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オフグリッドソーラーの配電盤にパイロットランプ(1)


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オフグリッド・ソーラー発電の配電側 (負荷側) を改造したお話です。

オフグリッド発電と配電

私、この画像の “配電部” にある箱を、“配電盤” と呼んでいます。そこに、通電状態を表すパイロットランプを取り付けました。

配電盤

改造前の配電盤はこうなっています。スイッチとヒューズが付いていて、電圧計とアウトレット (シガーソケット) とコンバーター (電圧を変える機器) が転がっているだけの虚ろな箱です。

今回、ここにパイロットランプが付くと、配電状況の監視に役立つと思います。(あまり必要ではないですが)

せっかくなので、端子台の追加やヒューズホルダー固定枠の交換などもやっておきます。

……と、簡単に書きましたが、実際の製作は少々面倒です。

  1. 回路設計 (部品個数チェックも)
  2. 不足部品の購入 (端子台,端子キャップ,抵抗器)
  3. 抵抗値・消費電力の計算とLEDの明るさチェック
  4. LEDと抵抗器のはんだ付け
  5. 3Dプリンターで部品作り (パイロットランプ固定枠,ヒューズホルダー,ホルダー固定枠,スペーサー類,電圧計固定)
  6. 配電盤の中板に穴あけとネジ穴加工
  7. 部品の取り付け
  8. 配線 (はんだ・圧着)
  9. 取り付けとコードの接続

電子工作と電気工作,金属加工,3D設計と、多様なアレが求められます。これは腕が鳴りますね。

配電盤

さっそく、中板の撤去後。こうなっても献身的に配電を続けてくれます。ショート (短絡) させないように注意。

まずは、パイロットランプです。

パイロットランプ

パイロットランプの本体。パイロットランプは、赤と緑と黄色を使います。

これ、12V (ボルト) 用なので、24V (最大44V程度) では使えません。よって、内部の抵抗器 (電流制限抵抗) を交換します。

キンピ抵抗

抵抗器。“金属皮膜抵抗 (キンピ)” という精度が良いタイプで、少しお高いです。(820本で356円)

電流制限抵抗の計算式

電源電圧 (V) とLED (発光ダイオード) の順方向電圧 (Vf),回路の電流 (I) から、最適な抵抗値 (R) を計算します。(詳しくは下の記事で)

『抵抗器を使うLEDの点灯回路(1)』

『抵抗器を使うLEDの点灯回路(2)』

発熱の式

次に、抵抗器の消費電力 (発熱) を計算します。発熱が大きすぎると抵抗器が焼けますから、定格の消費電力以下におさめる必要があります。(今回の抵抗器の定格消費電力は0.25W (ワット) )

計算した結果は……

V (V) Vf (V) I (mA) R (Ω) P (W)
44 2.0 8.4 5,000 0.353
10 2.0 1.6 5,000 0.013

上が最高電圧である44Vのとき、下が最低である10Vのときです。電圧を変化させたときの電流と、消費電力を比較しました。

なお、電流よってLEDのVfは変化しますが、微小であるため無視しました。

結果では、消費電力 (P) が0.25Wを超えているので、10 (キロオーム) を2つ並列にします。すると、それぞれの抵抗器の電流が半分になり、合成の抵抗値は5,000Ω (オーム) になります。

……なのですが、実際に12Vで点灯させてみると、パイロットランプにしては明るすぎでした。これでは電気の無駄です。

結局、12Vでちょうどいい明るさになるように抵抗をチョイス。計算した意味なし。

V (V) Vf (V) I (mA) R (Ω) P (W)
44 2.0 0.62 68k 0.026
44 2.0 0.42 100k 0.018
44 3.4 0.041 1M 0.002

ぜんぜん5,000Ωどころじゃない……

ということで、赤には68kΩ,黄色には100kΩ,緑には1 (メグオーム) と決めました。(ちなみに、1,000Ωが1kΩ、1,000kΩが1MΩ)

LEDと抵抗器

パイロットランプを分解して、中のLEDを取り出します。

さらに、もともと付いていた抵抗器を外して、先ほど決めた抵抗器に交換します。

LEDと抵抗器のはんだ付け

LEDと抵抗器をはんだ付け。

下の四角いのは磁石です。LEDも抵抗器もくっつくので楽に固定できます。

そういえばこの磁石、“ビーストウォーズ”(1997年) のおもちゃを分解したときに出てきたものです。(当時は貴重だったネオジム磁石)

懐かしいなと思っていると、最近、ビーストウォーズの最新作が放送され始めました。……なんの話だって感じですね。

それはそうと、LEDの選定のときに気づいたことがあります。

私の指が抵抗器の代わりになることがわかりました。

ブレッドボード上で、LEDのカソードを電源のマイナスとつないでおき、自分の指で電源のプラスをつまみながら、ほかの指でLEDのアノードを触ると、うっすらと点灯しました。

つまり、指や手の中を電流が流れたということです。

人間の身体が電気を通しやすいのは知っていましたが、光で見えると新鮮です。

ちなみに、人間が感じる最小の電流は1mA程度とされており、それ未満では知覚できません。なので、“感電” はしないのですね。

LEDは、1mAよりもずっと小さい電流で発光しますから、痛くもかゆくもなく、身体に電流を流せるのです。

ひとまず、パイロットランプはこれでおしまいです。

次は、3Dプリンターで部品作りですが、記事が長くなったので次回に回します。

閲覧ありがとうございました。

    2023/04/13
  1. 誤字を修正:“金属被膜抵抗” → “金属皮膜抵抗”
  2. 2023/04/14
  3. 誤字を修正:“12V (ボルト) に用なので” → “12V (ボルト) 用なので”
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プロフィール

しゅう

Author:しゅう
1991年北海道三笠市生まれ。プロフィール

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