【ＤＩＹ】自作した１．６ｋW独立型太陽光発電（ソーラー発電）を紹介【オフグリット】

　電力会社に電気を売るのでなく、自分で蓄電しながら、電気を使う独立型の太陽光発電を私は「自作」し、毎日の運用を趣味で楽しんでいます。
　導入した機器やケーブルなどは、通信販売で購入し、組み立てました。その、「自作」した太陽光発電のシステムの概要について説明します。みなさんのソーラーシステムの構築の参考になればと思います。

ソーラーシステムの概要

　独立型のソーラーシステムの概要は、下の図のようになる。太陽光から受けたエネルギーをソーラーパネルが電気エネルギーに変える。発電した電流（直流）をバッテリーへ電気を送ります。チャージコントローラー（充電制御器）で制御して、インバーターで直流から家庭用の交流に変換します。バッテリー電圧は２４Vで運用しています。私は、このシステムを2016年の5月から運用しています。

ソーラーパネル　２００W　✖　８枚＝１６００W

ソーラーパネルは、単結晶２００Wの中国製。通信販売で８枚買った。

公称最大出力　　　　　２００W
公称最大出力動作電圧　３６V
公称最大出力動作電流　５．５A
重量　　　　　　　　　１４Kg

　屋根の上に載せるのは危険なので、狭い庭に分散してパネルを置いた。パネル２枚を直列につなぎ、２枚づつ４か所に置いた。設置する前は、パネルを６枚の予定であったが、南向きに設置ができないことや角度にも制限があったので発電での電流が少ないと思い２枚増やした。パネルの設置については、アルミの単管パネル（ホームセンターで購入）で枠組みした２枚が真南向き（傾斜角３０度）、物置の屋根に設置した４枚が西南向き（傾斜角１０度）、バルコニーの下２枚が西南向き（傾斜角９０度）である。非常に効率の悪い設定である。狭い庭なのでしかたがない。

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日本製のソーラーパネル

　日本のソーラーパネルメーカーは、家庭用などの発電システムを販売している。しかし、パネルは、中国メーカーなどの外国でのOEM生産にほとんど、切り替えている。唯一、残っていた「ソーラーフロンティア」社も２０２１年に生産を中止し、OEMに切り替える。残念ながら、国内で本格的に生産する大手パネルメーカーは姿を消すことになった。

過去に楽天で販売されていた１００％国内生産のパネル↓（もう販売されていません）

ソーラーフロンティア[SFK190-S]

太陽電池の１日の発電電流量の計算

使用する２００Wのソーラーパネル(最大電流５．５A）を８枚と１日の平均日射時間を３．５時間として計算すると

５．５（A）　✖　８（枚）　✖　３．５（時間）　＝　１５４Ah/D

となります。あくまでも理論値です。　

実際は、
発電電流量（結果）・・・・１４７Ah/D　（2020年8月15日～9月15日の平均）となりました。

　発電電力は、チャージコントローラーに表示されます。１６００Wのパネルですが、気温にも左右されますが、最大値（快晴の日）は夏や冬は、８００W程度、春秋で１０００Wぐらいである。過去、１２００Wまで行ったことはあります。太陽が出ていなくても明るい日は、６００Wぐらいまで行きます。雨の日で非常に暗くなると１００W以下になります。ただ、バッテリーの容量に制限がありますので、いっぱいになったときは、安全のためチャージコントローラーに制御され、発電電力は、下がってきます。

パネルの配置

　パネルの接続の仕方で直列接続つなぎ並列つなぎがあります。直列つなぎにするとパネルの一枚が日陰になると他のパネルも発電しなくなる現象があるので、日陰がどうしてもできてしまうわが家にとって、それを防ぐため、並列つなぎも取り入れ、上の図のように2枚直列の４つの並列つなぎにしました。詳しくは、【DIY】蓄電型太陽光発電のソーラーパネルの並べ方（私のサイト）を見てください。

チャージコントローラー

チャージコントローラーとは、パネルで発電した電気をバッテリーで充電するときに過充電にならないように制御する装置です。PWM制御とMPPT制御の２方式があります。PWM制御は、独立型太陽光発電に一般的に用いられ、求めやすい価格になっています。もう一つの、MPPT制御方式は主に住宅・産業用に用いられ、高い電圧にも対応し、効率がいいのが特徴ですが価格が大幅に高くなってしまいます。私は、システム電圧を１２Vから２４Vに変更したいので、より安心して使用できるMPPT制御方式を選びました。私が選んだのは、モーニングスター社のTM-MPPTｰ60です。アメリカ製です。市販品ではトップクラスの価格の高さです。最大の電流が６０Aまで対応できます。私のはパネル１枚が５．５Aで８枚ですので、最大４４Aとなります。十分余裕があります。本体とディスプレイは、別売されてます。両方とも通信販売で購入しました。ディスプレイで充電状況がわかるので便利です。本体に取り付けます。
使用開始から７年目になりますが、故障もなく使用しています。高価ですが本格的の方にはおすすめします。私が買った時よりも今は、値段が高くなっています。

