ソーラーでバッテリーを充電: コンポーネント、手順、サイジングガイド

離れた船室で 12V のバッテリーが切れて 11.8 ボルトになっても、問題ではありません。これは数学の方程式です。 100 ワットのソーラー パネルは、完全に太陽の下で約 5.5 アンペアを供給します。 50Ah AGM バッテリーが 50% からフル充電になるには、約 6 時間の晴天が必要です。コンポーネント、配線順序、コントローラーのロジックを理解すると、その方程式が実行可能になります。このガイドでは、車のスターター バッテリー、RV ハウス バンク、オフグリッド ストレージ用の LiFePO₄ パックなど、あらゆるバッテリーをソーラーで安全に充電するための計算方法、電圧しきい値、および段階的なシーケンスをまさに説明します。

ステップバイステップ: ソーラーパネルをバッテリーに接続する方法

接続順序は重要です。バッテリーがコントローラーを損傷する前にパネルを接続してください。ユニットに電源が投入され、システム電圧が検出されるように、必ず最初にバッテリーをコントローラーに接続してください。次にソーラーパネルを接続します。

1. 年間を通じて最大の出力を得るには、ソーラー パネルを直射日光の当たる場所に設置し、緯度とほぼ同じ角度で太陽に向かって傾けます。
2. バッテリーをチャージコントローラーのバッテリー端子に接続します（プラス（ ）とプラス、マイナス（−）とマイナス）。コントローラーが点灯するか、電圧測定値が表示されます。
3. ユーザーが選択可能なプロファイルがある場合は、コントローラーにバッテリーのタイプ (AGM、浸水、ゲル、リチウム) を設定します。多くの単純な PWM ユニットは鉛酸用に事前設定されています。
4. ソーラーパネルをコントローラーのソーラー入力端子に接続します。火花を避けたい場合は、パネルをタオルで覆うか、夜間に作業してください。ただし、通常はコントローラーが接続を安全に処理します。
5. コントローラーが充電を開始していることをすぐに確認します。充電インジケーター ライトまたはディスプレイ上の正味電流の上昇を確認します。
6. ヒューズ (または DC ブレーカー) を、コントローラーとバッテリーの間のプラスのラインに、できるだけバッテリーの近くに取り付けます。これにより、下流側の短絡が防止されます。

100W パネルを備えた 12V システムの場合、初期充電電流は約 5 ～ 6 アンペアであると予想されます。コントローラーはバッテリーが吸収電圧 (鉛酸の場合は 14.4 ～ 14.8V、LiFePO₄ の場合は 14.2 ～ 14.6V) に近づくと電流を減少させます。 5W を超えるパネルでコントローラーをバイパスしないでください。一部のフォーラムが示唆しているように、50W パネルを 6V の車のバッテリーに直接接続することは、過電圧と永久的な損傷の危険性がある最後の手段です。

PWM と MPPT チャージ コントローラー: どちらが必要ですか?

コントローラーの選択は、実際にバッテリーに到達するパネルのワッ​​ト数に直接影響します。 PWM コントローラーはパネルをバッテリーに直接接続し、パネル電圧をバッテリー電圧まで引き下げます。 MPPT コントローラーは、パネルを最大電力点で動作させ、過剰な電圧を追加の電流に変換します。

36 セル パネル (Vmp ~18V) を備えた 12V システムでは、パネルが 18V ではなく 12 ～ 14V で動作するため、PWM は電力の約 25% を無駄にします。 MPPT はその差を回復します。パネルのワッ​​ト数が増加すると、効率の差が広がります。バッテリー電圧が高い場合 (24V または 48V)、PWM では電圧を上げたり下げたりできないため、MPPT はほぼ必須になります。パネル電圧はバッテリー電圧と一致する必要があります。

車のバッテリーを維持する小型のトリクル充電器の場合、10A PWM で十分です。 RV またはキャビン用の 400W システムを構築している場合、MPPT の追加 100 ドルは、収穫時に、特に曇りの日にはすぐに戻ってきます。

さまざまな種類のバッテリーの充電: 鉛蓄電池とリチウム (LiFePO₄)

鉛蓄電池は、バルク (定電流)、吸収 (定電圧、通常 14.4 ～ 14.8 V)、およびフロート (13.6 ～ 13.8 V) の 3 段階の充電プロファイルを使用します。リチウム電池は、フロート段階のない、よりシンプルな 2 段階の定電流/定電圧 (CC/CV) プロファイルを使用しており、満充電になると充電が停止します。間違ったプロファイルを設定すると、バッテリーに永久的な損傷を与える可能性があります。

まともなマルチメータで測定するための主要な電圧しきい値: 12V 鉛蓄電池は、静止状態では 12.6 ～ 12.8V で満充電となり、12.2V で充電する必要があり、11.8V 未満では危険な深放電になります。 LiFePO₄ の公称フル充電は 13.3 ～ 13.4V、吸収電圧は 14.2 ～ 14.6V、低電圧カットオフは約 10.0 ～ 10.5V (BMS によって異なります) です。

