手持ちしている, 太陽電池モジュールの等価回路調査
(内部抵抗の値は 推定計算値)
昨日は府中本町まで出掛けて太陽光充電モジュールから鉛バッテリーを充電する制御回路の部品を購入し、 帰宅してからはその製作や動作チェックに熱中していた。 購入してきた電子部品は12Vの定電圧を一発で制御出力出来る三端子レギュレータICを中心として、 13Vを少し下回る電圧を出力させるために付加するダイオード類です。
三端子レギュレータICの7812はデータシートによると、 出力電流は 1.5A Max 、 なおかつ、 それを実用にするためにはヒートシンクによる放熱も必要と判ります。 その放熱器は手持ちの100x80 0.8 t アルミ板で代用して試作しました。
ところで、 以前に購入して手持ちしている太陽光発電モジュールは正確な型式も仕様も確認しないままAmazonでの販売価格に惹かれて面白半分に購入していた物。 実用としては、 その出力ををダイレクトに鉛バッテリーに印加してバッテリーの充電に使用し、 充電したバッテリーの電力はシガーソケット電源を介してUSBコネクタからDC5Vを出力し、 スマホの充電に使用していたのです。 しかし夏場の強い太陽光の下ではバッテリーの端子電圧が15Vを越える状態もなっていた。 それが車載に使用していて交換した中古のバッテリーとは言え「あまりにも短期間に劣化した」反省から今回は充電回路を作ろうとしている訳だ。
今回、充電回路を作るにあたり、 バッテリーの特性と太陽光発電パネルの特性をざっくりと調べてみた。
バッテリーの仕様
型式 40B19、5時間率容量 28 Ah、 普通充電電流3.5A
太陽電池モジュールの特性
開放電圧 約20V、 短絡時出力電流 170 mA
負荷抵抗 74 Ω 時 出力電圧14.4 V、 出力電流 0.2A
太陽電池パネルの特性測定の最中の日当たりは雲の動きで変化していたので、大まかな目安として捉えて下さい。
以上のデータを元にして考えた時、 入手した7812のチップ定格をオーバーした電流で電池には充電することが可能と考えるが、 充電回路の構成をIC2個で並列接続にする。 あるいは、 大電流に対応可能なトランジスタを組み込んだ回路構成にするなどの方法が考えられるが、 太陽光発電モジュールの発電特性(特に74オーム付加時)のデータから考えたら、 7812A チップ1個で充電回路をまとめるのが適切であろうと判断した。
試作充電回路 (直列接続のダイオードの個数で出力電圧を設定)
試作した充電回路に実験用電源から15Vを供給し、 70%ほど充電が完了している(端子電圧12.5V)状態のバッテリーに接続して様子を見た所、 7812が持つ出力電流オーバーに対する電流制限が動作する事も無く、 13Vに向かって充電が進んで行く事を確認した。
その際に改良すべき事項として、 試作に用いた放熱板のサイズでは熱抵抗が高くて不足気味(指先で放熱板の表面温度を触った感じ)なので、 もっと厚みのある、 面積も大きくしたアルミ板に変更が必要と感じました。 そんなアルミ板はDIY材料として我が家のどこかに在庫があるはずだから、 探して完成品をまとめる予定です。 今はまだ試作実験中といったところです。