DIYで手軽に作れる太陽光発電

オフグリッド（電力自給）生活にあこがれながら、予算等の問題で踏みきれない方も多いでしょう。わたしもそんな一人でしたが、ここ4年ほど、2万3千円で出来る手づくり太陽光発電システムで、仕事で使う電気（スマートフォンなどの携帯端末、LEDデスクライト、扇風機やサーキュレーター、盛夏時期はノートPCの電源まで）を自給しています。さて、その仕組みは…。

まず必要なのがⒶの「ソーラーパネル」。太陽光エネルギーを電気に変えるもっとも重要なパーツです。パネルからの電流は日照に左右されて一定ではないので、川の水を用水池にためて利用するように、いったんⒸ「バッテリー」に電気をためて使います。

とはいえ、ソーラーパネルとバッテリーをつなげば一件落着、とはいきません。用水池に水量を調節する水門が必要なように、ソーラーパネルからの過電流や、バッテリーからパネルへの逆流をブロックするために、Ⓑ「太陽電池充放電コントローラー」が必要です。

太陽光エネルギーはこうしてバッテリーに蓄えられます。でも、バッテリーの電気は「直流」なので「交流」用の家電製品をつなぐことはできません。そこでⒹ「インバーター」で電流を変換し、インバーターのコンセントから電気をとります。以上が太陽光発電システムのざっくりとした解説です。

■ わたしがつくったシステム
原理さえわかれば、太陽光発電システムをつくるのはむずかしいことではありません。わたしはこんな部品を使って発電しています。

部品を選べば、22,600円（価格は Amazon社のサイトを参照）程度でシステムを作れます。

■ ソーラーパネル
ソーラーパネルに太陽光が当たると電流が生じるのは、「光電効果」という現象によります。金属などのさまざまな物質に光（光子）を当てると電子が飛び出す現象です。この現象を利用し、プラスの電荷をもった半導体（＝シリコン）と、マイナスの電荷をもった半導体の2つを重ねて太陽電池を作ると、プラスとマイナスの電流を取り出すことができるのです。

▲ 写真は PET（あの「PETボトル」の “PET＝ポリエチレンテレフタレート”です）でコートした100W太陽光発電パネルです。 厚さ2.5mm・重量 2.2kgと超軽量。価格は2万円前後。

PETコートの太陽光パネルは、軽量でフレキシブルなのがメリットですが、3年ほど使ってみて、耐久性／信頼性という点では、一般的な「アルミフレーム＋強化ガラス」のパネルのほうが優っているように感じました。日当たりがよければ、半分の大きさの50Wパネルで十分で、価格も7,000円程度から求められます。

急な突風などに備えて、パネルの固定はしっかりおこなってください。 パネル本体は防水ですが、コントローラーとバッテリーは防水ではないので、雨に当たらないように設置してください。上の写真では、コントローラーとバッテリーはパネルの裏に置かれており、雨が降っても大丈夫です。

■ バッテリー
太陽光発電には、自動車用のバッテリーは不向きで、高耐久タイプ（＝ディープサイクル）でメンテナンスフリーのシールドバッテリー（＝密閉型）が適しています。鉛蓄電池は価格が安く、リサイクル資源としてほぼ100％再利用されていますが、かなり重いので、大型の製品を買うと扱いに苦労します。12V 20Ahくらいの小型のものを、2個まとめ買いするのがお得です。

■ インバーター
インバーターを選ぶ際は「冷却ファン」にご注意ください。インバーターには冷却ファンが不可欠ですが、① 冷却ファンが常に回っているタイプ、② 消費電力が増えたときだけファンが回るタイプ、の二種類があります。音に敏感な方には ② をおすすめします。

無音・静音をうたいながら① のタイプの製品もあり、ネット等で注文する際は注意が必要です。わたしはPOTEKインバーター300Wを使っています。通常は無音ですが、消費電力の大きいノートパソコンなどをつなぐと急にファンが回りだして、びっくりすることも（笑）。温度が下がれば、冷却ファンは自動で停止します。

