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Mar 16, 2023

DIY 太陽光発電設置: バルコニー発電所の建設

Sono sempre stato un po' geloso della produzione di energia solare sui tetti.

しばらくの間、私は自分の住んでいる地域の屋上に太陽光発電が設置されていることを少し羨ましく思っていました。 長期的には、CO2 排出量を削減し、エネルギーを大量に消費するライフスタイルの維持に役立つすべての項目にチェックを入れます。 私は家に住んで長くないので、ゲームに少し遅れています。 屋上に設置することも考えましたが、固定価格買取制度が非常に下がったため、支出を回収するには長い時間がかかります。 これに加えて、インストールプロセスは非常に混乱を招くことになります。 第三に、これはおそらく私の失敗ですが、おそらく自分でもできそうな仕事（特に電気）を誰かに依頼して、その過程で貴重な経験と知識を得るのには気が進まないのです。 ドイツでは、大規模な屋上送電網の設置には多くの事務手続きが必要であり、自家発電および消費電力に対して課税されます。

私はこのアイデアを長い間頭の片隅に置いていましたが、2020 年にロボット芝刈り機と太陽光発電充電ステーションを設置した後、比較的控えめなグリッドタイ型 PV 設置の利点について考え始めました。 利用可能なものを見つけるためにいくつかの調査を行ったところ、「ソーラーバルコニー」という用語に何度も出くわしました（テキストボックスを参照）ソーラーバルコニーとは何ですか?") まさに私が探していたものかもしれないセットアップについて説明していました。

法的なグレーゾーンを検討した後、このような送電網に接続されたミニソーラーシステムが本当に経済的に実行可能であるかどうかを判断したいと思いました。 小さなバルコニーサイズの設置の場合は、1 枚パネルまたは 2 枚パネルのセットアップからお選びいただけます。 単一パネルのセットアップでは約 300 Wp (小さな「p」はピークを表します) のピーク出力を生成でき、2 パネルのセットアップでは 600 Wp が得られます。

私の地域の日射量を確認するために、ドイツ気象局が作成した地図を調べました。この地図には、ヨーロッパ、特にドイツの年間平均太陽エネルギーが示されています (形1 ）。 インターネット上でも太陽光発電量の計算ツールがたくさん見つかります。 私は太陽が降り注ぐバーデン南部に住んでいます。つまり、最適な条件下では、1 平方メートルあたりほぼ 1,200 kWh の年間日射量が期待できます。 単結晶太陽電池の効率を 20% と仮定すると、1 平方メートルあたり年間で最大 240 kWh を生産できます。 私には2パネルのセットアップの方が適しています。320〜370 Wpの出力範囲の最新のパネルの使用可能な面積は約1.6 m2です。 したがって、2 つのパネルから年間ほぼ 770 kWh の収穫が可能となるはずです。 この発電量をドイツの現在の電気料金 (kWh あたり 30 ¢) で計算すると、私のバルコニー発電所により年間最大 230 ユーロの節約になります。 私のシステムの購入価格は、ほぼ正確に 600 ユーロでした。この単純な計算では、システムは 2 年 7 か月で元が取れることになります。

私は望む！ これを現実的にするには、パネルは最大のエネルギーを収集するように最適な角度にする必要があり、インバーターとケーブル配線での損失がゼロで、頭上の植生や建物による影がないことが必要です。 これはまた、生成されたすべてのエネルギーが系統に輸出されずに社内で使用されることを前提としています。 居住者が日中仕事で外出している一人用アパートの場合、生成された電力の大部分が送電網に送出されます。 その場合、300 W パネル 1 枚で十分です。 私の家では冷蔵庫が 2 台と冷凍庫が 1 台あります。 母は日中のテレビを見るのが好きで、私は日中は PC と大型モニターを組み合わせたホームオフィスで働いています。 他の電気機器や壁のイボと合わせると、基本的な使用量は 1 枚の 300 W パネルからの出力を軽く超えます。 600 Wp のセットアップは大きすぎるようには見えません。

控えめな 75% の使用率で計算すると、最適な条件下では、年間約 170 ユーロの電気代の節約になります。パネルを設置する予定の場所も理想的ではありません。パネルに影はありませんが、仰角は高くなります。わずか 5° で、ちょうど 135° の南南東の方向を向くことになります。 夕日からはあまり恩恵を受けられませんが、拡散放射線からはより恩恵を受けます。 これを考慮して控えめに 25% を引くと、年間 125 ユーロ強の節約になります。600 ユーロのコストで、私のバルコニー発電所はおそらく 4 年で元が取れてしまうでしょう。 それ以来、銀行に預けられているものはすべてお金になります。

