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技術解説

チャージコントローラの基本機能を理解する

2015年3月25日
Battery direct connection

ソーラーパネルからバッテリーを充電するために必要なチャージコントローラ。今回は、意外に知られていないチャージコントローラの基本機能について学びましょう。

バッテリーに直接ソーラーパネルをつけちゃダメなの?

「バッテリーを充電したいけれど、チャージコントローラは高いし、ソーラーパネルを直接つなげちゃおう!」

あぶない!
間違いですよ。

…でももし、そんなことをすると何が起きるでしょうか?

ソーラーパネルにバッテリーを直結すると、大切なバッテリーをダメにするだけでなく、火災の危険があります。

逆に言えば、直接つないだ時に起きる、色々な問題を解決してくれるのがチャージコントローラなのです

過充電を防止する


鉛蓄電池の電圧には上限があります。メーカーや電池の種類により異なりますが、多くの場合、14.5V~15V程度です。もしバッテリーにソーラーパネルを直結すると、満充電になっても電圧が上がり続けてしまいます。

最大電圧を超えると、電池の正極が劣化をはじめます。正極が劣化すると電池の内部抵抗が上昇し、バッテリーのパワー(一度に流せる最大電流)が低下するほか、容量が減少して、やがて寿命を迎えます。

チャージコントローラは、バッテリーが最大電圧になると、ソーラーパネルとバッテリーの回路を自動的に切り離して、過充電を防止してくれます。

過電流を防止する


鉛蓄電池には電圧の最大値のほか、充電時に流すことができる電流の最大値が決められています。一般的に、小さなサイズのバッテリーは小さな電流で充電しなければなりません。指定された最大電流を超えると、充電時に発生するガスが増え、最悪の場合、膨張・爆発につながり大変危険です。

通常は、ソーラーパネルを選定する際に、ソーラーパネルの短絡電流がバッテリーの最大充電電流を上回らないようにします。

やむを得ずバッテリーの電流値よりも短絡電流が大きいソーラーパネルしかない場合でも、最大電流を制限する機能を持つチャージコントローラを利用すれば大丈夫。例えば東京デバイセズのIW1608は最大電流を5Aに制限します。

※最大電流を制限しないチャージコントローラもあります。過電流保護があるかどうかは仕様をご確認ください。

逆流を防止する


ソーラーパネルとバッテリーを直結した場合、昼間はソーラーパネルからバッテリーに充電電流が流れます。これはソーラーパネルの電圧がバッテリーの電圧を上回るためです。

それでは、夜になってソーラーパネルの電圧が下がって、バッテリーの電圧より低くなった場合には、何が起きるでしょうか?

なんと、バッテリー側からソーラーパネル側に逆流してしまうのです。

ソーラーパネルは電気的な素子としてはダイオードと等価です。ダイオードは、理論的には、一方向にしか電流を流しません。しかし、現実のダイオードは逆方向にわずかに電流を流してしまう特性があります。これは漏れ電流と呼ばれ、ソーラーパネルにも同じ特性があります。しかも、ソーラーパネルの漏れ電流はダイオードよりもとても大きく、バッテリーに貯められた電力をどんどん放電していきます。

チャージコントローラは、常にソーラーパネル側とバッテリー側の電圧を比較して、もしソーラーパネル側の電圧が低くなった場合には回路を切断し、バッテリーが無駄な電力を消費するのを防止してくれるのです。

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