■コラム-独立システム1

• 12Ｖか24Ｖか
  
  
• 宅内総直流化計画
  
  

独立システムにおいて取り組みやすいのは１２ｖだ。
「ベランダ発電」と称するホビー的太陽光発電は主に１２ｖ。
すると太陽電池一枚、コントローラ一台、バッテリー一台で始めることが出来る。
しかしここには重大な問題点があって、キロワットクラスなどとシステム規模が大きくしようとした時に身動きが難しくなる。

具体的には

１：電圧ドロップが大きく、長距離配線に向かない。配線の使用銅量が多くなる。
２：せいぜい数キロワットまでしか大型インバータが無い。
３：電流が多く、短絡時に非常に危険である。
などだ。

一方メリットとして

Ａ：無線機をはじめ、１２ｖそのままを使える機器が多い。
Ｂ：システム構成機器が安い。中古品を当てに出来る。
Ｃ：機器内配線をいじる場合、リニアレギュレータなどが使いやすい。

さて２４Ｖはというと電圧は１２ｖの倍。電流は１２ｖの半分。
だから直流配線した場合の効率は１２ｖよりはるかに良い。
しかしこれから独立システムに取り組む人にとってどちらが良いかというと一概には言えない。２４ｖにも１２ｖと同様、メリットデメリットがある。

デメリット

１：機器の種類がやや少ない。国産の直流機器ではバスまたはトラック用品を探すことになる。
２：機器がやや高価。これは生産量と関連デバイスの問題だと思う。
３：初期投資がバッテリー二台から始まるからスタート時から財布に厳しい。

メリット

Ａ：同電力で１２Ｖと比べた場合バッテリーが直列構成になるのでやや長寿命化する。
Ｂ：インバータをはじめ機器の変換効率が高くなる。
Ｃ：配線使用銅量がやや少なくなる。

と今思いついたままに列挙。

ではどうして６Ｖや４８Ｖ、それ以上をここに掲げないのか？
６Ｖ。これはあまり複雑でない機器内で必要とする最低電圧である。
電源が６Ｖの場合、配線で１Ｖも下がったらもう機器が使えない。
だから発電源である太陽電池と機器がすぐ近くにあるのが条件となる。
小型の街路灯やＬＥＤ式の機器など小電力のものに用いる。
宅内に配線するのはもっての外。
４８Ｖ。これは電気的には１２Ｖや２４Ｖよりずっと良い。配線での電力ロス・電圧ロスがぐっと少なくなる。しかし機器も少なく、個人が取り組むには敷居が高い。必要とするインバータを入手でき、かつバッテリーの初期投資が許せれば電圧は高いに越したことはない。
だから学校や病院・役所などでは１００Ｖ以上の独立システムを作る。

電力会社と送電線を当てにしない「独立システム」
これはやってみると実に面白い。
太陽電池・コントローラ・バッテリーを入手すればはじまり。
初めはインバータを使用してもいい。
それで家庭内の交流100V機器を使う。

しかしそのうち、インバータでの変換ロスが気になりはじめるとなんとか直流で動く機器を考え始める。インバータはただ起動しているだけでもスタンバイ電流が流れる。また世の中の電化製品のほとんどは、内部で直流に変換しているのでわざわざ交流にせずに一発で必要な直流電圧を入力すればよいのではないかという考えも出てくる。

これはホビーに限らず、送電線の来ていない山小屋や僻地では当然の工夫だ。
独立システムにおいて、バッテリーのロスはそのままバッテリーのランニングコスト上昇につながり、コスト的にきつい。
さらには、流行言葉で言うと「環境に優しくない。」
バッテリーは独立システム普及のボトルネックであり、システム中最も金がかかり、最大の消耗品でもある。

だから例えば日本アルプスをはじめあちこちの山小屋では米国製やヨーロッパ製の直流機器をちょこちょこと苦労して買い集めている。欧米では直流の歴史が長く、１００Aなどという大電流をワンタッチ式コネクタで扱ったり１２ｖ入力の大電力インバータなどが平気で製品として存在する。
しかし日本はカーエレクトロニクス製品を除き、直流動作の家電品が無いのだ。
しかもせっかく見つけても惜しいことに自動車用のそれは粗悪品も多く、ワンオーナー持てば良いという程度のものも多い。典型的なのがシガーソケット式の小型機器。これらの多くはチープandプアに出来ていて一年も持たずに壊れてしまうものも珍しくない。

それで直流に目覚めた人？は手間をかけてまともな製品を輸入したり、特注品をあつらえることすらあるのだが、そうではなく機器の方を直流に対応させれば良いものも、実は多い。

例えば電話機の子機などはすぐに改造できるだろう。
ACアダプターの電圧と電流を実測で調べてそれに見合った直流電源を用意する。
それが例えば９ｖの入力で動いているのであれば１２ｖのバッテリーから専用線をひいてレギュレータで９ｖに落とせば良い。つまり小型の安定化電源を作るわけだ。
バッテリーの１２ｖをインバータで交流１００ｖにしてそれをまたＡＣアダプタで９ｖにして。。。この方式はまったくエネルギーの無駄遣いだからだ。。

それでは家中総直流化しよう！
と意気込む方もあるかもしれない。
そこで問題点もひとつだけ挙げておこう。

まず送電ロス。
電力の送電ロスは電圧が低いほど大きい。
つまり１２ｖや２４ｖのバッテリーで宅内配線するにはよほど太い電線を用いないとならない。
例として抵抗性１００Ｗの負荷を挙げてみよう。
オームの法則から電力は電流の２乗に比例するので
１００Ｖの場合１Ａ。
１２Ｖの場合8.33Ａ．
それぞれ2乗すると
１００ｖの場合→１
１２ｖの場合→69.44Ａ。
なんと１２Ｖ電路で１００Ｖ宅内配線に用いる細い電線を用いると送電ロスが約70倍にもなるのである。
それではロスを少なくするためにはどうすれば良いか？
この方法への回答はひとつではない。
電線をそのまま７０倍の断面積にするのか？
配線勾長を少なくする？
いずれに方法を採るにせよ、直流１２ｖでは電圧のドロップが激しくやや長い配線をすると機器内部で必要な電圧が得られないことがあるから要注意だ。
しかしインバータという高価な消耗品、これをなくしたシステムも求められているのも事実だ。