【発電量アップ】太陽光パネルの散水冷却案【夢発電】最終回 (4/4)

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夢発電

こんにちは、KMRRです。~~-v(* ̄・ ̄)。。o

過去3回に渡って記事にして参りました太陽光パネル発電関連に記事もいよいよ今回が最終回です。
このところ仕事がやばやばの忙しさでした、、、最終回のUpがかなり遅くなってしまいました。

一条工務店・夢発電関連の記事はこちら→「一条工務店 -夢発電

過去3回の記事はこちら
【一条夢発電】太陽光発電の最適化、発電量を増やすには? 第1回(1/4)
【一条夢発電】太陽光発電の最適化、発電量を増やすには? 第2回(2/4)
【一条夢発電】太陽光発電の最適化、発電量を増やすには? 第3回(3/4)

過去3回に続いて、ご留意頂きたい点からお話ししたいと思います。

■■■本記事をお読み頂く方へ~ご留意頂きたいこと■■■
・本記事は一条工務店夢発電の導入検討段階の方々に対する情報提供、および個人的意見をする内容ではありません。私は夢発電を否定も肯定もしません。
余剰買い取り制度の場合はこの限りではありませんが、全量買い取りの場合、太陽光発電システムは「投資」である、と言えます。様々な情報、客観的事実に基づいて検討を重ね、最終的には各人が投資をするかしないか、の判断をするべきであり、夢発電自体の善し悪しを語るつもりはありません
・本記事は、タイトルの通り一条工務店の夢発電における発電量アップを試みる内容ですが、これはあくまでも自己責任の範疇にある提案事項です。間違っても一条工務店にサポートを依頼したり、意義を唱えるような原因、トラブル発生のトリガーになることは避けたい次第です。
・本記事で提唱する発電量アップ対策は、あくまでも自己責任で行うものであり、一条工務店のサポートを期待するようなことは一切考えておりません。もしKMRRに賛同頂けるような方がいらっしゃる場合は、くれぐれも自己責任でお願いします。

■■■第1回~第3回のまとめ■■■
・夢発電は定格200W出力の結晶系パネルである
・太陽光発電システムは、パワコン損失、パネル汚れ損失、回路・配線損失、温度上昇に伴う損失
があり、実際には定格出力の70~80%の出力(発電)が期待できる
・一条工務店の夢発電シミュレーションは上項損失を考慮している=問題なし
・パワコン損失:2.5%~5%程度、現実的な対策なし
・回路・配線損失:数%、現実的な対策なし、ホットスポットには要注意
・パネル汚れ対策:5%程度、コーティングで対策可能も費用対効果が微妙、今後に期待
・温度上昇に伴う損失:10~20%(年間)、何か対策出来たら良いですね ← いまココです

■■■パネル/素子温度上昇の対策■■■
パネル温度上昇を引き起こす原因は、主に夏の気温上昇と太陽光吸収に伴う熱吸収と考えられます。そこで、この温度上昇対策としてKMRRが考えたことは以下です。
(1)1,100nm以上の太陽光波長をカットし、発熱の原因となる太陽光をパネルに吸収させない
または放熱効果を高めることを目的とするコーティング、フィルムの施工
(2)ヒートシンクによる放熱、冷却
(3)風による冷却
(4)雨水散水による冷却(水の気化熱を利用した冷却)

■(1)1,100nm以上の太陽光波長カット
第3回の記事でご紹介した通り、結晶系太陽光パネルはおよそ400nm~1,100nmという波長を利用して発電を行っていることが分かりました。
同時に、1,100nm以上の波長は不要であるばかりか、赤外線域の波長であるために熱吸収という形でパネル/素子温度を上昇させている原因になっていることも分かりました。
そこで、700nm~1,100nmの波長は透過、1,100nm以上の波長をカットすれば、パネルの温度上昇を低減出来るのではないか、と考えたのです。

具体的にはコーティングかフィルムの施工なのですが、まず、都合良く700nm~1,100nmの波長は透過、1,100nm以上の波長をカットしてくれるようなフィルムやコーティング剤が見つからないこと、見つかっても高価であること、極め付けは第2回でも書いた通り、発電に必要な波長域の太陽光透過率まで下がってしまう = 発電量低下 というデメリットまでついて来てしまうため、現実的、かつ費用対効果としては施工しない方が良いと結論付けました。

