風力発電機の羽はなぜあんなに巨大で細いのですか。家庭用扇風機や天井型扇風機の羽根のような小型の羽の発電機にはならないのでしょうか。バードストライクや雑音、強度など問題山積でしょうが、巨大な羽を見るたびに素朴な疑問にとらわれます。少しずつ発電し、新式の蓄電池に溜めて使うというような気楽な技術が本当は期待されないでしょうか。

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A 回答 (9件)

専門家ではないので、詳しくは説明できませんが、



>なぜあんなに巨大で細いのですか。
 
 航空機のプロペラの場合、直径が大きくなるほど、効率が高くなります。(低速で、ゆっくり回した方が良いらしい)

>家庭用扇風機や天井型扇風機の羽根のような小型の羽

 大きくなればなるほど、重くなるので、幅広い羽は不利です。

 上2つの理由から、小型化すれば、効率は著しく低下します。
 直径1mの羽と、直径10mの羽では、長さは1/10ですが、風を受ける面積比では1/100と100倍違います。

(かつて、プロペラの専門家、佐貫亦男さんの本を読んだ者です。大変面白い話が書いてあります。難しくないので、興味があれば、是非。)
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船の舵ですが


前後方向に短く上下方向に長い舵のほうが効きがいいのです
もうひとつは
風速によって回転速度が変化しないようにピッチを可変にしています
幅が広い翼だと風に対する有効な角度がえらる範囲が狭いようです
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オランダの風車と風力発電機の風車の羽は動作原理に少し違いがあるのです。

オランダの風車の羽は基本的に平面ですが発電用の風車の羽は飛行機の翼のような断面になっています。どちらの羽でも迎え角を持って、受けた風の向きを変えることによる反動を利用する点では同じですが、翼型の羽では羽に沿って流れる気流による揚力もエネルギーに変換しているのです。そして、この揚力を大きくするには翼の縦横の比率が大きい方が効率が良いのです。これはグライダーが幅が狭く細長い翼を持っていたり、飛行機のプロペラが細長い翼を持っているのと同じです。また、扇風機のような幅広の羽では付け根に非常に大きな捩れが加わり強度的にも非常に不利です。さらに翼型の羽では強風時に羽の取り付け角度を変更した(フェザリングといいます)時に反動によるトルクは減りますが、翼の前から後ろに流れる気流による揚力によって発生するトルクはあまり変化しません。この点でも縦横比の大きな翼型の羽が有利なのです。
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羽を巨大にするのは、比較的安定した大きな「トルク」を必要としたからではないかと思います。



発電機の回転ムラは発電効率を下げてしまいます。
大きなトルクにより発電機軸を増速させて発電する方が、発電効率は良くなります。
加えて少しでも安定した「風」を受けるためには、地上付近よりも上空の方が風は安定(風向風速とも)します。
あとは費用対効果の問題もあると思います。

仮に大きな羽での発電電力が100Wとしましょう。建設費が100万円。
小型の風力発電ができたとして、発電電力が1Wだったとすると、作られる電力が1/100になったから建設費も1/100になって1万円でできるかと言うと・・・できませんよね。

発電する電力や安全性、コスト、効率などなどいろいろな面が考慮されての大きさだと思いますよ。
航空法での昼間障害標識として、赤白に塗られていないところを見ると、航空法にも引っ掛からないように考慮されているのでは?。
(風力発電の場合は、「景観」が優先されているのかも・・・)

巨大な羽の回転効率も考慮すると、空気に対しての抵抗が少ない方がいいわけで、これは飛行機の翼と同じことが言えると思います。(No,5様が書かれています。)
翼端流による「渦」は、羽の効率を著しく低下させます。
あと回転中の抵抗を下げるためにも、細い方が抵抗は小さくなります。
しかしあまり小さくすると、今度は風を受けて力を得るための「羽」としての効率が下がりますので、バランスを考えながら決められた太さなのだと思います。
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飛行機や鳥の翼と同じでしょう。


翼の一番端っこに翼端渦という渦ができてそれが抵抗になる。
翼を細く長くすれば端っこの比率が薄まって効率が上がる。
人力飛行機やアホウドリの翼が細く長いのはこのため。

恒常的に風が吹く土地は限られるのでわざわざ効率の悪い
翼を使って無駄に土地の面積を消費するわけにはいかない。
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答えになっていませんが、一言。


羽根の幅と羽根の間隔の比をピッチコード比 (pitch chord ratio) と呼びます。当たり前ですが、この値は羽根の先端と根本でも異なります。最適な値(効率を最大にする値)は、風速、回転数によっても異なります。こんな事を理論や実験によって研究した結果が、現在の発電用風車の形でしょう。

