太陽光発電に風力をハイブリッドで追加するには？

独立型で太陽光パネルとチャージコントローラ、蓄電池、インバータでシステムを組んでいます。これに風力発電の出力（モーターの出力）をハイブリッドで追加してするには、どうしたらよいでしょうか。簡便な方法があったら教えてください。太陽光パネルの＋－のコードに並列でモーターの出力を繋いでしまうというのは乱暴すぎますか？
　ネットで調べると最初から組み込んで製品化したものは有るのですが、既存のシステムとは組み合わせ出来ないように感じます。既存の太陽光発電の回路に風力を、追加で入れ込むことはできるのでしょうか。風力に限らず水力とかモーターを介して発電したエネルギーをバッテリ蓄電システムに組み込む方法をお教えください。

No.3 ベストアンサー 回答者： joshua01 回答日時： 2013/04/17 19:36

こんにちは。

いろいろお考えですね。
私も似たようなことを考えていましたが、実は「最適な良い方法がない」ようなので「単純な次善の策」をお答えしておきましょう。
（装置の特性で大きく差がありますし、装置に負担をかける場合もありますのであくまでも自己責任で・・）

ポイントは、「ダイオードを入れた上で並列接続」・・・。

方法は次のとおり。
・電力入力のマイナス端子には、太陽電池のマイナスと、風力発電（直流出力）のマイナスを直付け。
・電力入力のプラス端子には、太陽電池のプラス端子にダイオード（順方向）を介した出力と、風力発電のプラス端子にダイオードを介した出力を接続。
（風力発電機が交流出力をダイオードブリッジで直流化してあるならそのままの出力で可）。
以上！。

　さて、ダイオードの全くない単純な並列（風力がブラシ整流の場合等）の欠点はお気づきですね。日が当たり、風がないとき、太陽電池の出力が風力発電機のコイルで消費されてしまうし、逆の場合には
風力の出力が太陽電池で逆流消費されてしまう。そこでダイオードにより逆流を防止します（太陽電池の多くはダイオード効果もあるので、そのまま直付けでもでも良い場合も多いですが）。

　一方、上記の「次善の策」においても、基本的な理屈では次のように「強いほうの電力しか使えない」という欠点があります。
　お気づきでしょうが、太陽電池が100Vの出力、風力が70Vの出力であったならば、ダイオードによる並列（合成）で出てくるのは太陽電池の100vのみで、風力側の出力はまったく使っていないことになります。
それでも、「昼は太陽電池、夜は風力」といった効果はあるので、ひとまず無駄ではないでしょうし、さらに、次のような点で、もう少し高い効率が期待できます。

それは・・・

ここから先はチャージコントローラのプログラムや、風力と太陽電池の定格出力等の性能の相違によって異なりますが、
・一般的に、太陽電池は、電流を大きく引き出そうとすると電圧が大きく低下する（ある一定の太陽光のときでも、0Aなら100Vだが、10Aなら50V、20Aなら10V・・・等）ため、コンピュータ搭載のチャージコントローラは入力電圧を監視しながら「ほどほどに」電圧が低下するように取り出し電流を徐々に大きくして最適値をみつけるような（等価的な”入力インピーダンス”を徐々に小さくする）制御を一定の時間単位で繰り返すようプログラムされている。
・もし、太陽電池出力が出力電流0A時に100vなら、70v出力の風力発電は役に立っていないようにみえるが、コントローラは取り出し電流を徐々に大きくしようとする制御を行うため、通常なら最終的に太陽電池出力が50v・10Aとなるように運転するような場合、徐々に電圧が下がる途中の70Vの段階で風力発電機からの電流が合流し、電圧が低下しにくくなる。
・そこでコントローラは取り出し電流をいろいろ変更して最適値を見つけ出そうとし、結局、60v・15Aの取り出し状態で運転する。
・・・両者の電力を（最適ではないだろうが）ほどほど適切に使用してまあまあ成功・・・。