最大バッテリー充電電流　６０A
最大入力電圧　　　　　　１５０V　DC
最大入力電力　　　　　　２４Vの時　１６００W
MPPT制御（最大電力追従制御方式と呼ばれ、高効率）

バッテリー

チャージコントローラー（左）
インバータ（右）

モーニングスター社のTS-MPPTｰ60のマニュアル（英文）

ディスプレイのマニュアル（英文）

アメリカ製です。（アマゾン）↓

ソーラーチャージコントローラー TS-MPPT-60 Morningstar社　桐生保証有　日本語取扱い説明書付き

ディスプレイは、別売です。↓

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バッテリー

　バッテリーは、日立化成の鉛蓄電池（SB100）です。６個、取り付けています。１２Vのバッテリーを2個直列にして２４Vの一組として、３並列で組んでいます。１つ３５ｋｇあり、重いです。通信販売で購入しました。配送は、いつもと違う大きなトラックでした。家の外の軒下へ設置しています。このバッテリーは、繰り返しの使用に強いディープサイクルバッテリーです。自動車などのバッテリーと種類が違います。端子の形状(T/LL/LR)を選択するようになっています。

ディープサイクルバッテリー　
鉛蓄電池
電圧　　　　１２V
重量　　　　３５Kｇ
容量　　　　100（5時間率Ah）

容量については、
システムを２４Vにするため、１２V・１００Aｈバッテリー2個を直列につなぎ、それを3組並列接続してます。つまり、全体では、２４V・３００Ah・蓄電量７２００Wｈとなります。

　売電システムでないので、晴れた日には、電気を消費しないと数時間でバッテリーは満充電になり、充電が少なくなり、無駄が多くなります。
　雨の日や曇りの日にもある程度の充電ができるようにするために、このシステムにしました。

バッテリーは、進化をしています。鉛蓄電池よりも安全性が高く効率的な「リン酸鉄リチウムイオンバッテリー」の値段が下がってきています。私の次回のバッテリーの購入はこれが候補の一つです。

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↓日本製の鉛バッテリー【１２V、100Ah】です↓

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精製水の補充が必要

　鉛蓄電池は定期的に精製水の補充が必要です。少しずつ、電解液は減っていきます。取扱説明書には「１週間に１度は液面点検をしてください」と記載されています。
　私は精製水をネットで購入していましたが、経費を抑えるために、現在はイオン交換樹脂を使って自分で精製水を作っています。↓

【自作】イオン交換樹脂で精製水（純水）製造装置を作ってみた

わが家の太陽光発電は、鉛蓄電池を使っている。鉛蓄電池のメンテナンスとして精製水（純水）の補充を定期的にしている。そのため、これまでは、精製水（純水）を楽天で購入してきた。サンエイ化学精製水工業用 20L×1箱コックなし業務用大...

DC-ECインバータ

インバーターとは、直流を交流に変換する装置です。２４Vの直流を１００Vの交流に変換しています。未来舎のPowerTite（F1-S1503）を使っています。日本の会社です。最大１５００Wまで利用できます。使用開始から７年目になりますが、故障もなく毎日快調です。高価ですがおすすめです。軽量の新製品が販売されています。

連続出力　　　１５００W
システム電圧　２４V　DC
出力波形　　　完全正弦
変換効率　　　９２％

日本製です。（1500W、24V）↓

FI-SQ1503-24VDC 未来舎・正弦波インバーター(1500W-24V)

音声読み上げ版

接続に必要なケーブルの太さ

　電線・ケーブルを選ぶ時には、太さが細いと熱を発し、火災の原因になるので注意が必要です。バッテリーとインバータの間やチャージコントローラー間には大電流が流れます。（２４Vのシステムは１２Vの半分の電流になる）

