太陽電池の発電量を調べたい

質問

太陽電池の発電量を調べたい

皆様いつもおせわになっています。
ジャンク品の太陽電池を数枚入手したのですが、
その太陽電池の電流(最大アンペア)の量を測りたいのですが、
どのようにすれば良いでしょうか？
電圧の方はテスターで直接測りました、太陽の下で1枚４．５Ｖ程度発電できています。

手持ちのテスターには直流のアンペアを測るモードはあるのですが(10AモードとmAモード)、
どの用に使うかまでは説明書に記載されていませんでした。
電圧はテスターを並列に、電流はテスターを回路の中に直列に入れる
と記憶していましたが、太陽電池の発電できる最大の電流を測るには
太陽電池、テスターの他になにを繋げばよいでしょうか？
アドバイスお願いいたします。

回答No.7

inara · ベストアンサー

ロータリースイッチを使ったデジタル可変抵抗を作ってみてはいかがでしょうか。添付図のように、3つのロータリースイッチを使えば、 0Ω から 999Ωの範囲を1Ωきざみで可変できます。電流は100mA程度流せます。10Ωきざみで良ければ一番左側の部分なしにすればいいです。こういうのが1台あると何かと便利です。

定電流回路は、±5V電源とオペアンプとMOS-FETと抵抗数本と可変抵抗で作れますが、電子工作の経験がかなりないと難しいかもしれません。±5V電源の準備と部品の入手（秋月や千石などで）が可能で、もし挑戦してみようと思われるのなら回路図を添付します。±5V電源電源も自作してみますか？

[1]　12接点ロータリースイッチ（150円）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00100
[2]　1/6W抵抗（100本入り100円）
　　　1Ω　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-16010/
　　10Ω　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-16100/
[3]　酸化金属被膜抵抗器100Ω・2W（1本30円）　http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=%E6%8A%B5%E6%8A%97%E5%9B%BA%E5%AE%9A&cond8=and&dai=%E9%85%B8%E9%87%91&chu=2&syo=&cond9=&k3=0&list=1&pflg=n&multi=&code=&st=30

ANo.3 さんは質問 4286543 を最後に、質問も回答もぱたりと途絶えたので、もしや・・と考えていました（別名で出られてました？）。当方はバッテリーと強電が弱いので、この分野で質問があったら回答をお願いします。私事で済みません。

お礼

アドバイスありがとうございます。
画像見させて頂きました。
これはなかなかすばらしいですね、今回に限らず色々と使い回せそうですので
作成させて頂きたいと思います。

定電流回路も気になりますが、個人的には可変安定化電源を作って見たいと思っていました。
0V～12Vでデジタルの電圧表示なんかを付けたら便利かなと思いましたが、
お金がかかりそうなのでアナログメーターで。
流せる電流しだいで製作資金が上がりそうなので、小さいやつで。

回答No.9

inara

デジタル可変抵抗はこれ（http://www20.tok2.com/home/daisuken/ANDAD861308.JPG）と同じ機能にになります。ロジックICを使えば、その装置ように、７セグメントLED（日の字LED）で抵抗値をデジタル表示させることもできます。太陽電池だけでなくバッテリーやモータなどの負荷特性を見るのにも使えますね。何だか自分でも作りたくなりました（今度の土日で作ってみようかな）。

回路図は Power Point 2002 で描き、JPEG形式で保存したものを添付しています。Power Point 2007 も持っていますが、直線を描くと図形にくっついてしまい、平行線を描くのが難しいので使ってません（倍率を小さくするとセンター位置が勝手に変わるのも気に入らないんです）。ここのサイト（http://www.kansai-event.com/kinomayoi/post_denki.html）の回路図と見た目が似ていますね(私はそことは無関係です)。ロータリースイッチの端子配置はデータシートの図を単にコピーしたものですが、「図の書式設定」で、明るさとコントラストを調整して、上下左右をトリミングしています。この質問サイトの添付画像は解像度が低いので、フォントの大きさや写真の見え具合に注意しています。別名は何でしょうか（hs・・さん？imori・・さん？（。

回答No.8

candle2007

これは便利ですね。
わたしも推奨します。

いつもキレイな図面を書かれますね。
特に右側の図など素晴らしい。
どうやって（何で）書かれたのでしょうね？

>別名で出られてました？

はい。
カテが限られていますから、inaraさんならお分かりになるかと・・・(^_^.)

