オフグリッド太陽光発電システムのセットアップ要素

エネルギーを自立させること、つまり毎月の公共料金の支払いなしで家に電力を供給でき、停電や公共サービスの中断の影響を受けないことへの希望は、より一般的なものになりつつあります。この取り組みの原動力は「オフグリッド」太陽光発電システムです。-オフグリッド システムは、グリッド接続システムとは異なり、動作に関して物理的またはその他の点で電力会社に依存していません。代わりに、完全に自己完結型の発電、蓄電、配電システムです。-オフグリッド太陽光発電システムは「閉ループ」システムの一例であり、森の中の小屋、キャンピングカー、RV、または電力網にアクセスできないその他の遠隔地に電力を供給します。

エネルギー供給業者から完全に切り離す唯一の方法は、敷地内に独立した太陽エネルギー システムを設置することです。これを行うには、屋根に数個の太陽電池を設置するだけでは十分ではありません。まず使用する電力量を決定し、次にその量の電力を供給できる独立した太陽光発電システムを設計する必要があります。また、太陽光発電システムは、特定のエネルギー消費ニーズに合わせて適切なサイズにする必要があります。購入する太陽光発電パネルが多すぎたり少なすぎたりすると、エネルギーが無駄になるだけでなく、バ​​ッテリーが頻繁に消耗し、設置からの収益がほとんどなくなるためです。この記事では、低い運用コストと信頼性の高い長期パフォーマンスを備えた太陽光発電システムを構築する際に考慮すべき最も重要な要素の比較を示します。-

計算を正確に実行するには、まず、オフグリッド（スタンドアロン）システムを構成する 4 つのコンポーネントのそれぞれの機能を理解することが重要です。{0}{1}

ソーラー パネル (太陽光発電): 事実上すべての太陽光発電システムは、ソーラー パネルとそのさまざまなテクノロジーで構成されています。光 (太陽放射) を電気 (DC - 直流) に変換するソーラー パネル上のセルは太陽電池と呼ばれ、光を電気に変換するプロセスは光起電力効果と呼ばれます。

DC 充電コントローラー (レギュレーション):DC 電気はソーラー パネルからこのデバイスに流れ、ゲートウェイとして使用されます。充電コントローラーの主な役割は、バッテリーが過充電されないようにソーラーパネルからの電圧と電流量を調整し、バッテリーが損傷しないようにすることです。

オフグリッド システムの場合、コントローラとしては、古いパルス幅変調（PWM）モデルよりも最大電力点追跡（MPPT）コントローラが推奨されます。MPPT コントローラは太陽光発電パネルの最大電力点を追跡し、PWM コントローラよりもはるかに優れた効率を実現し、特に寒冷または曇りの気象条件ではその効率が高くなります。{0}}

バッテリーバンク (ストレージ):バッテリー バンクは、オフグリッド太陽光発電システムの心臓部とみなされます。{0}太陽光発電の発電量は100％夜間に発生するわけではないため、夜間や曇り・雨の日でも使用できるように、発電ピーク時間帯に発生した余剰電力をすべて蓄える設備が必要です。

浸水型鉛蓄電池は初期費用が安くなりますが、-リン酸鉄リチウム (LiFePO₄) バッテリーは、寿命がはるかに長く、放電深度が深く、メンテナンスフリーで動作するため、新規設置向けの新しい業界標準バッテリー タイプになりつつあります。-。

インバータ:バッテリーに蓄えられるエネルギー量は、低い DC 電圧です。ただし、ほとんどの家庭用電化製品は動作に交流 (AC) 電圧を使用します。バッテリーからの低い DC 電圧を、他の家電製品 (照明、冷蔵庫など) に使用できる AC 電圧 (通常は 120 ボルトまたは 240 ボルト) に変換するには、インバーターを購入する必要があります。

精密な機器を動作させるには、滑らかな正弦波出力を提供する純粋な正弦波インバーターが必要です (精密な電子機器が適切に動作するには理想的です)。

実際に使用する電力がどれくらいかを知るまでは、コンポーネントを選択することはできません。このプロセスは、負荷分析またはエネルギー監査と呼ばれます。

オフィスや自宅で毎日何ワット消費しているかを判断するには (この計算を実行するために)、使用しているアプライアンスに関するいくつかの情報を知っておく必要があります。具体的には、各家電製品がワットあたりで使用する電力量、デバイスの毎日の稼働時間、家電製品が 1 時間あたりに消費するワット数を把握する必要があります。-オフグリッド システムがユーザーの期待に応えられないもう 1 つの理由は、ピーク使用量に基づいて適切にサイジングされたシステムがほとんどないことです。

毎日の消費量がわかっているので、バッテリー バンクのサイズを決定できます。ここで重要な質問は「自律の日々」です。これは、太陽からの入力をまったく受けずにシステムを稼働させたい日数を指します (つまり、吹雪または長期間の曇りの期間中)。

ほとんどのオフグリッド システム設計者は、オフグリッド システムに少なくとも 2- 日間の自律性を推奨しています。{0}さらに、バッテリーの寿命を延ばすためには、バッテリーの過度の放電を避けることが重要です。リチウム電池の場合、80 ～ 90% の使用が許容される場合がありますが、容量の計算ではこれを考慮する必要があります。

また、電力の「サージ」または最大負荷に対応できるインバーターを選択する必要があります。通常の使用量が少なくても、ウォーターポンプや冷蔵庫のモーターは、最初に電源を入れたときに通常の 3 ～ 5 倍の消費電力を使用する可能性があります。このサージをサポートできないインバータはトリップします。

システム電圧が 12V、24V、または 48V であるかを決定する必要があります。小型のシステム (バンや小さなキャビンなど) は 12V を使用する傾向があるため、バッテリーと電化製品間の距離が長くなるため、一般的に家庭では 24V または 48V システムが必要です。高電圧システムは、より安価でより薄い銅線が必要であり、距離による電力損失が少ないため、有利です。

最後に、技術仕様だけが要因ではありません。パネルの物理的な位置は非常に重要です。北半球では、露出を最大限に高めるために、パネルは緯度に等しい傾斜角で南を向くのが理想的です。

さらに、最近の学術研究では、オフグリッド設計、特に発展途上地域における「適応要素」の必要性が強調されています。{0}ユーザーがメンテナンス費用を支払う能力、屋根の構造的完全性、さらにはシステムを再配置できるかどうかなどの要素は、標準的なサイジングのフレームワークでは見落とされがちな重要な考慮事項です。

総エネルギー要件と、利用可能な屋根または地面に設置できるソーラー パネルの数を考慮してください。他に考慮すべき唯一の点は、Mono パネルと Poly パネルのどちらを選択するかです。それは科学と数学が散りばめられた長くて曲がりくねった道です。しかし、オフグリッド太陽光発電の冒険は、自給自足という大きな恩恵をもたらします。システム負荷を正確に予測し、電力損失を最小限に抑えるための知識の重要な閾値とは別に、自律状態を達成するために蓄電池のサイズを設定する機能が必須です。太陽電池アレイを地域の日照時間に合わせて適切なインバータを選択する能力も、クリーンな電力を生成し、今後何年にもわたって静かな環境で動作するシステムを構築するための前提条件です。 DIY システムであっても、プロフェッショナル システムであっても、これらの原則を理解していれば、太陽の光をうまく利用できるようになります。