【ソーラーパネルとチャージコントローラー間】
　1芯の5.5㎟（5.5ｓｑ）のH-CVケーブル（架橋ポリエチレン絶縁ビニールシースケーブル）を使用している。太陽光の紫外線にさらされることのある太陽光発電でよく利用されているケーブルである。許容電流は、４９A程度である。私のパネル１枚の最大出力動作電流が5.5Aで８枚ですので、最大４４A になりますが、晴れた日もケーブルは熱くなっていません。
　5.5ｍ㎡は、太陽光発電のネット専門店　5.5㎟のH-CVケーブル（株式会社オータムテクノロジー）　にあります。

H-CVケーブルの許容電流について
導体の断面積　mm²		許容電流　A
0.75		7
1.25		19
2		27
3.5		37
5.5		49
8		61
14		88
22		115

【バッテリーとインバータ間】
　インバータが２４V・１５００Wを使用しているので電気製品を使うとき、最大６５A程度流れることになる。余裕をもって、けっこう太い一芯の２２㎟の溶接用キャブタイヤケーブル（WCT)を使った。
【バッテリーとチャージコントローラー間】
　ここも、一芯の２２㎟の溶接用キャブタイヤケーブル（WCT)を使用している。チャージコントローラーの最大バッテリー充電電流は６０Aのものを使用しているので、それ以上流れると、安全装置がはたらき、自動的に切れるようになっている。過去最大の１２００Wの発電の時は、５０A程度の電流が流れたことになる。天気の良い日はケーブルが熱を発し、少し温かくなっている。

溶接用キャブタイヤケーブル日本製堺電業 WCT22SQ 10m

ちなみに、ケーブルは、すべて一芯を使っているので＋極、－極の2本必要である。

　最近では、通信販売でソーラー用のバッテリーケーブルが販売されている。種類はKIVケーブルです。柔らかく可とう性があり曲がりやすいです。KIVケーブルの許容電流は、H-CVケーブルと同じです。２２ｓｑも販売されています。また、バッテリー購入時にケーブルが付属した販売も多くなりました。

KIV ケーブル 14sq 赤黒セット【1ｍ】【切売1ｍ～30m】絶縁キャップ付き［可とう性］［柔軟性］電気機器用ビニル絶縁電線軟銅より線 600V 60℃ 電線切売 14㎟配線制御盤

ソーラーパネルの架台

　ソーラーパネル２枚用の架台を単管パイプで作った。単管パイプ（外径４８．６ｍｍ）とジョイントは地元のホームセンターで購入した。
　最初は、ソーラーパネルの設置角度が６０°のものを作ったが、設置場所を変更し、単管パイプを回転させ、より効率がよい３０°に変更した。単管パイプの形は横から見ると１：２：√３の直角三角形にした。

ソーラーパネルの角度（傾斜角）と向き

　ソーラーパネルは、日本では、設置角度は3０°が理想と言われていますが、地域によって最適な傾斜角は違ってきます。沖縄で約20°、北海道で約40°が理想と言われています。
　最適角度に対して、１０°～２０°程度の角度の差なら、年間の発電量の減少は、ほんの数パーセントだと言われていますので周りの環境によって角度を決めていけばいいと思います。ただ、傾斜があると強風の時、パネルに力が加わりやすくなり飛ばされることに注意が必要です。

参考　京セラのHP

パネルの向きについても、発電量の減少はわずかだと思います。意外と角度と向きが理想とずれていても発電量はあまり減少しないものですね。

さらに、日照時間によって、発電量が決まってきます。冬の日本海側は曇天の日が多いのでどうしても少なくなってしまいます。
　また、気温によって発電量が変わってきます。我が家では、真夏の暑いときは発電量はぐっと少なくなります。意外ですが、真冬の晴天時は、瞬間的には、かなり発電しています。ソーラーパネルは、冬の寒さより夏の暑さが弱点です。

電気の使用状況

　使用する電気製品として、私のインバータは、最大１５００Wまで可能である。いつも使用している電気製品は大型テレビ、ディスクトップのPCと周辺機器、空気清浄機、スマホ、カメラの充電である。メインは４２インチのプラズマテレビです。消費電力は４００W近くあります。毎日、数時間は見ています。また、時々、使用しているのは冷蔵庫、掃除機、スタンドの電灯、ホットカーペットなどです。クーラーも使用できますが、他の電気製品があまり使えなくなります。雨の日には、バッテリーの充電が少ないので、途中からテレビだけ電力会社の電気に切り替えることがあります。バッテリーの寿命を長くするために、できるだけ、電圧を下げないようにして使っています。

