手回し発電機を利用した、エネルギー環境学習を準備しています。Webで調べるとほとんどが電球を点けるといった実験内容になっているのですが、小さな家電(例えば小型扇風機)を動かすことは可能でしょうか? 可能であれば、注意点と、またどのような機器が必要かを教えていただけると助かります。

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A 回答 (5件)

>例えば小型扇風機)を動かすことは…



仮に、今ある小型扇風機を分解するとします。モーターを取り外し、羽と軸だけの状態にします。
その軸を思いきっりてで回して、はたしてどれだけの速さで回せるか考えてみてください。間に歯車などをかまして、手の動きより速く回るようにしてもかまいません。
それでも 1分や 2分ならともかく、連続して電動状態と同じだけの風を起こせるでしょうか。
おそらく無理ですね。

発電機は、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するものですが、100%変換できるわけではなく、必ず損失があります。大規模の商用発電機でも 95%ぐらいです。まして小さな発電機では 70%ぐらいではないでしょうか。

また、モーターは逆に電気エネルギーを運動エネルギーに変換するものですが、これも小さなものなら 70%ぐらいの効率しかありません。

つまり、発電機とモータとを通算すると、50%程度しか有効なエネルギーを取り出すことができません。
前述のように、手で直接回しても無理なものを、さらに半分しか期待できない手回し発電機で、小型家電機器を動かすことなど、到底無理と結論づけざるを得ません。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
「手で直接回しても無理なものを、さらに半分しか期待できない手回し発電機で、小型家電機器を動かすことなど・・・」
確かにそうですね・・・。大変参考になりました。

お礼日時:2005/09/29 11:23

エルゴメーターによる計測だと、無風状態として、時速25Km/h位でコンスタントに自転車を漕いでいる状態の仕事率がほぼ100Wだそうです。

プロのサイクリストだと最大300~400W、コンスタントに200Wくらいは出せるようです。人間の脚から取り出せる出力のMAXはこのあたりでしょう。

ここから、電力を取り出すことを考えれば、諸効率を考えると、20W~10W位ということになります。まあ、これだけあれば小さな家電は動きますね。
なお、100Wコンスタントに漕ぐというのは結構大変ですよ。
自転車だと、ちゃんとした自転車に正しいポジションを取ってビンディングやクリップを装備したペダルで引き足を使って回さないと長時間は無理です。ママチャリ改造だとかなり苦しいので、中古のロードなどを探しましょう。
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この回答へのお礼

自転車とはいえ、ママチャリではキツイんですね・・・。 ただ、実用ではなく企画として使用するので、ある程度発電が大変なほうが返って良いのかもしれません。電気を作るのは大変なんだよと。
回答ありがとうございました!

お礼日時:2005/09/30 04:34

参考サイトを上げます。


「所さんの目がテン」
<宿題解決! 発電 の科学  #445 98/08/16>

---抜粋---
小さな発光ダイオードは点けられても、テレビのような家電製品を何とか動かしてみたいというのが人情。そこに、とある情報が!夜な夜なとある公園で自転車を使って発電を行っている人がいるというではありませんか!早速そこに出かけてみると、何とテレビがちゃんと映っているではありませんか!自転車に発電器を取り付け、必死にこいで電気を作り出しているのです。それではいつものように矢野さんも挑戦!ところが・・・なんと1分も持ちません。矢野さんでだめなら、その道のプロ、競輪選手ではどうでしょうか?さすが、テレビは楽勝で動くのですが、掃除機となると、ハンカチ一枚吸い上げるのが精一杯。そこで、人力発電の効率を測定してみます。すると、わずか1.5%ほどしか、人間の力が電気に変換されていないのが分かります。


家電品はAC100Vと電圧が違いますので、途中にインバーターを入れなければなりません。
インバーターは車載用のDC12VからAC100Vのものが使えそうです。
ここで効率が15%位落ちます。

手回しではパワーが足りませんので、足踏み式(自転車を転用)となるかと思います。
発電機(永久磁石に入ったDCモーター、マブチモーター転用可能か?RS540Sあたり?。)のシャフトを毎分数千回転させなければなりませんので、ギヤボックス等が必要です。

