グリットタイインバーター君（SY-GWV-600W） コンデンサ増設実験

太陽光パネルを２００Ｗから３００Ｗに増設した際に、ＧＴＩ動作が安定したのでもしかしたらコンデンサを入れることでさらなる安定化が出来るか実験してみました。

使うコンデンサは、前回部品取りした電解コンデンサ６８０μＦ(200V)を２個使用します。

ＧＴＩの中でも６８０μＦ（100V）が３個接続されています。多ければ良いという物ではありませんが、電圧が安定していないのであれば入れる価値はあると思います。

コンデンサを挿入前後の波形はこちら。測定ポイントはＤＣ入力の端子となっています。
befor

after

・大きな波はＭＰＰＴの収束波形。

・小さな波は商用電力の５０Ｈｚの倍の１００Ｈｚで、正弦波を半分に切って出力していることに起因しているものです。DC-DCの出力段の波形はこんな感じになっています。

写真だと分かりづらいですが、大きな波はより滑らかに、小さな波は振れが小さくなっています。これが発電にどのくらい影響するか分かりませんが、良くなっていることは間違いないようです。

ちょっと部品取りでも はんだシュッ太郎 出撃！

最近電子工作が増えたので、古い電源から部品取りをします。ターゲットは大型電解コンデンサーかな。

相棒はサンハヤトの『はんだシュッ太郎』 HSK-100。気がつけば10年以上もお世話になっています。

今もあるか捜してみたら２代目が頑張っていました。

・サンハヤト HSK-200 『はんだシュッ太郎』 45W

シュポッ、シュポッってやってるとあっという間にこんな感じで取れてしまいます。

本日の成果はこちら、

目的の電解コンデンサはこんな感じに組んでみました。何に使うかはお楽しみに。

グリットタイインバーター君（SY-GWV-600W） 波形測定してみた

「グリットタイインバーター君（SY-GWV-600W） 内部構造について」で大まかな構成が分かったのでハンディオシロで測定したかったのですが、ＩＣテストリードが無かったのでamazonで購入しました。

構成図は

☆ インバーター部のスイッチング動作の確認
　・測定ポイントは左から２番目のＦＥＴのG-S間電圧

　・単純に交流５０Ｈｚに合わせてOn/Off動作を行っています。
　・ＧＴＩのスイッチ位置に係わらず、コンセントに繋いだ時点でスイッチ動作は開始されていました。
　・ゲート電圧は１１Ｖ、若干ＯＮの時間が少なくなっています。

☆ ＤＣ－ＤＣコンバーター出口
　・測定ポイントは逆流防止ダイオードの手前。コンデンサの両端の電圧。

　・動作していないときは０Ｖですが、スイッチを入れると波が出てきます。
　・インバーターの停止期間（＋と－がクロスする部分）に電圧が上がっています。上限に張り付いていないところを見ると常に一定のパワーで出力しているのではなく、ＡＣと同期してＤＣ－ＤＣコンバーターも動作しているように見えます。
　・商用電源のピーク電圧が141Ｖ付近なので少し高めの値になっています。ダイオードを通過すると良い感じになるのかな？


残念ながらＤＣ部ＦＥＴのG-S間電圧はテストクリップが届かず測定できませんでした。次の機会にチャレンジしたいと思います。

※注意　ハンディオシロの波形をパソコンに取り込んでいますが、ハンディの長所を生かしてバッテリ駆動で浮かした状態で測定し、測定後にパソコンに取り込んでいます。交流は片側がアースに落ちているので直接接続すると大変危険です。ご注意を！！

にゃんた ２号発電所 増設工事の申請完了

「太陽光発電 Ｈ２６年度新ルールについて、既存設備を増設する場合の可能性を検討してみた」に基づいてにゃんた２号発電所の増設の手続を進めていましたが、

設備認定の電子申請を覗くと

No	申請/届出種別	認定日	項目名	変更内容（前）
				変更内容（後）
14	軽微変更届出	2015年4月13日	ＳＦ１７０－Ｓ(枚数)	33
				45

