ソーラーで回転、蓄電の方法を教えて下さい。

質問

日中はソーラーで電気を作り、その電気で回転させ、回転している動力で電気を溜め、夜はその電気で、また回転させたいのですが、可能でしょうか？
分かりずらくて、すいません。
何を使えばいいのか全然分からなくて、詳しく教えて下さい。
あと、使えそうなキットとかあれば、教えて下さい。

回答No.9

sailor · ベストアンサー

ちょっと忙しくて間が空いてしまいました。
洗濯物でですか。よくある洗濯物の円形ハンガーのようなものを考えればいいのですね。となるとかなり難しいですね。というのも、先ずバランスがまったく取れていないので、同じ回転させるのでもバランスの取れたものと比べるとかなり大きなエネルギーが必要です。また、空気抵抗も大きい（まぁ、これがなくては回す意味がないでしょうけど）ですから、モーターに要求されるトルクはアンバランス分と空気抵抗を考慮したもである必要があります。

ところで、洗濯物の乾燥のためであるなら、なにも洗濯物を回さなくても、洗濯物ハンガーの上にファンをつけて風を起こしてもいいのでは？ある程度直径の大きなファンをゆっくりと回転させる方が、アンバランスなハンガー自体を回転させるより遥かにエネルギー効率がいいでしょうし、洗濯物の状況に関わらず、ファンにかかるトルクはほぼ一定ですから、設計する上でも遥かに容易でしょう。また、ファン自体を大きくしなくても、ダクト等で上手く風を導く方法を考えれば、折りたためるような構造も可能でしょう。

実際の話、私には洗濯物の乾燥にどれほどの風量や回転数が必要かまったく判りませんが、とりあえず、太陽光利用ということは置いておいて、先ず、メカニズム的にどの方法が適切（最もエネルギー消費が少ないか）を試してみる必用があるでしょうね。電池で動かすことが出来たらそれを太陽電池化するというステップが必用でしょう。私の考えではバランスが取れているはずのない洗濯物つきの洗濯物ハンガーを回転させるのは得策ではないように思います。以前、イカを干す機械で、円筒形のかごを回転させるものを見たことがありますが、あの装置ではかなりしっかりとしたフレームで回転するかごの上下を確実に支え、かごの部分のアンバランスでもかごが傾いたりしないようにして帝王していましたし、少なくとも１００程度はありそうなモーターで回していました。それに入れるものが一種類に限定されているのでそれほど大きなバランスの崩れにはならないのではないかと思います。洗濯物ではそれぞれの重量が大きく違う上に、乾燥するに従って重量の変化する割合も物によってマチマチでしょう。たとえ、湿っているときに出来るだけバランスを取ったとしても、乾燥するにつれてくるってしまうでしょう
。

お礼

そういう手もあるんですねー！！
もう一度考えてみます。
この度は何回もご回答ありがとうございました！

回答No.8

tetsumyi

どの程度の電力を貯めたいのかわかりませんが、夕方から夜間の照明とテレビ等の電力だけでも
直径90ｃｍ、重量は5ｋｇ程度でエネルギーを貯めることは極めて困難と思います。
１００Wの出力は自転車型の発電機を製作して人が目いっぱい漕いで瞬間的に出せる程度です。
この程度の円盤を回して１KWｈのエネルギーを貯めると成るとキットではなくて、
恐らく真空中で超伝導で浮かべた円盤を１００００回転/分以上で回転させる実現不可能と思えるような装置を開発しなければならないでしょう。
こうなるとエコではなくて装置に莫大なエネルギーを食うだけで、蓄えられるエネルギーはほんの少しと言うことになります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

そうですよね！
そう簡単に電気つくれないですよね。
諦めます。。。

回答No.7

sailor

乾電池や外部電源を使わないというのであれば、方法はあります。太陽電池と充電式の電池または自動車などで使われる鉛バッテリーを使用する方法です。これを使ってフローティングチャージという方法で動かします。フローティングチャージとは太陽電池で発電できる時は、太陽電池でモーターの電力と充電に必要な電力を両方供給しておき、太陽電池の出力が十分得られなくなったときは、充電された電池からの電力を使うという方式です。よくある太陽電池式の標識やガーデンライトなどと異なるところは、太陽電池の出力で充電とモーターの両方に使うことですが、このため太陽電池は大きな出力のものが必要になります。