下図のようにⒶ、Ⓑ、Ⓒ、Ⓓをつなげれば、日差しの強い日は、発電しながら電気を使い続けることができます。

しかし、曇りや雨の日は、発電量が晴れの日の１割以下に落ち、需要と供給のバランスがくずれてバッテリーがあがってしまいます（とくに消費電力の大きいノートパソコンは、日差しの強い日以外は使わないように）。
日照の少ない日は、下図のようにユニットを2つにわけ、ユニットの一方を充電専用にするといいでしょう。

クリップのついたブースターケーブルを使って配線をすれば、発電部分（ユニット1）とインバーター部分（ユニット2）を、つないだり離したり、自由にアレンジできます。ソーラーパネルからの配線を屋内に引き込めない場合も、ユニットを別々にすれば、問題なく使えます。

「ユニット2」を数時間使うとバッテリーのパワーが落ちるので（当たり前ですね！ バッテリーは11.5V／残量50％くらいで再充電すると長持ちします）、あらかじめ「ユニット1」で充電したバッテリーに取り替え、電圧の下がったバッテリーは「ユニット1」で充電します。

▲ バッテリーの管理には電圧計が必要です。写真の電圧計はBAL（大橋産業）バッテリー＆オルタネターチェッカー（DC12Vバッテリー直結タイプ）。もともとが自動車用なので、車のバッテリーチェックにも使えます。

バッテリーの電圧が12.6V（FULLの緑ランプ）以上で満充電。11.5V（LOWの赤ランプが点灯）以下だと要充電です。

■ 配線についての工夫

わたしは、チャージコントローラーをソーラーパネルの裏に両面テープで貼り付け、太陽光パネルからの配線を直付けして、取り回しをコンパクトにしています。キャンプなどでも扱いやすくなります。

チャージコントローラーは熱に弱いので、ソーラーパネルとチャージコントローラーの間に厚手のスチレンボードをはさむといいでしょう。

写真のコントローラーは、国産の電菱20Aコントローラー（写真下）の五分の一ほどの値段（1,000円前後／中国製）ですが、十分に使えます。

配線のポイントは、チャージコントローラーと配線の接続部分の補強です。配線が引っ張られて接続が緩むと過熱やショートを招くので、結束バンドやテープでケーブルをしっかり結束／固定し、ぐらつかないようにします。

PETコートの太陽光パネルは軽さがメリットですが、風にあおられやすいので、台風など風雨の強い日は屋内にしまってください。また、光が当たるとパネルは発電してしまうので、バッテリーに接続していないパネルは裏返して遮光してください 。

【注意点 1】インバーターのバッテリークリップをバッテリーに接続する際、時おり火花が飛ぶことがありますが、これは異常ではありません。
ただし、塗料やスプレーなど可燃性ガスを使用した際は、引火の危険があるので、バッテリークリップの接続や取り外しは避けてください。

【注意点 2】
夜間や日照の少ないときなどは、バッテリーの残量が11.5Vを下回ったら充電済みのバッテリーに交換するか、インバーターとバッテリーの接続を切ってください。
インバーターによっては、バッテリーの電圧が下限値になると大きな警告音を発する機種があります。うっかり低電圧のまま外出してしまうと、警告音が鳴りつづけることになります。外出時や睡眠時は、インバーターのバッテリークリップを外しておくのが確実でしょう。

【注意点 3】
シンプルな仕組みですが、なによりも危険なのはショートです。
配線の＋、－を取り違えたり、接続場所をまちがえたり、ケーブルや端末の両極が接触しないよう、作業中は十分にご注意ください。機器が壊れるだけでなく、たいへん危険です。
また機器や配線に異常（接触不良、過熱、亀裂、膨張、発煙、異音等）がないか、日頃から気をつけてください。

＊配線の原則
つなぐ時は＋（プラス）からつなぐ。外すときは－（マイナス）から外す。

＊直流回路では一般的に
赤（および茶）は（＋）、「黒」は（－） 　
赤白の場合、赤が（＋）で、白が（－） 　
白黒の場合、白が（＋）で、黒が（－） 　
どちらも黒の場合は、白色の点線（ないし目印）が入っている方がプラス