 軽微変更で許可が下りている！！　
  （軽微変更＝売電価格の変更なし）

ルール通りとはいえ、申請が下りるのは格別です。ほんと嬉しい。

電力会社も変更申請は不要とのことですので、あとは工事開始を待つのみとなりました。早く行けば７月上旬には着工です。

グリットタイインバーター君（SY-GWV-600W） 内部構造について

先日撮影した写真を元に接続図を作成してみました。

トランス周辺がよく分からなかったのですが、大まかにこんな感じです。

　トランスで独立した電源を2系統作成し、100Vの場合は並列に、200Vの場合は直列に繋いでいます。制御はPWMだと思われるのですが、どのような組み合わせで動いているのか興味あります。

オシロで波形を測定してみたいのですが、DC部は再度分解しないときびしそうなので諦めています。どなたか波形を測定した方いませんか？

グリットタイインバーター君（SY-GWV-600W） 緊急点検

　グリットタイインバーターの設計について色々疑問点が出てきたので基板を眺めていると違和感が・・・。

　なに、この黒いススは？

　アルコールで拭くと明らかになにか燃えたような形跡です。先ほどまで正常に動作してたし、購入後トラブルが発生した記憶もありません。緊急点検開始です！

分解して確認したところ、ＤＣ部のＦＥＴの足下が黒くなっていますが、FETそのものの外観は正常です。これだけ燃えかすが出ているのにいったい何が燃えたのか？

アルコールで拭いてしまったため綺麗になっていますが、コンデンサ側にもススが広がっており結構な厚さでこびりついている状態でした。

ケースにもハッキリとススの跡が、かなり激しく燃えたようです。

ここで、２個目の不思議発見。

ＦＥＴにはシリコン製の熱伝導カバーが付いていたのですが、一番右の内側が同様に黒くススが付いています。燃えたであろうＦＥＴのシリコンカバーは正常。

ここで答えは出ました。

・新品不良等でＦＥＴが焼損。→　正常な部品と交換

・この際に基板の洗浄を行わず、シリコンカバーも再利用した。

シリコンカバーの位置がずれていなかったら、もっと悩んでいたと思います。とりあえず動作上問題なさそうな感じだったので元に戻します。

もちろん、シリコンカバーや、放熱版はアルコールで洗浄し、新しいシリコングリスを付けます。

折角分解したので記念写真。

・AC側　左から　CQ1308、CQ1202、CQ1308、C1202、CQ1308、F30NM60ND × 4個

・電解コンデンサ　100V 680μF

・DC側　左から MOS FET FB260N × 6個、７個めは型式不明

・F30NM60ND　Power MOSFET 600V, 0.1Ω, 25A

・FB260N　　　　Power MOSFET 200V, 0.040Ω, 56A

・CQ1308　　　　不明

・CQ1202　　　　不明

・不明　　　　　　不明

シリコンシートがはみ出て、FETの放熱を阻害していたので改善。
befor

after

一度分解してみると分かりますが、組み立てが雑なので組み直すだけでもかなり良くなります。腕に自信のある方は試してみてはいかかですが？

焼損部のFETの電気的正常性は確認出来なかったので、また時間ができたら調べてみたいと思います。

グリットタイインバーター君（SY-GWV-600W） 放熱からみた動作範囲の検討

放熱に関する資料としては以下のページを参考にさせていただきました。熱設計に関しては細かな計算式が多い中、分かりやすく説明されています。

電子工作の実験室　放熱の基本設計法


これに基づいて値をあてはめると、

【FET】
　半導体の許容温度 Tj-Max 150℃
　安全率　0.7　→　Tj = 105℃
　部品内部の温度抵抗　Rj = 0.4℃/W

【ヒートシンク接合部】
　熱伝導シートを使っているので　Rc = 2℃/W

【ヒートシンク放熱性能】
　本体上部のヒートシンク部分　240mm × 190mm 2.5mm厚
　参考資料のアルミ板の熱抵抗より、
　自然空冷　Rf = 1.2℃/W と推定

