DIYグリッド太陽光発電システム

日々、ソーラーパネルの価格は徐々に下がります。 それでも、完全なオフグリッドソーラーシステムの設置には費用がかかります。 それで、私はあなたの太陽系のすべてのコンポーネントを別々に入手して、それをすべて自分で組み立てるようにこのインストラクションを書きます。

私のプロジェクトはすべて//www.opengreenenergy.com/で見つけることができます

あなたの家庭の電力ニーズをカバーするためにソーラーパネルシステムを設置することに決めた場合。 このチュートリアルはあなたのためです。

さまざまなコンポーネントを購入してから、すべてを自分で配線するまで、一歩ずつガイドできるように最善を尽くしました。

システム全体を設計するための基本的な電気および数学を知っている必要があるのはあなただけです。 これの代わりに、充電コントローラーとエネルギーメーターを作成するために、他のInstructablesのリンクを添付しました。

オフグリッドソーラーシステムの場合、4つの基本的なコンポーネントが必要です

1.ソーラーパネル(PVパネル)

2.充電コントローラー

3.インバーター

4.バッテリー

上記のコンポーネントに加えて、銅線、MC4コネクター、ブレーカー、メーター、ヒューズなど、さらにいくつかのものが必要です。

次のいくつかのステップでは、要件に応じて上記のコンポーネントを選択する方法を詳細に説明します。

注:写真では、255W @ 24Vの大きなソーラーパネル、各12V @ 100Ahの2つのバッテリー、30A @ 12 / 24V PWMソーラー充電コントローラー、1600 VAの純粋な正弦波インバーターを示しました。 しかし、計算中、理解を深めるために、より小さな太陽系の例を取り上げました。

ステップ1:負荷を計算する

コンポーネントを選択する前に、負荷、実行時間などを計算する必要があります。基本的な数学を知っている人は、計算が非常に簡単です。

1.実行するアプライアンス(ライト、ファン、テレビなど)と時間(時間)を決定します。

2.電力定格については、アプライアンスの仕様表を参照してください。

3.アプライアンスの電力定格と実行時間(hr)の積に等しいワット時を計算します。

例:

ソーラーパネルから5時間11W CFLを実行したい場合、ワット時は

ワットアワー= 11W x 5時間= 55

4.合計ワットアワーの計算:CFLと同様に、すべてのアプライアンスのワットアワーを計算し、それらを合計します。

例:

CFL = 11W x 5時間= 55

ファン= 50 W x 3時間= 150

TV = 80W x 2hr = 160

------------------------------------------------

合計ワットアワー= 55 + 150 + 160 = 365

システムで失われたエネルギーの30%を考慮します。

したがって、1日あたりの合計ワット時間= 365 x 1.3 = 474.5 Whは、475 Whに丸めることができます

これで負荷計算は終了しました。 次に、負荷要件に合った適切なコンポーネントを選択します。

上記の計算を行うことに興味がない場合は、この計算に負荷計算機を使用してください。 この素敵な負荷計算機を使用できます。

ステップ2:ソーラーパネルの選択

ソーラーパネルは、太陽光を直流(DC)として電気に変換します。 これらは通常、次のように分類されます

単結晶または多結晶。 単結晶は多結晶パネルよりも費用がかかり、効率的です。

ソーラーパネルは一般に、標準テスト条件(STC)で定格:1, 000 W /m²の放射照度、AM 1.5のソーラースペクトル、25°Cでのモジュール温度。

ソーラーパネルの評価:

ソーラーパネルのサイズは、1日の間にバッテリーを完全に充電できるように選択する必要があります。

12時間の日中、日光は均一ではなく、世界中の場所によっても異なります。 したがって、定格電力を生成する4時間の有効な日光を想定できます。

必要なPVパネル容量の合計Wp = 475Wh / 4 = 118.75 W

ある程度のマージンを取ることで、120ワット、12vのソーラーパネルを選択できます。

ここでは、12Vと混同しないでください。 12Vバッテリーの充電に適しているため、12Vを作成しました。 しかし、実際にはソーラーパネルの電圧は約17V以上です。