インバーターにはDC(DC:直流、AC:交流)で電源を供給しなければなりませんので直流に直す整流器(ダイオード4つかダイオードブリッジ)が必要です。
また、緩衝用として、この整流器の後に大容量の電解コンデンサー(耐圧50V数千uF)を並列でいくつか入れなければなりません。
条件によっては、発電機の電圧が高すぎて、インバーターに電源を供給する前に定電圧化(レギュレーション)してやらなければならないかも知れません。

自転車のライト用の発電機を数個、後輪につけても可能かと思います。
但し、この場合、発電機を分離するため個々の発電機1個づつに整流回路を入れ、電解コンデンサーで平滑化した上、さらにショットキーダイオードをいれてアイソレート(分離)し複数の電源を一つにまとめなければなりません。
平滑化後のGND(-側)は共通にします。

インバーターに供給する電源はDC12V±15%です。
そのためインバーターの過電圧保護を考えなければなりません。
過電圧保護は定格電力の大きい定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)等を考えます。
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この回答へのお礼

実は、同時進行で自転車発電機も現在製作中です。発電機は、自動車のオルタネータを転用しています。
より充実した内容にと、別に手回し発電機の準備を考えていたのです。
自転車発電機作成は現在難航中ですので、この回答内容も参考にさせて頂きます。
ありがとうございました。

お礼日時:2005/09/29 11:33

実質問題可能ですが結構疲れるようですな。



結構有名ですが(多分)URL参照です

しかも売ってます(笑

参考URL:http://www.geocities.jp/piccolosp/
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この回答へのお礼

このサイトは拝見したことがあります。 しかし、金銭的理由から、難しいのが現状です。
ありがとうございました。
それにしてもこのサイト・・・ 色々あるんですね。

お礼日時:2005/09/29 11:27

扇風機は100Vです。

電球は、1.5Vとかだと思います。なので、手回し発電機では無理だと思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
やはり厳しいようですね・・・。

お礼日時:2005/09/29 11:25

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Q手回し発電機のしくみについて

手回し発電機に何も接続しないでハンドルを回した時より、豆電球を接続した時、
ショートさせた時のほうが、ハンドルを回すのに力がいるのでしょうか。
回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

> 何も接続しないでハンドルを回した時より、豆電球を接続した時、
> ショートさせた時のほうが、ハンドルを回すのに力がいるのでしょうか。

豆電球を接続したり、ショートした状態でハンドルを回すと
電気が起こり、電流が流れて、光らせたり熱を出しているのは
ご理解されてますでしょうか?

ハンドルを回すと電気が起こります。が、何も繋いでない状態では
電流が流れる回路が形成されていないので、
「起こった電気」はそれだけで何もしません。

まず、豆電球をつなぐと回路が形成され「電流が流れることが可能な状態」
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これは、電球を光らせる電気であるとともに「ハンドルの回転を妨げようとする電気」でもあります。
電気モータが、電気を与えると回転する力を出すように。

ハンドルの回転を阻止するので、「抵抗力」を感じます。

この「抵抗力」に負けてハンドルの回転を遅くしたり止めたりすると、
電球を光らせる電気が弱く、暗くなったり消えたりします。が、
打ち勝って回転を続ければ、電球を光らせる電気を起こし続けられます。

運動エネルギーが電気エネルギーに変換されるというのは、こういうことです。

(導線に電流を流すと力を受けるフレミングの左手の法則と、
磁束中で導線を動かすと電流が流れるナントカの法則が右手、と逆なのは
こういうワケだからです)

ショートは、「大きな熱を出す」ということで、豆電球よりもさらに大きな
電気エネルギーを消費します。

> 何も接続しないでハンドルを回した時より、豆電球を接続した時、
> ショートさせた時のほうが、ハンドルを回すのに力がいるのでしょうか。

豆電球を接続したり、ショートした状態でハンドルを回すと
電気が起こり、電流が流れて、光らせたり熱を出しているのは
ご理解されてますでしょうか?