仮に、結晶系パネル専用のコーティング剤が開発され、一般的に普及する時がくるのであれば
それはその時に費用対効果と相談しながら導入を検討します!
これについては某太陽光パネルメーカーに勤める友人に確認と開発依頼をしていますので、
友人からFeedbackがありましたら別途記事にしたいと思います。

■(2)ヒートシンクによる放熱
PCのCPU冷却等と同じような考えです。が、、、夢発電は住宅屋根かカーポートに設置する太陽光発電システムなので、ヒートシンクを設置することが困難なこと、重量や費用対効果を考えると
導入検討をすること自体がナンセンスと思いますので却下です。

■(3)風による冷却
大型の扇風機などで冷却すると・・・パネル温度下げられますかね~。。。ミヽ(。><)ノ
すみません、ふざけている訳では無いのですが(笑)屋根に扇風機とかアリエマセン!!
非現実的過ぎますので却下ですね。

■(4)雨水散水による冷却(水の気化熱を利用した冷却)
結論から申し上げますと、私はこれを導入すべく、真剣に検討しています。
散水による冷却とは、パネル自体に散水し、気化熱を利用した放熱効果によりパネル/素子温度を下げることが出来ると考えています。

TS3Z0049

POPOLOGさん「やっちまった!水道水での太陽光パネルは危険がいっぱい?」
こちらの記事を拝見し、水道水ではマズイと理解しました。設計さんも「水道水はNGです」と仰っていましたが、理由をお話しになっていなかったので調査を後回しにしてそのまま忘れてしまっていました。
散水の水源に水道水を使えないとすると、残る現実的な水源は雨水の利用と考えました。


※画像ソース:キンニクンのブラックソーラー発電所 4.18KW

KMRRが考える雨水冷却システム(DIY版)とは

雨水をタンクに貯水 → ポンプで汲み上げ → 塩ビパイプなどで屋根へ
→ 散水 → 雨どいから雨水貯タンクへ (以後Loop)

基本構図はこんな感じです。

このシステムを組み上げるのはそんなに難しいことは無く、ホームセンターやネット通販で
部品を集め、組み立て・設置すれば簡単です。
屋根への設置が最も難しいと思いますが、現物合わせで何とかします。
(なんとかするしかないですもんね)

ただし、、、留意点としては、貯めた雨水を組み上げるためのポンプのスイッチオン/オフをどうするのか、ということです。毎日手動でオン/オフする訳にいきませんので。。。

そこで考えられることは、ポンプのスイッチオン/オフを自動化することです。
ネットで調べていると、ガーデニングを趣味とされているような方々自動散水(スプリンクラーの制御)などをDIYで楽しまれているサイトが多数あります。タイマー管理をされているサイトが多いようですが、これを
温度と時間の組み合わせで制御が出来れば完璧です。
参照用:http://cmc9.aki.gs/Rain_dance_008.html

 

この制御システムの成功のカギはポンプの制御にあると思います。
2013年7月時点でKMRRが考えている仕様は、

★Plan 1 自前の温度センサーを使う
パネル表面にセンサーを貼って無線で温度を受信、PCや簡易コンピューター(マイコンなど)で温度管理を行います。

★Plan 2 (ある場合は)内臓温度計を使う
こちらは現在サーチ中なのですが、パワコン or 太陽光発電モニターからパネル表面温度のデータを拝借出来ないものか、と考えています。温度センサーが付いているのかどうか分かりませんが、
もし温度計機能が付いていればパワコンかモニターにパネル/素子温度のデータが流れているはずなので、これを入力データとして制御出来そうですね。

雨水組み上げポンプの制御Ver.1としては
A:ポンプの電源オンが可能なのは日の入りから日没まで(太陽光発電がゼロになる時間まで)
B:Aを満たす場合、パネル表面の温度が40℃を超えるとポンプ自動始動
C:Bが実行された場合、温度が40℃以下になるか、Aの条件に違反するか、どちらか片方の条件が崩れた時点で自動停止する

というような制御です。
これに加えて散水量の制御、雨水不足時の自動水源確保などが次点の課題として挙げられそうです。

DIY(自作)でやろうと思っていますので、上記の制御を実現するならばプログラミングの勉強もしないとダメですね~。
なお、この雨水散水システムは、外構工事を依頼している友人に相談して、屋根に設置する水路(塩ビ管の予定)の設置のみお願いしようと思っています。断られたら・・・自分でなんとかするしかないです(爆)
KMRR家の場合、バルコニーからなんとか屋根にアクセス出来ないものか、と考えています。
危ない作業は避けるつもりなので、いざという時は諦めて業者に相談です。
ただ、、、業者を入れるとコストが・・・。