（入力2系統型のコントローラは、いわば上記の制御を個別に精度良くやっていると言えるでしょう）

しかし、この方法では次のような点で留意が必要です。
・本当にこのチャージコントローラはこのような方法で制御しているのか。まあ、このコントローラに２系統の可変電源器を使って”シャント抵抗”とダイオードを使った実験をするとわかるが、急激に電圧を変動させた場合など壊してしまう可能性もある。
・風力発電機の出力電圧範囲は適切な範囲にあるのか。通常の風力範囲の中で過度に高いのは論外として、電圧が低過ぎて上記の制御範囲に入りにくい場合、風力発電機としてのエネルギー取り出し効率が低下するだけでなく、無負荷（空転）時間が長くなり、発電機を傷める場合もある。
（なお、この上記の制御方法は、いわば「内部抵抗による電圧降下」を積極的に使用する方法で、風力側も同様の制御の受けることになるので、脈流をなだめる平滑コンデンサは必須ながらもツエナ等を使った定電圧回路は
入れない方がいいでしょう）

さて、長くなってしまい、また私も机上の空論のみで実際にやったことはないのであくまでも自己責任でお願いしたいですが、構成が単純なのでご参考になればと思って書いてみました。

お役に立てば幸いです。

この回答へのお礼

ＰＷＭではなくMPPT制御とあるので、ご指摘のような最適化充電をしているかも知れません。やはり自分で種々の発電の機能を工作し、回路を自作で組み、オシロスコープなどで実験観測して最適な条件を割り出しながら、改善していく必要があるようですね。既製品では「帯に短し襷に長し」で改善改良や機能アップが出来ませんね。機能をブロック化してどこかで電線コンセントやネットワークの様に単純な繋ぎで種々のエネルギを集積できる方式があると良いのですが。電気の自給自足にはマイクロなエネルギを集積して大きなエネルギにする方法が必要ですね。

お礼日時：2013/04/18 00:53

No.2 回答者： jkpawapuro 回答日時： 2013/04/17 14:22

すいません、言ってる事がよくわからないのですが、どうやって風力の交流発電を直流に変換してるんですか？

この回答への補足

普通の電気機器の交流から直流を作る電源と同じ原理で出来ると思います。ダイオード４つでブリッジを組み、一方向の片側交流にしてからコンデンサーで平滑してツエナーダイオードで電圧を決めれば可能と思います。原理的なものに限定した話しですが。

補足日時：2013/04/17 14:36

No.1 回答者： usami33 回答日時： 2013/04/17 10:26

ハイブリッドコントローラ

http://www.ftech-net.co.jp/products/solor/f0345. …

こっちの方が安いかな
http://item.rakuten.co.jp/wich/windforce300w/

複数の発電機器を接続する場合は、逆流による破損に気をつけるのと、
それぞれがフル稼働による過充電に気をつける必要があります。


※コントローラを接続する際は必ずバッテリーを先に接続してください。
外すときは逆に、バッテリーが最後です

この回答へのお礼

家庭で使えるような風力システム例ですね。有り難うございます。しかし、いま独立型の太陽光発電で充放電コントローラとインバーターを持っています。私の希望はこれをそのまま使い続ける条件で、風力や水力のモータの発電の電力を入れ込む方法を探しています。バッテリから見て、既設の充放電コントローラに並列か多段に風力のエネルギーを追加する方法はあり得るのでしょうか？電源種が増える度に装置を全取り替えでは経済的に意味がありません。いま太陽光を４８Ｖで運用していますが、充放電コントローラから見て、パネルの増設と同じになるようにモータ出力を変換してくれるものはありませんでしょうか？

※コントローラを接続する際は必ずバッテリーを先に接続してください。
外すときは逆に、バッテリーが最後です
←このような知識は役立ちます。

お礼日時：2013/04/17 11:26