ソーラーパネルを並列にするとなぜ充電電流が増える？

質問

１．５Vの乾電池に豆電球をつなぐ場合は、単1電池でも単3電池でも電池を並列にしても、豆電球の明るさは変わらない（つまり電流は増えない）と思うのですが、
なぜソーラーパネル（例えば１２Vのパネル）は、複数枚を並列接続するとバッテリーへの充電電流（チャージャー経由）が増える（例えばパネル1枚だと２アンペアでパネル2枚並列だと４アンペアになる）のでしょうか？
電流が増えると思っているのは間違いで、実は増えることはないのでしょうか？

今はパネルを1枚だけ使用しているのですが、充電完了までの時間を速めたいのでパネルをもう一枚追加して並列接続してみようかと思っているのですが、どうなのでしょうか？

回答No.5

xpopo · ベストアンサー

今晩は。回答NO.4です。お礼のコメントありがとうございます。

　太陽電池を並列にした場合の話ですが、これは動作点により変わります。
シミュレーショングラフのB点より左側では電圧が大きく変化しても電流は殆ど変化しませんね。これよりこの領域は太陽電池が定電流に近い動作をしているということになります。定電流に近いということは内部抵抗が非常に大きいという事です。
　一方B点より右側の領域では電圧が変化すると電流は大きく変化しています。逆の言い方をすると電流が大きく変化しても電圧はそれ程大きく変化しないと言えます。これは定電圧性が強いということを表しています。つまりこの領域は内部抵抗が小さいということです。
　同じ太陽電池を並列に接続した場合は上記の２つの領域で電流の増え方は大きく異なります。
　動作点がB点より左にくるような負荷（抵抗値が一定の値より小さい）の場合は太陽電池の定電流能力により電流は太陽電池２つ分、即ち2倍に増えます。
　一方、負荷の抵抗が大きい場合は結果として動作点がB点より右に来た場合。この場合はこの領域の定電圧性により並列にしても負荷にかかる電圧はそれ程増加しないので流れる電流もそれ程増えない事になります。
　ですから、太陽電池のこの2つの性質の異なる領域のどちらで動作するかで並列時の電流の増え方が大きく異なってくるというわけです。

回答No.4

xpopo

今日は。

＞なぜソーラーパネル（例えば１２Vのパネル）は、複数枚を並列接続するとバッテリーへの充電電流（チャージャー経由）が増える（例えばパネル1枚だと２アンペアでパネル2枚並列だと４アンペアになる）のでしょうか？

負荷が電球の場合と電池の場合で太陽電池を並列にした場合の電流の変化を説明する図を添付します。
図で上段は太陽電池の等価回路と負荷条件を変化させて太陽電池の負荷電流対出力電流のシミュレーションを行った回路図で下段はその結果のグラフを示します。
図で右側に太陽電池が１個の場合を、左側に２個並列に接続した場合をしめしてあります。

下段の図で青色のカーブが負荷電流対太陽電池出力電圧の特性を、赤色のカーブは参考に太陽電池の出力（W)を示します。また、点線の直線は電球の印加電圧対電流の関係を表しています。この場合電球の抵抗値を６．４Ωと仮に決めてあります。一方一点鎖線は充電バッテリーの印加電圧対電流の関係を表してます。この場合、仮に電池電圧を０．６V、電池の内部抵抗は十分小さい（電球の抵抗の１／１００以下）としてあります。

１）太陽電池１個の場合の電流と電圧（図、下段の右側のグラフを参照ください）
　　図、下段のA点が電球負荷の場合の動作点になります。
　　　　電圧＝０．７８V、電流＝１１２ｍA
　　B点がバッテリー（０．６V)負荷の場合の動作点になります。
　　　　電圧＝０．６V、電流＝１９３ｍA
２）太陽電池が２個並列の場合の電流と電圧（図、下段の左側のグラフを参照ください）
　　A点が電球負荷の場合の動作点で
　　　　電圧＝０．８２V、電流＝１４４ｍA
　　となって、電圧が少し上がり電流も少し増加しているのが分かります。しかし、この程度の変化だと電球の明るさには大きな変化は現れないでしょう。
　　B点のバッテリー（０．６V)負荷の場合の動作点は
　　　　電圧＝０．６V、電流＝３８６ｍA
　　となって、電圧はバッテリーの内部抵抗が非常に小さいので変化せず、電流だけ２倍になってることが分かります。

＞今はパネルを1枚だけ使用しているのですが、充電完了までの時間を速めたいのでパネルをもう一枚追加して並列接続してみようかと思っているのですが、どうなのでしょうか？