回答No.6

candle2007

>「180Ω～280Ω付近が一番適した測定が出来ると」言った感じでよろしいでしょうか？

供試サンプルのスペックが、[4.5V 20mA]ということなので、最大出力前後の特性を取るためには、この程度の抵抗値が適当であろうと推算しました。
光量が（晴天などで）より大きくなる場合は、最小抵抗値はもっと小さいほうがよいかもしれません。
（カットアンドトライが必要になる）

実は、トランジスタが絡んでくるよく分からなくなってくる程度の知識しかありません。
基本はキット物を買ってきて組んでいたのですが、今回は基盤、三端子レギュレータ、コンデンサなどＨＰに書いてある素材を自分で集めて回路を作っていました。

一段階進歩しているではないですか。(^_^.)

>実際、違う型番の三端子しか買えず、それが-5V出力の物だったのにINに+を入れて上手く動かなかったりしていました。

わたしなど、スペアナに送信機出力を直接入れて入力アッテネータを焼き、修理代に１５万円取られたことがあります。（泣く）

「失敗は成功の母」と云います。
ガンばってください。

お礼

アドバイス、激励ありがとうございます。
一応上記の開放電圧、短絡電流は晴れた日の日中に測った物でしたので、最大出力かと思われます。
修理費１５万ですか・・・かなりいたい出費でしたね。私も色々と気をつけます。

回答No.5

candle2007

>可変抵抗方式は、擦動接点の許容電流や、可変抵抗自身の許容電力の制約があるので、太陽電池の発電量が大きいとき（0.5W以上のとき）にはふさわしくありません。
>開放電圧と短絡電流はどれくらいの太陽電池なのでしょうか？

おっしゃる通りです。
前回、「なぜ、定電流負荷方式を勧めて、抵抗負荷方式に難色を示すか」の説明をしなかったことに忸怩たる思いを抱いていたのですが（←文章説明がうまく出てこなかった）、要約すると上記の理由によるものです。

それにしても、よくこまめに書き込みをなさる質問者さんですね。
こういう方を相手にすると回答者としても大変張り合いがあります。(^_^;)

それでは、電池の仕様がだいたいわかりましたので、可変抵抗負荷方式を取るとして、どういう値の負荷抵抗にするかを検討してみましょう。

「短絡電流」「開放電圧」は太陽電池の性能を知る目安ではありますが、実用上は最大出力ポイントの状況がわかれば十分です。
そういう意味では、X-Yレコーダーを使って、全範囲のデータをとる必要もありません。

開放電圧4.5V、短絡電流20mAということであれば、これらを垂直・水平に伸ばした交点付近が最大出力付近になると予想されます。
　4.5V/20mA=225Ω
実際には電圧・電流ともやや下がったところになるはずで、（これを大雑把に見積もって）電圧・電流ともに20%くらいの変化があると想定すると
　抵抗最小　(4.5V x 0.8)/20mA=180Ω
　抵抗最大　4.5V/(20mA X 0.8)=280Ω
つまり、固定抵抗180Ω、可変抵抗100Ωの物を用意すればよいことになります。
（この状態で可変抵抗を回して出力最大値を探る）
前出　図1.2.2　のグラフを書いて、180Ω、280Ωの直線を引いてみてください。だいたいのイメージが掴めるかと思います。

必要な可変抵抗の容量（ｗ数）を計算してみましょう。
　P=100Ω X (0.02A)^2=0.04w
２倍くらいの余裕をみて、0.1w位のものを用意すればよいことになります。
これが0.125wのボリュームです。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01658/

この程度のものなら簡単に手に入りますが、気を付けなければならないのは、ｗ数は電流値の二乗で利いてくることです。
ちょっと容量の大きい太陽電池をテストするとなると、簡単にWオーダーの可変抵抗が必要になるでしょう。
Wオーダーの可変抵抗は、正規に買えば目の玉が飛び出るくらいの値段になります。

上記の手法に基づいて、いろいろなケースを試算してみると、inaraさんもおっしゃっておられるように、「可変抵抗方式は大変フレキシビリティの狭い方法」だとお気づきになられるかと思います。
小容量の定電流負荷（装置）は、自作もそれほど難しいものではありません。
今後も太陽電池に興味をお持ちなら、是非とも入手（あるいは自作）されることをお勧めします。　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　以上

inaraさん
お久しぶりです。
いつも素晴らしいご回答をされるのを拝見しております。
今回もわたしなど到底出る幕ではないと思ったのですが、つい興味が湧いてはまり込んでしまいました。

このサイトは回答者同士がコミュニケーションするのを好まれていないようですので、この文章もすぐ削除されてしまうかも知れませんが、なるべくinaraさんの目に留まることを祈っております。
どうかお元気でがんばってください。