【周辺温度】
　Ta = 50℃

参考資料より
Ｔｊ　－　Ｔａ　＞　Ｑ　×　（Ｒｊ ＋ Ｒｃ ＋ Ｒｆ）

FET 16個で構成されているので
Ｔｊ　－　Ｔａ　＞　Ｑ　×　（(Ｒｊ ＋ Ｒｃ) ÷16 ＋ Ｒｆ）

105　- 50　＞　Q  × （(0.4 + 2)÷16 + 1.2）
Ｑ　＜　40.7 W

ＧＴＩの変換効率85%とし、損失40.7Wの値は
40.7W ÷ 0.15　= 272W

内蔵されているファンは小さく、ヒートシンクの性能向上の為と言うよりは、装置内温度上昇によるコンデンサなどの部品の劣化対策用と考えた方が良いでしょう。

　追記　FET 7個は左側の小さなフィンで強化され、ファンの風が当たるように設計されていました。

上記の仮定が正しいとすれば、GTI出力とヒートシンク性能の関係は、

　比較的ヒートシンクが大きいため、単純な放熱は簡単そうです。ただし、装置が小型であるため内部に熱がこもりやすく、これの対策がメインになりそうです。

蓄電システム．ｃｏｍの我が家の独自回路・配線自慢に、冷却システムを強化したGTI500Wが紹介されています。記事中にもあるように、このＧＴＩは変換効率が悪いので発熱が酷く、大容量にする場合は上位機種への交換を推薦されています。

　上記を総合し、GTI600Wの最大出力は272W、入力換算で320Wまでの入力に留めるのが良さそうです。

　太陽光パネルが仕様の90%動作するとして、４００Ｗくらいのパネルを接続するのが宜しいかと考えます。

　仮に変換高率が８５％→９３％となった場合、６００Ｗ出力時の損失は

　　　１０６Ｗ　→　４５Ｗ

となり、上記熱設計で問題なく動作すると考えられます。カタログ表記としては僅かな違いですが、実使用で大きく差がでますので、購入の際にはよく考えてから決めましょう。

　以前紹介した韓国のマイクロインバーターは変換効率９３％なので、少し後悔しています。まぁ、値段が高かったので結局買えませんけどね ＾＾；

グリットタイインバーター君（SY-GWV-600W） Vmp36V 50Wパネル何枚までいけるか？

増設したVmp36V 50Wパネルの使い勝手がよいので、何枚まで接続できるのか検討してみました。

600Wグリットタイインバーターの仕様は

入力電圧	22～60VDC
出力電圧	90～120VA
周波数	45Hz-53Hz/55Hz-63Hz
定格電力	600W
MPPT範囲	DC24～48V
適合パネル仕様	Vmp：26～30V　Voc：34～38V Vmp：35～39V　Voc：42～46V
サイズ	21x16.5x5.3cm
重量	1.3kg

こちらも最大入力電流が不明です。

最初に変換容量から考察します。マニュアル的には入力MAX700W、出力MAX600W、このインバーターは30V、40V付近で動作するように作られているようなので、

　700W ÷ 30V = 23.3A

　700W ÷ 40V = 17.5A

くらいが想定範囲と思われます。自分のシステムでは常に30V付近で動作していましたので、23.3Aを基準に考えたいと思います。

　次に、ヒューズ容量から考察します。

　この機器には車用の32V×30Aが並列に接続されています。32V×60Aって？？　確か入力電圧22～60Vですよね。並列にしても耐圧が上がるわけではないのですが・・・・、100歩譲って熱容量で切れるから関係ないとしても32V×60Aって1,920Wですよ！　自分も電気の知識が乏しいので間違っているかも知れませんが、かなり不安になります。

