●昼間に12Vの20Wぐらい発電している
元気に発電しているのは昼間の6Hほどに過ぎない
●電力を積分したところ、今日の総発電電力量は150WHだった

さらに細かく考察してゆきますと、いろんな事がわかりました.
の時刻は夜明けです.夜明けとともに太陽電池の出力電圧が上昇し、充放電コントローラが太陽電池とバッテリーを直結します.このとき、バッテリー電圧は12.5Vでした.一方、太陽電池単独ならば16Vぐらい発電しますけれど、直結されたらバッテリーが勝つので、太陽電池の端子電圧が12.5Vに降下しているんです.
の時間帯では9時頃までビル影なので、日陰から脱するまでは最大でも3Wぐらいしか発電しません.やっぱ日陰はダメだわ.
の時刻で発電電力がいきなり立ち上がっているのは、日向になったからです.28Wぐらい発電しています.買ったばかりのバッテリーは満充電されてないので、ガバガバと充電されています.
の時間帯では、南中時刻で最大電力になっても良さそうなものですが、なぜか電力がダラ下がりです.この原因は、太陽電池を置いた場所が東南向きだから朝型人間になっているからです.配置角度を見直さなくちゃいけません.
の時間帯は、なぜか発電電力が下降上昇を繰り返して暴れています.この原因は、地デジアンテナの細い影が差しているからです.シリコン太陽電池は影に弱いことを如実に示す結果です.
の時刻はまだ15時ですから太陽は出ているにも関わらず、ザックリと電力が低下しています.この原因は、この写真のような影が差し始める時刻だからです.影だとダメダメだよ.
の時間帯は影になって弱い電力しか発電できない時間帯です
の時刻は夕暮れで、発電電圧が急低下し、充放電コントローラが太陽電池をバッテリーから切断しました

というわけで、得られた知見は、
●一日150WHの発電量は、携帯機器の充電用途なら十分ではある.しかし太陽電池のスペックをフルに引き出せたら300WHも夢じゃないので、達成効率50%ってところ
●少しでも影が差すと、シリコン太陽電池はダメ過ぎるっていうくらいダメだなぁ
●太陽電池の設置方向は、セオリー通り南中の太陽に向けるべきで、そうでないと上のように朝型人間になったりしちゃうわ

この知見に基づき、システムの様々な要件を改善してゆこうと思いますっ.

かしこ

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25 件のコメント:

  1. 興味あるデ-タが捕えられているような気がします。やっぱし、設置環境(条件)によるところが
    大なのですね。くだらない事を思いました。
    入射光の角度は、あまり関係無く、電池表面に太陽光が当たってればよい。
    セル一個の電圧は、1.2Vくらいで10枚直列で12Vくらいに成っている。?
    12Vのセル群が多数枚、並列接続されている。?
    日陰のセルは、沢山発電しているセル群の負荷には、成らないの?
    私の、幼稚な心配です。

    このあいだ、JAXA見学に行った時、宇宙発電計画なんて言うものが研究されている展示が有りました。どうやって地球に電力を送ってくるかと言うありきたりの問題に興味が有りました。

    アドバル-ン発電、円筒上にパネルを配置して櫓を組む、必要に応じて回転させる(回転させる
    必要は無いか)

    昔、山友と本沢温泉(創業明治15年)に行きました。庭には、一畳ほどのパネルが設置して
    有り、部屋には、まめ電球とランプが有った様な気がします。そのご行った時は、LED電球に成っていた様なきがします。

    露天温泉も有ります。山の中腹に堀った、一畳ほどの広さ、深さ1m弱、下はじゃり、
    山肌を見て入る温泉は、大変野生見が有ります。いまでは、男女別の仕切り、小屋に成っているかも、

    雲上の湯入浴記念、日本最高の野天風呂 標高2,150mの女の人が3人立ち姿、男が2人
    風呂につかっている、あたりに、リック、ピッケル、靴が描かれている、絵(電話番号早見表)を
    見ながら書いています。

    そういえば、今日、町内会の旅行で
    ・茨城フラワ-パ-ク
    ・日本の美しき庭園「つくば山水亭」にて昼食
    ・JAXA筑波宇宙センタ-
    ・アサヒビ-ル茨城工場
    に行く予定だ。
    筑波宇宙センタ-は、こないだ一人で見学して来たので、奥さんに行ってみたらと
    すすめたが、町内会の人知らないというので、急きょ追加1名を頼んだら、あと2人くらいOKとの
    事だったので、行く事にした。
    アサヒビ-ル茨城工場見学が私には、行く価値が有るでしょう。(飲めるかも?)

