12Vバッテリーレス充電システム公式ページ

　発電した以上を家計の消費電力から節約する、Chariot SACS。 こんにちは、お元気ですか？ 今回は、発電した以上を家計の消費電力から節約する方法を紹介します。

　発電した以上を家計の消費電力から節約する、そんなことできるのでしょうか？ 蓄電したエネルギーを使って節約するのではありません。 また、永久機関のような夢物語を語るのでもありません。 そして、様々な条件によって効率は変化するので、発電した以上を家計の消費電力から節約できることもあればできないこともあります。 発電した以上を家計の消費電力から節約することも場合によってはありうる程度にお考え下さい。 みなさんは、どのようにしたら発電した以上を家計の消費電力から節約することができると思いますか？

　当方は、PCを使った電力システムに注目しました。 なぜPCか？ それは、 PC内部ではほぼすべての部品が直流電量で動いていて、 また使用電力がある程度大きく、 1年を通して使うもので、 比較的使用時間が長いからです。 それではアイディアのエッセンスを紹介します。

　PCに、太陽電池からと、PC電源からと、２つの電源系統から協調給電します。 協調給電とは、太陽電池からと、PC用電源からの電力を混ぜ合わせる方法で、フィードバック制御によるもので、その特徴は、太陽電池からの電力を優先的に使い、太陽電池からの電力で足りない部分のみPC用電源からの電力を使うというものです。 このとき、太陽電池からの系統は、１７Vから１２V、１７Vから５Vというように１回だけ電力変換します。 もし、太陽電池からの系統の変換効率が、PC電源からの系統の変換効率を上回った場合、 太陽電池で１W発電すると、日本では１００Vの商用交流から供給しなくてはいけない電力が１W以上節約できると思いませんか？ 実際に、例えば太陽電池からの系統の変換効率は９２％程度、PC電源からの系統の変換効率は８８％くらいです。 太陽電池が発電した電力の92%と節約できる商用電源から供給される電力の88%が同じになります。 そのため、節約できる商用電源から供給される電力割る太陽電池が発電した電力が88分の92になりますね。 この場合、発電した以上を家計の消費電力から節約することができます。 様々な条件によって効率は変わり、また制御回路自体にも消費電力があり、 １つの電力変換回路当たりの処理電力が減ってしまうといった要因もあるため、 必ずしも発電した以上を家計の消費電力から節約できるとは限りません。 しかし、発電した以上を家計の消費電力から節約できることがありうるということがおわかりいただけたと思います。

　では、もう少し具体的な回路を見ていきたいと思います。 制御回路の概略は、この通りです。 この図は、わかりやすくするため、実際の回路より簡略化しています。 太陽電池からと、PC用電源からの電力を混ぜ合わせる方法で、フィードバック制御によるもので、その特徴は、太陽電池からの電力を優先的に使い、太陽電池からの電力で足りない部分のみPC用電源からの電力を使うという協調給電をしています。 また、今回は細かく説明しませんが、スタティックマージン、ダイナミックマージンを確保し、PCを安定動作させています。 実験では、連続３か月、意図しない電源遮断やブルースクリーンエラーなどが発生せずにPCとして使えたという記録があります。 ここでいう実験とは、ただPCを立ち上げていたのではなく、生活の中心となるPCとして問題なく使えていたということになります。

　太陽電池が発電する場合、太陽電池からの供給電力は48.9W、PCの消費電力が63.7Wとします。 PCの消費電力は、114Wとします。 この場合、日本では１００Vの商用交流からの電力節約分、つまりPCの消費電力の節約分は、50.3Wです。 この場合、PCの消費電力の節約分割る太陽電池を模擬した直流電源からの供給電力は103％となります。 この例では、発電した以上を家計の消費電力から節約できています。

　今回紹介した以外にも、太陽電池から適切な電圧で電力を取り出すこと、太陽電池が1枚なら逆電流防止ダイオードが不要なこと、PCのスタンバイや電源連動にも対応するなど、利点と工夫が満載です。

　最後に、この電源システムの投資効果を検証します。 発電した以上を家計の消費電力から節約するChariot SACSは、予定価格75000円、太陽電池が2万円、配線材が5000円として、 システム導入価格は10万円です。 想定している太陽電池は160W程度です。 40Wの電力が8時間使われるという想定で、電力価格が1kWhあたり40円、効率100%として、 1日に節約できる電気代は12.8円。 21年で元が取れる計算になります。 今後、火力発電のエネルギー調達コストが上がり、電気代が上がると、もっと短期間で元が取れるようになります。