ステップ3:バッテリーの選択

ソーラーパネルからの出力は直流電力です。 この電力は昼間にのみ生成されます。 したがって、昼間にDC負荷を実行したい場合は、非常に簡単なようです。 しかし、これを行うのは良い決定ではありません

>>ほとんどのアプライアンスは、効率的に動作するために一定の定格電圧を必要とします。 ソーラーパネルの電圧は一定ではなく、太陽光によって変化します。

>>夜間にアプライアンスを実行する場合は不可能です。

上記の問題は、バッテリーを使用して日中に太陽光を保存し、選択に応じて使用することで解決されます。 安定した信頼できる電力の一定のソースを提供します。

さまざまな種類のバッテリーがあります。 車と自転車のバッテリーは、高電流の短いバーストを供給するために設計され、その後再充電され、深放電用には設計されていません。 しかし、太陽電池は、部分放電を可能にし、深いゆっくりとした放電を可能にする深サイクル鉛蓄電池です。 鉛蓄電池は、ソーラーシステムに最適です。

Ni-MHバッテリーとLi-Ionバッテリーは、多くの小電力アプリケーションでも使用されます。

注:コンポーネントを選択してシステム電圧を12/24または48 Vに決定する前に、電圧が高くなると電流が小さくなり、導体の銅損が小さくなります。 これにより、導体のサイズも小さくなります。 ほとんどの小規模な家庭用ソーラーシステムの電圧は12 Vまたは24 Vです。

このプロジェクトでは、12 Vシステムを選択しています。

バッテリーの評価:

バッテリー容量は、アンペアアワーで評価されます。

電力=電圧X電流

ワットアワー=電圧(ボルト)x電流(アンペア)x時間(時間)

バッテリー電圧= 12V(システムが12Vであるため)

バッテリー容量=負荷/電圧= 475/12 = 39.58 Ah

実際にはバッテリーは理想的ではないため、損失を考慮する必要があります。 バッテリーの損失が15%になるようにします。

必要なバッテリー容量は39.58 / 0.85 = 46.56 Ahです

バッテリーの寿命を延ばすため、完全に放電することはできません(100%)。 浸水鉛蓄電池の場合、60%の放電深度(DOD)が良い習慣と考えられています。

したがって、必要な容量= 46.56 /0.6 = 77.61 Ah

77.61 Ah以上の容量を持つディープサイクル鉛蓄電池を選択できます。

80 Ahに丸めることができます

ステップ4:コントローラーの選択

ソーラー充電コントローラーは、ソーラーパネルとバッテリーの間に配置されるデバイスです。 ソーラーパネルから来る電圧と電流を調整します。 バッテリーの適切な充電電圧を維持するために使用されます。 ソーラーパネルからの入力電圧が上昇すると、充電コントローラーはバッテリーへの充電を調整して過充電を防ぎます。

通常、太陽光発電システムは12ボルトのバッテリーを使用しますが、ソーラーパネルはバッテリーの充電に必要な電圧よりもはるかに高い電圧を供給できます。 本質的に、過剰な電圧をアンペアに変換することにより、充電電圧を最適なレベルに維持しながら、バッテリーを完全に充電するのに必要な時間を短縮できます。 これにより、太陽光発電システムは常に最適に動作できます。

太陽光発電システムに適した充電コントローラーの選択に関する最新の記事をご覧ください

充電コントローラーの種類:

1.ON OFF

2. PWM

3. MPPT

3つの充電コントローラーの中で、MPPTは最高の効率を備えていますが、コストがかかります。 そのため、PWMまたはMPPTを使用できます。

MPPT充電コントローラーは、次の条件下で最も効果的です。
1.寒い日、曇りの日、または曇りの日

2.バッテリーが深く放電したとき

ON / OFF充電コントローラーは効率が最も低いため、避けてください。

充電コントローラーの評価:

