面白そうだから「ソーラー発電」をやってみたい、「自家発電した電気を一度使ってみたい」ということであれば、自由研究のつもりで予算に合ったシステムを構築してみるのも良いと思います。
発電したい目的が非常用電源など、はっきりしているのであればシステム構築には順番がありますので参考にしてください。
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必要な発電量を決めましょう
よくあるのが、ソーラーパネルの発電量から考える方が多いことです。例えば10Wのソーラーパネルで何ができるかとか、100Wのソーラーパネルなら〇〇ができるかなどです。
でも独立型ソーラー発電では、ソーラーパネルで発電した電気はバッテリーに貯めて使いますので、バッテリー容量がどのくらいあるかで接続する電気機器が何時間使えるかが決まります。
ソーラーパネルの発電量は、バッテリーを満タンにするのにどの位時間がかかるかで、必要なソーラーパネルの発電量を選びます。
例えば、10Wのソーラーパネルの発電量は、太陽光がベストな状態でソーラーパネルに当たった場合の1時間あたりの発電量が10Wということです。
日本の標準的な日照時間は、3.5時間といわれているので、10Wのソーラーパネルの場合、1日の発電量は、10W×3.5時間ですので、35Wということになります。
100Wのソーラーパネルならば、1日の発電量は350Wということです。
（曇りや雨の日を入れた平均時間ですので、地域によって充電時間は大幅に変化します）バッテリーは12Vのものが前提です。
ここで発電した電気はバッテリーに貯めます。電気機器を使う場合は、バッテリーに貯まっている電気を使うので、バッテリーの容量がどのくらいあるかから考えます。
自作ソーラー発電のバッテリーは、12Vが一般的です。乗用車用バッテリーを思い浮かべてもらうとわかりやすいと思います。
バッテリーの容量は36Ah、60Ah、80Ah、100Ahなどの表記があり、これで容量を知ることができます。
容量の計算は、36Ahの場合、36Ah×12V＝432Wとなり、理論値では、総量432Wの電気が使えるということになります。100Ahの場合、100Ah×12V＝1200Wとなります。
実際にはバッテリーのタイプにもよりますが、計算値の50～80%を容量とします。
つまり容量が100Ahのバッテリーの場合、600W～960Wの容量まで使えるということになります。(理由は「自作太陽光発電のバッテリー」の項目でご説明しています。)
例えば、消費電力が50W/hの電気機器なら、容量が100Ahのバッテリーの場合、12時間～19.2時間使えるという計算です。
一日2時間使用するなら、50W/h×2時間＝100Wが消費電力になります。
ソーラーパネルの発電量は、そのバッテリーを満タンにするのにどの位の時間がかかるかで決めます。
この例の場合、10Wのソーラーパネルで消費した100Wの電力を満タンにするには、1日の発電量が、10W×3.5時間＝35Wですので、100W÷35W≒2.85日かかることになります。
100Wのソーラーパネルなら、1時間の発電量が100Wありますので、1時間で満タンにできます。
※本来、太陽光発電システムでは、出力補正係数を「0.85」充放電損失係数を「0.95」と規格で定めていますが、ここではわかりにくくなりますので除外しますので、あくまでも理論値としてお考えください。
使用する電気機器の消費電力を調べる
具体的には、使いたい電気機器の消費電力を調べることから始めます。
例えば、玄関の夜間照明だけに使う用途であれば、ソーラーパネルの発電量もバッテリーの蓄電容量も、そう大きいシステムは要りません。
ところが、日曜大工（DIY）などで電動工具を使用するとなると、使用頻度が、土日祝日等に限られていたとしても、大電力を必要とする可能性があります。
その場合、電動工具の消費電力と延べ使用時間を考慮して、どれくらいの電気を蓄えておかなければならないのか、キッチリ計算してシステムを設計しなければなりません。
使用する電気機器の消費電力は、取扱説明書に載っていますが、わからない場合は、「ワットモニター」など消費電力が調べられる機器もあります。
電気機器を使用する時間を想定する
夜間照明など、消費電力はさほど多くないけれど毎日使用する場合、毎日は使用しないが非常用電源としてスマホなどの充電やLED照明を点灯させたい場合では、用意するソーラーパネルの発電量やバッテリー容量が違うということはご理解いただけたでしょうか?
■ 参考事例
★ 20Wソーラーパネルの場合
適合するバッテリー容量は、以下の計算式から求められます。
1時間に発電される電力量（Wh）は、20Whですから、
20Wh×（3.5時間×7日）＝490W（1週間の発電量）となりますので、
12Vバッテリーでは、490W÷12V＝40.8Ah（バッテリー容量）となります。
但し、先にお断りしたとおり、各種損失係数を考慮していませんので、実際には30Ah程度のものが妥当でしょう。
また、充電期間（充電時間）を3日間とすると、さらに上記の半分程度（15Ah～20Ah）のバッテリーが適合することになります。
★ 100Wソーラーパネルの場合
適合するバッテリー容量は、以下の計算式から求められます。
1時間に発電される電力量（Wh）は、100Whですから、
100Wh×（3.5時間×7日）＝2,450W（1週間の発電量）となりますので、
12Vバッテリーでは、2,450W÷12V＝204Ah（バッテリー容量）となります。
上記は「1週間で満充電になるバッテリー容量」です。したがって、3日間程度で充電を終わらせるには、適合するバッテリー容量は80Ah～100Ahとなります。
まとめ
独立型ソーラー発電システムを構築するには、以下の順番で考えるとよいでしょう。
①（想定される使用機器の消費電力と使用時間）→○○Wh
②（蓄電側のバッテリー容量）→○○Ah
③（バッテリー容量に応じたソーラーパネルの選定）→○○W
④（パネル発電量に応じたチャージコントローラー選定）→○○A
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