ハンドルを回すと電気が起こります。が、何も繋いでない状態では
電流が流れる回路が形成されていないので、
「起こった電気」はそれだけで何もしません。

まず、豆電球をつなぐと回路が形成され「電流が...続きを読む

Q風力発電機にエネルギー効率100%はあり得ないか?

風力発電機はご存じのように風の力で羽根を回して発電する機械です。
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従って羽根を通過した風はいくらかのエネルギーを持っているはずで、風力発電機のエネルギー変換効率100%は理想状態(回転軸のベアリングの摩擦がゼロ等)でもあり得ないことになりませんか?
このことについてお答え下さい。

Aベストアンサー

>> 普通に考えたら、風を最大限に利用しようとするなら
>> 風が残らず当たるように多くの羽根があって

 そのイメージは全く正しいので、思索の基本の一つとしてよいでしょう。ただしその力は回転面を真正面から押す力、ベクトル的に翼の回転方向と垂直であることも同時に覚えておこう。 そして回転力(トルク)はそれと簡単な比例関係にあるので、回転力(トルク)もおおよそそんな傾向だと思ってよい。

 風車が回ってる光景は、翼が青空に描くスカスカな円があってその中を細身の翼が動いている。円の面積と翼の面積の割合をs(solidity)と書く。
  s = 翼の長さ×幅×枚数 / π×翼の長さ^2

 風車が得るトルクは分かったとして、ではトルク=パワー だろうか? そうではない、ロケットで書いたのと同じで、パワー=力×スピード なのだ。力をいっぱい得ようとして流れを遅くしてしまうと翼のスピードが落ちるので、トルク最高な所はパワーが低いのだ。両者をかけたものが最大になる所を近似理論で計算すると、流れを1/3だけ遅くした場合になる。



 「風車は1枚翼が…」の理由;
 次に、グライーダーが飛んでる光景を想像しよう。上昇気流の中をクルクル回りつつ高度をあげていくグライダーは翼がとても細長い。そして風車も翼が細長い。なぜグライダーは翼を細長くしてるのか?テレビの「鳥人間大会」に出場する記録狙いの機体も例外なく細長い翼だ。強度のリスクがあるのに必死で細長く作る訳は。

飛行機の翼表面の圧力は上面が周囲より低く下面が周囲より高いのは知ってると思う。この圧力差が揚力だ。しかし翼の端では、圧の高い所から周囲に出て行き、低い所へは周囲から入り込み、圧力差が減って揚力を損してるのだ。そこで(同じ翼面積なら)細長く作れば端が短くなるので揚力損失が少ない。これゆえグライダーなどの翼は細長くしてある。(念のため;幅が広くなったぶん奥行きが短いので マサツ損失は変わらない。)

 風車も翼を使ってるのだから同じことで、(以下の話はすなおに納得は難しいと思うが)枚数が多いほど「圧力が漏れる翼端が長い」のだ。例えば三枚翼の場合、三枚をピッタリ並べて一枚の翼と見なせば「なるほど端の長さが3倍だ」と。効率狙いなら三枚を長くつないで直径3倍で回すべきなのだw

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>> なぜ三枚翼が多い

 騒音とか、回転軸を横に曲げようとする不必要な力を考えてのこと。 風車の上空をグライダーが飛んでるとしよう。グライダーの負荷は機体と数名の乗員だが、風車の軸には発電機を通じて家庭のテレビやエアコンや洗濯機が回っている。翼に入ってくるエネルギは半端なものではない。
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 二枚翼。
真正面からの空気力のバランスは良い。三枚翼より効率が良いからできれば使いたいのだ。しかし(難しい話になるが)慣性モーメントがアンバランスなのだ。翼の方向にはあるがその直角方向には無い。斜めの風を受けたとき変に曲げる力が生じる状態がある。ヘリコプターのローターが同じ二枚翼なのは知ってると思うが、ローターの付け根にはこの力に対処したフライングヒンジという「ちょうつがい」を使っている。それが無い時代は姿勢を崩して墜落したらしい。風車も同じようなヒンジを付けるのが保守メンテナンス的に面倒なのか、台風などを考慮すると軸受けが大げさになるからなのか、よく分からないが現在のところあまり普及してない。
 三枚翼。
上記のバランスがよい。この一言に尽きるらしい。ヒンジなど使ってないので安くできるのかも。そのほか回転が遅いので風切り騒音が少ない(パワー=力×スピード)

