太陽電池活用エレクトロニクスセミナー 奈良県産学官共同研究拠点様
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奈良県産学官共同研究拠点 第3回技術サロン
「太陽電池活用エレクトロニクスセミナー」
「太陽電池の使い方~ Better than nothing」2011年7月4日(木)
自然エネルギーの実力値?? 原子力の巨大な力
柏崎刈羽原子力発電所
総面積 :420万平方メートル
最大出力:821.2万キロワット
太陽光発電所「サーニア」 ( カナダ)
総面積 :384万平方メートル
最大出力:8万キロワット ⇒ 1/100?
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横浜三菱風力発電所 翼直径 92m 最大出力 2400 KW ⇒ 3400機?
福島から見えたこと ⇒ エネルギ―政策の転換??
低コスト、クリーン伝説の崩壊
廃棄物処理、危機管理を無視したコスト思想
CO2 さえ出さなければクリーン? 敦賀で起こっていること~修復中のもんじゅ
原発依存40%の関西における電力供給
高速増殖炉で福島と同じことが起こったら? すでに起こっている? エネルギー政策の転換 だから化石燃料?じゃない
5月10日 菅首相:
東京電力福島第一原発の事故を受けた今後のエネルギー政策について、「従来の計画を白紙に戻して議論する」と述べ、原発への依存を減らす方針を表明した。
2030年の総発電量のうち50%を原子力と想定したエネルギー基本計画を見直し、太陽光、風力発電などの再生可能エネルギーと省エネ社会実現を2本柱とする意向も示した。
平成22年度再生可能エネルギー導入ポテンシャル調査の結果について ( 環境省)
http://www.env.go. jp/pre s s/pre s s .php? s er ia l=13696
自然エネルギーでどれだけ発電できるか! ⇒ 脱原発のシナリオ?
+スマートグリッドによる発電の多様化
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5月19日 大阪府立公衆衛生研究所
東京電力福島第一原子力発電所の事故によるものとみられる放射性物質が大阪市内でも検出された。
自然エネルギー ⇒ 太陽電池が一番簡単?
なにで始めます 太陽光発電 家庭用300万円の3KW系統連係? 独立型太陽光発電 風力発電 風の吹くところ? スケールメリット 水力発電 川があればできるけど・・・ 地熱発電 日本で最も無駄にされているエネルギー源 でも 利用するには・・・
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これもあり太陽熱:ソーラークッカー ( 工房あまね)
SHARP HP
→ 可動部分が無いのでメンテが簡単
太陽電池のしくみ
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太陽電池の種類
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その他 色素増感太陽電池
エネルギーペイバックタイム
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集光型太陽電池 -例:大同特殊鋼
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http://www.daido.co.jp/
フレネルレンズで太陽光を 550倍に集光し、高性能の発電素子(セル)に照射します。
もっともかんたんな太陽電池の使い方
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光が当たらないとモータは止まります = 発電しません
太陽電池から電力を蓄える
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独立型貯めて使う
太陽光発電システム 独立型と系統連係 ⇒必要な時に使うための工夫
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足りないと使えません
夜間・曇天時は蓄電池の電力で・・・・ 夜間・曇天時は買えばいい・・・・
AC電源負荷の場合
チャージコントローラ
太陽電池の容量設定必要な太陽電池容量 P so lar を決めるには 消費電力 P = 何ワットの消費電力のものを使いますか? 使用時間 T = 一日当たり何時間使いますか? 設置場所 K = どこに、どのように施工しますか? ⇒ 基本は南向き45~60度傾斜施工
簡易計算式 Psolar= P×T×K/24
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蓄電池の容量設定 蓄電池の種類
鉛シール = メンテもいらないし、制御簡単なので太陽電池で
元電力が不安定 ⇒ リチウムイオン 、ニッケル水素 など、精密な充電制御が必要なものはやや不向き
寿命は大丈夫? 100%放電させると200回 曇天時の電力を蓄える。
必要な蓄電池の容量計算
無日照= 10 日と考える。 ⇒ 必要な蓄電池容量は Pbat[Wh}
Pbat = P×T×10 日
12 V バッテリの場合 必要な蓄電池容量 I bat[AH] = Pbat /12
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充放電コントローラの必要性
