こんにちはゲストさん。会員登録(無料)して質問・回答してみよう!

解決済みの質問

ソーラーパネル 発電効率がいいのはどっち?

こんにちは!
太陽電池と格闘して早数ヶ月経ちます。
その間いろいろ実験などを繰り返していたのですが、ここに来てまた分からないことがありましたので質問させてください。

私はLEDライトを太陽電池で光らせようと思っています。
半田付けなどをして一応完成したものを窓辺に置きましたところ、ライトは光ることは光るのですが少し太陽がかげっただけである部分は消え、ある部分はまだ光っています。といいますのも、LEDの数が多く(180個)10個たばにしたものを18本用意し、その一つ一つの束に一枚の太陽電池を接続しているのです。(LED:2.1v 20mA 並列、太陽電池:3v 200mA)
太陽電池に個体差があることは承知していましたがあまりにもその差が激しくて美しくないのです。明るく光っているときにはあまり差を感じなかったのですが日が傾く頃になると個性が出てきてまだらになってしまいます。

そこで、例えば18v 250mAのソーラーパネルがあったとして(実際に売っていました)、3枚用意しそれぞれのパネルに6つの束を直列に接続すればまだらになるのは少し緩和されると考えました。
しかし、パネルの電圧が高くなればなるほど逆に午後の弱くなった光の下ではライト自体光らないのではないかと思うのです。

ネットで太陽電池について調べましたところ、出力はソーラーパネルの表面積に大きく依存すると書かれていました(同じシリコン単結晶のパネルという条件なので、変換効率は同じとして)。
3vの方は確かに小さく、6枚あわせても18vの表面積より小さいです。
しかし表面積が大きくなると逆に一部だけ何かの影響で陰になったとき急激に電力が低下してしまう様な気もします。

私の希望としましては、多少弱い太陽光のもとでも頑張って出力してくれる方を選択したいです。

長くなってしまったので質問をまとめます:
電圧の高いパネルは低いものに比べ発電しづらいでしょうか
電圧の高い方は一部が陰になったとき急激に出力が減るのでしょうか
(おまけ)あまりにもパネルに個体差がありすぎるというのは半田付けが原因など電池以外の要素もあるのでしょうか(しかも一つだけやたら激しく光るものがあります。何かがうまく行きすぎなのでしょうか...)

ご教授どうぞよろしくお願いいたします!

投稿日時 - 2010-02-26 02:24:00

QNo.5706852

困ってます

質問者が選んだベストアンサー

LEDは並列で使う物ではありません
仕様書に書いてありますが同じ電流でのVfは例えば白色LEDで3,2~3,4Vとかバラツキます
どうしてもそうしたいのであれば1個毎に抵抗を入れてバランスを取ります
電圧が低い場合はこうするしかありません でもロスになりますので非効率です

電圧を高くしLEDを直列にした上に抵抗を1個追加するのがベターです
必要ならこれらを並列にして光量を増やします
抵抗の代わりにCRDを使う手もありますが電流が飛び飛びですし高価です
他に定電流回路に置き換える手もあります 尚高価です

電圧を高く取るのがよろしいです バラツキはありますが多少低くても発光します
当方蛍光灯を自作LED電灯に代えました
この場合は整流してDC140Vになり 白色LED(Vf=3,3V)直列に40個使い 抵抗に約8V食わせております
直列ですからLEDにはバラツキ無しで同じ電流が流れます
輝度にはバラツキはありますけれど殆ど見分けが付きません

自作で注意があります LEDは逆電圧が低く弱いのです コテの漏れ電流で劣化します
漏れ電流が保証されたコテでない限りコテの金属部をアースに落として作業をして下さい
市販の安いコテを使ってLED100個以上が劣化しました 2,3ヶ月位経つと輝度が落ちていきます。

投稿日時 - 2010-03-03 13:18:20

お礼

ご回答ありがとうございます!

LEDは並列で使うべきではなかったのですね!
そして!なんと!!
半田ごての安いやつはLEDを劣化させてしまうとは!
全く知りませんでした。既に溶接してしまった百数十個は今後どうなってしまうのでしょうか...。
無知って恐ろしいですね...。

皆さんの意見をふまえまして、やはり電圧の高い太陽電池に買い替える事にしました。
今度こそは...という思いです。

ありがとうございました!

