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太陽電池の特性図を作る 

太陽電池についてやりとりしていたところ、出力特性を調べたくなって送ってもらった。
モノは秋月電子通商で販売されているTGM500-12Vとのこと。

定格は12V、500mA。
この段階で6Wのパネルかと思っていたのだが、型番最後の#922が気になって検索してみた。

うーむ。最大値だと18V、500mAで9Wとある。あくまで最大値だからな。

計測段階では12V、500mAで6Wと考えていたから、上述の件はそのようなパネルだという予備知識で以下を読んでほしい。
100920a.jpg
ところで出力特性とは、太陽電池の電圧と電流の関係のこと。負荷(抵抗)によって電圧と電流の値が変化するため、その特性を調べることで効率の良い負荷を設定することができる。

そのために電流計と電圧計、負荷として抵抗を用意した。

負荷とは抵抗であるので測定にあたって抵抗値を変化させてその時の電圧と電流を調べる。
定格で12V、500mAであったのでオームの法則から…

R=E/I
R=12/0.5=24Ω

24Ωは定格であるので、その倍の50Ωくらいを目安に測定の範囲を考えた。大容量の可変抵抗もないし6Wでもあり発熱を考慮し10Wのセメント抵抗を選択。ちょうど10Ωのセメント抵抗があったので最大100Ωから10Ωを使って測定することとした。
100920e.jpg 100920b.jpg
電流計は、横河電機のアナログ電流計(型番がよくわからない)。
電圧計は、MASTECH社のデジマルMAS-344。
抵抗は10Wセメント抵抗で10Ωごとに計測。測定するパネルは、TGM500-12V(#922)である。
天候は晴れ。気温は測定していないが猛暑日の13時頃である。

下のグラフは負荷としての抵抗をそれぞれつなげた時の電圧と電流の値だ。
10Ωごと直列につなげていって100Ωまで。20Ωくらいだと電流がどんどん流れるためセメント抵抗が熱くなる。
100920d.png
このグラフをみると抵抗が増えるほど電圧が上がり電流は流れにくくなるのがわかる。
水で例えてみよう。

太陽電池の発電は一定量だとすると、これは水桶に一定の速さで水が供給されているのと同じだと考える。
抵抗は蛇口の開け具合。蛇口が少ししか開いていないと水はあまり流れないから供給量の方が多いと水桶の中の水は増えて水圧が増える。

逆に蛇口が大きく開くと水はどんどん流れ、供給量より多く流れると水桶の水かさも減って水圧も下がる。

このような考察を基にグラフをみると理解しやすいかもしれない。ただ18Vで電圧が横ばいなのは太陽電池の発電限界、水桶でいうと溢れちゃって水が供給できない状態と考えるといいだろうか。
100920f.jpg
この測定結果を基に出力特性グラフを作成する。
先のは抵抗と電圧、電流の関係だったが、これは電力と電圧、電流の関係だ。電力が大きい時の電圧と電流値の時が太陽電池の性能をいっぱいに引き出した効率のポイントといえるだろう。
100920c.png
マゼンダは電力-電圧を表していて、16Vあたりが一番効率がいいことがわかる。
この時の電流は約500mA弱でありグラフでキリのいいところを探すと15V-500mAくらいで動く(7.5W)負荷が適していると考えていいのだろう(太陽電池について詳しくないのでよくわからない)。

ただしこの結果は太陽電池のパネルが日光に対し直角になるように設置したので、日中の最も効率のいい条件だと考えるべきだろう。実際に太陽電池を固定すれば朝夕では陽のあたり方も違うし、もちろん季節による太陽高度の違いも考慮すべき。考えるところはまだまだある。

最後に、貸していただいた@sagami228さんにはお礼申し上げます。

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