蓄電池は過充電でも過放電でも劣化する。
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充放電コントローラ
過充電時に、太陽電池からの電流をカット
過放電時に、負荷への電流をカット
PICマイコンとFETでつくる、簡単充放電コントローラ
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昼夜判別信号
太陽電池のON/OFF
負荷のON/OFF蓄電池電圧の読み取り
太陽電池での運用見積の実際1.消費電力の設定
小型液晶テレビ 5V-400mA = 2W
使用時間 4時間/日
使用場所 = 奈良 ( 大阪)
2.太陽電池の選定
2W × 4時間 × 13/24= 4.3W
よって、市販の6W太陽電池を選定
3.蓄電池の選定
2W × 4時間 × 10日=80W h
12V の場合、
80Wh/12V = 6.7Ah
よって、市販の 12V-7.2Ah を選定
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電気二重層コンデンサ(EDLC)を使った太陽電池式警告灯
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充 電
単一電池より大きいが、容量は単三電池程度
2000F EDLC
太陽電池の利用効率を上げる MPP T
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独立型太陽電池の特性(電菱:KD0 6)
項目 内容型式 KD06
公称最大動作電力 5.8W
公称最大動作電圧 17.7V
公称最大動作電流 0.33A
開放電圧 21.0V
短絡電流 0.36A
寸法 240×240×17(mm)
重量 1.1kg
太陽電池の利用効率を上げる MPP T
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太陽電池の動作点 ⇒ 最も出力の出る電圧は?
太陽電池の利用効率を上げる MPP T
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EDLC EDLC
直接 EDLC を接続すると動作点電圧は、現在の EDLC の電圧まで低下する。
運用時の EDLC 電圧 1~2.3 V
高効率で環境にやさしい ⇒ EDLC+MPP T
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MPPT充電システム構成
降圧 DC-DCコンバータ
マイコン
PWM制御
電圧計測
電力計測
同時に過電圧保護
電圧のみでも可能
太陽電池の利用効率を上げる MPP T
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充電運用例
KD06 2000F 快晴
52分
202分
3300Fが適正?
電気2重層コンデンサから電力を取り出す ⇒ 実施例:センサーライト
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EDLCの出力を昇圧し、LEDを定電流制御
マイコン
昇圧 DC-DCコンバータ
PWM制御
A/Dコンバータへ
パワー LED
電流計測
パワーLEDの駆動回路例
連続出力計測
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200m Aドライブでの運用例
EDLCの電圧Vce= 1.2V約1時間点灯
実験で製作したドライバの効率
LED電圧= 3.1V
EDLCの電圧Vcs= 2.2V
EDLCより取出した電力の理論値 ][3600/)(
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1 22 WhVceVcsCEc −=
Ec=940mWh
C=2000F
EDLCより取出した電力の実測値P= 3.1V×200mA×1h =620m Wh
システム効率=66%
点灯時間の改善
☆ドライバの効率の向上☆駆動可能電圧の低下
目標: 1.5時間
電気2重層コンデンサ・センサーライト
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ヒトセンサによる運用例点灯時間が短い ヒトセンサによる運用
ヒトセンサ( Napion) 照度センサ
1Wパワー LED(アルミ基板マウント) LED制御回路
太陽電池で運用する負荷は1.高効率であること2.必要な時しか電力を使わないこと3.待機電力を抑えること が、基本です!!
参考文献
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参考文献 CQ出版 太陽電池活用の基礎と応用 CQ出版 高輝度/パワーLEDの活用テクニック CQ出版 2005 年 9 月号 太陽電池応用製作への誘い CQ出版 2004 年 6 月号 電気 2 重層コンデンサの特徴 電気 2 重層コンデンサの基本特性
ウェブ 大同特殊鋼 ht tp://www.da ido .co . jp
NEDO ht tp://www.nedo .go. jp
産業総研 太陽光発電工学研究センタ ht tp://uni t .a i s t .go . jp
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