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    1. 楽しそうな旅行でいいですね.
      シリコン太陽電池のセル電圧は1つで0.7Vぐらいで、それが22ヶ直列で16Vぐらいになっている見当です.あとはそれを何ヶ並列接続するかでピーク電流が決まると.

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  2. 1セルの電圧は低いので必要個数直列にし、更にそれを並列にしています。
    1列のセルのうち1つが日陰になりますと、そこの内部抵抗が増えそれでその列の電流が決まってしまいます。(1セルでも翳るとその列は殆ど死んでしまいます、セルには逆電圧が掛かりますがそれには耐えます、セルダイオードのカソードから+、アノードから-が出ていますので。)
    (1個は1.2vくらいですが光量が低い時を見込んで、合計で16vくらいに成るように直列数を決めています、昇降圧式、自動負荷追従装置が有れば、そのときの発電量の最大値近くを追いかけてくれます)

    知り合いの車屋さんは、落雷で撤去したのをもらってきて、良品を選定して、遊んで居られます。

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    1. MMPT、PWMの例がありました。
      http://www.asahi-net.or.jp/~SE1M-NITU/html/mppt.htm
      ソースもヘクサ、サブルーチン集も載っています。
      これにJALV2を使えればソースも楽になります。

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    2. MPPTにした場合の挙動にも興味があります.
      今日は天気が良かったのでバッテリーが満充電に近づいたようでした.

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    3. 6/2の神奈川新聞の記事ですが、15年度(2015~)から東芝など
      ワイヤレス充電実証(川崎臨海部でEVバス、ANA社用使い運行)
      の記事が目に留まりました。
      大きな技術的課題は、ワイヤレスと充電効率だと思われます。
      MPPTの技術も研究されるのでしょうね。
      MPPT?

      http://www.sophia-it.com/content/MPPT
      Switchingして充電することかと考えたが、そうでもないならしい。
      結構中国産のコントロ-ラが出回っている様です。
      がんばれ、日本製?
      中国産太陽電池パネルが日本国内を席巻するかも。
      原発停止で代替えエネルギ-として太陽光発電の需要が見込め、高値とり
      引きが可能だからでしょうか。
      中国国内では、日差しの強い太陽光に適した場所が沢山有る様な気がします。太陽光発電は原発と競争関係に有るから、中国国内では本格的に
      設置されないのでしょうかね-?

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    4. MPPT=SWと考えても一応はあってます.最大電力を引き出せる電圧電流点に誘導するためにSWを使います.
      太陽電池は出力がうつろいやすく、また値段も高いので本命にはなる目はまだ見えてないと思います.高層ビルの壁面が全部太陽電池なんていう未来絵図のセカイはいつになったら実現するのやら.

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    5. MPPTやPWMは極地で電力を使用するのに有効です。
      もし国内でソーラーセルを発展させると日本は滅んでしまいます。

      現技術では製造エネルギーの還元に20~30年、5年ごとのメンテナンス、落雷や雹などの被害を考えると2年で元が取れなければ、合いません。
      国内で流行っているのはチャイナ傀儡の土地取得、政府援助金(税金、一般需要家負担)特例税制などの歪みです。

      もうじき日本人は居なくなって、チャイナ領リーベン島になるでしょう。

      ほかの技術で、放射冷却冷凍庫があります、
      空気の澄んだ夜間、モンゴル砂漠の果てでは、扉を開けて冷却し-40度くらいまで到達できます(宇宙への放射冷却)気温が上がる前に扉を閉め真空断熱で
      温度を保ちます。(真空断熱はガス不透過フィルムを断熱坦体で隙間を空け、真空にして熱流を遮断します、上等の物はステンレスデュアー瓶ですが封じ口で内外が繋がり余りよいともいえません)
      これらの自動化にはソーラーセルはもってこいです。

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    6. 落ち葉が一枚太陽電池上に落ちて固着したとします.(鳥の糞でも同様)
      太陽光線が遮られた一部分は内部抵抗が上昇します.
      バンバン発電中で電流は10Aとかだったりすると、加熱して溶けたり燃えたりするそうです.
      シリコンいまいち.