この辺の質問を記事を書いている新聞記者にも出しているのですが、答えを貰っていません。メーカーにも聞いてみるつもりです。
明確な説明が欲しいですね。
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この回答へのお礼

何人もの方から早速のご教示をいただき感激しています。昔、戦時中の思い出ですが、映画館で飛行機の風洞実験とかいうのを見てあこがれたものでした。翼の上の線と下の線に沿って気流がどう変化し揚力がでるかなど面白かったです。また潜水艦がどうして潜航、浮上するかなども模型で見て納得したものです。年齢がわかりますね。今なら、分かりやすく楽しい動画の説明ができそうですね。理科の教材としても、昔、16ミリ映画を小学校の理科室で見たものを一生おぼえていて時々おもいだすことを思えば、さまざまの困難を妥協しながら乗り越えていく努力を次の世代に伝える工夫も素敵な教材になるでしょう。ぜひお願いしたいと思いました。皆様ありがとうございました。

お礼日時:2009/12/13 09:45

回答でなくて済みませんが、多分関係する例が飛行機のプロペラ


です。飛行機のプロペラも細いですが、扇風機は幅広です。
飛行機は台風の強風を考慮したものではなさそうですから
流体力学的何かがあるのだろうと思っています。

私も明確な回答を期待しています。
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扇風機のように羽根を広い面積にすると、台風などの風の風圧を支えきれず、風車の鉄塔が倒れてしまうでしょうね。



電柱の電線が台風の風圧で風に引っ張られて、電柱が倒れることがたまに起こります。電柱でさえ、電線が台風の風圧を受けて転倒します。
まして、風車の羽根にかかる風圧が、風車の支柱にどの位になるか考えてみてください。風力発電の羽根の長さは50m前後あります。台風のときなどには羽根の自重と風により受ける風圧が羽根の付け根にかかること、またそれらの羽根の風圧の合計が支柱の先端にかかります。てこの原理で
(支柱の先端にかかる力)×(支柱の長さ)
のモーメント(巨大な支柱を転倒させようとする力)が支柱の地面の支え部分にかかります。
なので、できるだけスリムな羽根にしないと羽根の付け根部分で羽根が折れてしまったり、支柱が地面の土台ごと転倒してしまいます。
過去にも転倒が羽根の脱落事故があって、現在のスリムな羽根の形状になったというわけですね。
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オランダの風車のように羽根が大きいと沢山風を捉らえられて発電効率がよくなりますが、問題は強風によって羽根が壊れることです。

壊れたときには高い位置にあるので修理が大変なので長い期間発電が止まってしまいます。ですから強風で壊れない設計をするとあのような形になってしまうのだそうです。
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Q【風力発電ビジネスの世界は詐欺ですか?】 太陽光発電ビジネスは国を相手に騙した詐欺だったと前回の質問

【風力発電ビジネスの世界は詐欺ですか?】


太陽光発電ビジネスは国を相手に騙した詐欺だったと前回の質問でした。

風力発電は一基1200万円くらいする。

でも風力発電の中身を分解して見てみると中身は至ってシンプルな設計で、発電機とブレーキと増速機に風車となるブレードが付いているだけである。

部品点数で言うと5点だけで支柱のポールを含めても6点しかない。

接地工事代と基礎代は別である。

よって一点の価格が200万円する。

で実際に雷が落ちてブレードが破損してまともに回転しなくなって業者に交換の見積もりを出したら200万円と言われたと言う。

避雷針が付いているがオプションであり別料金である。

避雷針は避雷針専門のメーカーがあり風力発電業者の管轄外なのだ。

避雷針も山の上に風力発電を設置するので大きい雷が何回も落ちると壊れるのだ。

避雷針を定期的に交換する費用とときどき落ちて壊れるブレード代一基に付き200万円で全然風力発電で儲からないという。

儲かるのは設置した風力発電業者だけであった。

何が言いたいかというと部品点数が少ない風力発電がなぜ一基1200万円もするのかということだろう。

基礎代も避雷針代も設置代も含まれていない。

これはボッタクりとは言わないのだろうか?