このシステムに対する補助金（たとえば、隣のフライブルク市が 200 ユーロを寄付）を獲得した場合、回収はずっと早くなります。 DIY 設置の場合、コストは最小限で済みますが、これには、一部の電力会社が要求するメーター交換のための追加費用は考慮されていません。 たとえば、いわゆる双方向メーターの必要性が現在議論されています（メーターには最低要件としてバックストップが必要です）。 購入するハードウェアは信頼性も高くなければならず、故障した部品は交換する必要があり、システムの収益性が大幅に低下します。

効率を高めるためにパネルの角度を改善することもできますが、既存の屋根とフラットに見えるので、日中にエアコンが作動することがある夏にはより良い収量が得られます（冬はそれほど良くありませんが）。

バルコニー発電所は、太陽電池、系統接続同期インバーター、家庭用電源への接続手段で構成されています。 後者のコンポーネントは、多くの場合、特別な Wieland プラグイン接続 (形2 ）、ドイツでは、安全性と特定の制限を遵守しながら、プラグとソケットを使用してシステム出力を接続することが許可されているためです。 英国ではこれは許可されていません。 デュアル ギャング ヒューズ付きアイソレータ スイッチを介して出力を接続する必要があります。 インバーターはシステムの重要なコンポーネントです。 ソーラー パネルの低い DC 電圧を、規格に準拠した給電可能な 230 V の AC 電圧に変換します。グリッドタイ インバータは、AC グリッド電圧を厳密に監視して、パネルから供給される電力が同期していることを確認します。 インバータをグリッドから外すと、インバータの出力がミリ秒以内にオフになります。

システムを選択するときは、出力電力、最大フィードイン電力、ソーラーモジュールの動作電圧範囲、および構築品質を考慮する必要があります。 インバータはHoymilesのHM-600に決めました。 価格は 220 ユーロですが、ユーザーのレビューによると信頼できるようです。 安価なインバーターに関する疑わしい記事をいくつか読んだことがあります。 私は彼らに広い余地を与えました。 他の高品質インバーターも入手可能です。

HM-600 は 600 W のピーク出力電力を提供し、240 ～ 380 Wp の電力範囲で 2 つのパネルからの入力を処理できます。 少なくとも 96.5% の効率を達成し、夜間の消費電力は 50 mW 未満です。 Elektor のコピーは、次のサイズ比較に使用されます。形3 。 重量は3kgで、非常に平らなのでパネルの下に取り付けることができます。 下部の長いケーブルは主電源接続 (適切なカップリングが必要) で、上部の太いプラグが付いた短いケーブルは追加のインバーターへの接続です (ここにカバー キャップを取り付ける必要があります)。 両方のパーツも注文する必要があります (形4 ）。 下からの眺めは、形5。

インバーターと効率の計算は、PV パネルの選択に重要な役割を果たします。 インバーター出力から 600 W を得るには、パネルはこれを超える電力を生成し、ある程度の予備を持たせる必要があります。 より効率的な太陽光発電パネルはより高価になります。 私は、Jinko Solar の単結晶 330 Wp パネルを 2 枚選びました (図6 ）。 これらは少なくとも 10% の予備を提供します。 300 Wp 定格を超えるクラスでは、わずかな誤差はあるものの、ほぼすべてのパネルが 166.5 x 100.2 cm で、重量は 20 kg 弱です。 Jinko パネルの保証は、25 年後の出力が初期出力の少なくとも 80% になることを示しています。 パネルの小売価格は 150 ユーロです。

大型のシステム コンポーネントの配送コストは高額になるため、地元の代理店からの引き取りを検討する価値があります。 後部座席をフラットに折りたたんだ状態で、平均的なサイズの車に 2 枚のパネルが収まります。

一部の国では、バルコニー発電所からの出力を標準の 3 ピン壁コンセントに接続するだけで許可される場合があります。 ドイツでは、Wieland コネクタ (35 ユーロ) などのタッチセーフな代替品の使用が許可されています。 プラグを抜くとすぐにインバータのスイッチがオフになるため、感電の危険が最小限に抑えられます。 ただし、英国では、IET 配線規制により、標準またはシュラウド付き 3 ピン コネクタの使用が禁止されていますが、これについては後ほど説明します。

接続は、便利な場所のリングメインの既存の主電源コンセントと並行して配線できます。 あるいは、独自の回路ブレーカーを使用して消費者ユニットに配線することもできます。 最初の方法を使用すると、既存のリング メイン MCB の定格を下げる必要がある場合があります。 英国では、主電源コンセントの定格は 13 A で、リング主ケーブル配線は通常、消費者ユニットの 32 A MCB によって保護されています。 インバータ出力が主電源コンセントソケットに接続されている場合、ソケットの MCB によって感知されない追加の電流が注入されます。 600 W のバルコニー発電所では、さらに 2.6 A の電流が追加される可能性があり、最悪の場合、コンセントに過負荷がかかる可能性があります。 安全を確保するには、その 13 A MCB を次に低い定格 (10 A) に置き換える必要があります。