必用な部品としてはモーターとバッテリー充電に十分な出力を持った太陽電池・夜間モーターに電力を供給するのに十分な容量のサイクルサービスバッテリー（このような使い方にはＮｉＣｄやＮｉＭＨ電池や自動車用バッテリーは向きません）・バッテリーやモーターに供給する電圧を制御する電子回路・出来るだけ消費電力の小さなモーター・モーターや動力伝達装置や回転する物体を支えるフレーム・モーターの動力を回転させる物体に伝える伝達装置や、回転する物体を支持する軸受けといったところでしょう。

直径９０ｃｍで重さ５Ｋｇとありますが、これが単純な円板であったとして、円盤の両側を支えるとして軸の太さは10ｍｍ以上の太さが必用でしょう。そして両端をボールベアリングなどで支えてやる必要があります。回転数によってはさらに強度が必用になるでしょう。また、片側のみで支える場合もさらに強度のある軸やベアリングが必要です。

この辺のことがわからないとモーターに必要な出力が決まりません。これが決まらないと太陽電池に必用な出力やバッテリーの容量も決まりません。回転させるものの具体的な形（回転軸に対してバランスは取れているのか、単なる円板なのかそれとも何か突起のようなものがあるのか）や回転軸は垂直なのか水平なのか、あるいはある程度の角度を持って斜めになるのか、片持ちで支えるのか回転体の両側を支えることが出来るのか、毎分当たりの回転数はどのくらいなのかなど、具体的なことが見えてこないとこれ以上、部品の選択などは出来ません。

具体的な部品などのアドバイスをするには、回転させるものの具体的な形状や回転数などがわからなければ不可能です。

お礼

丁寧にありがとうございます。

コストがかかりそうですね！
正体を明かすと、私が作りたかったのは、
電源いらずの回る洗濯物干しです。

現在5000円くらいで、微風で回る洗濯物ほしが売られてます。
作るとなると、結構コストかかりますよね？

作ったとして、いくらくらい掛かるものでしょうか？

回答No.6

sailor

電力をためるにはソーラー（いわゆる太陽電池）だけでは無理です。現在実用化されている太陽電池には電力をためる機能はありませんので、光が当たらなくなれば電力の供給は止まります。現在あるシリコンを利用したものとは異なる方式の太陽電池で、ある程度エネルギーを蓄積できるものも研究はされていますが、まだ研究段階であり蓄積できるエネルギーもごくわずかです。従って、夜間もバッテリーなどの助けなしで回転を維持するとなると、電力には頼れないことになります。

回転体自身の慣性に頼るしかないのでしょう。いうなればコマが回っているのと同じ状態を夜間保つ必用があります。これは簡単なようで実は非常に高い技術が必要です。先ずはコマになる物体ですが、千分の１グラムの単位で精密にバランスをとる必要があるでしょう。軸受けにも極限まで摩擦を減らしたものが必用になるでしょうから、市販のベアリングなどでは無理です。最低でもピボット（軸の先端を針の様に尖らせてへＶ字型にくぼんだ軸受けで支える方法）を使う必要があるでしょう。ピボットでは先端のごく小さな点にすべての重さが掛かるので、鉄などでは強度が持たないので、ダイヤやサファイアといった宝石やタンガロイといった非常に硬い金属で作る必要があるでしょう。これも精密に加工する必要があります。それから、夜間動力を発生しないモーターは単なる抵抗ですからこれもコマからは完全に切り離す必用があります。コマの外形も空気抵抗を極力避けるような形にするか、コマ自体を真空のケースに密閉して空気抵抗を排除する必要があるでしょう。これの一つ一つは単純ですが非常に高度な工作技術と材料工学の上に成り立った技術です。少なくとも千分の一ミリ程度の精度で加工しなければ無理でしょう。