【風力発電ビジネスの世界は詐欺ですか?】


太陽光発電ビジネスは国を相手に騙した詐欺だったと前回の質問でした。

風力発電は一基1200万円くらいする。

でも風力発電の中身を分解して見てみると中身は至ってシンプルな設計で、発電機とブレーキと増速機に風車となるブレードが付いているだけである。

部品点数で言うと5点だけで支柱のポールを含めても6点しかない。

接地工事代と基礎代は別である。

よって一点の価格が200万円する。

で実際に雷が落ちてブレードが破損してまともに回転しなくなって業者...続きを読む

Aベストアンサー

> 儲かるのは設置した風力発電業者だけであった。
> これはボッタクりとは言わないのだろうか?
貴方もやってみましょう。

Q鉛蓄電池とアルカリ蓄電池の違い

100V 100AH程度の蓄電池には昔から鉛蓄電池とアルカリ蓄電池がありますが違いがよくわかりません。構造、価格、用途等について簡単に解説をお願いします。

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性能用途については、大きい容量のものが作りやすい内部抵抗が小さいので瞬発力が大きい
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Q風力発電について質問です。

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近年、風力発電所をたくさん建設している国を教えていただけませんか。

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【世界で実用化が進む風力発電:目立つ中国、インドの台頭】
風力発電は、世界で急成長する再生可能エネルギー産業のひとつである。電力供給全体に占める割合で見ると、風力発電が国の電力供給全体の約20%を占めるデンマークが先端を行く。
しかし、近年においては米国の他に、中国、インドが新規設備容量を急速に増加させており、これまで風力発電で先駆していた欧州諸国との差を縮めている。
世界風力エネルギー協会(WWEA)のデータによると、1999 年には13,700 メガワットであった世界の風力発電設備容量はここ10 年で11 倍近くに増加した。2008 年末時点で121 ギガワットであった設備容量は、本年度末までには152 ギガワット、来年末までには190 ギガワットに達する見通しである(グラフ1)。
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今年においては新規設備容量で米国を追い越してトップに立ち、累積設備容量ではドイツとスペインを抜いて、米国に次ぐ世界2 位になる見通しだ。
http://www3.keizaireport.com/file/WDC047.09.pdf


ドイツは脱原発で、2030年までに再生エネルギー割合を全体の50%にする計画です。
世界でただ一つ原発にしがみつく日本とは雲泥の違いです。

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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。
風のエネルギーを100%電気に変えることが出来たときは、風は止まっていなくてはなりません。
なぜなら羽根に当たった風が止まったときに、風のエネルギーは100%消費されたと考えられるからです。
ところが風が風力発電機を回すためには、羽根に当たった後も、羽根をいくらかのスピードで通り過ぎなければなりません。羽根の後で風が止まっているとは考えられないからです。
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

 それでは二枚翼は一直線だから良いのか?;残念ながら二枚翼には端が二つある。一枚翼は端が一つなのだ。なぜなら回転中心に近いほどスピードが小さいゆえ。(もう気付いてると思うが飛行機のプロペラと同じなので理論的な事を知りたければその方面の本を当たればよい。)


 というわけで、効率は流速を1/3だけ使う場合が最高、のほかに、翼の枚数が少ないほど損失が小さい、ゆえにこの2者を両立させたものが最良ということになる。その答が現実に見る風車のあのヒョローンと細長い姿なのだ。



>> 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。
 一枚翼。
真正面から受ける空気力が軸を曲げようとしてるのは素人目にも明らかである。そのほかは二枚翼と同じ。
 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。

 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...続きを読む

Q風力発電の発電効率に関して

風力発電設備等の各発電設備には『発電効率』○○%という言葉が出てきます。風力発電設備の場合、風力エネルギーから電気エネルギーを得るわけですが、風と電気を比べて『発電効率』○○%と言っても比べる基準が違うため、良くわかりません。
風力発電の『発電効率』とは何に対しての効率なんでしょうか?

Aベストアンサー

「風の持つエネルギー(風の運動エネルギー)に対して、どれだけのエネルギーを電気として取り出せるか」ということです。

参考URLは、風の持つエネルギーの算出方法です。

参考URL:http://www.rmkoubou.mce.uec.ac.jp/contents/Report/windcar/column-2.html

Q巨大発電機が発生する電圧は間違いありませんか?

発電所のような巨大な発電機はどのくらいの電圧が発生しているかを考えてみました。
直径1cmの発電機(モーター)をそのまま直径1mの発電機に巨大化させます。体積は100万倍で永久磁石の磁力は100万倍、回転子の周速は100倍、コイルの長さは100倍で、そこから電圧は100億倍になります。直径1cmの発電機が1V発生させたとすると直径1mの発電機からは100億V発生することになります。
何か騙された気がしますが、理屈上は間違いありませんか?
ちなみに、発電所の発電機は2万Vだった気がします。おそらく電圧を下げる工夫がされてるんだと思いますが、それも知りたい所です。

