自作のソーラー発電システム

ソーラーパネルを設置して電気代を浮かしたい

と考えて、数年が経ちましたが・・・
とうとう2022年11月に行動に移しました。

どうも、政宗(ﾏｻﾑﾈ)です。

今回は僕が2022年11月から実際にチャレンジしている自作のソーラー発電システムをご紹介させて頂きます。

そもそもソーラー発電の種類って何があるの？

ソーラー発電と言っても使用者の目的によって方式が色々と変わります。

自宅の屋根に設置して電気代を少しでも安くしたいだけなら、割と安く出来ますが、昼間に充電した電気を夜にも使いたいってなると蓄電池が必要になりますし、お宅の使用電気量によっては大きな蓄電池を設置しなければいけないかもしれません。

なので、あなたの目的に合わせてソーラー発電システムを組む必要があります。

ソーラー発電の目的

と、色んな目的の方がいらっしゃると思いますが、予算にもよりますし費用対効果も忘れてはいけませんよね。
なので、予算から決めるのも良いでしょうし、目的から決めるのもアリだと思います。

普通に電気代を安くしたいだけなら、蓄電池のないお手頃なシステムで十分ですからね。

マサムネの目指す自作のソーラー発電システム

そして２番目に、とにかく安く設置する事です。

なので、出来る限り中古の商品を使用して費用を抑えたいと思います。

さらに、せっかく設置するなら昼間はソーラー発電の電気を使用しながら余った電気を蓄電池に充電をしつつ、夜になったら蓄電池にためた電気を使用します。

そして、蓄電池の電気が無くなれば自動的に商用電気（家で契約している電気：東京電力・関西電力・中部電力など）に切り替わる方法を選択しました。

という事で、現時点で買っている商品などを掲載しておきます↓

当初計画していた予算（30万円）よりもかなりオーバーしましたが、夜間に蓄電池から商用電気に自動で切り替えられるように変更したり、蓄電池を火災の恐れの少ないリン酸鉄リチウムイオン電池に変えたので仕方ないですね。

実際に設置するとなったらアレもコレも試したくなってしまいました(笑)
職人の性（さが）でしょうか。。(￣∇￣)

各パーツの紹介

それでは、僕が実際に設置するソーラー発電システムの詳細を兼ねて商品の種類を解説していきたいと思います。

ソーラーパネルの種類

太陽光パネルは大きく分けて、「シリコン系」「化合物系」「有機系」の3つの種類があります。
このうち、住宅用に最も多く使われているのが発電効率に優れているシリコン系で、その次が高温時の出力ロスが抑えられている化合物系です。
有機系については実用化されていないため、住宅用に使われることはありません。

僕は迷わず中古で多く出回っているシリコン系のソーラーパネルを選びました。

新品だと200wのパネルで2万円ほどしますが、ヤフオクで中古のものを1枚5000円で20枚購入しました。それで10万円ですね。
そして、130wのものを3000円で19枚購入しました。合計157,000円です。

蓄電池の種類

蓄電池の種類は、「鉛蓄電池」「ニッケル水素電池」「リチウムイオン電池」「NAS電池」の4種類ですが、僕が購入したのは、「リチウムイオン電池」です。

リチウムイオン電池は、スマートフォンやノートパソコンなどでよく使われている蓄電池で、ニカドやニッケルの欠点だったメモリー効果が起こらず、それらに比べさらに多くの電気を蓄えられるようになりました。今は蓄電池の主流になっています。

リチウムイオン電池は小型軽量化されているので持ち運びがしやすいですし、僕が選んだ「リン酸鉄リチウムイオン電池」は熱も持ちにくく、発火の恐れも少ないのが大きなメリットです。