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    7. 無電化工房を見ました。
      -40度は間違いでした、-5.5がやっとで例のNHKとの共同タッグでした。

      温度関連は専門ですので評価しますと、

      断熱材が為っていない。
      地下にすると地熱の影響がある。(これも断熱の素人)
      夜間扉はあるが外気空気との断熱が計られていない。
      (簡単なソーラーで制御は無人で出来る)
      透明体は放射できる、色で放射吸熱係数が決まる。
      開口が小さいので放射効率が制限される、(ラッパは土管か)
      1方向伝熱手段があるのに付いていない。(こんな物は何十年も前から有り、温度により追従してくれる)
      蓄熱手段がおそ松くん。

      こんなのはあほらしくて評価できません。
      http://www.google.co.jp/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=17&cad=rja&uact=8&ved=0CFUQFjAGOAo&url=http%3A%2F%2Fwww.bayfm.co.jp%2Fflint%2F20060924.html&ei=i3iNU6XJC4aD8gXypYLoBg&usg=AFQjCNE5mCijO4B-FEMeTc88f3gkN0Gp7g&sig2=GO32nup6-p23YZDzxyc2Qw&bvm=bv.68191837,d.dGc

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    8. エコな好事家の趣味ですね.放射冷却冷蔵庫とかしょぼくてなんかなーという印象です.わたしはいますでにエアコン使ってます.

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  3. ワイヤレス充電はひげ剃り、電話ハンデイ子機が限度です。
    これらを考えている人はご自分たちの利益と、無駄な電力の消費、更に高電磁kai(字が出ません)への人体被爆のことを考えていません。

    電磁調理器の20センチ位に頭を持ってゆくと、伝統の明滅が見えたりします。
    同じ原理の1wお灸器を作っていました、1wはだいたい許せる範囲です。
    ツボに張った絆創膏やモグサテープに銅箔を張り、服の上から使うことが出来ました。

    1~3秒で耐えきれなくなるほど熱いというより痛くなりました。

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    1. なんと言っても世界がおそれているのは、日本の電池技術です。

      とくに、水素燃料電池分野では独走状態のようです。

      次に有効なのは
      ジーゼルサイクル、新気を流量制御せず全量吸い込み、(圧縮が必要)で点火点まで温度を上げ、必要量の燃料噴射をし燃料に見合った、新規分だけが燃え、残った新気は温度だけが上がって排出されますが、総合温度が下がる分、熱効率が下がり、実質効率も下がります。
      また新気分に漏れた薄い燃料は燃えず、効率を下げ、煙も増えます。

      かろうじてこれに追従できるのは、
      スカベンジサイクル(強制掃気、2サイクル) ディーゼルのうち、普通のジーゼルサイクルは新気流量制御を行いませんが、別経路で
      一度排気して出る前の高温分をインレットに戻し、新気(流量制御し)と層状に吸い込み、混合せずに規定量体積を圧縮比を上げ、断熱圧縮で点火点より上げた新気分に燃料噴射をして爆発し体積を確保しながら、実燃気量を下げて、熱効率も下げず、小出力時の効率を上げる方法です。

      これは今度のマツダが着目しています。

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    2. マツダのスカイアクティブ以来思うのは、ガソリン車の燃費改善はもう限界だと評論家が言ってたのはなんだったのだ?ということで、スカイアクティブに触発されたか、いろんなギミックが出てるように思います.

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    3. スカイアクティブをお手本にしてトヨタもだしましたね。
      公称では最高燃費ですが、スカイとあまり換わりません。

      マツダは4サイクルディーゼルのためにあれを作ったようです。
      スカベンジ(10式とか)とは違いますが、やはり排気ガスの再利用をするようです。
      うちは吸気系の汚れが心配でスカイにせず(値段も)スマートエディション2にしました。エンジンストップが無い分少し燃費だ悪いですが、操作性は素直です。
      ただアクセルOFFにするとエンブレが効き過ぎます。
      少しアクセルを踏めばガソリンカットでCVTはユルイレシオになるんでしょうか?

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    4. 10式はエンジンとミッションが一体ですが、
      トルコンやトロイダル、CVTではないだろうということです。
      おそらくワイヤコントロルーダブルクラッチシステムでしょう。
      なんか有ってもそのギアが使えないだけだからです。

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    5. フォルクスワーゲンが、ディーゼルとバッテリーを組み合わせたら燃費が140km/リットルにもなったとかいう説は本当でしょうか???