>> 普通に考えたら、風を最大限に利用しようとするなら
>> 風が残らず当たるように多くの羽根があって

 そのイメージは全く正しいので、思索の基本の一つとしてよいでしょう。ただしその力は回転面を真正面から押す力、ベクトル的に翼の回転方向と垂直であることも同時に覚えておこう。 そして回転力(トルク)はそれと簡単な比例関係にあるので、回転力(トルク)もおおよそそんな傾向だと思ってよい。

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Q手回し発電機についての質問です。

先日塾でエネルギーの変化についての授業ので助手をしていたのですがその時生徒に質問されてわからなかったことがあったので教えてほしいです。
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私はそこまでそのことに関して考えたことがなかったため明確な答えを教えてあげることができませんでした。
抵抗が大きくなるからとかで良いのでしょうか?
化学が専門なんでこのような仮説しか考えられませんでした。
どなたか教えて下さい。

Aベストアンサー

ハンドルを速く回すということは、回転数が増すということで、
仕事率(動力)が増えるということです。動力が増えるということは、それだけ手が行う仕事率(W)が増えて、手の負担が大きくなり、重く感じるということだと考えます。
次のような式を立てることができます。
動力、仕事率P[kgm/s]
回転数n[r/m]または[rpm]
ハンドルにかかる力F[kg]
ハンドルの半径r[m]
仕事率 P=2*π*r*n*F/60[kgm/s][J]
    P=2*π*r*n*F/60/102 [kW]
つまり、手の回転数nが増すほど電球を点灯するワット数が増します。
ここで、効率があるので手の仕事がそのまま電気的出力にはなりませんが
比例関係にあります。
内容的には工学寄りの物理と思います。

Q電池と豆電球の実験で豆電球への銅線が一つ枝われしてます

電池と豆電球の実験で豆電球への銅線が一つ枝われしてます。その先にはいきどまりで何も有りません。やはりいきどまりだと、電池の
減りは早い?

Aベストアンサー

銅線を水道のホースと考えます。
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 豆電球は、水車と思ってください。

 銅線が途中でふたつに分かれていて、その先には何もつながっていないのは、・・・
 水道のホースが途中でふたつに分かれていて、その先に何もつながってはいないけれど、水もれしないように栓がしてある状態と同じです。

 はじめは、何もつながっていないところまで水は流れて行きますが、ホースの中が水でいっぱいになってしまうと、もうそれ以上、そこには水がながれていきません。
 (※もしかすると、先端から少しは水もれしているかもしれませんが、無視していも良いくらいの量です。)

 これと同じで、電池の減りは枝われしていても、いなくても、あまり違いはありません。


 

Q手回し発電機の評価方法

手回し発電機を製作し、子供たちにどのくらいの発電能力があるかを見せたいと考えています。発電機には、定格 4A、2000rpm、出力電力30Wのモーターを使用しています。歯車で増速して発電能力を高めるのですが、子供にわかりやすく伝えるにはどうすればいいでしょうか?豆電球を光らせるといった地味なもの以外で伝えたいとおもっています。(発電した電力で水を分解するなど)また実験なので、結果が定量的に出る必要があります。誰か、知恵を貸していただけないでしょうか?

Aベストアンサー

発電の電圧などによって、
模型店などで扇風機型のFANを買ってきて(作って)
3つ位を電圧によって、順番に回り始めるようにすれば如何でしょうか?
一斉に回り出すよりも、力の差が発電の差に繋がっていると、よりリアルなモノになるのではないでしょうか?

ただ、事前にコイルとマグネットを使ってテスターなどの電流計が動くのを見せてからでないと、手で回すことで発電しているのに
その発電機は電池が何個ぐらい必要なんでしょうか?
なんていう風に、発電していることを信じて貰えないかも知れないです。
最近の個は何を見ても感動しない傾向があります。
ポータブルゲームなどで発電によってステージをクリアーするモノなどもあるのでそう思いました。
電気科学館などに行けば、結構ヒントはあるもんです。
頑張って下さい。

Q【電球】電球のW(ワット数)は掌の大きさに比例すると言われましたがこれはどういうことですか? 分か

【電球】電球のW(ワット数)は掌の大きさに比例すると言われましたがこれはどういうことですか?

