2011年8月13日土曜日

屋上発電所:直流12Vの難しさ

独立型太陽光発電システムは通常12Vで作るシステムと24Vで作るシステムがあります。我が家のシステムは12Vです。

12Vという電圧は、自動車のバッテリと同じ電圧で対応機器が多く、システムを組みやすいという特徴があります。実際、多くの人は12Vと24Vなら、12Vのほうが電圧も低いし扱いやすいと考えているのでは無いでしょうか?

ところが、これは全く逆で、12Vという極めて低い電圧を扱わなければならないゆえの問題点と危険が出てくるのです。

その問題は二つ。電流電力損失

もし600Wの電気製品を動かすために、バッテリから電気を送ることを考えると、

12Vシステムの場合は、600(W)/12(V)=50(A)
24Vシステムの場合は、600(W)/24(V)=25(A)

交流100Vであれば、600(W)/100(V)=6(A)

同じ電力を使用する電気製品でも、それを動かすために必要な電線は、交流100Vであれば、どこででも売っているよく見かける電源コードで充分なのですが、直流12V/50Aともなると個人の住宅では見たことの無いような極太の電力用ケーブルが必要になります。

ここで知らずに「1500Wまで」と書かれた100V用の延長コードの電線などを流用して、600W12Vで使うと電線が燃えます!火事になります!1500Wまで使えると書いてあってもです。

次の問題が送電ロス。

普段あまり気にしませんが、電線にも抵抗があります。

もし10mの配線をして、120W(10A)の電気製品を使うことを考えてみます。

AWG18 (0.82mm2, 21.0Ω/km) の場合10.0mで0.210Ω
電線での電力損失は21.0W、電圧降下は2.52V (機器入力電圧は9.48V)

AWG14 (2.08mm2, 8.29Ω/km) の場合10.0mで0.0829Ω
電線での電力損失は8.29W、電圧降下は1.45V (機器入力電圧は10.6V)

AWG10 (5.26mm2, 3.28Ω/km) の場合10.0mで0.0328Ω
電線での電力損失は3.28W、電圧降下は0.27V (機器入力電圧は11.7V)

たかだか120Wの電気製品を使うために、わずか10m電線を伸ばしただけで、細い電線だと1.45~2.52Vも電圧が下がるのです。端子電圧が10.6Vではたいていのインバータは動作しないでしょう。

どうです、12Vの電圧で100~300W程度の電気製品を使いこなす難しさが、少しでも分かったのでは無いでしょうか?

7 件のコメント:

  1. 梨(picocastle)2011年8月23日 23:49

    計算をしている時点で分かっていると思われますが
    8~10mm2のケーブルでバッテリーのすぐ近くで
    DC/AC変換をして100Vに変換してから通常の電源コードで
    引き回してはどうでしょうか?
    バッテリーからDC/AC変換までは太いコードとなりますが
    それ以降は通常の電源コードが使えるようになるかと思います。

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  2. 直流と交流の特性を考えるとわかりますが、大電流の直流を長距離引き回すのはよろしくありません。
    この辺は電力会社が何故特高交流で引き回してるかを考えるとわかります。
    家庭用でDC12Vで引き回すならパネル直後にチャージコントローラーを配し、DC-ACインバータのAC出力を引き回すのがロス低減になります。

    あと、DC12Vも並列配線で各機器に引っ張る分には問題ないです。
    全部まとめて大電流にするから問題なだけで、配線の引き回しが多くなるのを考えなければVCTだけでも十分問題なくいけるでしょう。
    そういう発想もあります。
    コストと見た目は度外視ですが、理論だけでなく実配線を考えるとこういう工事もありなんですよ。

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  3. 梨(picocastle)さん、こんにちは。

    実は、屋内配線をDCで行い、DCをDCのまま使えないか
    という野望があったのです。配線のロスを計算してみて
    あきらめました。

    もったいないですが、おっしゃるとおり一度AC100Vに変換
    してから配線するのがいちばん合理的なようです。

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  4. 匿名さん、こんにちは

    全くその通りで、実際にDC12Vを何mくらい配線できるかを
    計算してみて、愕然としました。

    負荷ごとに並列にするか、素直にAC100Vを使うかとなると
    コストと安全面を考えると、やはりAC100Vに落ち着くことに
    なりそうです。

    後はLED照明などだけを、専用でDCで引き込むとか、
    使い分けをするのがいいのかもしれません。

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  5. 参考になりました。ありがとうございます
    50Wシステムでも24Vの方が良さそうですね・・・

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  6. 参考になりました。ありがとうございます
    50Wシステムでも24Vの方が良さそうですね・・・
    渡しの場合はインターネットのモデムと無線LANルーターのソーラー運用で、電池残量低下したらリレーでACアダプタに切り替えるというシステムなのですが、DCDCコンバーターなど探している最中です

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  7. ぴーしー西谷さん、こんにちは

    12/24Vでどのくらいの長さを引き回すかが鍵になります。
    せっかく太陽電池で発電しているのでなるべくロス無く配線したいと思うのは
    自然な発想なのですが、いろいろと気をつかいます。
    参考になるようであれば嬉しいです。

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