高温環境下では劣化が進行しやすい特性があるので、長く使い続けるためには使用する環境に気を付ける必要があります。

インバーターの種類

そもそも「インバーターってなに？」という方の為に少しだけ補足します。

インバーターは一種の電気変換器です。
電気の流れ方には、車などで使用する「直流(DC)」とご家庭で使用する「交流(AC)」の2種類が存在します。
直流は電流の流れる方向が一定で、交流は電流の流れる方向が一定時間ごとに逆転していますので、ソーラー発電システムで発電された直流(DC)を家庭でも使えるように交流(AC)に変換する装置がインバーターとなります。

直流(DC)と交流(AC)を図に表すと以下のようになります。

そして、僕が今回購入したマイクロインバーターというものは、優れものの商品で、ソーラー発電システムからの電気をそのままインバーターを介してコンセントに挿すことが出来るのです。この仕組みをオフグリッドシステムと呼びます。

こうする事で、今まで難しかった「夜間に蓄電池の電気が無くなった際に自動で商用電気に切り替える事」が容易になりました。ただし、まだテスト段階の商品なので万が一の際には誰も補償してくれませんので悪しからず。

こちらのマイクロインバーターの購入は、Amazon・楽天・ヤフオクで可能です。

 

しかし、このオフグリッドシステムの出来るインバーターが普及してきた事で、僕のソーラー発電システム熱が再熱したと言っても過言ではありません。

チャージコントローラーの種類

チャージコントローラーには、充電するだけの「充電コントローラー」、充電・放電を制御する「充放電コントローラー」また、独立系の照明システムに使用する「充電ライトコントローラー」があります。

また、チャージコントローラーの種類には、PWM制御方式とMPPT制御方式とがあり、性能も価格も大幅に違いますので両方の要点を書いておきます。

・PWM制御方式

PWMはパルス信号のパルス幅を長くしたり短くしたりして、一定の電圧と電流が発生するように制御する方式です。
バッテリーや負荷の電圧の影響を受けずに一定の効率で太陽電池の電力を取り出して充電を行えます。

制御の仕組みが簡単で、市場に安く出回っているので購入しやすいですが、曇りや晴れの日などの気象条件により発電量が左右されて最適動作電圧が変わってしまう為、充電するバッテリーの電圧に適した最大の効率での充電が行えないという欠点があります。

・MPPT制御方式

MPPTは最大電力点追従制御方式を用いた高度なチャージコントローラーで、最大出力が発生するように電圧と電流の組み合わせを常に探し求める回路方式になっています。

常時、充電しているバッテリーの電圧に適した充電電圧で電力を供給してくれるので、変換効率が高いのですがお値段もそこそこ高いので自分の組むシステムに合わせるのが重要です。

ちなみに僕は後者のMPPT制御方式のコントロールチェンジャーを購入しました。
100Aのコントロールチェンジャーを8台購入して17,000円です。

僕は中国のサイトで購入しましたが、国内で購入するとしたら、ヤフオクが1番安かったです。それでも1台3000円以上はしますので8台で24,000円以上になると思います。

チャージコントローラーの選び方

チャージコントローラーを選ぶ際の、ソーラーパネルの発電量とバッテリー容量のバランスについて説明します。

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。

上記は、1週間で満充電になるバッテリー容量ですので、3日間程度で充電を終わらせる場合に適合するバッテリー容量は半分程度の80Ah～100Ahとなります。

チャージコントローラーの性能表記は、基本的な性能を示す「A」（アンペア）表示となっています。
この数字は、コントローラーの最大入力電流値を示しており、12Vシステム用の「10A」表示であれば、12V×10A＝120Wのソーラーパネルまで使用できるということになります。（あくまで理論値となります）

と言うことで、僕が今回買ったシステムで計算してみます。

ソーラーパネル200w×4枚の1セットの容量で計算しました。

僕が購入したバッテリーは、40ah×7台＝2800Ahなので、3日以上の充電が必要ですが、僕の目的は停電時の使用なので、1日のうちの夜間だけ補う計算でやってみます。