消費電力を計算するときの注意点

電子レンジの消費電力

　電子レンジに５００Wや６００Wなどの表記があるが、これは、定格高周波出力という値であって実際の消費電力を表していません。実際の消費電力は定格高周波出力の数倍になるものもあるので注意が必要です。我が家の電子レンジの定格高周波出力は、１０００W、定格消費電力（最大出力の消費電力）は、１４５０Wと表記されていました。

瞬間最大出力

　電気製品によっては、電源を入れた瞬間に、その電気製品の消費電力より大きな電力「起動電力」がかかることがある。インバータの容量を考える時、これらも考慮したい。詳しくは、Honda発電機のホームページ

起動電力	電気製品
消費電力の1倍	スマホ、ノートパソコン、電灯、液晶テレビ、電気ポット、IHI炊飯器、ホットプレート
1.2倍～2倍	扇風機、ミキサー、電子レンジ、ドライヤー、エアコン
2.1～5倍	クーラー、冷蔵庫

※モーターがある製品は、起動電力が高くなる

節約できる電気代はいくら

　わが家の独立型太陽光発電システムで発電した電気がどのくらいの電気代に換算できるかおおまかであるが計算してみる。チャージコントローラーのメーターで発電した電力量はすぐわかるが、コンバータやケーブルなどでロスが生まれるので、実際に使用した電気製品で計算してみる。
　単純計算であるが、４００Wのテレビを1日４．５時間（基準）ずつ1年間見ると、消費電力は、400（W）✖4.5（時間）✖365（日）＝707KWｈ　となる。商用の電力会社の電気代に換算すると、（１ｋWhを30円で計算：我が家の電気の契約は昼間は、29.85円/1kWhになる）年間　約21,000円になる。
　再生可能エネルギー発電促進賦課金（１ｋWあたり3円45銭：2022年5月分～2023年4月分）の節約にもなる。（テレビ分で707KWｈ　✖　3円45銭＝年間　約2,000円）
【再エネ賦課金がいつのまにか値上げしている。売電しない独立型の太陽光発電をしている家庭には、一部免除してほしい。】
　その他の電気製品も概算して　デスクトップパソコン・・・6,000円　空気清浄機・・・1,000円　テレビの待機電力・・・4,000円　　残りの再生可能エネルギー発電促進賦課金・・・1,000円
実際は、その他、毎日のスマホの充電（2台）、夏の扇風機（3台）、ポータブル電源（SUWAOKIの５００Wh）の充電、掃除機（自分の部屋）にも利用しているが計算には入れてない。
　以上合計してみると概算で1年間35,000円になる。
※　電気製品の電力の数値は、ポータブル電源の使用電力表示で測定した。（ただし、テレビは、除く）

電気製品等	電力（W）	年間電気代（概算）
テレビ	400W	21,000
テレビ（待機）	28W	4,000
デスクトップパソコン	40W
パソコンの液晶パネル	30W	パソコン計　6,000
パソコンのスピーカー	２W
空気清浄機	7W（待機）～53W（ターボ）	1,000
再エネ賦課金		3,000
合計		35,000円

高騰する電気料金

　実際の電気代は、電力会社の発電のための燃料費が高騰しているため「燃料費調整制度」によって、１ｋWhの料金は加算されています。（例　私の契約では、２０２２年１２月では、１ｋWhあたり＋１３．１１円加算されていました。）夜間電力を利用して電気温水器を使っているわが家は、電気料金が約２倍近くになっていました。

さらに、２０２３年４月より私の住んでいるところでは、大幅な電気料金の値上げがあり、契約している料金単価は、一番安い夜間時間（２３時～８時まで）でさえ、１ｋWhにつき、３０円４０銭になり、昼間時間は、使用量により３８円３１銭～４４円９５銭になります。

膨らむ再エネ賦課金（税金です）

　再生可能エネルギー発電促進賦課金も年々、値上げが続いています。（ただし、２０２３年度は、初の値下がりです）使用された電気料金に比例して増額されていきます。毎月、電気料金に加算されて徴収されています。2024年度の再生可能エネルギー発電促進賦課金単価は,1kWhにつき3円49銭となっています。標準家庭の負担(300kWh/月)は、年額12,564円、月額1,047円となります。この制度ができた2012年度の標準家庭の負担(300kWh/月)は、月額66円でした。いつのまにか膨大に値上げしている税金です。
　独立型の太陽光発電の割合を増やせば、この賦課金の負担が少なくなるメリットもあります。

太陽光発電の発電の状況（８月～9月）

自分で作った蓄電型発電所１．６ｋWのソーラー発電で発電した状況（８月～9月）をまとめてみました。ある日（9月15日）の充電状況のようすと1ヶ月間の発電量について説明します。電気の制御にモーニングスター社のTM-MPPTｰ60（MPPT制御...