• 温度補償: 鉛酸充電器には温度検知が必要です。これがないと、寒い天候では充電電圧が 0.3V 低下する可能性があります。リチウムは通常、補償を必要としません。BMS が処理します。
• 充電効率: 鉛酸のクーロン効率は約 85% です。リチウムは約 99% を達成します。つまり、100Wの太陽光発電では85Whが鉛酸に消費されるが、99Whはリチウムに消費されることになる。
• サイクル寿命: 高品質の AGM は放電深度 50% で 500 ～ 800 サイクルを実現しますが、LiFePO₄ は深さ 80% で 3,000 ～ 5,000 サイクルを容易に実現します。これは、長期的なシステムコストの主な要因です。

コントローラーに、フロートを無効にして適切な電圧制限を設定する専用のリチウム設定またはユーザー定義のプロファイルがあることを必ず確認してください。一般的な「密閉」鉛蓄電池の設定では、リチウム パックが過充電される可能性があります。

太陽電池の充電に関する一般的な問題とその解決方法

綿密に計画されたシステムであっても問題は発生します。ほとんどの障害は、電圧の不一致、接続の緩み、またはパネルの電力不足に遡ります。最も頻繁に発生する 5 つの問題と診断パスを次に示します。

1. コントローラーの電源が入らない / バッテリー電圧が低すぎます。 バッテリーがコントローラーの起動電圧 (12V システムでは通常 9 ～ 10.5V) を下回っている場合、コントローラーは何も認識しません。解決策: 別の DC 充電器を使用してバッテリーをそのしきい値以上にするか、小型の 12V バッテリーを一時的に並列に接続してコントローラーを「ウェイクアップ」します。
2. 晴天の下でもバッテリー電圧が上がらない。 コントローラ入力でパネルの開放電圧 (Voc) を測定します。パネルの定格 Voc に近い場合、パネルは良好です。次に、バッテリー端子に腐食やラグの緩みがないか確認します。 MPPT システムでは、コントローラに障害が発生すると、パネル電圧の読み取り値が表示されても電流がゼロになることがあります。クランプ メーターで充電電流を確認してください。
3. パネルはゼロ電流を生成します。 最初に疑わしいのは日陰です。パネル上の葉が 1 枚でも出力が停止する可能性があります。次に、マルチメーターを使用して各パネルを個別にテストします。Voc は仕様の 10% 以内である必要があります。そうでない場合は、セルの亀裂またはバイパス ダイオードの故障が考えられます。
4. 配線やコネクタが熱くなります。 これは過剰な抵抗を示します。すべての圧着、端子ネジ、ワイヤーゲージを確認してください。 30A 充電回路の場合は、少なくとも 10 AWG ワイヤを使用します。より長いラン (>10 フィート) の場合は、8 AWG にアップグレードしてください。
5. コントローラーとバッテリーの間のヒューズが切れています。 通常、短絡または極性の逆が原因で発生します。正しい定格 (最大充電電流の 125%) に交換し、再通電する前にバッテリーのプラスからコントローラーのプラスへの配線順序を再確認してください。

太陽電池充電に関するよくある質問

コントローラーなしで 100W パネルを備えた車のバッテリーを充電できますか?

技術的には非常に短期間であれば可能ですが、リスクが伴います。 100W パネルでは Voc が 21V を超える可能性があり、規制なしではバッテリーが 15V を超える可能性があり、電解液の損失やプレートの腐食が発生する可能性があります。 10A PWM コントローラの価格は 30 ドル未満で、安い保険です。

5W トリクルパネルには充電コントローラーが必要ですか?

5W 未満のパネルと 50Ah を超えるバッテリーの場合、電流が非常に低いため、夜間の逆放電を防ぐにはブロッキング ダイオードで十分であることがよくあります。ただし、コントローラーなしでパネルを恒久的に接続したままにすると、ゆっくりと過充電される可能性があります。小型の 5A PWM コントローラーが安全層を追加します。

200Ah リチウム電池を充電するには何枚のソーラーパネルを使用しますか?

12V および 80% の放電深度では、およそ 460 ～ 540W の太陽光発電、または MPPT コントローラーを介して並列に配線された 200W パネル 3 枚が必要です。 24V システムでは、MPPT に給電する 2 つの 300W パネルを直列に接続すると、より細いワイヤで同様の結果が得られます。

ソーラーバンクに古い電池と新しい電池を混ぜることはできますか?

それを避けてください。内部抵抗が異なるバッテリーを混合すると、充電が不均等になり、早期故障が発生します。拡張する必要がある場合は、メーカー、モデル、年式、容量を正確に一致させてください。