自作DIYオフグリッド太陽光発電で電気自動車を充電しました♪(25%程度ですが、、(;^ω^))

追記2020/03/17
またまた再実験致しました(*’▽’)。結果、3月時点で40%程度もDIYオフグリッド発電で電気自動車を充電する事ができました。夏に近づけば、もう少し充電量が増えそうです♪ ご興味があれば最新の記事は以下になりますので、ご参照ください♪

https://tech.hippo-lab.com/solar-27/

ここより以下は1月後半に25%ほど充電できた時の記事となります。

以前、失敗の報告をした「オフグリッド発電で電気自動車を充電するプロジェクト」ですが、その後、色々と改良して、なんとか少しだけ、電気自動車を充電する事が出来ました。なお実験に使用したオフグリッド太陽光発電設備は以下の通りです。苦労しましたがDIYで自作致しました。
パネルはネクストエナジー社のNERP255P(255W)を6枚、理論上は1530W発電します。またバッテリーはACデルコのM31MFを4つ使用していますが、これは100V電源と取り出す一時的なバッファとして利用しています。なお電気自動車を200Vではなく100Vで充電する所がポイントです。一般的に電気自動車は100Vで充電する場合、最大15Aに制御されます。つまり最大でも1500Wしか必要ありません。200Vだと4000W近く必要になり、システム構成を構築するのが大変になりますが、1500W取り出すのは意外と簡単で、キャンパーの人たちがDIYしているネット記事が多数あがっています。そこで今回、私もイージーな1500W(100V)充電で電気自動車を充電する選択にしました。そして晴れた日の昼頃に限りますが1530Wのソーラ発電を利用すれば電気自動車が充電できるだろう、という計画です。(※システム構成の詳細は本記事後半に掲載してあります。ご興味があれば参照してください)。

以下、まずは実験結果を掲載します。

アイミーブ16kWhモデル(型式ZAA-HA3W )での実験

まずはアイミーブ16kWhモデル(型式ZAA-HA3W 初年度登録は平成22年2月)を充電してみました。測定日は2020/1/10、めずらしく晴れた日でした。(※福岡の冬は曇りの日が多いです)。

アイミーブ16kWh


めずらしく快晴


結果、グラフは以下の通りです。時刻は9:33~14:13の約4時間40分ほど、SOC76%からスタートし92.5%まで充電できました。

測定結果グラフ

なお測定に使用した機器はEV Manager EVM-01-USB(TECHTOM製)で、USBに各データをCSVとしてロガーしてくれる優れものです。

EV Manager EVM-01-USB

念の為、途中経過の写真をエビデンスとして掲載します。

開始時

電気自動車への充電で1362W出力しているのに対し、ソーラパネルからは454Wしか供給されていません。つまりACデルコM31MF、4個に蓄えられた電力を消費している状況。

出力(101V 13.49A=1362W)


PV電圧(左61V、右57V)


PV電流(左5.2A、右2.4A)


途中10:50前後

昼に近づきソーラパネル発電量は509.2Wと増加してきました。対して電気自動車への充電電力は830Wと減少してきています。

出力(100V 8.30A=約830W)


PV電圧(左61V、右62V)


PV電流(左5.4A、右2.9A)


途中11:35前後

だんだんと雲が出てきましたが、電気自動車への充電電力も382Wとかなり減少してきています。

天候(曇り)


出力(101V 3.78A=約382W)


終盤13:55前後

ちょうど充電完了間際に写真を撮影していました。かなり曇ってきておりソーラ発電量は229Wと減少が激しかったが、電気自動車への充電電力も225Wと減少していた為、なんとか最後まで充電できたと思われます。

天候(曇り)


出力(100V 2.25A=約225W)


PV電圧(左61V、右59V)


PV電流(左2.4A、右1.4A)


SOC92.5%で充電完了(14:13頃、写真は14:26です)

結果、なんとか最後まで充電する事ができました。さきほど掲載したグラフの通り14:13頃、SOC92.5%程でミーブが満タンと判断し、自動的に充電を停止させた様です。(※写真は終了している事を14:26頃に気が付き撮影しています)。