システムの定格は12Vなので、充電コントローラーも12Vです

定格電流=パネルの出力/電圧= 120 W / 12V = 10 A

20%のマージンを取ることにより、10 x1.2 = 12Aの充電コントローラーを選択できます。 しかし、市場で入手可能な次の定格コントローラーは15Aです。 したがって、12 Vの充電コントローラーと15 Aの電流定格を選択してください。

システムコストを削減する場合は、PWM充電コントローラーを作成できます。 ステップバイステップの説明については、PWM CHARGE CONTROLLERで説明できる説明をご覧ください。

ソーラー充電コントローラーの私の新しいデザインも気に入っていただけるでしょう。

ステップ5:インバーターの選択

太陽光線を受け取り、それらを直流(DC)と呼ばれる電気に変換するソーラーパネル(PV)。 その後、DCはインバータと呼ばれるデバイスを介して交流(AC)に変換されます。 AC電気は、家庭のすべてのコンセントを流れ、家電製品に電力を供給します。

タイプ

1.方形波

2.変更された正弦波

3.純粋な正弦波

方形波インバーターはすべての中で安価ですが、すべての機器に適しているわけではありません。 変更された正弦波出力は、特定の機器、特に冷蔵庫、電子レンジ、ほとんどの種類のモーターなどの容量性および電磁装置を備えた機器には適していません。 通常、修正された正弦波インバータは、純粋な正弦波インバータよりも低い効率で動作します。

したがって、私の意見では、純粋な正弦波インバータを選択します。

グリッド接続でもスタンドアロンでもかまいません。 私たちの場合、それは明らかにスタンドアロンです。

インバータの評価:

定格電力は、瞬時に総負荷(ワット)以上にする必要があります。

この例では、任意の瞬間の最大負荷= Tv(50W)+ Fan(80W)+ CFL(11W)= 141W

マージンをとることにより、200Wのインバーターを選択できます。

システムは12 Vなので、12V DCから230V / 50Hzまたは110V / 60Hz ACの純粋な正弦波インバーターを選択する必要があります。


注意 :

冷蔵庫、ヘアドライヤー、掃除機、洗濯機などの機器は、通常の動作電力の数倍の起動電力を消費する可能性があります(通常、これはそのような機器の電気モーターまたはコンデンサが原因です)。 インバーターの適切なサイズを選択する際には、これを考慮する必要があります。


ステップ6:シリーズと並列接続

バッテリー容量とソーラーパネルの定格を計算した後、それらを配線する必要があります。 多くの場合、計算されたソーラーパネルのサイズまたはバッテリーは、市場で単一ユニットの形で容易に入手できません。 そのため、システム要件に合わせて小さなソーラーパネルまたはバッテリーを追加する必要があります。 必要な電圧および電流定格に一致させるには、直列および並列接続を使用する必要があります。

1.直列接続:

デバイスを直列に配線するには、あるデバイスのプラス端子を次のデバイスのマイナス端子に接続する必要があります。 この場合のデバイスは、ソーラーパネルまたはバッテリーである可能性があります。

直列接続では、各デバイスの個々の電圧は加算されます。

例:

4個の12Vバッテリーを直列に接続すると、組み合わせにより12 + 12 + 12 + 12 = 48ボルトが生成されます。

シリーズの組み合わせでは、電流またはアンペア数は同じです。

したがって、これらのデバイスがバッテリーであり、各バッテリーの定格が12ボルトおよび100 Ahである場合、この直列回路の合計値は48ボルト、100Ahになります。 それらが太陽電池パネルで、各太陽電池パネルの定格が17ボルト(Osc電圧)で、定格がそれぞれ5アンペアの場合、合計回路値は68ボルト、5アンペアになります。