なお、色々と調べて見ると、太陽光発電で運用されている散水冷却の事例を見ることが出来ましたので少しご紹介しておきます。
太陽光発電事業のカギを握る「設置方法」(2) 夏季の散水で発電量を維持
シバセ工業株式会社 様
キンニクンのブラックソーラー発電所 4.18KW 様
ソーラーパネル冷却システム試作(その1) nagayanのblog 様

気になる費用ですが、ざっくりと試算してみました。

雨水タンク 15,000円くらい
ポンプ   10,000円くらい
ポンプ制御 不明(センサー代、HWの費用など)
配管など  5,000円~10,000円くらい
ざっくり50,000円くらいで対策を打てそうな気がします。

楽天で調べてみると雨水タンク、ポンプ共に色々ありそうですね。

では、この雨水散水によって期待される発電アップ量を推察してみます。夏場のパネル温度が75℃として、雨水散水システムによって-25℃、50℃くらいまで冷却することが出来れば、温度1℃上昇あたりエネルギー変換効率の低下が0.4%なので、

0.4% × 25℃ = 10%

超簡易的な計算で恐縮ですが、、、お馴染10kW搭載、年間日照時間を2,000時間とし、
12月~2月を除く9カ月間は以下の期間と割合で発電量低下防止すると仮定します。
3月~6月:5%改善
7月~9月:10%改善
10月~11月:5%改善

春・秋:10kW × 2,000h × 6/12カ月 × 37.8円 × 0.5 ≒ 18,900円
夏:  10kW × 2,000h × 3/12カ月 × 37.8円 × 10 ≒ 18,900円
1年間で37,800円の発電量アップが見込めますので、導入費用を50,000円とすると
2年で元が取れます。

5年間で189,000円アップ、10年では・・・378,000円、20年では75万円オーバーです。
導入費用を考えても10年で30万円の利益、20年では70万円程度の発電アップが期待出来そうです。

DIY好きのみなさん!導入費用を出来るだけ安くして雨水散水を行えば
それなりの効果を期待することが出来そうですよ~

※留意点
雨水散水は一部企業から「製品」「ソリューション」として商品提供されています。
これを企業から購入すると導入コストが跳ね上がり、採算性が取れない「投資」になり兼ねません。

この雨水散水は、全てをDIYで行うところに
発電量アップ → 売電電力アップ → 利益アップ
の秘密があります。

1人で勉強、試作、試行錯誤するのも大変なので、一条施主のみなさん、
宜しかったらKMRRと一緒に考えて頂けませんか??(^^)/

特に、ポンプの制御方法について、ご意見を賜れますと大変助かります。

以上、長々と全4回に渡って記事にして参りました太陽光発電の発電量アップネタを終わります。

ここにきて、パワコンの温度上昇に伴う損失について調べるのを忘れました~(汗)
調べがついたら必要性に応じてまた記事にします。

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コメント

  1. i-smart建築中 より:

    初めまして。
    雨水タンクの設置はバルコニーでお考えでしょうか?
    我が家はアメマルシェをバルコニーに設置しようとしたところ、構造上1マス180kgの加重まで、バルコニーへの雨水タンクの設置は一条で保証できないか
    ら設置不可と言われました。

    参考になれば幸いです。

    • KMRR より:

      >i-smart建築中さん

      レスが遅くなってしまい申し訳ありません。アドバイス有難うございます。
      雨水タンクは1Fの外に設置と考えていましたが、雨水タンクの重量の事は
      全く考えていませんでした。
      確かにバルコニーに設置出来ればスマートですが、耐加重1マス180kgとなると、
      相当横長のタンクを探さないとダメですね~。

      また色々考えてみます。

      KMRR

  2. はっち より:

    こんばんは、はっちです^^

    現実的に、発熱に対する太陽光のカットができれば魅力的でしたが、中々難しいようですね。

    ホットスポットは、あまり表に出てきていませんが、気づかないだけで結構起きている現象みたいですね。
    検査にはサーモグラフィが必要なのですが、普通はそんなもの持ってないですよね。
    太陽光発電は発電機なのに、点検が結構目視ばかりなのが気になります。
    HEMSによるデータ確認が、不具合を早期に見つける手がかりになりそうです^^;