結果グラフ(再掲)

計測(9:33~14:13)

充電終了に気が付く(14:26頃)


満タン終了時のSOCは92.5%


おまけ:ミニキャブミーブ16kWhモデル(型式U67V )での充電実験

前述の通りアイミーブが満タンで充電終了してしまいました。ですが時刻はまだ14:30、もう少し充電できそうです。そこで続けて我が家の「おんぼろミニキャブミーブ(走行距離28万キロオーバー)」を充電してみました♪ ちなみに日は沈んできてますが雲も減っています。



結果、途中で充電が終了してしまいました。15:51時点では、バッファとして使用している4個のバッテリー(2直2並列24V構成)が19.7Vまで電圧が下がり、息も絶え絶えの状態です。そして15:52に、ついにバッテリーが空になってしまい、けたたましい警報音と共に、インバーターが停止してしまいました。

終了直前(15:51)

バッテリ電圧19.7Vまで下がる

エラー終了(15:52)

電圧不足でインバータ停止

充電のグラフは以下の通りです。さきほど同様「EV Manager EVM-01-USB」で測定しまいた。時刻は14:33~15:50の約1時間20分ほど、SOC83%からスタートし91.5%まで充電できました。なお先ほどよりグラフがカクカクしているのは測定時間が短いからです。加えてEV ManagerはSOCを0.5%単位でしか記録できません。

まとめ

我が家のアイミーブ(型式ZAA-HA3W 初年度登録は平成22年2月)はオンボロな為、92.5%で止まってしまいましたが、バッテリー容量は16kWhあります。

92.5%-76%=16.5%なので、16kWh×16.5% = 2.64kWh充電できた計算になります。充電時間は9:33~14:13の約4時間40分ほど、写真は終了している事を14:26頃に気が付き撮影しています。

充電終了に気が付く(14:26頃)


測定結果(再掲)


続けて充電したミニキャブミーブ(型式U67V 初年度登録 平成25年8月)もバッテリー容量は16kWhあります。

こちらは91.5%-83%=8.5%なので、16kWh×8.5% = 1.36kWh充電できた計算になります。途中でバッファバッテリーが空になりインバータエラーで停止しましたが、14:33~15:50の約1時間20分ほどは充電できました。

エラー終了(15:52)


測定結果(再掲)


つまり2台あわせて4kWhほど充電できた計算になります。

なお先に書いた通り、ソーラパネル(255W 6枚)の理論上の発電量は1530Wあります。最大でも500W前後しか発電しないという残念な結果でした。ですがバッファーとして利用したバッテリー(ACデルコ M31MF)は一つ115Ah(20時間率)あるので電圧12Vを乗じた単純計算では1.38kWhとなります。今回4つ使用したので、そもそも5.52kWhの蓄電容量がありました。もちろんディープサイクルなので100%近くは放電できないと思いますが、この蓄電池をソーラ充電しながら使用した場合、4kWh程度なら、何とか電気自動車を充電できる事が判りました。

なお発電量の低い要因として、冬である事、福岡の冬は曇りが多い事が考えられます。また今回11時ごろまでは快晴でしたが、発電力がピークに達する11時から14時頃にかけて曇りになるというハプニングがありました。もちろん他にも要因は考えられます。パネルからコントローラまでの距離が長い事、後述の通り、設計ミスが多数あるという事などです。これらを見直して、再度チャレンジしたいと思います。

おまけ:今回の実験の構成

今回、実験に使用した機器の構成を紹介いたします。基本的な構成は前回ご報告時と同じです。ただしインバーターを変更している点が大きな違いです。今回は「蓄電システム.com」というサイトから「正弦波インバーター YB32000-24V(2,000W)」を購入しました。(※2020/1/27現在、同商品は販売されていない様です。)