最低電圧22Vで700Wとしても、700W ÷ 22V = 31.8Aですから、30Aヒューズで概ね問題ないはずです。仮に12Vで動作するとしたら・・・・、700W ÷ 12V = 58A　!!　時間のあるときに試してみたいと思います。
　→　既に実験していました。この動画をみると20Vくらいまでは動作しないように制御されています。ますますヒューズの謎は深まるばかりです。

　かなり恐怖を覚えたので、１個取り外しました。これで30Aヒューズとなります。通常の動作範囲で考えると20Aに交換したいですね。

　熱溶断ヒューズはジュール熱に基づいていますので

　　　Ｗ＝Ｉ^2・Ｒ　　　Ｉ：電流、Ｒ：抵抗

太陽光パネルは電流を発生させる装置なので、耐圧は気にせず電流のみ考えれば良い。

　話がそれてしまいましたが、上記を総合して最大入力電流は23.3A-Maxとしたいところですが、中華仕様＝限界値と考えると安全係数1.11を掛けて21Aくらいが適当かと思います。あと中の部品も耐圧がどうなっているか不安なので、Vmp36Vよりも大きいパネルの使用は控えた方が良いのかも知れません。部品確認により、100V μFのコンデンサが使われていました。とりあえず大丈夫そうです。

本題のSunny Vmp36V 50Wパネルの仕様は

　　Voc　44.0V

　　Isc   1.54A

　　Vmp　35.5V

　　Imp　1.41A

一枚単位でしか使わないので、耐圧の計算はしません。
電流的にみた最大枚数は、

　21A-Maxと考えた場合　　14枚　700W

となります。

次回は熱問題について考えたいと思います。

シャープ JH-45CD3Pの増設の可能性について 改訂版

まずはパワコンの仕様から、

型番	JH-45CD3P
定格出力	4.5kw
定格入力電圧	250V
入力運転電圧範囲	80～420V
最大入力電力	1.8KW
電力変換効率	95.0%
設置場所	屋外・屋内兼用
外形寸法（幅×高さ×奥行）	630×325×186mm
質量	27kg

接続できるパネルの枚数

注釈12 入力対応枚数の範囲内でも実使用時の太陽電池出力がパワーコンディショナの最大入力電力を超過した場合、超過分は電力変換されません。最大入力電力の1.25倍程度を目安に枚数を減らすことが、電力超過によるロス軽減に有効です。全ての入力回路を使用しなければ、定格出力一杯まで出力できません。また、晴天時・気温－10℃を下回る地域では1回路の最大設置枚数が制限される場合があります。瓦型シリーズのシステムはCADによる設計でお客様に適した機種構成をご提案します。詳細は販売店にお問い合わせください。

NB-245ABの仕様は

形　名		NB-245AB
セル種類		単結晶
公称最大出力		245W
公称最大出力動作電圧		40.5V
公称最大出力動作電流		6.05A
公称開放電圧		48.8V
公称短絡電流		6.43A
外形寸法（長さ×幅×厚み）		1559×798×46mm
質量		15.0kg

最大直列数は解放電圧で、最大並列数は短絡電流で決定するので、
　　　最大　8直列　×　1並列　（390V、6.43A）

245W × 8枚 = 1,960W の入力となりますが、パワコン内のDCブレーカーが300V-10A(解放電圧 450V)であることから、

　定格電圧 250V × 9.5A = 2,375W まで入力出来るけど、回路で1,800Wで制限掛けるね。余分の入力は回路に負担掛けるからあんまり無理しないでねって感じだと思います。

これが３回路ですから、
　1,960W × 3回路 = 5,880W
パワコンの総量規制である4.5KWに対して30%の過積載にすることが出来ます。

現状の20枚のパネルは8枚、8枚、4枚に接続変更し、追加で8枚をどこかに設置。屋根の4枚は実験用として使うってのも良いかも知れませんが、接続変更は大変なんだよなぁ。