お礼

アドバイスありがとうございます。
話が少しずつ難しい方向に流れていき、若干追いつけていません・・・
要約させて頂きますと、「180Ω～280Ω付近が一番適した測定が出来ると」
言った感じでよろしいでしょうか？
太陽電池の性能を調べるのがここまで難しい話になるとは思っておりませんでした・・・
もう少し電子工作勉強したいと思います。

実は、トランジスタが絡んでくるよく分からなくなってくる程度の知識しかありません。
基本はキット物を買ってきて組んでいたのですが、今回は基盤、三端子レギュレータ、コンデンサなどＨＰに書いてある素材を自分で集めて回路を作っていました。
実際、違う型番の三端子しか買えず、それが-5V出力の物だったのに
INに+を入れて上手く動かなかったりしていました。

回答No.4

inara

＞「抵抗負荷方式」は、これだけ広範囲な変化を一個の可変抵抗で行うことは困難です
なつかしい方のコメントありがとうございます。確かに可変抵抗方式は、擦動接点の許容電流や、可変抵抗自身の許容電力の制約があるので、太陽電池の発電量が大きいとき（0.5W以上のとき）にはふさわしくありません。開放電圧と短絡電流はどれくらいの太陽電池なのでしょうか？

お礼

アドバイスありがとうございます。
今日天気が良かったのでやっと調べる事が出来ました。
現在同じ太陽電池を6枚所持しており、既に2枚直列、それを並列で3セット繋いでおります。
No1さんの画像の左側の繋ぎ方でよろしいのであれば
開放電圧　平均9V
短絡電流　平均60mA
となっていました。
上のような繋ぎ方をしているので、1枚でおそらく4.5V-20mAかと思います。

回答No.3

candle2007

>・・・太陽電池、テスターの他になにを繋げばよいでしょうか？

照度計も必要だと思います。

図1.2.2を見てください。
http://www.eko.co.jp/eko/a/sys040101.html

一定の照度のもとで、電圧と電流はこのように（ほぼ矩形形に）変化します。
この電流と電圧の積を表示したものが山形になっている出力曲線です。
この頂点付近で使用するのが最も効率の良い方法です。

照度が大きくなると、このI-V曲線は上方に移動します。
従って、同一の照度でなければ性能比較は出来ないことになります。
ただし、いくつかの照度でデータを取れば相互に比較・換算できるようになります。

このI-Vカーブを取るのにいくつかの方式があります。
http://www.eko.co.jp/eko/a/sys040104.html

一番わかりやすいのは、図2.2.4の「電子負荷方式」です。
（この図の下にある解説では、意味不明なことが書いてありますので、わたし流に翻訳して解説します）
「電子負荷」には、「定電流負荷」「定抵抗負荷」「定電圧負荷」があり、どれでもよいのですが、全部お話すると混乱するので、ここでは「定電流負荷」に限定して話を進めましょう。

定電流負荷は、「電池の電圧が変わっても一定の電流を流す機能を持つ装置」です。
これを負荷につなぎ、その設定を0 Aにします。
すると電圧は、図1.2.2の右端、Vocの値をとります。
徐々に電流を増やして行くとI-V曲線の上をなぞり、左上に上がって行き、電流最大のところで電圧0 Vになります。
このV-Iを計算することで、出力曲線が得られます。
照度を変えて、このカーブを何本も取ります。

こちらの電子負荷は「ソーラーパネルに使用した」との記載があります。(^^♪
http://page6.auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/f87679142
もっと安いものもあります。
http://page11.auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/n88952332

「2-2-1 X-Yレコーダー方式」とありますが、これは記録方式を云ったもので測定原理をいうものではありません。
X-YレコーダーはX軸(電圧）とY軸（電流）を同時に記録してくれるので、マニュアルで記録する必要が無く便利です。
図2.2.1 右側の「電源負荷４端子方式」は、”電源負荷”とありますが、これは前述の「定電圧負荷」のことです。
「定電圧電源」と言い換えてもよいのですがこの場合、この電源は”電力を供給するもの”ではなく、”吸い込むもの”、と解釈したほうがよいでしょう。
（それにしても「電源」という言い方は紛らわしいです。「定電圧負荷」とすべきでしょう）

左側の「抵抗負荷方式」は、材料（抵抗）が手軽に入手できる、とお考えかも知れませんが、これだけ広範囲な変化を一個の可変抵抗で行うことは困難です。
もっとも、I-Vカーブは全点をとる必要もないでしょうから、数種類の固定抵抗を用意して、数箇所でデータをとってもよいでしょう。
（・・・というか、電子負荷が手に入らなければこれでやるしかない）

