ソーラーパネルと蓄電池の比率: 正しいサイズの PV とバッテリー

ソーラーパネルと蓄電池の比率が実際に意味するもの

ほとんどの小規模なオフグリッドおよびバックアップ システムでは、「ソーラー パネルと蓄電池の比率」は次の関係を指します。(1) PV アレイ電力 (ワット) そして(2) バッテリーバンク容量 、通常はシステム電圧 (12V/24V/48V) における Ah 単位です。この比率は現実的な再充電速度と、アキュムレータがフル充電に達する頻度を設定するため、重要です。

比率を表す 2 つの方法 (より明確な方を使用してください)

• WあたりAh 所定のシステム電圧（12V/24V RV および小型キャビンに共通）で。
• 充電レート（Cレート） : 充電電流をバッテリー Ah で割った値 (より「電気工学的に正しい」)。

それらの間のクイックブリッジ (概算): 12V バンクへの PV 充電電流は、およそ PV ワット ÷ 14V (充電電圧) です。例: 280W 12V バンクへの PV の投入量は約 20A (280 ÷ 14 ≈ 20)。で 200Ah アキュムレータ、つまり 0.10℃ 充電率 (20 ÷ 200 = 0.10)。

バッテリーの化学的性質と使用例による推奨比率

「適切な」ソーラーパネルと蓄電池の比率は、主に次の 2 つの故障モードを回避することに関係します。 PV少なすぎ （慢性的な充電不足）および PV多すぎ (不必要なコストまたはコントローラーの制限)。化学反応により、充電不足に対する感度と、蓄電池がエネルギーを受け入れる速度が変わります。

誤ったサイズ決定を防ぐための注意事項: 鉛蓄電池は完全充電に達することを強く好みます （吸収時間を含む）。 PV のサイズが小さい場合、部分的な充電状態で動作することが多く、硫酸化と容量損失が加速します。一般に、LiFePO4 は部分充電に対してより耐性がありますが、頻繁に使用した後でもすぐに回復するために、より高い比率が必要になる場合があります。

比率を正しく「フォールアウト」させる段階的な方法

毎日のエネルギー使用量や太陽光と結び付けないと、比率だけでは誤解を招く可能性があります。このワークフローを使用して、PV とアキュムレータの容量を論理的にサイジングし、比率が健全な範囲内に収まっていることを確認します。

ステップ 1: 1 日あたりのエネルギー量 (Wh/日) を推定する

負荷を合計します: ワット × 1 日あたりの時間。例: 60W 冷蔵庫の 10 時間相当の稼働時間の平均は 600Wh/日です。インバーターをお持ちの場合は、後で現実的なシステム効率係数を含めます (一般的な全体効率は次のようになります)。 0.70～0.85 配線、コントローラ、インバータ、温度によって異なります）。

ステップ 2: 自律性を考慮してアキュムレータのサイズを設定する (kWh)

自律性 (日数) と許容される放電深度 (DoD) を選択します。使用可能なバッテリーエネルギー (Wh) ≈ 毎日の Wh × 自立日数。公称バッテリー総エネルギー (Wh) ≈ 使用可能な Wh ÷ DoD。典型的な計画国防総省: 鉛酸 0.50 、 LiFePO4 0.80 （保守的で長寿が向上します）。

ステップ 3: 日照時間 (および損失) から PV を見積もる

PV ワット ≈ 日次 Wh ÷ (ピーク日照時間 × システム効率)。例：1日の使用量が1,000Wh、日照ピーク時間が4時間、効率が0.75の場合、PV ≈ 1,000 ÷ (4 × 0.75) ≈ 333W 。次に実用的なアレイ サイズ (例: 400W) に切り上げます。

ステップ 4: ソーラーパネルと蓄電池の比率に変換し、健全性をチェックする

バッテリー Ah ≈ 公称バッテリー Wh ÷ システム電圧。次に、比率 = PV ワット ÷ バッテリー Ah となります。比率が化学薬品の推奨範囲を下回っている場合は、システムが確実にフル充電に達するまで PV を増やします (またはアキュムレータのサイズを減らします)。

実際のサイズ表: 一般的なアキュムレータのサイズと PV ワットの関係

以下の表は、比率のガイダンスをすぐに使用できる数値に変換したものです。バンクと化学薬品に一致する行を選択してください。 24V バンクの場合、同じ Ah 定格は 12V の 2 倍のエネルギーを表すため、同様の再充電時間を達成するには通常、PV の必要性が高くなります。

太陽光が不安定な場合（冬、日陰、海岸の霧）、範囲内で上向きに偏らせてください。アキュムレータが鉛酸で、定期的に充電を早期に停止する場合は、再び上向きにバイアスしてください。追加の PV は、条件が許せば実際に吸収を完了するのに役立ちます。