上記の説明の通り、パネルをもう一枚追加して並列接続すれば充電電流は２倍になり充電時間の短縮は子能という事になります。

お礼

ちょっと勉強してきました。でも私には難しそうです。これがソーラーの等価回路とシミュレーション結果ですね。このモデルでは一つのときと二つ並列のときで確かに電流が違いますね。私の使っているソーラーの開放電圧、最大電流、最大電圧、短絡電流、充電電圧でのモデルではどうなるか興味深いところです。また、乾電池との比較ではほんとは乾電池モデルを使わなければいけないのでしょうね。
シミュレーションは結果が目で見えて分かりやすいですね。安心できました。でも最初の疑問「パネルを並列にするとなぜ流れる電流が多くなるのか」については未だあやふやな理解のままでいます。単純に考えて、並列にした場合は、電圧が同じでもパネル全体の内部抵抗が下がるから電流が増える、と考えるのが オームの法則的で自然なような気がしています。

回答No.3

tpg0

乾電池の電流容量に対して豆電球が1つでは負荷が小さいから電圧降下が僅かしか起こらないのです。

だから、単1電池でも単3電池でも極端な負荷電流の差はありません。

しかし、豆電球を数10個も並列接続した大きな負荷をかけると、電流容量が大きい単1電池と電流容量の小さな単3電池では電圧降下に差が出てきますから、豆電球回路に流れる電流値も違ってきますので豆電球の明るさも違ってきます。

これは、実際に実験して乾電池の両端電極の電圧をテスターなどで測定してみれば納得出来るはずです。

ですから、ソーラーパネルの出力に対して充電負荷が小さければ、ソーラーパネルを並列接続しても極端な充電電流の差はありませんが、充電負荷が大きいほど充電電流にも大きな差が生じるのです。

補足

電圧降下というのは電源の内部抵抗によるものでしょうか？
乾電池の内部抵抗は低いので豆電球1個で流れる電流では単1乾電池と単3乾電池で目に見える変化は感じられないが、豆電球が複数個の場合のように電流が大きいと単1乾電池と単3乾電池の内部抵抗の違いが眼に見えるほどの電流の違いとなって現れる。
ということでしょうか？
同じように、ソーラーパネルでも1枚単独より2枚並列のほうが内部抵抗が半分になって、同じ電圧でも電流が多く流れるようになる
という認識で合ってますでしょうか？

回答No.2

tpg0

＞負荷を並列にするのではなく、発電側を並列にするのですが

負荷とは充電式電池(バッテリー)で、発電側とはソーラーパネルのことですね。
その事は質問内容を理解しての回答です。

例えば、自動車バッテリー用の12V充電器ですが、充電電流容量の大きな充電器と充電電流容量の小さい充電器では、同じ充電電圧なのにバッテリーに流れる充電電流は違ってきます。

但し、充電器の電流容量が倍であっても単純に充電電流は倍にはなりません。

これは、バッテリーの内部抵抗の影響で充電負荷による「充電器出力の電圧降下が軽減される」からで、充電側の電流容量の大きさによって充電器出力の電圧降下率は違ってくるからです。

ですから、ソーラーパネルの出力容量に対してバッテリー容量が小さい場合は、ソーラーパネルを何枚並列接続しても充電電流は大して変わらないですが、バッテリー容量が大きい場合(充電負荷が大きい場合)はソーラーパネルを並列接続した方が電圧降下の影響が少ないので充電電流は増大するということです。

補足

「充電電流容量の大きな充電器と充電電流容量の小さい充電器では、同じ充電電圧なのにバッテリーに流れる充電電流は違ってきます。」
とおっしゃっていますが、
「電流容量の大きな乾電池（単３）と電流容量の小さい乾電池（単１）では、同じ電圧なので豆電球に流れる電流（アンペア）は同じ」という事実を普段目の当たりにしていますが、なぜソーラーパネルに置き換えると異なる結果となるのかが理屈で知りたいのです．．．

回答No.1

tpg0

こんにちは。

同一乾電池を並列接続しても乾電池の電圧は同じですし、豆電球の電気抵抗も変わらないので回路に流れる電流に変化はないですが、電流を流し続けられる時間的能力は増えます。

ソーラーパネルを並列接続すると、ソーラーパネルで発電する電流の合計値が増えるので充電電流は増えて当然です。

豆電球の場合は、電力の消費ですから「豆電球を並列に接続すれば乾電池から流れる電流値は豆電球の数に比例するように増えます」が、ソーラーパネルは電力の供給になるのでソーラーパネルを並列にすることで「供給能力が増大するから充電回路に流れる電流値が増える」のです。

補足

負荷を並列にするのではなく、発電側を並列にするのですが．．．