分かりやすく説明してください。

これはLED電球では通用しない話ですか?

電球の大きさが大きくなるにつれてW数は比例する。

どのサイズ、W数が基準ですか?

Aベストアンサー

質問文に書かれている事の出典が不明ですが、一般的にそのような事はありません。
白熱電球の大きさは、口金のサイズや、照明器具によって、何種類かあります。
同等の器具であれば、電球の大きさは同じで、消費電力(W)が複数選べます。
LED電球も、白熱球と置き換える形式の物は、白熱球とほぼ同じ大きさです。(消費電力は、当然少ないです)
例えば、E26口金の白熱電球の場合は、一般的なJIS品の場合は、10~40Wで長さ104mm、球径56mmが標準サイズで、60~100Wで長さ114mm、球径61mm、150~200Wで長さ160mm、球径76mmとなります。

Q手回し発電機と電流の向き

手回し発電機を極性が逆になるように回しても手回し発電機につないだ発光ダイオードが僅かに点灯するのはどうしてか。

Aベストアンサー

●直流モーターに電流を流すと、整流子(ブラシ)のところで火花が散るのを見たことが有りませんか?常に磁石とコイルの間に一定方向の力が働くように、回転子のある回転角ごとに整流子でコイルに電流の流れる方向を反転させています。(一瞬ですが電極がショートしてしまう瞬間が有る場合に火花が散る。)

●極性が有るということは、この直流モーターを逆に回転させて電流を取り出していますね。その場合、磁石の中でコイルをまわし交流の発電をして、それを整流子で電流の方向を反転させていると思います。これがショートするような場合にはこの反転させる瞬間に電流の方向が不安定になることが考えられますね。そのときに逆方向の電流が瞬間的に流れているのでは?

●オシロスコープがあれば実際の波形が見れるのですが。
 ちょうどボールを床に投げた時のような、ぽんぽんとはねていくような波形になると思うのですが、その床に当たってボールが跳ね返る瞬間に相当するところで、電流の場合には完全な0Vではなく,整流子での電流の向きの切り替えが完全でなく、ちょっとマイナス側に振れる瞬間が有るのでは?と思います。

●直流モーターに電流を流すと、整流子(ブラシ)のところで火花が散るのを見たことが有りませんか?常に磁石とコイルの間に一定方向の力が働くように、回転子のある回転角ごとに整流子でコイルに電流の流れる方向を反転させています。(一瞬ですが電極がショートしてしまう瞬間が有る場合に火花が散る。)

●極性が有るということは、この直流モーターを逆に回転させて電流を取り出していますね。その場合、磁石の中でコイルをまわし交流の発電をして、それを整流子で電流の方向を反転させていると思います。こ...続きを読む

Q電気エネルギーから熱エネルギーへ

今、中学校の技術で「電気エネルギーが熱エネルギーに変わる仕組みを電気機器を使って説明しなさい」という課題がでているのですが、よくわからないので、教えてください。このことに関するホームページでも、いいです。すっごく詳しく教えてくれると助かります。

Aベストアンサー

こんにちは。
先生が出題したところの意図は『どのような方法があるか』と言うことだと思います。電気(電力)から“熱”を作り出すには1つの方法だけではありません。難しい原理を聞いているのではないと思いますから実現可能な、実用されているものを列記することから始めましょう。

例、たとえば身の回りにあるものなら、
1.電気コンロ、アイロンのたぐい
2.電気ストーブ
3.エアコン
4.電子レンジ
5.IH調理器具(レンジ、炊飯器)
ぐらいかな。
最近のコタツで中が明るくないのは(2.)に近いけど別に考えてもいいのかな。

