山猫おソーラーの備えるブログ

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電気柵用オフグリッドソーラー

電気柵用オフグリッドソーラーを自作しよう10 やっぱりソーラーパネルの水平設置はダメ!

投稿日:2017年6月28日 更新日:

ソーラーパネルの取り付け角度

今日は少しマニアックな話題を。。
電気柵用のバッテリーユニットにつけるソーラーパネルの取り付け角度についての話題です。

電気柵用オフグリッドソーラーの、ソーラーパネルは、バッテリーボックスの蓋に角度0(パネルが真上を向く方向)に固定しようと考えていました。(経緯はこの記事を参照)発電効率で言えば、パネルの角度がなくても、それなりに発電するはずなので良いのではと思っていました。

しかし、取り付け予定のソーラーパネルをまじまじと見て、問題がある事が分かりました。

ソーラーパネルを水平に取り付ける場合の問題点

雨水が溜まる・・・想像すれば分かりそうなものですが、改めてパネルを見るとフレームのアルミ部分がパネル部分よりも盛り上がっていることが分かります。(当たり前ですが、予想よりも段差が大きかった)パネルが真上を向くと、降った雨がパネル部分に溜まってしまいます。これだけ溜まると、日光での乾燥の時間が結構かかりそうです。。

雨水が長時間滞留する事で、パネルの防水も心配です。。

さらに雨粒がパネルの上にとどまることで、レンズ効果によるパネルの損傷(雨粒が凸レンズの役目をはたして日光を一点に集めてしまう現象)も気になります。

汚れも溜まりそうですしね。

いろいろ気になったので、パネルに角度をつける事にしました。
ただ、雨が溜まるのを防ぐという目的なので、取り付け角度はなるべく小さな角度にしようと考えています。

ソーラーパネルに角度をつける事の問題点

ソーラーパネルに角度を持たせることが必要と言うことが分かりました。しかし、ソーラーパネルに角度をつける事によって新たな問題点が!

そう。です。

ソーラーパネルは大きな板のようなものなので、風の力で押されてしまうのですね。このソーラーパネルが風から受ける力は、ソーラーパネルの角度を大きくすればするほど(つまり地面の垂直方向に近くすると)大きくなっていきます。

ソーラーパネルは、バッテリーボックスの上に固定されるので、パネルが風で押されるとバッテリーボックスごとひっくり返ってしまいます。
これは、まずいですね。

ただ、いくらパネルが水平でも強い風が吹けばバッテリーボックスはひっくり返ってしまうため、何らかの形で地面に固定したほうがよりよいのですが、地面に固定しない状態でも、できるだけ風に強くしたい!と考えました。

どうしたらよいでしょうか?

解決案

(1) ソーラーパネルの取り付け角度を出来るだけ小さくする・・・元々雨を流すことを目的としているので、角度はそれほど大きくしない方針です。(多分10°くらい)

(2)ソーラパネルを支えている支柱は出来るだけ短い方がよさそうです。支柱が長ければ長いほど、回転軸(今回の場合は、バッテリーボックスの底)との距離が長くなって、バッテリーボックスはひっくり返りやすくなるはずです。(なぜ?という方は、[回転 モーメント]でググってみてください。
(3) ソーラーパネルの取り付け向きを考える。
ソーラーパネルに向かってどちらから風が吹くと、より強い力がかかるか考えています。

ソーラーパネルと風の関係
角度のついたソーラーパネルの表側に向かって風が吹いた場合は、横向きにパネルを押す力と、下向きにパネルを押す力が生まれます。
下向きの力は、バッテリーボックス全体を地面に向かって押す力となりますので、ひっくり返る可能性は低いですね。この下向きの力を正圧と言います。

一方、ソーラーパネルの裏側に向かって風が吹いた場合は、横向きにパネルを押す力と、上向きにパネルを持ち上げる力が生まれます。
浮き上がる力と横向きの力が加わるとバッテリーボックスが転がりそうな感じがします。この上向きの力を負圧と言います。

このことをふまえて考えると、ソーラーパネルをどの方向にバッテリーボックスに取り付けると、比較的 風に強くできるか。答えが見えてきます。
バッテリーボックスの中身の内、重量があるのはバッテリーです。電気柵用のバッテリーは大きいものではないのですが、それでも4kg以上の重さが有ります。
ほかにも部品は入っていますが、重さという観点で見ると、バッテリーが圧倒的に重いので、重量配分を考えるときは、このバッテリーがどこにあるかに注目します。

二つの図を見ていきましょう。

ソーラーパネルとバッテリーボックスの関係
ソーラーパネルと、バッテリーの位置関係に注目です。
パターンAは、ソーラーパネルが風を受けて容器が回転する回転軸と、バッテリーが離れた場所にあります。(バッテリー容器の重心と回転軸が離れている)
パターンBは、ソーラーパネルが風を受けて容器が回転する回転軸と、バッテリーが近い場所にあります。(バッテリー容器の重心と回転軸が近い)

これは、「物理」の問題ですね。。。 難しい計算式を並べても眠くなってしまうので、あまり深追いするのはやめましょう。

答えだけ書くと、この2つのパターンの場合、パターンAの方がパターンBよりも、ひっくり返りにくいということが言えます。

結論

ソーラーパネルは、上図のパターンAの形で取り付けることにします。

さらにソーラーパネルの取り付け角度はなるべく水平に近くし、さらに支柱もなるべく短くするようにします。
これで完璧ではありませんし、出来ればバッテリー容器をしっかりと地面に固定して使っていただきたいところですが、なるべく倒れにくいという目標は達成できたのでは?と考えています。

本当は、風によるモーメントと自重によるモーメントを計算して、どのくらいの風速に耐えられるか実験したほうが良いのですが、条件が複雑すぎて山猫の手には負えませんでした。。。

いよいよ次回は、電気柵用オフグリッドソーラーの完成です。試運転の模様をお知らせしたいと考えていますが天気はどうでしょうねえ?
では次回もお楽しみに!

~続きの記事~

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※免責事項:ソーラー発電に限らず、電気を扱う機械の製作は、常に危険をはらんでします。万が一、事故が起きた場合、著者は責任を負えません。このブログは、電気柵用オフグリッドソーラーの作り方について出来るだ詳しく説明していく予定ですが、このブログだけを参考にして、一人でオフグリッドソーラーを組み立てよう!と考えるのは危険です。出来れば電気の扱いに慣れた方と作業をしていただきたいと思います。



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