2025.07.02

小型太陽光発電の電力見積

sukaisu2050

農地の潅水の目的で太陽光発電・バッテリー蓄電のシステムを検討しています。

システム構成例をもとにバッテリーへの充電能力を見積もります。

また大まかに消費電力も見積もります。

太陽光発電の構成例

「避難所に行かない防災の教科書」では以下のようなソーラーパネル・バッテリーシステムを挙げています。

これをもとに考えてみましょう。

分類	商品名	備考
ソーラーパネル	Renogy 100W	100W（120W、175W、200Wタイプもある）
チャージコントローラ	Renogy Wanderer 10A	PＷＭ制御、10A（20A防水タイプもある）
バッテリー	LONG WP20-12	12V20Ah（=240Wh）
インバータ	Meltec SIV-500	450Wタイプ。AC100V×2口、DC5V/2.4A

充電能力

「トランジスタ技術SPECIAL No.170」を参考に充電能力の見積もりを行います。

場所は見通しの良い、陰になる障害物のない土地を想定しています。
使用する時期は春から夏を想定しています。

	項目	値	備考
a	パネル発電電力	100W	仕様より
b	パネルの発電効率	0.5	実験より
c	設置場所による発電効率	1.0	南向き、傾斜角適切
d	発電時間	5.0h	日当たり良好
e	安全係数	0.7
f	充電できる電力	175.0Wh

(b)はトラ技の記事の値をそのまま用いています。

その他の値については記事中で説明がなかったので、生成AIで以下のような基準をつくってもらいました。

c: 設置場所による発電効率
- 設置場所の悪条件（方角、傾き、日陰など）によるロスを係数化したもの。
  理想状態（南向き・日照良好）に対しする割合。
- 設定目安:
  - 南向き・傾斜角適切：1.0
  - 東西向き・やや日陰：0.5～0.7
  - 北向き・日陰あり：0.3～0.4
  - 屋内設置（窓越し）：0.1～0.3

d:発電時間
- 実際に十分な日照で発電できる時間（日照時間とは異なる）。
  日中でも雲や角度の影響で、実効的に発電できる時間は限られるため。
- 設定目安（日本の平均）:
  - 晴天の夏：3.5～5時間
  - 春秋の平均：2.5～3.5時間
  - 曇天や冬：1.5～2.5時間

e: 安全係数
- 各種ロス（変換損失、バッテリー充電損、ケーブル抵抗など）を考慮して控えめに見積もるための係数。
  実際の出力が理論値より下回ることが多いため。
- 設定目安:
  - 極控えめ：0.6～0.7（実用上確実）
  - やや控えめ：0.8
  - 理想計算：1.0（リスクあり）

消費電力

制御マイコンで潅水バルブを制御し、ネットワーク越しに監視しておきたいと考えています。

パーツ毎に消費電力を概算してみます。

モバイルルーター

一般的なモバイルルーターの消費電力は約5～15Wのようです。

消費電力を明示している機種があまり見当たらないのですが、”Speed Wi‑Fi DOCK 5G 01”は問い合わせしたところ、10Wぐらいと回答があったとの話がありました。

基本スペックには以下のようにあります。
　連続通信時間：540分
　連続待受時間：880時間
　バッテリー容量：5,400Ah

リチウムイオンバッテリーの電圧は3.7Vなので、バッテリー利用時の消費電力は以下のようになることが予想できます。

　バッテリー容量：5,400mAh
　電力量（Wh） = 5.4Ah × 3.7V = 約19.98Wh

　通信時（連続通信：約540分 = 9時間）
　消費電力 = 電力量 ÷ 時間 = 19.98Wh ÷ 9h = 約2.22W

　待機時（連続待受：約880時間）
　消費電力 = 19.98Wh ÷ 880h = 約0.023W

USB給電だとこの値はもっと大きくなることが予想できます。
控えめに見て10Wの値を採用し、以下のように見積もりました。

	項目	値	備考
a	待機電力	1.0W	10Wの1/10を仮定
b	待機時間	24h
c	消費電力	10.0W	10Wを最大消費電力と仮定
d	使用時間	1h
e	合計消費電力	33h

制御マイコン

Arduino系かRaspberry系のボードを考えています。

初期見積もりということで生成AIで概算しています。
（実際には実動作時に妥当性確認は必要です。）

外部から確認できるようにアイドル状態ではWiFiは待ち受け状態、動作はセンサー読み取りやバルブ制御を考えています。

ボード	待機電力（WiFi接続、アイドル）	消費電力（軽負荷動作）
ESP32系	約 0.08～0.16 W	約 0.2～0.6 W
Arduino Uno R4 WiFi	約 0.45～0.6 W	約 0.8～1.2 W

ボード	待機電力（WiFi接続、アイドル）	消費電力（軽負荷動作）
Raspberry Pi 4B	約 2.0～3.5W	約 4.0～6.0W
Raspberry Pi 3B/3B+	約 1.5～2.5W	約 2.5～4.0W
Raspberry Pi Zero 2 W	約 0.5～1.0W	約 1.0～1.5W