2.並列接続:

並列接続では、最初のデバイスの正極を次のデバイスの正極に接続し、最初のデバイスの負極を次のデバイスの負極に接続する必要があります。

並列接続では、電圧は同じままですが、回路の電流定格はすべてのデバイスの合計です。

例:

12v、100Ahの2つのバッテリーを並列に接続すると、システム電圧は12ボルトのままですが、定格電流は100 + 100 = 200Ahです。 同様に、17Vと5アンペアの2つのソーラーパネルが並列に接続されている場合、システムは17ボルト、10アンペアを生成します。

ステップ7:配線

配線する最初のコンポーネントは、充電コントローラーです。 充電コントローラーの下部には、充電コントローラーに3つのサインがあります。 左から1つ目は、正(+)と負(-)の符号を持つソーラーパネルの接続用です。 プラス(+)記号とマイナス(-)記号が付いた2番目はバッテリー接続用で、最後はDCライトのような直接DC負荷接続用です。

充電コントローラーのマニュアルに従って、常に充電コントローラーをバッテリーに最初に接続します。これにより、充電コントローラーが12Vまたは24Vシステムであるかどうかを調整できるようになります。 バッテリーバンクから充電コントローラーに赤(+)と黒(-)のワイヤーを接続します。

注:まず、バッテリーから充電コントローラーのマイナス端子に黒/マイナス線を接続し、次にプラス線を接続します。

バッテリーを充電コントローラーに接続すると、充電コントローラーインジケーターのLEDが点灯し、バッテリーレベルを示します。

バッテリー充電用のこのインバーター端子を接続した後、バッテリーの対応する正および負の端子に接続します。

次に、ソーラーパネルを充電コントローラーに接続する必要があります。 ソーラーパネルの背面には、プラス(+)とマイナス(-)の記号が付いた2本の接続されたワイヤを備えた小さなジャンクションボックスがあります。 通常、端末ワイヤの長さは短くなります。 ワイヤを充電コントローラに接続するには、MC4コネクタとして一般的に知られている特殊なタイプのコネクタが必要です。 写真をご覧ください。 ソーラーパネルを充電コントローラーに接続した後、太陽光が存在すると緑色のLEDインジケーターが点灯します。

注:太陽電池パネルは、常に太陽から離れた状態で充電コントローラーに接続してください。または、太陽電池パネルから充電コントローラーに突然の高電圧がかかると破損する可能性があります。

安全性 :

DC電流を扱っていることに注意することが重要です。 したがって、正(+)は、太陽パネルから充電コントローラーへの正(+)と負(-)に接続され、負(-)になります。 混同されると、機器が破裂して発火する可能性があります。 したがって、これらのワイヤを接続するときは、非常に注意する必要があります。 プラス(+)とマイナス(-)には赤と黒の2色のワイヤーを使用することをお勧めします。 赤と黒のワイヤがない場合は、赤と黒のタップを端子に巻き付けることができます。

最後にDC負荷またはDCライトを接続します。

追加の保護:

充電コントローラーとインバーターには保護用のヒューズが組み込まれていますが、スイッチとヒューズを次の場所に置いて保護と分離を強化できます。

1.ソーラーパネルと充電コントローラーの間

2.充電コントローラーとバッテリーバンクの間

3.バッテリーとインバーターの間

計測とデータロギング:

ソーラーパネルでどれだけのエネルギーが生産されているのか、家電でどれだけのエネルギーが消費されているのかを知りたい場合は、エネルギーメーターを使用する必要があります。

これに加えて、リモートデータロギングにより、オフグリッドソーラーシステムのさまざまなパラメーターを監視できます

DIYベースのエネルギーメーターについては、メーター機能とデータロギング機能の両方を備えたエネルギーメーターについて説明します。

すべてを配線した後、オフグリッドソーラーシステムを使用する準備が整います。

ステップ8:ソーラーケーブルの選択

2019年7月22日に更新

ソーラーパネルから生成された電流は、最小限の損失でバッテリーに到達するはずです。 各ケーブルには独自のオーム抵抗があります。 この抵抗による電圧降下は、オームの法則に従っています