実用化されていないものとして
音響冷却(加熱)。スピーカーと筒(パイプ)で熱交換。

なんてのもあるよ

Q手回し発電機で蛍光灯を点けたいのですが・・・。

 蛍光灯を手回し発電機を使って点けたいのですが、どのような方法があるでしょうか。
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 また、蛍光灯を回路につないだ状態でテスターで電流を測ってみました。250mAまでしか測れないものなのですが、それは振り切ってしまいました。手回し発電機が二台手元にあり、直列につないで実験してみましたがやはり点きませんでした。乾電池の電流が0.5Aなことを考えると十分だと思うのですが・・・。
 また、手元に白熱電球型の(インバーター回路を組み込んだ)蛍光灯もあります。こちらの手回し発電機での点け方をご存知のかたがいらっしゃいましたら、併せてお教えくださいませ。
 点ける方法に心あたりがある方、またつかない理由に心当たりがある方、ぜひご協力お願いします。長文失礼しました。
 

Aベストアンサー

250mAまでしか離れないテスターなのに、なぜ乾電池が0.5Aだとわかったのでしょうか。単一電池は2Aかそれ以上は平気で流せるだけの電力容量を持っていることの指摘しておきます。

また、昇圧回路の設計上の電源電圧(おそらく1.5V)からかけ離れた高電圧を入力した場合には昇圧動作を行わない可能性があります。あるいは壊れるかもしれません。また、電源の品質は電圧だけで決まるものではありません。手回し発電機の出力にはかなりリプルが含まれていると推察されます。

普通に手に入る一番小さな蛍光灯は5Wくらいだと思いますが、これからインバータの効率を考えて逆算すると 7Vだったら1Aくらいは発電する必要があります。

Q田舎の畑で、発電するにはソーラー発電がBEST?

特に風が強い地域でもなく、日当たりも良いのでソーラー発電を考えています。

電気の使い道は、電灯、扇風機(夏)ハロゲンヒーター(冬)、できるならパソコンも動かせるならと思っています。

そこで質問ですが、以下に3点ほど質問させて下さい。

1:発電するのに必要になる機材の数々(できる限りシンプルに少なく)

2:見積予算

3:簡単な接続組み立て方法(参考URLなどや)

科学に詳しくないので、できるだけ簡略化した方法を教えていただけたらお願い致します。

知識がある方、お詳しい方、ご教授ヨロシクお願いします。

Aベストアンサー

ソーラー発電は私も予定しており 色々考えた結果次のような物を考えました

ソーラー、電池、インバーターのセットでAC100Vを発生させる

電力は最大で15A としますと1、5KWとなります これはエアコン程度です
ソーラー(太陽電池パネル)は1000円/W 位ですから電池を使わずに全てこのソーラーから供給するとしますと150万円ですが実際は大口ですからもう少し割安になるでしょう 100万円と見れば良いと思います、でも太陽が出ている時しか発電しませんので充電用の電池が必要ですね

そこで電池ですが車用の鉛電池が安上がりでしょう 100Vを取るには単純に12個位必要です 1、5KWでは2時間も持ちませんが差し当たり この場合のコストは3000円×12個=36000円となり ソーラーよりは遥かに安いので更に増やしてやれます でもメンテナンスが必要ですから勉強しておきましょう

インバーターは今回のこれに適合するか解りませんが20万位で買えるでしょう

ソーラー(太陽電池パネル)のコストが最大ですので半分位に抑え鉛電池を増やした方が得策でしょうね
そうしますと80~90万円位で済むかも知れません

上記は細かい事は省きました 連続使用で約2時間程ですのでこれで足りるか疑問があると思います エネルギー源は太陽のみですので最低必要パネルが決まります
でも別エネルギー例えば水車からも充電すればソーラーを減らせますし夜でも充電可能です

ソーラー発電は私も予定しており 色々考えた結果次のような物を考えました

ソーラー、電池、インバーターのセットでAC100Vを発生させる

電力は最大で15A としますと1、5KWとなります これはエアコン程度です
ソーラー(太陽電池パネル)は1000円/W 位ですから電池を使わずに全てこのソーラーから供給するとしますと150万円ですが実際は大口ですからもう少し割安になるでしょう 100万円と見れば良いと思います、でも太陽が出ている時しか発電しませんので充電用の電池が必要ですね

そこで電池ですが...続きを読む


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