投稿日時 - 2010-03-06 10:26:51

このQ&Aは役に立ちましたか?

7人が「このQ&Aが役に立った」と投票しています

回答(3)

ANo.2

ANo.1さんの回答と重複するところもありますが・・・
前の質問(http://okwave.jp/qa/q5543632.html)を見ても、ccc-artさんがソーラーパネルの特性をちゃんと理解されているかどうか分からないのですが、ccc-artさんの質問は以下の3つになると思います。
 (1) 電圧の高いパネルは低いものに比べ発電しづらい?
 (2) ソーラーパネルの1部が陰になったときにどうなるか
 (3) 明るさのバラツキを抑えるにはどうすればいいか

 (1) 電圧の高いパネルは低いものに比べ発電しづらい?
ソーラーパネルはバッテリーと違って、出力電流によって出力電圧がかなり変化します。3V・200mAのソーラーパネルでは、2.5V・150mAくらいの条件で動作させるのが最も効率が良いと思います(これは晴天時で、光が弱いときの最適点は変わります)。普通のソーラーパネルは基本セル(開放電圧0.5V程度)を直列に接続した構造になっています(3V出力のパネルも)ので、電圧の高いパネルは、直列抵抗が大きくなるので大きな電流は取り出せません。ご質問の答えですが、そのパネルで最も効率が良くなる条件で動作させるようにすれば、パネルの電圧の大小は発電効率とは基本的に関係ありません(最適動作点はパネルの電圧-電流特性に依ります)。

なお、ソーラーパネルの面積というのは、基本セルの面積の総和ですが、1個の基本セルの面積で短絡電流が決まり、基本セルの直列数で開放電圧が決まります。短絡電流は光強度に比例します。出力電流(短絡電流)が同じで出力電圧(開放電圧)の異なるパネルでは、基本セルの面積は同じです。

 (2) ソーラーパネルの1部が陰になったときにどうなるか
前の質問でachrocktさんが紹介されたページの「回路部品としての動作」のところに基本セルの等価回路が出ていますが、ソーラーパネルはこれを複数、直列に接続した構造になっています。そのため、基本セルの1つに光が当たらなくなると、そのセルに電流が流れなくなります。そのとき、Ip と書かれた電流源がなくなった状態になり、基本セルはダイオード(▼)と並列抵抗 Rp と 直列抵抗 Rs だけになります。他のセルが発電しているときは、光の当たっていなそのセルが逆バイアス状態になりますが、普通、Rp は大きい抵抗値なので、光の当たっていなセルにはわずかな電流しか流れません。他のセルがいくら発電していても、電流経路がそのセルのところで切断されたように状態になるので、出力電圧が急激に下がります。しかし、全ての基本セルに電流バイパス用のダイオードをつなげれば(等価回路のダイオードと逆向きに)、ダイオードの順方向電圧分の電圧ロスはありますが、パネル全体の出力電流が急激に落ちるのを防ぐことは可能です。しかし、普通のパネルは内部が封止されていて電流バイパス用のダイオードを接続することはできません(封止を破ればできなくはないですが、信頼性が著しく悪化するのでやらないほうがいいです)。単位セルから成るパネル(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-00166/)というのもあるので、これを使えば電流バイパス用のダイオードをつなぐことができます(3Vの出力を出すには6個直列にする必要がありますが)。

 (3) 明るさのバラツキを抑えるにはどうすればいいか
ccc-artさんのようにパネルの出力でそのままLEDを点灯させる方法では、ソーラーパネルやLEDのバラツキの影響が出やすいと思います。明るさのバラツキを抑えるには、ここ(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-03451/)にあるような、DC-DCコンバータを使い、5Vの安定化された電圧を作って、それでLEDを駆動するようにすればいいのではないでしょうか(ただし、5VをそのままLEDに接続するとLEDが壊れるので、定電流ダイオードや抵抗で電流を制限する必要があります)。このDC-DCコンバータは、入力電圧(ソーラーパネルの出力電圧)が 2V にまで低下しても(直接駆動では2VではLEDがかなり暗くなる)、DC-DCコンバータの出力電圧は4.7V出ていますのでLEDの明るさ低下は少ないと思います。

