ソーラーチャージコントローラーについて知っておくべきこと

充電コントローラまたは充電レギュレータは基本的に、バッテリの過充電を防ぐ電圧および/または電流レギュレータです。ほとんどの 12 ボルト パネルでは、ソーラー パネルからバッテリーへの電圧と電流が調整されているため、調整がない場合、バッテリーは過充電によって損傷します。バッテリーを完全に充電するには、14 ～ 14.5 ボルトが必要です。

1 ～ 5 ワットの小型メンテナンス パネルやトリクル充電パネルを備えた充電コントローラーを使用する必要は必ずしもありません。大まかな経験則として、パネルの消費電力が 50 アンペア時のバッテリー電力ごとに 2 ワット以下であれば、パネルは必要ありません。

たとえば、浸水したゴルフカーの標準的なバッテリーは約 210 アンペア時です。メンテナンスや保管のために 12 ボルトのバッテリーを 1 組用意しておきたい場合は、4.2 ワットのパネルで十分です。 Concorde Sun Xtender などの AGM ディープ サイクル バッテリーをメンテナンスする場合は、2 ～ 2 ワットのパネルを使用できます。 5 ワットのパネルはコントローラーを必要とせずに十分近いものです。

「なぜ正確に 12 ボルトを生成するようにソーラー パネルを設計しないのか?」という当然の疑問が生じます。この背後にある理論的根拠は、実際的な考慮事項にあります。パネルが 12 ボルトのみを出力するように調整されている場合、パネルは最適な条件下、つまり涼しいとき、完全な日光が当たるとき、そして太陽が完全に降り注ぐときのみ、効果的に電力を生成することになります。ただし、そのような条件は、ほとんどの場所で一貫して保証されているわけではありません。

低い太陽の角度、濃いもや、雲量、高温などの変化に対応するために、ソーラー パネルは追加の電圧を供給するように設計されています。これにより、太陽が空に低い場合や大気条件があまり好ましくない場合など、理想的とは言えないシナリオでも、パネルがある程度の出力を生成できることが保証されます。完全に充電された「12 ボルト」バッテリーの通常の測定値は、静止状態で約 12.7 ボルトです (充電状​​態では約 13.6 ～ 14.4 ボルト)。したがって、パネルは悪条件下でも少なくともこの量の電圧を生成する必要があります。

ここで充電コントローラーの役割が発揮され、バッテリーの当面の要件に合わせて 16 ～ 20 ボルトの範囲でパネルの出力を調整します。この電圧調整は、バッテリの充電状態、バッテリの種類、コントローラの動作モード、周囲温度などの要因に応じて、約 10.5 ～ 14.6 ボルトの間で変化します。充電コントローラーは、ソーラー パネルの出力がバッテリー システムの動的なニーズに確実に一致するようにします。

標準コントローラを使用した場合の結果

最大電力点追従 (MPPT) タイプを除く標準コントローラは、充電コントローラの最大入力電圧を超えない限り、高電圧パネルで機能します。ただし、注目すべき欠点は、パネルの定格出力の 20 ～ 60% に及ぶ大幅な電力損失です。標準的な充電コントローラーは、バッテリーがフル充電 (通常は約 13.6 ～ 14.4 ボルト) に達するまでバッテリーに電流を流します。パネルには出力できるアンペア数に制限があるため、定格アンペアを維持しながら電圧を下げると、電力伝送が低下します。たとえば、定格 23 ボルト/7.6 アンペアの 175 ワットのパネルは、12 ボルトで約 7.6 アンペアしかバッテリーに供給できません。オームの法則 (ワット = ボルト x アンペア) によれば、175 ワットのパネルは約 90 ワットをバッテリーに供給します。