    雨水散水のアイデアは面白そうですね^^
    はっちの場合、どうやって屋根に登るか。から始まりそうです^^;

    • KMRR より:

      >はっちさん

      コメント有難うございます。レスが遅くなってしまい申し訳ありません。
      確かに、足場がないと屋根へのアクセスを確保しないとパネルの確認が厳しいですね。

      KMRR邸の場合はバルコニーから脚立で何とかなりそうな気がしますが、安全面が
      気になりますので脚立転倒防止のアンカーなどを壁かバルコニー床に打ち込んで
      おこうかな~なんて考えています。

      一条を通すと何かと面倒なので、完全自己責任で友人の建築士にアドバイスを
      求めてみます。

      KMRR

  3. SPICE より:

    はじめまして、SPICEと申します。
    興味深く、記事を読ませて頂きました。

    昔から思っていたことなのですが、
    太陽光発電って、虫眼鏡の原理を使って、
    発電効率をUPすることってできないのでしょうか。。

    同時に発熱量もUPするでしょうから、対策は入用だと思いますが。。

    • KMRR より:

      >SPICEさん

      コメント有難うございます。
      太陽光発電で虫眼鏡の原理を応用したものは、大同興業が開発を進めています。
      http://monoist.atmarkit.co.jp/feledev/articles/special/pvexpo2009/daido/daido.html
      http://www.daido.co.jp/products/cpv/whats.html

      集光させることにより、発電する太陽光セルを小さくすることが出来るので、
      高効率変換を実現出来ます。

      これですと、従来の太陽光発電素子のコストダウンを待たずとも
      大幅にコストカットが出来るのですが、これはこれで莫大な開発費用が
      掛かっていますので、量産体制に持っていかないととてもPay出来ない
      状況です。

      形状の問題なのか、(屋根にガラス/レンズを使用する必要があるため)
      建築基準法の問題なのか、は調べていなので分からないのですが、
      いずれにしても一般的な太陽光パネルと比較するとその普及速度は
      著しく遅い状況です。因って量産体制が整わず、現段階では実用性に
      乏しい状態になってしまっているものと思います。

      SPICEさんの仰る通り、排熱処理も大きな課題になることと思います。

      一般的に、集光型太陽光発電は、太陽光の熱エネルギーを利用して
      タービンを回す方式が多いですよね。(太陽エネルギーって凄い
      ですよね^^;)

      色々調べてみたいと思います。

  4. Nori より:

    初めまして。
    もう設置はおすみでしょうか?

    わたくしはポンプのON/OFF制御に別途ソーラーパネルを利用しました。
    中国製の安い12V50W程度のソーラーパネルに船用のビルジポンプを組合せ、発電電力がポンプ駆動電圧まで上昇すると冷却を始めます。また、フロートスイッチ内蔵のポンプであれば、雨水切れの際もポンプが空回りせずに済みます。一式約3万円ほどで構築可能です。
    ただ、1Fのタンクから2F屋根にあるソーラーパネルまでは12Vのビルジポンプでは水が持ち上がらないかもしれません。

    • KMRR より:

      >Noriさん

      初めまして~^^
      コメント有難うございます!!!

      まだ設置していないんですよ~。
      雨水タンクから屋根まで雨水を運ぶポンプの自動制御をどうしよう、と
      思っていたところで完全手詰まり、スタックしていました。

      小さなソーラーパネルを電源として使用して制御する、とは正に理想的な
      発送です。参考に・・・というかパクらせて頂いても宜しいでしょうか^^;

      実際に組み上げる時はご了解を頂きたく、別途メールにてご連絡をさせて
      頂きます。

      ポンプに関してもNoriさんのアイデアは素晴らしい!です。
      船舶用であれば防水面も問題ありませんし、耐久性などはモノにより確保できそうです。
      ビジルポンプというものを初めて知りました。
      確かにパワー不足かも?というイメージは私も持つことが出来ましたので、現在色々と
      調べているところです。

      次の課題としては、屋根への設置をどうするか、です。
      やはり業者に頼んで足場を設置して貰うのが一番安全ですよね。

      今後とも宜しくお願い致します。

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