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計測自動制御学会東北支部第 28
1回研究集会 (2013.
6.
21)
資料番号 281・5

非常用可搬型太陽光給電システムの発電特性の測定
ChargeC
haracteristicso
faMobileSolarPowerSupplyS
yste
mforEmergencyUse0高橋智之*畑東明*花田一磨*川文憲**
Tomoyuk
iTakahashi，*MotoakiH
ata叱Kazu
ma.Hanada，*K
enKawamata***八戸工業大学**東北学院大学*
HachinoheInstituteofTechnology，**TohokuGakuinUniv
ersityキーワード:太陽光発電 (SolarPowerGener
ation)，非常用(EmergencyUse)

連絡先:干 031・8501 青森県八戸市大字妙字大関 88・l八戸工業大学工学部電気電子システム学科
花田研究室
高橋智之， Te.
l:(0178)
2
5・8
136，F以 .:(0178)
2
5・1
430，E‑
mail:gl02023@hi‑tech.
ac.
jp

1.はじめに
平成 23年 3月 11日に発生した東日本大震
災により、筆者らが住む青森県八戸市は地震直後から市内全域で停電した。八戸市の停電は12日夜から順次復旧することになるが、青森県・八戸市の被害は被災 3県よりも小さいとはいえ、不安かつ不便な l日を過ごすこととなった。これに加え、その後の電力不足と燃料不足を受け、太陽光で発電し、最低限の電力を供給する非常用可搬型太陽光給電システムの試作がされている 1)。本研究ではこのシステムを用いて動作させることを想定している電気機器について、その発電特性を測定した。なお、本研究は平成 2
3年 度 文部科学省「大学等における地域復興のためのセンター的機能整備事業』の一つである八戸工業大学の『創造的復興のための技術開発・支援と地域連携教育の推進 Jの取組みのーっとして実施している。

器)、蓄電池の電力を交流に変換するインバータから構成される独立型太陽光発電シス
テムとなっている。また、このシステムを住宅や避難所などに簡単に持ち運んで設置できるよう、写真 lのように 4輪車に装置一式を搭載させている。これら各装置の仕様を表1rこ示す。

写真 l 非常用可搬型太陽光給電システム

2. システムの仕様
本システムは電力を発生させる太陽電池
パネル、電力をためる鉛蓄電池、蓄電池に充電するためのチャージコントローラー(充電「ー一管制執

2V
電圧: 1
電流容量:40Ah

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叫初

鉛蓄電池

7.
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表 l 本システムの仕様
一最大出力動作電圧: 15.
81V
太陽電池
最大出力動作電流:4.
43A
パネル
出力:70W;;010

電圧:12V
チャーグコントローラー
最大充電電流: 15A
インバータo&/1:
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図 2 発電電力の推移(春季)

電圧:12V
定格出力:280W

3.発電特性の測定
本システムを野外に設置し、太陽電池によりバッテリーに電力を充電させたときの太陽電池の発電電力量およびバッテリーへの充電電力量を測定した。このときの各装置の構成と測定箇所を図 1に示す。

シャント低抗30ASOmV

図 l 各装置の構成と測定箇所
ここで、図 lの VIは太陽電池の発電電流が 30A50mVのシャント抵抗を流れる際に生じる電圧である。これを基に発電電流 ilをvl[mV]3= ー 」 ーx0
[A]
50
[mV]
として求める。また、 V2、V3はそれぞれチャージコントローラーから鈴蓄電池に流れる充電電流、鉛蓄電池からインバータに流れる負荷電流がシャント抵抗を流れる際に生じる電圧、 V4は太陽電池の発電電圧、 Vsは鉛蓄電池の電圧である o これらの電圧を横河電機のポータブルペーパレスレコーダ MVI000を使用し測定し、電圧と電流を乗じて発電電力と充電電力を求めた。春季の 5日間の発電