これを考慮し、消費者ユニットに空き容量があることを確認して、独自の 10 A MCB を使用して発電所を消費者ユニットに直接接続することにしました。 このために、15 メートルのケーブルを配線し、アクセス用に多数の穴を開けました。 これにより、コネクタ代が 35 ユーロ節約でき、システムに供給される電力を非常に簡単に記録できるようになりました。 もちろん、携帯電話にリアルタイムの発電量を表示するアプリを備えた派手なシステムもありますが、これはやりすぎの領域に逸脱していると思いました。 必要なのは、10 ユーロ未満の低コストの DIN レールに取り付けられた kWh メーターを介して表示できる発電量の累計だけです。拡張された消費者ユニットは、次の図で確認できます。形7 。 小さな電力ロガーが左下にあります。 のクローズアップ形8は、2021 年 5 月 9 日の初日後の測定値が 3.8 kWh であることを示しています。幸いなことに、その日は完全に雲がありませんでした。 これは合計 1.14 ユーロになります。 私の当初の純年収 125 ユーロの計算は、かなり現実的に見え始めています。

として形7ご覧のとおり、私はすでにバックストップラチェット付きの最新の電力メーターを持っています。 古いスタイルの電気機械式メーターをまだお使いの場合、バックストップがなければ、ソーラー パネルの出力が国内消費量を超えると、逆流してしまいます。 これが起こった場合、より多くのエネルギーが必要なときに「放電」する、または余剰エネルギーから「充電」する疑似バッテリーとしてグリッドを使用していると主張することができます。 一部の政治家もこのような甘い考えを示していましたが、それは論理的ではなく、許されません！ それは違法であり、ルールに従ってプレイする必要があります。 すべての国には独自の規制機関があり、英国では、設置後 28 日以内に G98 エンジニアリング推奨フォームに記入して配電網事業者 (DNO) に返送することが義務付けられています。 ネットワークオペレーターを見つけるには、ここに郵便番号を入力してください。

プラグインソーラー設置の大部分は、その物件が指定建造物ではない、あるいは傑出した自然の美しい地域や国立公園内に位置していない限り、「許可された開発」として分類されるため、英国では計画許可を必要としません。 。 太陽光発電の設置に計画許可が必要かどうかを確認するのはあなたの責任です。 疑問がある場合は、地方自治体の計画部門に問い合わせるか、こちらの計画ポータルの太陽光発電セクションにアクセスしてください。

ドイツでは、バルコニー発電所を試運転日にネットワーク事業者と連邦ネットワーク庁の両方に登録する必要があります。 これは、私のような非常に小規模なシステムであっても必須です。 これはオンラインで行うことができ、10 分もかかりません。 独自のシステムがいわゆる「市場マスターデータ登録簿」に登録されている場合、それはそれぞれのプロバイダーに報告されますが、自分で登録する必要がないという意味ではありません。 その後、古いメーターをバックストップ付きの新しいメーターに交換するか、双方向メーターに交換します。

おそらく、フィードインリターンを生成するためにシステムを登録する価値はありません。 ドイツの固定価格買取制度は現在、kWh あたり 7.47 セントです。 たとえば、年間 480 kWh の私の推定収穫量の 25% がフィードインとしてカウントされた場合、145 kWh x 7.47 セントが返還され、年間ほぼ 11 ユーロまたはビール 2 本分になります。 これでは、追加料金や余分な事務手続きの手間はほとんどカバーされません。 余剰エネルギーを送電網に寄付したほうがよいでしょう。 それが化石燃料の消費量と二酸化炭素排出量の削減にわずかながら貢献していることを知ると、明確な良心が得られるでしょう。

で形9 、頑丈なステンレス鋼のブラケットを使用して、家に直接隣接するベランダの屋根の上に 2 枚の PV パネルを固定していることがわかります。 瓦屋根には特別な固定具が用意されています。 陸屋根の場合は、中央ヨーロッパに最適なパネル取り付け角度を提供する既製のスチール製ブラケットがあります。 インバーターはパネルの下に取り付けられ、耐候性ケーブルがケーブルダクトを介して地下に引き込まれ、その後 NYM ケーブルで消費者ユニットに接続されます。 言うまでもなく、家庭用電気設備の作業は、適切な資格を持つ電気技術者のみが行う必要があります。 ドイツでは、住宅配線や消費者向けユニットの作業に必要な専門知識と資格を持っている必要があります。 疑わしい場合は、ネットワーク オペレータによって承認されたインストーラを入手してください。