外部から電気のエネルギーを得ないというだけなら、かなり現実的になってきます。太陽電池を使いモーターを回すのと同時にバッテリーに充電するという方法を取ることになりますので、バッテリーを使わないという意図には反しますが、このバッテリーにためた電力も太陽電池からのものですので、外部電力を使ってはいません。なぜ、バッテリなどの蓄電装置を使うのを拒むのか、その意図が判らないのですが、太陽電池に蓄電するという作用がない以上、何らかの蓄電装置を使わない限り、夜間の発電できない時間は電力を利用することは不可能です。先にも述べたように回転体の持っているエネルギーで発電した場合は、回転体の持っていたエネルギーより電力として得られるエネルギーは確実に小さくなるので、そこで得たエネルギーで回転を続けさせることは出来ません。何もしないでコマとして回しておいた方が電力に変換して再度回転に変換するというロスがない分だけ、長く回っていることになります。

蓄電池の使用を避ける理由を教えていただけますか？それからソーラーという表現は避けたほうがいいでしょう、ソーラーという表現は太陽電池のみに使われるものではありません。電池のみでなく蓄電設備などを含めたシステムに対してや、太陽光を利用した蓄熱装置や太陽熱を利用したエンジン（スターリングエンジンなど）についても使われる用語です。ソーラーという言葉使って電池であるということを表現すのであれば、ソーラーバッテリーというように書かないと誤解を招く原因になります。小さなことですが、技術系の話をする際は言葉は適切使わないと、結果がまったく異なったものになるといこともあります。あいまいな表現は極力避ける努力をしましょう。

以上補足の要求を含めた回答です。補足要求にお答え願えれば、出来る限りそれに沿ってお答えする用意はあります。

お礼

ご丁寧に説明ありがとうございます。
用語等、無知なものですいません。
電気、電池を使わずにという、表現ですが、電気というのは、家庭のコンセント、
電池というのは、乾電池の事です。
エコな商品を考えていて、それらを使わずに作りたいのですが、
太陽電池を使う時点でかなりコストは掛かってしまいそうですよね？

回答No.5

tetsumyi

ソーラーパネルからバッテリーに直接充電する為のコントローラは市販されています。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-02827/
コントローラは最大電流が色々ありますしバッテリーも色々な容量があります。
バッテリーから家庭用のAC１００VにするためのACインバータもありますから簡単にできます。
回転するような機械よりもはるかに効率が良いです。

あまり多くの電気を使わない場合、割安で済ませるには中古のUPSを購入してバッテリーを大きい容量の物に接続する方法もあります。
方形波と正弦波がありますが、正弦波の方が良いでしょう。

お礼

ご回答ありがとうございます。
電気、電池を使わずにいつでも回転させる事にこだわっています。
回転させたい物は、直径90ｃｍくらいで重量は5ｋｇくらいです。
ソーラーだけで、この物を回転させ、夜も回転させるくらいの電力は溜める事はできますか？その場合、どのくらいのソーラーパネルが必要になるのでしょうか？
質問ばかりして、すいません。

回答No.4

tadys

実際にそのような方法は研究されています。
「蓄電 フライホイール」で検索してみてください。

http://techon.nikkeibp.co.jp/article/TOPCOL/20080205/146997/

沢山のエネルギーを貯めようとすると重いものを高速で回転する必要が有ります。
（回転モーメントが大きいほどいいので薄くて直径の大きいものが良い）
あまり高速になると遠心力でバラバラになるので、重くて丈夫な材料が必要になります。
バランスが悪いと振動により壊れます。

一番の問題は摩擦によるエネルギーの損失です。
空気との摩擦は小さくは有りません。何しろ高速で回転させますから。
真空にすればいいのですが頑丈な容器にしないと大気圧でつぶれてしまいます。
水素やヘリュウムを容器に入れれば大気圧の影響は無くなりますが、どちらも漏れやすいので注意が必要です。
水素が漏れると爆発の危険が有ります。ヘリュウムは高価です。
軸受けの摩擦も問題になります。
磁力で浮かせる方法などが有りますが、浮かせるために電気を使うとエネルギーの損失になります。
重いものを浮かせるのはそれだけ困難になります。