V = I x R(ここで、Vはケーブル両端の電圧降下、Rは抵抗、Iは電流です)。

ケーブルの抵抗(R)は3つのパラメーターに依存します。

1.ケーブルの長さ:ケーブルが長いほど、抵抗は大きくなります

2.ケーブルの断面積:面積が大きく、抵抗が小さい

3.使用される材料:銅またはアルミニウム。 銅はアルミニウムに比べて抵抗が小さい

このアプリケーションでは、銅ケーブルが望ましいです。

RENOGYオンライン計算機を使用して、ケーブルサイズを計算できます。

以下のパラメーターを入力する必要があります。

1.ソーラーパネルの動作電圧(Vmp)

2.ソーラーパネルの動作電流(Imp)

3.ソーラーパネルからバッテリーまでのケーブル長

4.予想される損失の割合

最初の2つのパラメーター(VmpとImp)は、ソーラーパネルの裏側の仕様シートまたはデータシートから簡単に見つけることができます。 ケーブルの長さはインストールによって異なります。 優れた設計で考慮される損失の割合は、約2〜3%です。

前のステップで、ソーラーパネル、評価を既に確定しています。 太陽電池パネルの仕様シートから、Vmp = 36.7VおよびImp = 6.94A(次の高い数値、つまり37Vおよび7Aに四捨五入)。 ソーラーパネルとバッテリー間の距離を30フィートとし、予想損失は2%とします。 RENOGYのオンライン計算機で上記の値を使用すると、ケーブルサイズは12 AWGです。

計算のスクリーンショットも参照用に添付されています。

あなたはAmazonまたはAliexpressからソーラーケーブルを購入することができます

ソーラーケーブルの選択とMC4コネクタの作成方法に関する説明を読むことができます。

注:ケーブルの電圧グレードは、ソーラーパネルの最大システム電圧と一致する必要があります。

画像著作権バングッド

ステップ9:正しいサイズのパワーインバーターバッテリーケーブルの選択

2019年12月17日に更新

インバーター/バッテリーに適切なサイズのケーブルを使用していることを確認することは非常に重要です。 そうしないと、インバータが全負荷と過熱をサポートしなくなる可能性があり、これは潜在的な火災の危険です。 適切なケーブルサイズを選択するためのガイドとしてこれを使用し、プロの電気技師または技術チームに質問がある場合は、必ずご連絡ください。

1.どんなサイズのインバーターがありますか?

2.バッテリーバンクのDC電圧はどのくらいですか?

3.インバータのワット数をバッテリー電圧で割ります。 これにより、ケーブルの最大電流が得られます。

計算例

電流(アンペア)=電力(ワット)/電圧(ボルト)

24Vバッテリーバンクに接続された1500ワットのインバーターを検討してください。

(1500 W)/(24 Vdc)= 62.5 A

したがって、62.5 Aは、インバーターに適切に電流を供給するためにケーブルがサポートする必要がある最大電流です。 テーブルで次に利用可能なサイズは100Aです。

上記の表をガイドとして使用して、用途に最適なケーブルのサイズを決定してください。

この例では、2 /0 AWGケーブルが適切であることがわかります。

注: 10フィートを超える距離では、配線の抵抗によりケーブルで電圧降下が発生します。 10フィートより長いケーブルを配線する必要がある場合は、電圧損失を補うためにケーブルサイズを大きくすることをお勧めします。 アプリケーションについて不明な点がある場合は、お気軽にお電話ください。適切なケーブルを見つけるお手伝いをいたします。