英国の IET 配線規制では、「電気に熟練した」人 (資格のある電気技術者である必要はありません) がプラグイン ソーラー キットの設置を行うことができると規定されています。 すべての作業は、IET 電気設備配線規則の最新版に準拠する必要があります。 ドイツでは、Wieland の壁に取り付けられたソケットをリングメインに配線して、インバーター出力をそのまま差し込むことができます。これは英国では承認されていません。 規則 551.7.2(ii) には、「マイクロ発電機 (ソーラー パネル) は、プラグとソケットを使用して最終回路に接続してはならない」と記載されています。 代わりに、マイクロ発電機は、リング幹線からの支線として、または専用のラジアル回路を介して、既存のリング幹線に配線された 13 A の二極アイソレータ スイッチを介して接続する必要があります。 英国建築規制のパート P (セクション 2.7 および 2.8) では、ヒューズ付きスイッチ接続ユニットの追加は (浴室設備の一部でない限り) 非通知工事として分類されると述べています。

全体として、スロットの作成、ケーブル ダクトの取り付け、ケーブルの敷設、ステンレス鋼アングルへの穴開け、コンシューマ ユニットの変更、パネルの取り付けに、3 営業日もかかりませんでした。 経験豊富な「太陽光発電設置技術者」であれば、間違いなく半分の時間で作業が完了したでしょうが、私は自分でシステムを設置し、交換が必要な場合にはそのシステムに精通していると知ることで満足しています。形10完成直後のシ​​ステムの側面図を示します。 ああ、そこはしごを外したところです。

ドイツには、主電源コンセントに接続するための完全なプラグアンドプレイソーラーバルコニーシステムを提供するメーカーが数多くあります。 これらのシステムは非常に迅速に起動して実行できますが、個々のコンポーネントをより安く購入できるかどうかを確認する必要があります。 個人的には研究をするのが楽しいです。 そうすることで、コンポーネントを選択してニーズを満たすシステムを構築できます。

終わった今振り返ると、試してみることをお勧めしますか？ 絶対に！ 私は、エネルギーハーベストを追跡することに少し夢中になっていることを認めます。 雨が降る曇りの日でも数百ワット時が期待できることに気付きました。 私が楽しみにしているのは、太陽を遮る太陽光発電パネルがビールを冷やすのに一定の役割を果たしていると知りながら、ビールを飲みながら涼むことができる盛夏です。 冬場の運用も面白いはずだ。 来年の今頃までには、2021 年の電気収穫で実際に何が起こったのかが分かるでしょう。

さらに 1 つまたは 2 つの PV システムを追加したくなるかもしれません。 インバータには AC コネクタも装備されており、複数のシステムをデイジーチェーン接続できます。 ドイツでは、これにより発電所の出力が 600 W を超え、設置技術者を雇う必要が生じ、必然的に必要な事務手続きが増加します。 いずれの場合でも、ソーラーバルコニーを設置する場合は、訪問して既存の電力メーターが互換性がある（少なくともバックストップラチェットが装備されている）ことを確認するネットワークオペレーターに通知する必要があります。 いずれにせよ、これらの単純な設備からの余剰電力（FiT 支払いのために生成されたエネルギーを測定しない）は送電網に寄付されるだけであるため、大規模なシステムから得られるものはそれほど多くありません。

ちょうど 1 年間の運用後の状況: 当初、私は年間 480 Wh の「発電量」を大まかに計算していました。 196 日後、システムのメーターはすでに 410.8 kWh を示していましたが、それは夏の段階でした。 ちょうど最初の 1 年を経た今日、ディスプレイ (図11 ) は 632.7 kWh/y を示します。 365 日経過すると、1 日あたり 1.73 kWh という驚異的な電力になります。 これは、昨年設定したときに予測したよりもはるかに優れており、すでに経験データがあった 6 か月前に予測した (589 kWh/年) よりもわずかに優れています。 いずれにせよ、本当に驚きました！

このうち 75 % が使用され、以前の契約から 30 ¢/kWh で計算すると、約 474.5 kWh * 0.3 ユーロ ≈ 142 ユーロ/年の節約になります。 悪くないですよね？ 私が大幅に節約しているという事実は、メインのメーターからも明らかです。バルコニーの発電所以外は何も変更していないため、前年と比較して、電力メーターの電力量が約 500 kWh (= 150 ユーロ) 少ないからです。 数学的には、ちょうど 4 年で投資が回収できることになりますが、実際の投資回収は 4 年よりも短くなります。 現在、ウクライナ戦争の影響でドイツの電力料金が少なくとも 42 ¢/kWh と非常に高価であることを考慮すると、この計算はさらに早くなります。 したがって、来年はおそらく 200 ユーロほど節約できるでしょう。現在のエネルギー危機を考慮すると、バルコニーの発電所はおそらく 3 年強で元が取れるでしょう。 25%をはるかに超える金利が得られる場所が他にあるでしょうか?