ソーラーパネルで発電した電力をより効率的に利用するには、上のDC-DCコンバータの出力に蓄電池を接続して、電気を貯める方法がいいです(この蓄電池の出力でLEDを発光させる)。こうすれば、パネルの1部が陰になっても、短時間ならLEDは暗くなりませんし、日没後もしばらく光らせることができます。蓄電池を使う場合は、暗くなったときに、蓄電池からDC-DCコンバータに電流が逆流しないように、DC-DCコンバータの出力(+)と蓄電池間(+)にダイオードを入れてください。

投稿日時 - 2010-02-27 14:44:50

お礼

詳しくご丁寧なご回答ありがとうございます!
2.5V 140mAまでおとして考えなければならなかったのですね。
なるほど、だから7つ接続したものを、という回答をKEN 2さん、初めにご回答くださった方、がしたのですね。

パネルの一部が影になったとき...やはり一つの大きなパネル、自ら直列などの半田付けしてないもの、でも出力が低下するのですね...。
私の中の幻想では単体だけで構成されているソーラーパネルはがんばって互いを補い合ってくれていると思っていたのですが、上手くは行かないですね...。

バイパスダイオードについては以前も質問したので、何となく分かります!
でもそう考えると、抵抗をつけ、バイパスダイオードをつけ、定電流ダイオードをつけ、DC-DCコンバータなるものをつけ、もうなんか最初の私の想像していたものよりすごい進化を遂げたものが出来そうです!

今度こそ本当に上手く行く気がしてきました!

ありがとうございました!

投稿日時 - 2010-03-01 08:24:07

ANo.1

質問事項の直接の回答は微妙な問題があるので、代替の解決方法と現在発生している原因の説明をいたします。
>電圧の高いパネルは低いものに比べ発電しづらいでしょうか
>電圧の高い方は一部が陰になったとき急激に出力が減るのでしょうか
 関係しないと考えてください。太陽光の照射と受光量に比例関係です。

>(おまけ)あまりにもパネルに個体差がありすぎるというのは半田付けが原因など電池以外の要素もあるのでしょうか(しかも一つだけやたら激しく光るものがあります。何かがうまく行きすぎなのでしょうか...)
 LEDの接続方法に問題があります。半田付けは確実に接続してあれば問題ありません。

>LEDの数が多く(180個)10個たばにしたものを18本用意し、その一つ一つの束に一枚の太陽電池を接続しているのです。(LED:2.1v 20mA 並列、太陽電池:3v 200mA)
 LED10個を並列に太陽電池に接続しているので、LEDの個体差で輝度のバラつきが発生しているのです。
簡単に説明すると、<(LED:2.1v 20mA 並列、太陽電池:3v 200mA)>は、
LED:2.1Vの電圧はバラつきますし、太陽電池:3v 200mAは定格受光量で電圧が変化します。
つまり、受光量が少なくなり2.1V程度の場合、LEDのVF;2.1Vのバラつきで輝度が変化するのです。
VF;2.0VのLEDは明るく光り、VF;2.2VのLEDは暗くなるのです。電流制限抵抗を付けないでLEDの並列接続では必ず発生する現象です。

解決方法は、
CRD+LEDx7個の回路を7束接続し、これに18Vの太陽電池を接続する。同じ回路を必要数製作する。

下記を参照ください。
定電流ダイオード(CRD)
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02876/
下記のサイトが考え方の参考に成ります。
http://www.audio-q.com/kousaku.htm
 

投稿日時 - 2010-02-27 14:06:56

お礼

詳しくご丁寧な回答ありがとうございます!
LEDにも個体差がある事に気がつきませんでした!
あと、定電流ダイオードなるものが必要なのですね。
今日早速買いに行きたいと思います!

LEDの接続方法、何か間違っていたのでしょうか...。
極性は間違っていないと思うのですが...どこかでショートしているのですかね...謎です。もう一度点検しなければ...。

どうもありがとうございました!

投稿日時 - 2010-03-01 07:46:08

あなたにオススメの質問