ソーラー発電量とバッテリー容量

読書時間 4 議事録

どれだけの太陽光発電が必要で、どれだけのバッテリー容量があれば足りるのか？この質問は、単にモーターホームで自給自足したい人や、遠隔地の（おそらく存在しない）公共電力網から独立するためにオフグリッドシステムを設置したい人のために生じる。

もちろん、大容量のバッテリーを計画することは可能だが、特にモバイル用途のシナリオではスペースが不足しており、可能なPVモジュール出力は約1,200 ... 1,725 Wpに制限されている。1,725Wp、2...3モジュールで575Wp。また、車両総重量が7.5トンを超える車両と必要な運転免許を持っていない限り、バッテリーの数から見た重量も、残念ながら無視できるものではありません。

この点で、本当に自給自足したいのであれば、消費を最小限に抑えることが重要である。しかし、時間帯や月によって、地理的な場所によって日照時間は異なり、統計的に平均的な日照時間から得られる利回りはどれくらいなのだろうか？バッテリーはいつでも充電できるのか？

高電圧対低電圧技術

12Vバッテリーが一般的に知られている。24Vは貨物車に搭載されている。48Vはモーターホームやボート、ヨットに搭載されている。これらはすべて低電圧技術である。

高電圧システムはDC60V以上の電圧で作動するが、通常はDC100～200V（！）である。

なぜこのような違いがあるのか？それは、流れる電流を考えればすぐにわかる：インバーター運転で5,000VAの公称AC電源を使用した場合、12Vバッテリーはなんと400Aを消費することになる。² 太くて重いケーブルが必要だが、48Vバッテリー、104A使用時はわずか4mm²200Vでは、ケーブル断面がわずか0.25mmでも25Aということになる。².

60Vを超える直流電圧を扱うシステムはすべて、訓練を受けた専門家が設置・保守しなければならない！

したがって、入力側に使用するインバータのデータによってバッテリーの構成が決まる。入力電圧が高ければ高いほど、例えば12Vではなく48Vであればあるほど、価格は下がります。

5kVAのDC24Vインバーターは1,500ユーロで、48Vバージョンは約700ユーロである。

高電圧バージョンでは、DC150V入力の三相5kWインバーターが約1,200ユーロ、DC180V入力の8kWインバーターが約1,400ユーロである。

従って、定置用としては高電圧バージョンの方が断然経済的である。

モバイルにおける充電の相対性

今やモーターホームは止まっているだけでなく、動いている。つまり、充電ブースターを介してオルタネーターからバッテリーに電気が充電される。もちろん、走行時間を統計的に記録することはほとんどできないため、これを計算に組み込むことは難しい。しかし、知っておいて損はないだろう。

また、バッテリーを充電するために、時々ショアパワーを使う機会もある。

定常場における計算可能な一貫性

現在、世界中で十分な統計データが入手可能であり、すべての関連要因を考慮した上で、予想される太陽電池の収量に関する情報が得られる限りにおいて、計算可能である。

しかし、z地点にスペースxとバッテリー容量yがある場合、計画の立ち位置を把握するのに役立つ。

そこで、国際的なオンラインツール PVGIS ( Pホトボルタ G地理的 Iインフォメーション Sシステム）によって開発された。 欧州委員会Joint Research Centre, Energy Efficiency and Renewables Unit, via E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

について ドキュメンテーション オンライン・ツールは直感的に使用でき、非常に包括的で、理解力や命名法に関するものを含むすべての問題をカバーしている。

メーカー想定

バッテリーやバッテリー・システムのメーカーは、自社のシステムを有利に紹介したいので、見込み客に蓄電容量を知ってもらうために、おおよその比較データを提供する。例えば、「当社の10kW蓄電モジュールは、ヒートポンプと電気自動車の運転を含む4人世帯に適しています。

そのような家庭の年間消費量は、電力供給会社によって年間平均約5......7kWとされているからだ。7 kW/年である。

ただ、貯蔵された利用可能なエネルギーもまた補充されなければならないという事実が、このポジティブな仮定に一石を投じるかもしれない。

前述のPVGISツールでパラメータを変えて実験してみると、例として想定した場所に対して異なるパラメータを変更した場合の影響が示され、もう少し明確になる。

構成例とその結果

以下のすべての例のジオロケーションは、座標（WGS84）51.188（N）、6.749（E）でデュッセルドルフ-フォルマースヴェルトです。

モバイル利用

PVモジュールの設置スペースが限られているため、575Wpのモジュールを2枚使用することを想定している。バッテリーの容量は、サイズが大きくなるにつれて日射量が少ない期間が長くなる一方で、フル充電サイクルを完了するためにはより長い日照時間が必要となるため、可変的な役割を果たす。

恒久的な可能最小消費量は、与えなければならない一定の値とみなされる。背景：常に十分な電力を確実に供給しなければならないすべての消費者（例えば、灌流器、換気装置などの医療機器）、照明、ルーター、その他の消費者を合計し、その結果を、常に、あらゆる条件下で確実に利用可能な最小値として定義する。

定置用

ここでは、モジュール面積とバッテリー容量の両方が変数とみなされ、消費量だけが静的とみなされる。

冬季の毎日の検針値によって決定される1日の最小-最大消費量は、大まかな目安となる。最小シナリオでは、日中常時またはそれ以上の頻度で使用される電化製品の運転は保証されるべきであり、特に電力を消費する電化製品は注意して運転される。これにより、貯蔵設計における財源を節約することができる。

最大シナリオでは、何の制限もなく、すべての装置を通常の範囲で稼働させることができる。これは、より大きな資本を使うとはいえ、オプションの目標として考えられる。

もし......？

シミュレーション - モバイル

PVモジュールが平らに設置されていると仮定すると（傾斜角0°）、以下のようなデータになる：

冬期は1,150Wp、バッテリー容量1,120Ah、14,336Wh、最大放電量85 %で500Whの収量を保証。

1日の充電量が500Whを超えると、日射量が足りなくなり、バッテリーが完全に放電してしまう危険性がある。

850Whへの増加は、バッテリー容量が4倍（！）になった場合にのみ可能で、最大71％の放電をもたらす。

シミュレーション - 定常使用

定置式では、傾斜角度を南向きに最適化することで、収量が最大50 %増加する。標準的な傾斜角度は35°である。冬場は太陽の位置が低くなるため、傾斜角度を39°と急角度にすると、冬場の収量が増える。一方、角度が急だと収量が減少する。

750Whの1日消費量は、傾斜角39°でも可能で、それ以外は同じデータである。

比較のため、スウェーデンのゴットランズ州（51,188, 6,749）のエスタービー（Österby）では、傾斜角69°のみで、1日あたり500Whの発電が可能で、発電率は85％である。
一方、傾斜角度を39°にすると、収量はわずか10 %に減少する。
積雪量の多い地域では、急勾配のポジションが理にかなっている。