　いかがでしたか？ この技術が、世界のエネルギー事情をほんのほんのわずかでも改善できることを祈る次第です。 Chariot Lab. Shopでは2026年中に、PC内部に設置できる実装済み基板を商品として販売する予定です。

　※Chariot SACSのSACSは、Solar Assisted Computer Systemの略です。 太陽電池で発電したときだけ、自動的に電力をアシストします。

今回は、モバイルバッテリーを用いた太陽光発電システム、チャリオットサンバを紹介します。

　みなさんは、キャンプ場などの100ボルト電源が得られないところでスマホを充電したい場合、どうしますか？ モバイルバッテリーを充電して持って行きますか？ キャンプ場で発電できるシステムがあったら便利だと思いませんか？ 　みなさんに、キャンプ場で発電するシステムにはどんなものがあるか紹介します。

　まずは、一般的な鉛蓄電池を用いた独立電源システムがあります。 ソーラーパネルで発電される電力が、スマホを充電する電力より大きい場合や、 日照がありスマホに接続されていない場合、鉛蓄電池に充電し、 スマホを充電する電力がソーラーパネルで発電される電力より大きい場合や、 夜間にスマホを充電する場合、鉛蓄電池が放電スマホに充電します。 このシステムは、大きな電力を扱えます。 しかし、鉛蓄電池は重く、10kgくらいあります。 持ち運ぶのは大変ですね。

　次に紹介するのは、太陽電池をパススルーという機能に対応したモバイルバッテリに接続し、 そのモバイルバッテリーからスマホに充電する方法です。 この方法は、とてもシンプルで軽いです。 しかし、パススルーに対応したモバイルバッテリーが同時に太陽電池から電力を受け取り、 スマホに電力を給電する場合、 スマホへの給電は、0.5アンペア程度になってしまいます。 つまり。充電が遅いのです。

　そこで、チャリオットサンバの登場です。 チャリオットサンバは、モバイルバッテリからスマホ、 太陽電池からスマホ、太陽電池からモバイルバッテリという ３つの受電経路を持ちます。 それぞれ1.5アンペア程度の速度で充電できます。

　日照が強く、ソーラーパネルで発電される電力が、スマホを充電する電力より大きい場合、 スマホに優先的に給電し、余った電力はモバイルバッテリーに充電します。 スマホとモバイルバッテリー合計で3アンペアまで充電できます。 　日照が弱く、スマホを充電する電力が、ソーラーパネルで発電される電力より大きい場合、 太陽電池からの電力をすべてスマホに充電し、足りない電力はモバイルバッテリーから充電します。 太陽電池からとモバイルバッテリーからと両方合わせて通常は１アンペア以上で充電します。

　こちらが、太陽電池で発電される電力と各経路の充電電流の関係です。 太陽電池で発電される電力が10ワット程度までは、 ソーラーパネルとモバイルバッテリーで協調してスマホに充電します。 太陽電池からの発電量が少ないほどモバイルバッテリーからより多くの電力が供給され、 太陽電池からの発電量多いほど、太陽電池からより多くの電力が供給されます。 太陽電池で発電される電力が10ワット程度以上では、 スマホに充電される電力はすべて太陽電池により発電された電力で、 さらにその余りをモバイルバッテリー充電します。

　鉛蓄電池より大幅に軽く、また、 太陽電池をパススルーという機能に対応したモバイルバッテリだけのシステムより 高速にスマホに充電します。

　2023年夏にクラウドファンディングを予定しています。 また、それ以降は、チャリオットラボショップにて実装済みプリント基板販売する予定です。 是非お立ち寄りください。

　今回は、12Vバッテリーレス充電システム低価格版の紹介をします。 12Vバッテリーレス充電システムオリジナル版を紹介してからだいぶ時間が経っているので、 オリジナル版の紹介から始めます。

　自然エネルギーのシステムには、系統連系システムと独立電源システムがあります。 系統連系システムは、数百万円規模の大規模なシステムに適し、 独立電源システムは、数万円から数十万円程度の小さなシステムに適します。