一般家庭の1日の消費電力の平均が12kwくらいらしいので、夜間の半日だけでも約6kwの使用が想定されます。6kwの使用だと僕のシステム（1セット：約1kw）が6セット必要となります。
家全体で6kwが必要なので、僕は8kwの蓄電池を準備しました。

そして、家全体にまとめて電気を送るシステムにしておくと、電気を使い過ぎて無くなってしまった時に冷蔵庫のものが腐ったりしてしまうので、

と考えました。
ここで今回のオフグリッドシステムが役に立つんです。

マイクロインバーターによるオフグリッドシステム

僕が購入したマイクロインバーターを使用すると、発電した電力を直接コンセントに挿すことが出来ます。
それだけで電力が供給させるんだからすごく簡単ですよね。
そして、僕の場合はこのシステムに蓄電池を追加しているので、必要以上の電気の供給時に充電もされるってわけです。

各部屋に分けると下記のようになります。

・冷蔵庫の待機電力が必要なキッチンに1セット
・夜に家族が集まるリビングに1セット
・災害時用に飼っているウナギの養殖×水耕栽培に2セット
・僕の部屋と子ども部屋（×3）に4セット

上記の合計8セット（８kw）です。

停電が長引くような時に備えて、普段は子ども部屋の電力に独立して制限しておけば、オフグリッドシステムはコンセントに挿すだけの簡単切り替えなので、子ども部屋に配線していた電源線をキッチンやリビングへ移行させるだけなので簡単なんです。

という事は、僕が購入した蓄電池は合計で８セットあるのだから、停電時はリビング1部屋に皆んなが集まって生活すればリビングの電気だけで済むのでキッチンの待機電力とリビングのみの稼働で大丈夫になります。

なので、最低でも一晩で２セット（2kw）が必要という計算になりますので、８kwの容量があれば4日は耐える事が出来ます。

しかも、曇り空になり昼間の充電が出来ない状態で４日の充電量なので、よっぽど天気の悪い日が続かない限りは毎日夜も快適に過ごす事ができる計算となります。

これで、万が一の停電時も大丈夫かなと考えています。
余裕が出来れば蓄電池を追加して増やしておけばさらに安心かなと考えています。

ちなみに、災害時の予備電力ではなく、このソーラー発電システムの容量でどれくらいの電気代が安くなるか計算してみました。

実際の電気代はいくら安くなるの？

僕のソーラー発電システムの容量でどれくらいの電気代が安くなるか計算してみました。

1日の発電量が

計算すると、理論値ではありますが、1ヶ月で679kwの発電量となりました。

そして、下記は世帯別の1カ月あたりの平均電気使用量ですので、、、

この図を見ると、一戸建ての4人暮らしのご家庭だと全ての電気が楽勝で補える計算になります。

そして、下記が平均の電気料金なのですが、、、６７9kwは5人暮らし程度の電気料となり、平均すると月に17,000円程度の電気代に相当するのではないでしょうか。

基本料金・地域性・使用する時間帯など様々な要因があると思うのであくまで平均値としての計算にはなりますが、１つの過程がまかなえるだけの電気量が発電出来そうってのは分かりました。

という事は、月に17,000円で計算した場合に、年間で20,4000円となります。
僕の初期投資は、現時点で437,000円なので、約2.2年で回収される計算です。

もちろん、ここにソーラーパネルを設置するための部材が必要なので、もう少し費用がかかると思いますが、部材は屋根を新しく増築してそこにソーラーを設置する予定なので、ソーラー単体で見ると必要な部材は取り付け金具くらいのものです。

屋根をいくらで増築出来るかにもよりますが、それも自分でやりますので、全体的に見てもかなり安くソーラー発電システムが組めそうなので嬉しいです！

という事で、実際のソーラー発電システムの設置はこれからなのでハプニングも兼ねてお伝えしていきます(笑)

こちらの公式ブログと僕のDIYのYouTubeで公開していきますのでお楽しみに！

ではでは！

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