実数を使用した実際の例

以下の例は、ソーラー パネルと蓄電池の比率が目標 (自律性 vs 充電速度) と化学反応によってどのように変化するかを示しています。

例 A: 1,000Wh/日のキャビン、2 日間の自律性、鉛蓄電池

1. 毎日のエネルギー: 1,000Wh/日 .
2. 2日間使用可能な電力量：1,000×2＝ 2,000Wh .
3. 公称蓄電池エネルギー (50% DoD): 2,000 ÷ 0.50 = 4,000Wh .
4. 12V の場合、バッテリー Ah ≈ 4,000 ÷ 12 ≈ 333Ah (300〜400Ahに丸めます)。
5. 4 ピーク日照時間の PV、効率 0.75: 1,000 ÷ (4 × 0.75) ≈ 333W (鉛酸の健康状態を考慮して 400 ～ 600 W に丸めます)。

比率チェック (400Ah バンクと 600W PV を使用): 600 ÷ 400 = 1.5W/Ah 。これは、鉛酸の毎日のサイクリング指針の最低値です。日当たりが良く、負荷を注意深く管理すると最も効果的です。曇りの日が多いなら、 800～1,000W 回復を大幅に改善します。

例 B: 12V 200Ah LiFePO4 を搭載した RV、迅速な回復が必要

1. バッテリーバンク: 12V 200Ah (公称エネルギー ≈ 2,400Wh)。
2. 80% DoD で使用可能 ≈ 1,920Wh .
3. 高速回復のために 3.5 W/Ah の PV を選択します: 200 × 3.5 = 700W .

約 700 W、効率 0.75 のピーク日照時間が 4 時間ある場合、1 日あたりのエネルギー収集は約 700 × 4 × 0.75 ≈ 2,100Wh/日 。これは、1 日の激しい使用を置き換えても補充するのに十分な量であり、実際にはこれがまさに「迅速な回復」を意味します。

比率をオーバーライドできる一般的な制約

ソーラーパネルと蓄電池の比率が「完璧」であっても、ハードウェアの制限により、PV サイズ、システム電圧、または充電コントローラーの選択を調整する必要が生じる場合があります。

充電コントローラーの電流制限 (最も一般的なボトルネック)

コントローラーの出力電流はピーク充電電流を処理する必要があります。おおよそ: 最大充電電流 ≈ PV ワット ÷ バッテリー充電電圧。例: 1,000W 12V バンクへの入力は、約 1,000 ÷ 14 ≈ を意味します 71A 。 60A コントローラをお持ちの場合は、より大きなコントローラ、複数のコントローラ、またはより高いシステム電圧が必要です。

インバータのサイズは PV サイズを設定しませんが、アキュムレータのストレスを設定します

大型のインバーターは小型の蓄電池から大電流を引き出す可能性があり、電圧低下や使用可能な容量の減少を引き起こします。ピーク負荷が高い場合 (電子レンジ、ケトル、工具)、バッテリー容量を増やすか、より高いシステム電圧 (24V/48V)、またはその両方が必要になる場合があります。次に、充電のために比率が健全な状態を維持できるように、PV アレイを再検討する必要があります。

天気と季節の日照時間 (あなたの比率は最悪の月を生き延びる必要があります)

夏には機能する比率でも、ピーク日照時間が大幅に減少すると、冬には機能しなくなる可能性があります。年間を通じて信頼性が必要な場合は、太陽が最も低い季節から PV を計測し、比率の範囲を平均ではなく最小値として扱います。

比率が間違っていることの兆候とその修正方法

最良の検証は動作データです。つまり、充電状態の傾向、満充電までの時間、蓄電池が吸収/浮上に達する頻度 (またはリチウムと同等の満充電動作) です。

アキュムレータ用の PV が少なすぎます

• 鉛酸がフル充電に達することはほとんどありません。電圧は吸収目標を下回っています。
• 「通常の」日差しがあっても、充電状態では数日間にわたって下降傾向が見られます。
• 発電機（または陸上電力）が頻繁に必要になります。

修正: PV ワットを増やすか、毎日の負荷を減らすか、アキュムレータのサイズを減らして、比率を範囲内に戻します。鉛蓄電池の場合は、定期的にフル充電に達することを優先してください。それは多くの場合、からの移動を意味します ~1.0 W/Ah に向かって 2.0～3.0W/Ah (12Vベース)。

コントローラまたは配線（または予算）に対して PV が多すぎます

• 充電コントローラーは、長期間にわたって出力を定格電流でクリップします。
• 既存のケーブル サイズとヒューズでは電流を安全に処理できません。

修正: より高いシステム電圧 (24V/48V) に移行するか、より大きなコントローラーを使用するか、アレイを複数のコントローラーに分割します。 「PV が多すぎる」は通常、アキュムレータ自体の電気的問題ではなく、ハードウェアのサイジングの問題です。