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    6. ディーゼルが40% アトキンソンサイクルが30%後半 これにハイブリッド(減速加速エネルギー回収80%?)を組み合わせてもそこまではしんどいと思うんですが、オットー機関なら20~30%ですが、一番いいときで、アクセルの吸気抵抗を考えて15%としても2.5倍、
      約アトキンソン、ミラー機関が30kmとして70kmですから、

      一度読んでみないとよく分かりません。

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    7. いろいろとやって、PHVで110km/リットルだそうです.PHVですから眉唾かもです.

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    8. ツインというハイブリッドが100kとか書いています。
      デミオ国内は28kとかですが国外版にはMazda6, Saloon, 2.0l 145ps Petrol Manual, 6-speed Manual  100kとかハイブリッドは使っていないの?
      http://www.mazda.co.uk/cars/mazda6-saloon/specs-and-prices/

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    9. ディーゼル(サバテイ機関)は点火機構が無くて断熱圧縮の高温250度位で発火させます。
      高圧になってからコモンレールか、ユニットインジェクターですが、効率を上げるには、必要以上圧縮比を上げない(放熱やフリクションを無駄にしない)
      実質、14から上くらいで、吸気抵抗 排気抵抗をさげ、必要なら排気吸い込みも行い温度を下げず、シリンダー壁面から離したところの燃焼をねらう。
      バイワイヤーで、細かな制御をする、必要によってはターボもありですが、出来れば排気量を上げて、使わない方が効率が増えます。
      ロータリーを制覇した、マツダでないと出来ないでしょうね。
      スズキの減速時充電は確かに効果を上げています。(これも使えるといいですね)
      問題はディーゼルは丈夫なので、10年以上使ってもびくともしない(電装関係は別)のに、税金が上がったりするのは、無駄に買い換えろという矛盾があります。
      殆どの国の中古車は日本製、部品の入手に困るが、安いので2個一とかで修理しても、抜群の信頼性で、ほかのは買わないそうです。

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    10. また同時で負けた、
      やはり別に書いて張らないと書いた内容が覚えていません。

      概略は軽の豪華版コンセプトの限定で800kgていど、バッテリーで50k走り、エンジンで50kのようです、補記バッテリーも回生充電です。
      ゴルフになると31km、7速DSGが乾式だとするとジャダーが心配、フロントが軽いのでそこも心配(アウローのカローラ1500も走り出せば片手ハンドルもOK)初期インサイトのようにリアタイヤカバーがあり、シートは1列ではなく斜め配列、ミラーもなくしてモニターにしてあるようです。
      160km/h出るそうですが、どんなタイアなのかが分かりません。

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  4. 退職者用の社会見学で相模原市民博物館見学とJAXA相模原キャンパスへ行ってきました。
    6/1に町内会バス旅行で筑波JAXAに行ってきたばかりなのですが、どうもJAXA付いてしまいました。カレンダを見たらJAXAのメモが消して有りましたが、もしかして会社主催の見学
    会ではと思いだし、PCのメ-ル受信を探すと該当の記事が見つかり今からなら間に合うと
    思い、駅までタクシ-で行き、1,2分待って、八王子行きに乗ることが出来、淵野辺駅に
    着くことができました。そこには、会社を定年退職した方が、集まっていました。
    間に合い良かった。今度からは、行事参加のメ-ルは印刷して、クリアホルダ-に入れ
    分類する事にした。
    JAXAでの勉強
    固体燃料?:ゴムにアルミ粉、酸化剤を入れて、燃やす。
    液体燃料?:液体水素、液体酸素を混ぜてもやす。
    人口衛星などは、どうして金色?:断熱のためポリミイドとポリエチレンを7層状にした
    もので、衛星本体をマジックテ-プ貼り付ける。アルミでコ-テングする部分もある。
    ポリミイドテ-プとアルミコ-テイングで金色に成る。
    イオンエンジン?:マイクロ派の発生でイオンに照射しイオンの移動現象の反動で
    (出力は、1円硬貨2枚、 2gとの事。

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    1. なーんだ、金箔じゃないんだ?とガッカリしてしまいました.まじで

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    2. 割れない程度に弾力を持たせ、アルミとともに燃料になります、酸化剤(爆轟性のない強力酸化剤)高温になりガス体積が増えて吹き出し、推力になります。
      内面は丸ではなく星形とかで表面燃焼面積が推力になりますから、燃えはじめの方が面積の大きい角丸星形とかです。

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