MPPT コントローラーを使用した高電圧パネルの最適化

高電圧グリッドタイソーラーパネルの潜在的な電力を最大限に活用するには、MPPT コントローラーが不可欠です。上記のリンクで詳しく説明されている MPPT コントローラは、多くの場合最大 DC 150 ボルト (さらに高いものでは最大 600 VDC) の高電圧入力に対応できます。これにより、2 つ以上の高電圧パネルを直列に接続することが可能になり、ワイヤ損失が低減され、より小さなワイヤゲージの使用が可能になります。たとえば、前述の 175 ワットのパネルの場合、2 つを直列に接続すると、MPPT コントローラーに 7.6 アンペアで 46 ボルトが供給されます。次に、コントローラーはこれを 12 ボルトで約 29 アンペアに変換し、電力伝送効率を最適化します。

充電コントローラーは、太陽光発電システムの特定のニーズに応えるために、さまざまなサイズ、形状、機能、価格で入手できます。その範囲は、Sunguard のようなコンパクトな 4.5 アンペアのコントロールから、コンピュータ インターフェイスを備えた高度な 60 ～ 80 アンペア MPPT プログラマブル コントローラまで多岐にわたります。電流が 60 アンペアを超える場合は、2 台以上の 40 ～ 80 アンペアのユニットを並列に配線するのが一般的です。ただし、バッテリーベースのシステムで最も広く使用されている充電コントローラーは、通常 4 ～ 60 アンペアの範囲内にあります。

これらのコントローラーは大きく 3 つのタイプに分類でき、それぞれがある程度の重複を伴​​いながら異なる目的を果たします。

1.シンプルな1段階または2段階のコントロール

これらの制御は、リレーまたはシャント トランジスタに依存し、1 つまたは 2 つのステップで電圧を管理します。時代遅れであると考えられていますが、古いシステムにはまだ残っており、オンラインで利用できる予算オプションにはこれらのシンプルなコントロールが搭載されている場合があります。その主な利点は、最小限のコンポーネントによる信頼性にあります。

2.3 ステージおよび/または PWM 制御

業界標準とみなされている 3 段階制御やパルス幅変調 (PWM) 制御が普及しています。これらは、ディスカウント店や量販店の低コスト システムで時折見られる古いシャント/リレー タイプに取って代わるものです。

3.最大電力点追跡 (MPPT) コントローラー

コントローラー技術の頂点を代表する MPPT コントローラーは、価格は高くなりますが、94% ～ 98% という驚異的な範囲の効率を誇ります。これらは大規模システムのコストを大幅に節約し、バッテリーに 10 ～ 30% 多くの電力を供給します。

均等化は、その名前が示すように、バッテリーまたはバッテリー バンク内のすべてのセル間の充電のバランスをとる、または均等にすることを目的としています。基本的に、通常は 15 ～ 15.5 ボルトの範囲で、一定期間の意図的な過充電が含まれます。バッテリーストリング内の特定のセルの充電量が他のセルよりも低い場合、均等化によりすべてのセルが最大容量になります。浸水したバッテリーでは、このプロセスは気泡を発生させて液体を撹拌するという重要な機能も果たします。これは、RV やボートなどの常に移動する環境では大きな影響を与えない可能性がありますが、車両を長時間駐車する場合には有益となり、不均一な充電を防ぐことができます。オフグリッド システムでは、充電器付きの発電機をバッテリーの均等化に使用することもできます。

多くの充電コントローラーは、パルス幅変調の略である「PWM」モードを提供します。 PWM はフロート充電の方法として一般的に利用されます。コントローラーは、安定した出力を提供する代わりに、一連の短い充電パルスをバッテリーに送信します。これは、急速な「オン/オフ」スイッチです。コントローラーはバッテリーの状態を継続的に評価して、パルスの周波数と持続時間を決定します。負荷のない完全に充電されたバッテリでは、パルスが数秒ごとに短い持続時間で発生することがあります。放電したバッテリーでは、パルスが長くなり、ほぼ連続するか、コントローラーが「フルオン」モードに切り替わる可能性があります。 PWM は効果的ですが、生成される鋭いパルスにより、ラジオやテレビに干渉が発生する可能性があります。