以下は本格的な太陽電池の性能測定装置です。
http://www.eko.co.jp/eko/a/sys0404_MP-160.html
太陽電池の温度も性能のパラメータのひとつですからこれを計測し、補正データとします。
太陽に対する傾斜角も必要ですから、演算要素に入れます。
しかし、アマチュアでこれほどの大掛かりな設備を持つことは不可能でしょうから、図2.2.1左側の「抵抗負荷方式」が落としどころでしょうか。
もし定電流負荷が手に入れば、作業はもっと楽になるでしょう。

これくらいで、だいたいお答えになりましたでしょうか？
疑問点があれば遠慮なく質問してください。

お礼

アドバイスありがとうございます。
返信が遅くなりました、すみません。
照度計はちょっともっていないです、
アドバイス頂いたページ見させて頂きました。
少し専門的過ぎてこんがらがっていますが、勉強しながら見て行きたいと思います。

今の段階でしたかったのが太陽電池を三端子レギュレータ等でＵＳＢ用の電源にして、
IPhoneの充電に使えないかと考えていました。
(自転車でナビがわりに使うと電池が減るため)
三端子の方は回路は一応完成していたのですが、ジャンクで手に入れた太陽電池を何枚で実現できるか
調べたく、質問させて頂いていました。
現在6枚の太陽電池を既に半田付けした状態になっています。
1枚が４Ｖ程度でしたので、2枚で直列、それを3セット並列で組んで見ています。
一応、並列の方はおのおのにダイオードをつけて逆流しないようにしています。
この状態で今日やっと天気が良かったので測れました。
短絡電流は60ｍA、開放電圧で9Vほど出ています。
おそらく、一枚で4.3V-20mAと行った感じだと思います。
iPhoneはアンペア不足で、今の段階だと充電されませんでした。
（PSPは充電ランプ付きましたが）
ジャンクはまだ売ってたので買い足しは出来そうですが、枚数がすごくなりそうな感じです。
USBが最大で500mAと考えると後何枚必要になるのか・・・
もっと高性能な太陽電池で組むか、ダイナモをつけるか、バイク用の小さいバッテリーを積むか・・・
悩みは付きませんorz

回答No.2

inara

お手持ちのテスターは以下のどちらのタイプでしょうか
１　http://akizukidenshi.com/img/goods/C/M-01287.jpg　端子が３個（10A、電圧・電流、COM）
２　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-00699/　端子が４個（10A、mA、COM、V・Ω・Hz）

１のタイプなら、真ん中の電圧・電流端子とCOM端子で電圧も電流も測定できます。
２のタイプなら、電流測定のときはmA端子とCOM端子で、電圧測定のときはV・Ω・Hz端子とCOM端子で測定します。

どちらのタイプのテスターでも、測定モードを「電流mA」にすると、端子間は電気的にショートした状態で電流が測定され、その測定値は太陽電池の「短絡電流（最大電流）」になります。電圧モードで測定すると、端子間に電流が流れないので、その電圧は「開放電圧」になります。太陽電池の最大発電量（W)は、短絡電流(A)×開放電圧（V)÷2 程度になります。

最大発電量を実測するには、太陽電池に可変抵抗器をつないで、その抵抗値を変えたとき（0Ω～1kΩなど）に、可変抵抗に流れる電流と電圧を何点か測定します。電圧測定は抵抗の両端にそのままリード線を当てればいいですが、電流測定では、太陽電池と可変抵抗の間の配線をはずして、テスターの端子を当てます。電圧（V)×電流（A)のが発電量（W)ですが、抵抗値がある値のところで最大になります。

お礼

アドバイスありがとうございます。
配列は違いますが、ほぼ1と同じ形をしています。
短絡電流と開放電圧を調べて見たいと思います。

回答No.1

Cupper

テスタを直流電流レンジに切り替えてセルの出力端子に繋げばOK。

これは短絡電流と言う特性を測定します。（最大電流値になります）
それに対して、直接電圧を測定した時の電圧は解放電圧と言います。

当然ながら負荷抵抗を繋いだ時は流れる電流値は負荷抵抗の大きさによって変わってきます。
負荷を繋いだ時の電流値を測定したいのでしたら、普通に負荷を繋いで電流を測定してください。

※ 使用するテスタによってはリード線を繋ぐジャックの位置が電圧測定と電流測定では異なることがあります。
　　テスタの取扱説明書を確認し理解した上で使用しましょう。

お礼

アドバイスありがとうございます
短絡電流と開放電圧に付いて色々調べて見ます。