ステップ10:ソーラーパネルの取り付け

太陽系を設計した後。 前の手順に従って、適切な評価ですべてのコンポーネントを購入します。

さあ、ソーラーパネルを取り付ける時です。 まず、屋上で日光が遮られない適切な場所を選択します。

取り付けスタンドの準備:自分で取り付けることもできますし、任意の店舗で購入することをお勧めします。 私の場合、ソーラーパネル会社から図面を取り、近くの溶接工場で作成しました。 スタンドの傾斜は、お住まいの地域の緯度にほぼ等しくなります。

10ワットのソーラーパネル用に小さな木製の取り付けスタンドを作りました。 誰でも簡単にできるように写真を添付し​​ました。

傾斜:ソーラーパネルを最大限に活用するには、太陽光を最大限に取り込む方向にソーラーパネルを向ける必要があります。 次の式のいずれかを使用して、パネルを傾ける水平からの最適な角度を見つけます。

>>緯度が25°未満の場合、緯度に0.87を掛けます。

>>緯度が25°〜50°の場合、緯度0.76に3.1度を加えた値を使用します。

傾斜の詳細については、ここをクリックしてください

まず、顔が南を向くようにスタンドを置きます。屋根の上の脚の位置をマークします。

南方向を取得するには、このAndroidアプリのコンパスを使用してください

次に、鋭利なものを使用して、スタンドの各脚に粗い表面を作ります。 私は各足の屋根の上に約1平方フィートの大きさの粗い表面を作りました。 これは、屋根とコンクリートを完全に接着するのに役立ちます。

コンクリートミックスの準備:セメントと石を1:3の比率で取り、水を加えて濃厚なミックスを作ります。 スタンドの各脚にコンクリートミックスを注ぎます。 強度を最大にするために、ヒープ形状のコンクリートミックスを作成しました。

パネルをスタンドに取り付けます: 裏面には、ソーラーパネルの取り付け用の穴が組み込まれています。 ソーラーパネルの穴をスタンド/プラットフォームの穴に合わせて、ネジ止めします。

ソーラーパネルの配線:ソーラーパネルの裏側には、極性を示すプラスとマイナスの記号が付いた小さなジャンクションボックスがあります。 大型のソーラーパネルでは、このジャンクションボックスにはMC4コネクタ付きの端子ワイヤがありますが、小型のパネルでは、ジャンクションボックスを外部ワイヤで接続する必要があります。 正および負の端子接続には、常に赤と黒のワイヤを使用してください。 アース線が用意されている場合は、緑色の線を使用して配線します。

ステップ11:インバーターとバッテリースタンド

大工さんの助けを借りて、上記のインバーターとバッテリースタンドを作りました。 私はこの教訓から得たデザインのアイデア。 このデザインは私にとって本当に役立ちます。

背面には、外部からの新鮮な空気を吸い込むために、インバーターファンのすぐ後ろに大きな円形の穴を開けました。 後で、プラスチックワイヤメッシュを使用して穴を覆いました。 また、ソーラーパネル、充電コントローラー、インバーターからバッテリーへの配線、およびアプライアンスへのAC出力を挿入するための小さな穴もほとんどありません。 両側のパネルには、十分な換気のために3つの水平穴があります。 インバーターのさまざまなLED表示を見るために、前面にガラス窓があります。

インバータースタンドの傾斜面に、充電コントローラーを取り付けました。 将来的には、自分で作ったエネルギーメーターも設置します。

ステップ12:太陽光発電設計ワークシート

再生可能エネルギーイノベーションページから、太陽光発電の設計に関するきちんと文書化されたワークシートを見つけました。

これは、スタンドアロンの太陽光発電システム用のシンプルな設計ワークシートです。 設計プロセスを説明し、システム構築の実用性の一部を説明します。

私はそれが役に立つことを願っています。 完全なクレジットは、Re-Innovationの著者に与えられます

添付ファイル

  • solardesign_SolarPV_Worksheet_Merged_30_8_2012.pdfダウンロード

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