とりあえず昼ご飯を兼ねて、動作検証しました(笑)。電子レンジや湯沸かし器程度なら、問題なく使用できます。

このインバーターは動作電圧の範囲が最大32.0V(±0.2V)となる為、太陽光パネル発電中の28V~29Vの充電電圧でも動作可能で、安定して100V電源を取り出す事ができました。ちなみに前回の失敗はインバータの動作電圧が20.5V~26Vと狭いものを選んだためです。

他の構成も簡単に説明しておきます。まずパネルは「ネクストエナジー社のNERP255P(多結晶255Wパネル)」です。なお我が家は店舗兼住宅です。屋根の周りに囲いを利用して単管パイプで突っ張っり、パネルを6枚設置致しました。

なお屋根ですが、あいにく我が家は東と西に向いています。なので午前中は西の3枚に影が、そして午後は東の3枚に影ができてしまいます。ちなみに連結されているソーラパネルに、1枚でも影がかかると、連結している他のパネルの発電量まで減ってしまいます。だから東3枚、西3枚と、コントローラ2つ並列の構成にしました。
※補足※ なお一般的にコントローラを2つ並列接続する事はトリッキーです。但し、私がチョイスした「Tracer4210AN」は、並列動作可能とマニュアルに記載されています。

そして4つのバッテリー(2直2並列24V構成)を「一時的なバッファー」として、電気自動車を充電するのに必要な1500Wを取り出そう、という魂胆です。

なお電気自動車は一般的に200Vで充電する場合20A必要なので4000W必要となりますが、100Vで充電する場合、車種によりますが、我が家のミーブなら15A(1500W)もあれば充電できます。

また普段は待機電力の少ない小さなインバータを利用し、パソコンやモニタの電源として利用しています。今回、電気自動車の充電実験をする為、こちらの電源は外しておきました。

図で書くと以下の右図になります。ちなみに余談ですが、当初は左図の構成を検討していました。プラスとマイナスを一番遠い所にする事で、バッテリーを均等に充電する一般的な構成です。ただ今回チャージャーコントローラが並列なので、それぞれ分離させた方が良いと判断し、実際は右図の構成に致しました。

それに上記の図はいずれも、4つのバッテリーをひとつの大きなバッテリーバンクに書き換えれば、下図の様な同じ図に書き換えられます。そして実際にコントローラーが認識したバッテリー電圧は2台ともほぼ一致していました。

また将来的にはダイオードを利用してバッテリーバンクから2つに分けてしまう、という構想もあります(まだ実験していませんが、、)。それに端子台を利用すれば、色々な構成を簡単に変更できますよね。これらの理由から、現在の構成になっています。

なお実は図に一部間違いがあります。当初は図の通りパネル3直列2コントローラーの構想でしたが、実際は2直3並列2コントローラという訳のわからない構成になっちゃってます(;・∀・)。。理由は、うっかりミスです(爆)。パネル注文時にNERP255Pの最大出力動作電圧(Vmp)は31.1Vと記載があり、3直列しても93.3V、対してTracer4210ANは100Vまでの入力が可能だなと思い本構成を想像しながら注文してしまったのですが、、NERP255Pの開放電圧(Voc):37.7Vでした(爆)。いやぁ(;^ω^)、ミスりました。3直列したら100Vを超えてしまいコントローラが動かない(笑)。なので急遽、東2枚2直、西2枚2直、そして冬場は影がかかってしまう南2枚を2直とし、片側のコントローラに2並列で入力する構成に変更しています(恥)。

また結論から言うと、理論上は255Wのパネル6枚で最大1530W発電できますが、実際には1500W発電できた試しがありません(;^ω^)。。当初、電気自動車を(100V15Aで)充電する為に、パネル6枚1500W構成で考えていましたが、それでは足りない、という事です(爆)。よって、予算都合になりますが、将来パネル枚数を増やし発電力をあげる予定です。その際2枚ずつ増やせば、この2直3並列2コントローラーというヘンテコな構成も解消される予定です。

という事なので長々と偉そうなこと書いてきましたが、現時点では「中間報告」という形で、ご納得をお願いいたしますm(_ _)m。。 うーん、つまり今回も失敗ネタ、、の報告になるのかな(;^ω^)。。

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