　系統連系システムは、太陽電池等の発電装置で発電した電力が消費される電力より少ない場合、系統から電力を購入します。 そして、太陽電池等の発電装置で発電した電力が消費される電力より多い場合、系統に電力を売却します。 蓄電池は無い場合が多いです。 系統連系システムでは、系統からの電力の調整はパワーコンディショナが行います。

　独立電源システムでは、太陽電池等の発電装置で発電した電力が消費される電力より少ない場合、蓄電池から放電し電力を取り出します。 そして、太陽電池等の発電装置で発電した電力が消費される電力より多い場合、蓄電池に電力を蓄えます。 蓄電池が満充電だと電力が余っていてもそれ以上電力を蓄えることができません。 蓄電池に電力が無いと電力が必要でも利用することができません。 独立電源システムでは、蓄電池との電力のやり取りはチャージコントローラと言う装置が行います。

　系統連系システムは大規模で、政府の施策で電力を高値で売れるので、持ち家の屋根がある方はおすすめです。 しかし、持ち家の屋根が無い方には独立電源システムしかありません。 独立電源システムでは蓄電池の寿命が短く数年に1度交換する必要があるので、維持費が高くなってしまいます。

　そこで、当方では、12Vバッテリーレス充電システムを開発しました。 12Vバッテリーレス充電システムでは、太陽電池が電力を発電しない夜間はACアダプタから充電し、 太陽光がさんさんと照る昼間は、太陽電池から充電します。 そして天気が悪い日や朝夕の太陽電池が多少発電するが発電量が弱い場合、太陽電池とACアダプタで協調充電します。 この協調充電は、太陽電池の発電量が減るほど、ACアダプタからの充電を増やし、 スマートフォン等の最終充電装置が必要な電力を確保します。 通常合計1アンペア以上で充電し、5ボルト充電としては高速に充電します。 協調充電装置は、交流向けのパワコンを直流向けに簡素にしたものです。

　今回、12Vバッテリーレス充電システムの低価格版を開発しました。 オリジナル版との違いは、キャパシタの種類と数のみです。 電気二重層キャパシタが最高級品から中級品に、電解コンデンサが５つから３つに、セラミックコンデンサが３つからゼロに減っています。 こうすることによりコストを25%程度抑えることができます。 ただし、以前クラウドファンディングをしたときに比べて、物価が上がっているので、そのときより25%安く販売できるのではありません。 それぞれ影響を見てみましょう。

　１．電気二重層キャパシタの影響 12Vバッテリーレス充電システムでは、太陽電池ともう一方の電力源を、ACアダプタとモバイルバッテリから選べます。 モバイルバッテリを選んだ際に、出力USBポートに充電のためにUSBケーブルを刺したらモバイルバッテリが電源オフでもたたき起こせる場合がある、「モバイルバッテリたたき起こし機能」を持っています。 この「モバイルバッテリたたき起こし機能」の待ち受け時間が短くなります。 グラフは、４つの電気二重層キャパシタの電圧保持時間を比較したものです。 グラフで、イーディーエルシー3は低価格版、イーディーエルシー4はオリジナル版に採用された電気二重層キャパシタです。

　２．電解コンデンサの影響　 太陽電池の入力に取り付けられていた大容量電解コンデンサがなくなりました。 この影響で、1.5アンペア以上の大電力を扱う場合の安定性が悪くなります。 12Vバッテリーレス充電システムのプリント基板2枚を使ってモバイルバッテリーを用いた独立電源システムを構築できる応用編がありました。 この応用編では、特にこの電解コンデンサの影響が大きくなります。 低価格版は、応用編には使用しないでください。 また、充電電流は1.5アンペアまででご使用ください。 この使用条件ではほぼ影響ありません。

　３．セラミックコンデンサの影響 ３つあったセラミックコンデンサをはずしました。 しかしノイズを測定しても、はっきりわかる違いはありませんでした。 画像の赤がオリジナル版、黄色が低価格版です。 横方向は1目盛り10ミリ秒、縦方向は1目盛り200ミリボルトです。 高周波のノイズがのる特殊な場合を除き、影響はないでしょう。

　縦方向を1目盛り20ミリボルトに拡大しました。 ノイズはこの程度で、ほとんど差はありません。

　このようなキャパシタの変更により、お安く提供できるようになりました。 今回、プリント基板工場のキャンペーンを利用し、 クラウドファンディングでは枚数限定でさらにお安く提供する予定です。 お見逃し無いようお願いします。