メーカー保障、動産保険との絡みもありますので実施は早くても運用10年後となりそうです。それまでにDIYの腕を磨きたいと思います。

太陽光発電の接続箱（集線装置）ってなに？

　にゃんた１号発電所をなんとか増設できないか検討するにあたって、接続箱の理解が重要であるため、備忘録としてまとめてみました。

　太陽光パネルを直列にまとめたものをストリングと呼びます。これを集めてパワコンに送る装置が接続箱なのですが、現在の家庭向けパワコンでは、複数入力可能なマルチストリングス接続が一般的です。　ただ、全てがマルチストリング機かというとそうではなく、大型パワコンや屋内設置パワコンでは１系統しか入力のないタイプも多く販売されています。

　ちなみに、にゃんた発電所で利用しているパワコンは

　　　　シャープ　　　　　　　　　３系統

　　　　ソーラーフロンティア　　１系統（集線箱機能内蔵のため４系統入力）

となっています。

接続箱設置についてまとめると、

【機能面】
・パネルを直列にまとめたものをストリングと呼ぶが、これを１つにまとめる。
・過入力があった場合に遮断する。（ブレーカー）
・ストリングＡからストリングＢに逆流する場合があるので、それを防止する。（逆流防止ダイオード）
・落雷等による突発電流が高価なパワコンに入らないようにする。（サージプロテクタ）

【施工面】、
・保守の際にストリングを切り離し点検・交換を容易にする。
・パワコンへの配線が１系統にまとめられるので、施工が容易。見た目も良い。

【デメリット】
・逆流防止ダイオードは電気抵抗があるため、発電ロスとなる。また、容量が多い場合は発熱対策も必要。
・パネル枚数を統一する必要があり、どうしても繋ぐ場合は昇圧器を挿入する。（電圧の差が大きくなると発熱が大きくなるため）

模式図にするとこんな感じになります。

マルチストリングス機はパワコンが複数集まった装置と考えればよいので、

となります。ここまでくればどうやって増設すればおわかりですね。

　・余裕のありそうな系統に接続箱を挿入し、複数のストリングを収容する。

　・パネルの種類・枚数が異なる場合は昇圧器付き接続箱を使う。

　注　オムロンのKP55M-J4は接続箱機能内蔵です。マルチストリング機はKP59R-J4になります。

次回はパワコンの系統容量から、どのくらい増設できるか検討して見たいと思います。

グリットタイインバーター君（SY-GWV-600W） 日射量との関係について

うちのベランダ発電所は太陽光発電であるにも係わらず、晴天時の発電が芳しくありません。

理由は簡単、手すりの陰で春から夏にかけてまともに日が当たらないためです。

　今日は全天日射量　20.05 MJ/m2、薄曇りで日陰が少しできるくらいの絶妙な天気でした。前回の全天日射量 26.10 MJ/m2午前中晴れ、2時過ぎから薄曇りと比較してみるとその差がよく分かります。少し曇っていた方がよく発電しています。

　幸い前橋は、全天日射量の分かるエリアなので、３月からの全天日射量－発電量の相関図を作成してみました。縦軸が1KW換算発電量(KWh)、横軸が日射量(MJ/m2)です。