表 2 1日の発電電力量及び充電電力量の例(春季)
発電電力量 充電電力量
天気

1日目
2日目
3日目
4日目
5日目

[Wh]
27716770236112[Wh]241125曇

56雨

219曇のち暗87曇

青日

電力の推移を図 2に、同日の発電電力量と充電電力量をまとめたものを表 2に示す。
図 2および表 2を見ると、通常の独立型太陽光発電システムと同様に電力が得られており、曇天時、雨天時には発電電力量が大きく減ることが確認できる。
この発電電力および充電電力の実績値を元に、八戸工業大学電気電子システム専門棟屋上で観測している日射計のデータから2012年の月別発電電力量及び充電電力量を推計したところ、表 3の結果を得た。
表3 2012年各月の充電電力量の推計値
年月
充電電力量 [Wh/月]

2012112012/22012/
32012/42012/52012/62012/72012/82012/920121102012/112012/1217372191274139944237414442994219339927121470]
4]
6

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また、各自の充電電力量の最小値、最大値の推計値を見ると、表 4のようになり、ほとんど日射が得られない日はチャージコントローラーの消費電力(約 0.
6[W])で逆に放電してしまう場合もある。

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表 4 日最大、最小充電電力量の推計値.日最大充電電力量 [Wh] 243I
日最小充電電力量 [Wh]I‑11

表 5 使用を想定している電気機器の消費電力と使用時間帯
消費電力
機器名称h]
使用時間帯 [LED電球

電気毛布
直流扇風機

[W]
11.2
11.7
16.
8 (強)

出るが?でなも 7

1.3 (弱)工
初F プ(4本) 2.
2[Wh]7.
0[Wh]スマートフォ
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17時 ‑8時(冬季)9時 ‑21時(夏季)22時 ‑8時(夏季)
8時
、 17時
8時
、 17時

ここで、表 2の l日目、 2日目、 3日目における本システムの充電電力をそれぞれ天気が晴、曇、雨の日の充電電力の代表と仮定し、鉛蓄電池が満充電の状態から表 5のように電気機器を使用したと考えると、夏季および冬季の 1 日の鉛蓄電池残量と太陽電池による充電電力および各電気機器の消費電力の推移は図 3のようになる。なお、このとき電気機器の消費電力はインバータ効率を80[%]として1.25倍している。

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4. システムの充放電イメージ
本システムでの使用を想定する電気機器の消費電力および使用時間帯を表 5に示す。

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1005. おわりにa

本研究では非常用可搬型太陽光給電シス
テムの発電電力および充電電力を測定し、本システムで動作させることを想定している電気機器に対しどの程度電力供給が可能であるかの評価を行った。この結果、晴天であれば本システムによって最低限の負荷に対する 24時間の電力供給が可能であることが示唆された。しかしながら、曇天・雨天時には使用途中で鈴蓄電池の残量が無くなる可能性があることがわかった。
今後は本システムの発電・充電電力の測定を継続的に行うとともに、最適な太陽電池出力・蓄電池容量を見出すなどの改善を行っていく。

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ブη( 冬季・雨図 3 鉛蓄電池残量、充電電力、各電気機器の消費電力の推移(a)を見ると、夜間の照明負荷等で鈴蓄
図3
電池の残量は低下していくが、日中の充電により残量が補充されることがわかる。しかし、夕方になり充電がされなくなると残量は低下し、 24 時間後には残量が半分以下になる(b)を見ると、推移とことが確認できる。図 3(a)と同じであるが、夜間の消費電しては図 3
力が夏季に比べ大きいため、日中に満充電になることがなく、 24 時間後には鉛蓄電池残量が 5分の l程度にまで低下することがわか(c)からのを見ると、天気が曇、雨のる。図 3
場合には途中で鉛蓄電池残量が無くなってしまい、 24 時間の電力供給が難しいことがわかる。

参考文献1) 原田一輝:災害時対応用の可搬型独立電源システムの試作，平成 24年度八戸工業大学工学部電子知能システム学科卒業研
138，p.
24， (2012)
究論文要旨集， vo.