何年で元が取れるのか

最初から元を取るためにこのシステムを導入したわけではありません（趣味です）が、計算してみました。

日ごろの維持費として、バッテリーの精製水の注入（約２.000円／年）がある。これを差し引いてみる。また、このシステムの設置した時に、必要な機器等すべてで約50万円かかった。それを回収するためには　単純に50万円÷3.3万円＝約15.2年になる。
　バッテリー自体（約１０万）も更新が必要であろう。バッテリーをこの期間で仮に２回更新では（１０万　✖　2回）２０万となり、それを回収するためには、70万÷3.3万＝約21.２年　となる。仮に、パネルや機器などに故障がなくても、約２１年間は使用しないと元はとれない計算になる。

　ただ、電気代が高騰してきているので、回収年はもっと短くなるかもしれません。

独立型太陽光発電の強みは災害時に発揮

　元はなかなか取ることはできませんが、独立型の発電は、停電の時に、活躍できます。（我が家の飲み水は、すべて地下水。井戸用ポンプの電気が必要）災害時の備えにもなります。

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安全対策

　太陽光発電を安全に運用していくためには、設置にあたりある程度、専門の知識が必要です。さらに、電圧３０V以上の工事には資格が必要です。私の場合、バッテリーは、２４Vですが、設置工事にあたり、知り合いの有資格者にケーブルの接続等の協力をしてもらいました。正確には、自作ではないかもわかりませんが、計画や機材等の購入は、自分一人でしましたので、「自作」とさせてもらいます。
電気工事士の免許がないとできない工事｜太陽光発電の自作の場合（私のサイト）

私の場合
　①バッテリーの保管場所は家の外（軒下）【水素が発生するときがあります】
　②断熱材を使ったバッテリーの保管庫の製作（人・動物がさわったり、ぬれたりするのを防止）
　③接続ケーブルの太さ（バッテリー周辺は、太い溶接用キャブタイヤケーブル22㎟を使用）
　④直流安全ブレーカーを２か所設置（チャージコントローラーにも安全装置が内蔵され、特に必要ないが修理・落雷対策の時、便利）
　⑤ヒューズ付きカバースイッチを１か所設置　　など配慮しました。

また、日ごろの管理としてバッテリーのチェックやパネルの台風対策等の作業があります。2020年の台風10号の時は、パネル2枚（2枚目の写真：単管パイプが台）を取り外し、安全なところへ避難させました。

　２０１６年の５月に設置して、約８年になります。故障もなく、バッテリーも調子がよかったですが、最近は、バッテリーの満充電になるスピードが速くなり、容量が以前より少なくなっています。（買い替えの時期が来ています）

　チャージコントローラー（アメリカ製）、インバータ（日本製）、バッテリー（日本製）は、少し値段が高いですが、これらにしてよかったと思っています。（最近は、さらに値上がりしています）

太陽光パネルの廃棄物問題

　太陽光パネルの寿命は20年～30年と言われています。2012年に固定価格買取制度（FIT）が導入されて以降、急激に増えてきました。資源エネルギー庁のHP「2040年、太陽光パネルのゴミが大量に出てくる？再エネの廃棄物問題」では、太陽光パネルの廃棄に関するさまざまな懸念が示されています。鉛、カドミウムなどの有害物質が含むパネルの大量廃棄が迫ってきています。
　そうした中、環境省は、使用済み太陽光パネルのリサイクルを義務化する検討に入ったと報道されていました。（2022年5月）再資源化を法律によって定める方向になりそうです。パネルを廃棄する人は、家電リサイクル法のように一定の料金を払うようになるのでしょうか？現在でも、私の住んでいる町は、パネルの廃棄は、受け付けてくれていません。各自で処分業者に有料で、処分してもらうようになっています。
　パネルを設置する人は、廃棄の時も、お金がかかることも知っておく必要があります。

　以上、自分で作った太陽光発電の仕様や運営について、説明させてもらいました。興味のある方は、参考にしていただき、みなさんもソーラー生活にチャレンジしてみてはいかがでしょうか。　

さいごに、ソーラー設備の増設と電気の勉強のために第2種電気工事士の免許を取得しました。その道のりの紹介です。参考にしてください。
第２種電気工事士の試験に挑戦（私のサイト）