３月

４月

５月

　日射量が25 MJ/m2を超えたありで、かなり落ち込んでいるのが分かります。

　先日の増設パネルは13:30～15:30という短い間ですが、直接光で発電できるので少し期待できます。

６月。これでも少し改善しているのですから、今の時期がいかに最悪かが分かると思います。

ちなみに、ダメな子扱いされている「にゃんた１号発電所」の４月はこんな感じです。新潟市の日射量なので若干誤差はありますが、そこそこ綺麗に線形化できています。1KW換算発電量と全天日射量で容量の異なるシステムの比較が簡単にできますね。

sunny Vmp36Vパネルの設置方法について 検証してみました

昨日の今日ですが、日頃の行いが良いせいか一日晴天に恵まれました。こんなにすぐに検証ができるなんてラッキーです。

本日の天気。ほぼ一日晴れ。全天日射量　28.51 MJ/m2　前回が26.10 MJ/m2ですので少し日差しの強い一日でした。

発電状況は・・・・。期待したほど延びていない、むしろ減ってる！！！

　今日と比較すると前回の午前中は同程度晴れていましたが、午後からは薄曇りで散乱光の多い一日となっていましたので概ね説明出来ます。
　しかし、バイパスダイオードの効果が出るはずの13時付近の変化がありません。原因は不明ですが、事実は真摯に受け止め、元に戻すことにしました。やっぱり実験は大事ですね。

sunny Vmp36Vパネルの設置方法について 電気特性編

先日のテストで最後の１ラインの陰の差を体験しました。こんな感じです。

　単結晶パネルはセルが直列に接続されています。このパネルの場合は72枚のセルで構成されていますが、どれか一つでも陰になったりすると全体の発電に影響が出ます。これが１ラインの悲劇の原因です。

　ただ、パネルによってはバイパスダイオードというものが入っており、途中のセルを切り離すことで影響を軽減できるようになっているものがあります。今回のパネルでは、＋端子と－端子の中間にダイオードが２個並列に接続されており、パネルを２分割しています。大きなパネルだと更に細かく分割されている物もあります。

模式図にするとこんな感じになります。左上部が陰になった場合、上半分をバイパスし下半分の発電を阻害しないように動作します。太陽光パネルは、光を電流に替える装置なので水路などをイメージすると良いのかも知れません。バイパスダイオードはその区間の電流が全体の電流よりも少なくなった場合に機能するようになっています。

ということで、このような陰が出来る場合は長手方向を横に設置したくなりますが、縦方向の方が効率がよくなると考えられます。

ＣＩＳ系のパネルは、こんな感じになっているので、同様に長手方向を縦に設置しないと全面に影響が出ると思われます。

ここ数日梅雨の影響で検証出来ません。早く晴れないかなぁ。

グリットタイインバーター君（SY-GWV-600W） 増設後の運用結果

　増設分の50W×2枚の設置方法について、前回同様に段ボールの上に乗せて様子を見てみました。
　　　増設の模様はこちら

流石にベタに置くと１時間くらいしか日に当たらないので、段ボール一段。あまり変わらない感じ

　段ボール２段、1:30～3:30まで全面に当たっていました。小さなセル１個でも日陰になるとがくんと落ち込みます。このサイズでも結構場所を選びますね。ソーラーフロンティアなら縦に置いとけば問題ないんだろうなぁとまだオークションに負けたのを悔やんでいます。

　ベランダの高さまで上げて20°くらい傾斜つければ最高なんでしょうけど、取付け金具作らなきゃだし、夏が終わることには南面に戻す予定なのでこのまま運用します。風で動かないように隙間を段ボールで埋めて完成です。

　午後から少し雲がでましたが、概ね晴れています。一番右列が日照時間(分)

　発電結果はこちら、直近で晴れた6/4と比較すると一目瞭然です。増設パネルには12時過ぎから当たり始めますが殆ど変化せず、全面に当たる1:30頃から急激に発電しているのが分かります。
　一日発電量も 131Wh→243Whと112Wh増加しています。GTIの一日稼働時間は4hくらいなので、33W→60W相当のGTIシステムになったと言えそうです。

参考に、4/26は189Wh発電しています。一般的に4～6月は稼ぎ時と言われますが、ベランダ発電所にとっては至難の月と言えそうです。　ということは、新潟に戻ると・・・・・言うまでもありませんね。楽しければいいのさ ＾＾；