2センチ角程度で、開放電圧5V程度の太陽電池パネルが見つからないので自作してみた。
出来たもののスペックは、22x22mmで 4.5V 10mA。単結晶シリコンのモジュールとなった。
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100mW以下の太陽電池を選ぶときは、開放電圧におおよその最適動作点となる0.8を掛けた電圧が、負荷となる回路の動作電圧に近いものを選ぶと、自然とインピーダンスが合うので無理が無い。
お手本になったソーラーLEDライトの太陽電池の開放は4.5～5V付近で、8割だと3.6～4V付近となる。LEDに3.5V程度必要なので、その充電池を充電するのにちょうどよい値となっている。
キーライト用途のほとんどはアモルファスシリコン。取り出してしまうと、ガラス基板なので結構デリケートだ。
安いけれど効率はそれなり。写真のパネルで直射日光下で1～3mA程度。
電池を1Fの電気二重層コンデンサに置き換え、PICを動かしてみたり(過去記事)しているけど、もう少し効率的なものが欲しい。 大きさに制限のあるものに組み込もうとすると、効率が低いことをカバーしようとすれば、負荷を軽減するしかない。
ある程度の高効率を求めて、次に手を出してみたのが多結晶シリコンのパネル
中国の業者から輸入してみたもの。 モーター付きおもちゃなどに使われているもの。
パネルは多結晶シリコンを基板に乗せて、エポキシ樹脂で封入したタイプ。
ただ、小さいパネルは開放電圧が0.5Vだったり、1.5V程度のパネルしか見つからず失敗。
いくつか直列につなげるしかなくて、せっかく正方形でも単体では生かしにくい。
足りない電圧は昇圧という手段もあるけれど、実用的なのは数Wレベルのパネルでの話で、100mW以下だと変換効率によるロスが大きくなるという。
昇圧前提で真面目に考えるなら(若干観点がおかしいが)、家庭用ソーラパネルの単結晶セル(120x120mm)を買って、1枚をMPPT回路内蔵の昇圧ICで昇圧するのがちょうど良さそうだ。
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アメリカの業者(SolarMade)から購入したのが、単結晶シリコンのセル。単セルで0.5V 10mA。 いくつかある中で一番小さなもの選択して、小面積で電圧を稼ぐ方針。
これを9個直列にするために、ユニバーサル基板に手作業で取り付けた。
セルを1枚カプトンで貼り付けてから、2箇所のスルーホールに裏からハンダを流し込んで、セルの裏面をハンダ付け、全部固定したあとに、電極間の接続はワイヤをほぐして取り出した単線を使った。 基板を起こしたらリフローに切り替えよう…。
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| 効率測定 |
1F 5.5Vのスーパーキャパシタを使って、以前基板に載せたアモルファスシリコンパネルの2個並列バージョンと共に、電圧増加にかかる時間を比べてみた。 ちなみに面積はアモルファスシリコンのほうが3倍くらいとなる。
増加時間はバラバラに測ったのであくまで傾向の確認だけ。
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| 比較したもの |
GaAsセルには手が出ないので、現状では最も高効率な小型パネルとなった。
単結晶/多結晶シリコンの効率については、あくまで直射日光下での話なので、室内光ではアモルファスのほうが有利かもしれない。
正方形にかぎらず、セルの配置を変えれば、ロボットに貼り付ける際の自由度も上げることができそう。SolarSpinnerの設計をやり直すと面白そうだなあ。
試験用基板にはMSP430を取り付けて、発電量モニタを作ってみようと思う。