太陽電池での充電方法

質問

素人で申し訳ありませんが、太陽電池で充電し、モータを回す回路を考えています。
2次電池、電気二重層コンデンサ等、候補を考えていますが、
分からない点があり、教えて欲しいです。

2次電池を充電させるには、太陽電池の電圧が
2次電池を1vくらい上回るものを選ぶと聞きました。→まず、ココは正しいでしょうか？

電気二重層コンデンサの場合、
あるHPでは太陽電池より電圧の高いコンデンサを用意していましたが、
充電できるのでしょうか？

どちらにせよ、充電できるのは　太陽電池の電圧　＞　2次電池・コンデンサの電圧
の間に限るという理解で良いでしょうか？

あと、充電側に抵抗を入れる回路を見たことがありますが、
抵抗を入れる理由を素人向けに教えていただけると助かります。

回答No.3

fxq11011

電圧の高いコンデンサー、言葉の使い方が間違っています、コンデンサーは充電すれば、電圧はなんぼでも上がります（理論的には）、現実は材料、構造により耐えうる最大電圧があります。
コンデンサーの電圧とは正確にはこの耐圧のことです。
回路としては、並列にコンデンサー、次に直列に抵抗、そのあとに電池がごく一般的な回路かと・・・。
抵抗の値にもよりますが、コンデンサーが満充電状態を保てるようにすると、太陽電池の内部抵抗による電圧降下を防ぎます。

お礼

回答ありがとうございます。
だんだん分かってきました。

あと、モータが回ってないとき、回っている時で、モータ側の
抵抗はどのくらいで計算すれば良いのかな？と
まだまだ疑問が色々あります。
もっと知識つくと、楽しそうです。

回答No.2

mtaka2

充電池とコンデンサは、まったく特性の異なる部品です。同じように考えてはいけません。

まず、電気は、基本的に電圧の高い方から低い方にながれます。これは大原則です。

・太陽電池の電圧について
太陽電池の「開放電圧」は、必ずその電圧で電気を取り出せるというものではありません。
定格の「開放電圧」は、まったく電流を流さない時の電圧です。
太陽電池の特性としては、電流を流すと、流す電流量に応じて電圧は下がっていきます。
そして、電圧が0Vになった時、電流量が最大になり、それが「短絡電流」です。

そのため、太陽電池を使う時は、太陽電池から取り出す電流によって電圧が下がることを見越して、ある程度余裕をもった定格の太陽電池を選ぶ必要があります。
(素子にもよりますが、だいたい開放電圧の70～80%ぐらいの電圧で使うのが電力効率が良いです)

・充電池(二次電池)
二次電池は、貯めている電気量によらず、ほぼ一定の電圧を持っています。それがその電池の定格電圧です。
ニッケル水素電池なら、定格は1本あたり1.2Vですが、満充電時で1.3Vぐらい、放電時でも1.0Vぐらいです。
この二次電池に充電するためには、太陽電池側からは二次電池の電圧より高い電圧を出力する必要があります。

「1Vくらい上回る」の「1V」が妥当かどうかは回路次第なので、一般論で語ることはできませんが、
太陽電池の定格を充電池の電圧より高めのものにしておくと、
充電するために電流が流れることにより「太陽電池の出力電圧は開放電圧定格より下がって」いきますが、
「充電池より太陽電池の電圧が低くなったらもう電流は流れない」ので、
充電にほどよい電圧になったところでつりあって、その電圧で充電されていくようになります。

一方、満充電になった時のことを考えると、満充電になったら電流はもう流れなくなりますから、
上述のような特性により電圧は定格近くまで上がっていくことになります。
そうすると、太陽電池からあまり高い電圧を出しすぎると、充電池が過充電になってしまうという問題があります。
太陽電池の定格を電池の充電電圧よりあまり高くすることはできません。

また、そういった満充電時に、過電流が流れないように電流を制限するのが、「充電側に抵抗を入れる回路」でしょう。いわゆる「保護回路」です。

・コンデンサ(電気二重層コンデンサ)
コンデンサは、放電している時の電圧は0Vで、貯めている電気量に比例して電圧が上がっていくという性質があります。
そして、定格は、そのコンデンサが使える最大の電圧であり、それ以上の電圧をかけると壊れてしまいます。
コンデンサに充電するためには、太陽電池の電圧がコンデンサの定格はより高くなってはいけません。
かならずコンデンサの定格は、太陽電池の定格より高い電圧のものにする必要があります。

コンデンサの充電では、太陽電池の出力特性から、コンデンサの完全放電状態からスタートして、
太陽電池からは電圧0Vで最大電流が流れて充電開始
→充電量に応じてコンデンサの電圧が上がっていいき、それに応じて電流量が減っていく
　→太陽電池の開放電圧まで充電しきったところで電流が0になり、それ以上コンデンサには充電されなくなる
といった経緯で充電されるようになります。

お礼

非常にわかりやすい回答ありがとうございます。

回答No.1

麻野 なぎ（@AsanoNagi）

まず、ちょっときつい書き方をすれば、充電側の抵抗の必要性は自力で理解できる程度までは、充電池の資料や、電気の基礎を固めることをお勧めします。
最近の２次電池は高性能であることと引き替えに取り扱いを誤ると事故につながります。

さて、

・電気二重層コンデンサでモーターを駆動するのはまず無理です。
　普通に入手できるものは、電池として使うには電気容量が足りません。せいぜいメモリのバックアップ程度です。
　また、電気二重層コンデンサは、コンデンサなので、規定電圧を超えた電圧をつなぐと事故につながります。

・２次電池でも、リチウムイオンバッテリーなどは、充放電の制御回路が必要で単純に電源をつなげば充電できるというものではありません。
　（充電はできますが、過充電で爆発したりします。制御回路が一緒になったものなら、ＯＫかも）

・鉛蓄電池（自動車のバッテリー）は、かなり安易に使ってもＯＫです。（適切な容量のものであれば）

・最後に、２次電池は、放電状態から充電した場合、ものによっては大量の電流が流れます。（電気二重層コンデンサなどはショートと同じような状態になります）
　これに対処するのが、充電側の抵抗です。

お礼

回答ありがとうございます。
電気二重層コンデンサで、一応モータ回せました。40秒ほどでしたが。。
もちっと勉強してがんばります。