日曜大工程度の工作で目に見えるほどのエネルギーを貯めるのは難しいでしょう。
蓄電池を使う方が簡単です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
電気、電池を使わずにいつでも回転させる事にこだわっています。
回転させたい物は、直径90ｃｍくらいで重量は5ｋｇくらいです。
なかなか難しいですかね？

回答No.3

rukuku

こんばんは

ご質問の背景をもう少し教えてください。

＞ソーラーで電気を作り、その電気で回転させ、回転している動力で電気を溜め
太陽電池は発電機です。発電機を回転させなくてもバッテリーに充電する事ができます。太陽電池は直流発電、バッテリーは直流充電ですから、回転式の発電機を挟むより太陽電池の電力を直接バッテリーに充電する方が効率的です。
また、「その電気で回転させ、回転している動力」という電動発電機は50H⇔60Hzの変換に使われていますが、それ以外の用途ではエネルギーのロスになるだけなのでメリットはありません。

お礼

ご回答ありがとうございます。
電気、電池を使わずにいつでも回転させる事にこだわっています。
回転させたい物は、直径90ｃｍくらいで重量は5ｋｇくらいです。
ソーラーだけで、この物を回転させ、夜も回転させるくらいの電力は溜める事はできますか？その場合、どのくらいのソーラーパネルが必要になるのでしょうか？
質問ばかりして、すいません。

回答No.2

sailor

一体どの程度の大きさの何をどのくらいの速度で回転させるのかまったくわかりません。

それから太陽電池で何かを回転させて、余剰電力でバッテリーを充電し、夜間その電力で何かを回転させる事は可能ですが、何かを回転させる動力を使って発電しても、必ず、得られる電力は回転させるの使った電力より少なくなりますので、これはエネルギーの無駄遣い以外の何者でもありません。

電力を何かの動力に変換する時点でロスがありますし、変換した動力で電気を起こすにもロスがあります。従って、これを行うということは二重にロスを生むことになり、このようなことはよほど特殊な場合で無いと行いません。

もし、フライホイールを使った蓄電システムのようなものを考えているのでしたら、実用になるようなものは個人レベルで作れる規模ではありません。実際に余剰電力をフライホイールの回転力として蓄積しておき、必要な時にこのエネルギーを使うというシステムはありますが、これにはフライホイールの回転部分の摩擦の徹底的な排除（磁気軸受けを使った無接触軸受けや、空気との摩擦を避けるためにフライホイールや発電機等は高度の真空度を保った容器に格納する）や非常に高い精度で動的バランスを取った大きなフライホイールなどが必用です。軸受けひとつで高級車が買えるほど高価です。

昼間は太陽電池で回しながら充電し、夜間は昼間に充電したバッテリーの電力でということであれば、自作も可能でしょうけれども、何を何のためにどういうふうに回すのかまったく判らないので、どの程度のシステムを考えて良いのかわかりませんので、お答えのしようがありません。同じ回すのでも大きさや重さで使うモーターも違えば、必要な電力も違います。それに応じたシステムを考えなければ無意味です。

お礼

ご回答ありがとうございます。
電気、電池を使わずにいつでも回転させる事にこだわっています。
回転させたい物は、直径90ｃｍくらいで重量は5ｋｇくらいです。
ソーラーだけで、この物を回転させ、夜も回転させるくらいの電力は溜める事はできますか？その場合、どのくらいのソーラーパネルが必要になるのでしょうか？
質問ばかりして、すいません。

回答No.1

Lupinus2

＞日中はソーラーで電気を作り、その電気で回転させ、

何を回転させるのでしょうか。

＞回転している動力で電気を溜め、

太陽電池で発電した電力をそのままバッテリーにためるのでは問題があるのでしょうか。

＞夜はその電気で、また回転させたいのですが、

何を回転させたいのでしょうか。

お礼

ご回答ありがとうございます。
電気、電池を使わずにいつでも回転させる事にこだわっています。
回転させたい物は、直径90ｃｍくらいで重量は5ｋｇくらいです。
ソーラーだけで、この物を回転させ、夜も回転させるくらいの電力は溜める事はできますか？その場合、どのくらいのソーラーパネルが必要になるのでしょうか？
質問ばかりして、すいません。