Aベストアンサー

発生させる電圧は発電機に使用する絶縁材料と導体との組合せによって決まります。
つまり、発生させる電力を同じとして考えると、電圧が高ければ高いほど導体を流れる電流は少なくて済みますが、絶遠破壊を起こさぬようにしなければなりませんから自ずと電圧は制約を受けます。

発電機の大きさは、このように発生させる電力の大きさで左右されるものであり、発生させる電圧は直接の目標ではありません。
いずれにせよ発電機で発生した電力は変圧器で昇圧(大幹線の送電線では50万ボルトや100万ボルトに昇圧)できるのですから、発電機の出力電圧というものは送電端でみれば大したファクターではありません。

なお、参考までに申し上げると、発電機には永久磁石は使われず、励磁電流で磁界をコントロールするいわゆる電磁石を使います。また発生させる電圧は回転子の直径に比例するのではなく、コイルが磁界を横切ることによって、これらの大きさに応じて電圧が誘起する原理を利用しているのです。

Qビジネスとしての風力発電

ビジネスとしての風力発電について教えて下さい。

現在、海沿いの比較的風が強い場所に土地を所有しています。
現在は遊休地です。
広さは1万坪ほどあります。

風力発電の設備を新設し、売電によって利益を上げたいと考えています。

以下の情報ありましたらどなたかご教授下さい。

1)風力発電設備の費用
2)1)に対しての補助金の有無とありの場合、その条件
3)損益計算シュミレーション
4)風力発電の地理的・土壌的設置条件

以上、よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

http://www.jwpa.jp/

ここにでも電話して、風力発電設備の会社を聞いて
質問下さい


それに・・・
高圧で契約電力500kW以上ならは買い電気は1kW/hで12円程度

風力の小口の買電が10円程度ですから・・・
電量会社としては完全な赤字です

自前で6円以下で発電(火力発電)できる

大口はもっと安いです
それにエコ発電(本当はエコではない)支援の為に
国が一定量購入を電量会社に義務つけているだけです

電量会社としては採算悪化になるので買いたく無い

したがって、風量発電が増えても義務数量以上電量会社は買いませんので・・・・将来の経営が成り立たない可能性も高い非常にリスクがあります

将来 買電の値段が引き下げられる恐れも高いのでこの辺もリスクが高いです



 

Q可搬型エンジン発電機と常用発電機

発電機に詳しい方教えて下さい。可搬型エンジン発電機を常用発電機としてし使用できますか。
可搬式エンジン発電機を一日約10時間月曜から土曜日まで毎月一年間フル運転してエンジンの寿命やメンテナンスの時間は、常用発電機と比較した場合どうなるのでしょうか。又法的に使用してもよいものでしょうか。もし法的に何かあるようでしたらその内容も教えて下さい。本来ならピークカット運転のように断続運転で使用するものでしょうか?

Aベストアンサー

可搬型エンジン発電機は、通常電源のない場所で、土木、建築工事などの作業用で使用するもので、屋内設備に接続して使用するものではありません。

一般的な可搬エンジン発電機のメンテナンスは100時間毎のものが多く、連続運転には向きません。

商用交流に並列できるだけの回転制御機能を有していませんので、同時に使うこともできません。

なお、どうしてもエンジン発電機を使用する必要がある場合(停電時の予備電源など)は、設備に基準がありますので、適合した発電機が必要になります。適合外の発電機を屋内設備に接続することは、禁じられています。

Q家庭用風力発電について

こちらに質問していいか迷いましたが、「風力発電」についてお聞きしたいことがあります。
家庭用の小さい風力発電機(屋根やベランダなどに取り付けるもの)があると聞いたのですが、
それを取り付けたとしてどれくらいの発電能力があるのか知りたいです。
もちろん、風力なので風がないところでは期待できないと思いますが、
一般家庭の何分の一くらいかはまかなえるものなんでしょうか?
それと、その風力発電機自体の価格帯はどれくらいなんでしょうか?
知っている方がいたら教えてください。

Aベストアンサー

風力発電やってますが、太陽光発電と違い毎日の発生電力が安定せず(自宅内なので立地条件も何も無い)現実、生産(発電)と消費のバランスが難しい。もちろん系統連系なども電力会社ガイドラインのレベルでは無いので限られた単独負荷となります。発電機電圧はDC12~24V仕様なのでバッテリーバンクに貯めてインバータでAC100Vにして使います。風が無いとどうなる...バッテリー目減りした分、買電でその分充電しなければならず結局、発電と消費バランスになり常に発電が上回りにならないと(インバータの変換効率もあり)難しい。

参考URL:http://www5a.biglobe.ne.jp/~suzukipc/

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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