太陽電池を使った充電装置の仕組みを理解する実験教材

近年、環境問題やエネルギー資源枯渇から再生可能エネルギー電源として太陽電池の普及が促進されている。また災害等によって電力インフラが停止した場合に、スマホやタブレット、モバイルバッテリーを充電するための防災グッズとして、小型の太陽光充電システムが商品化されている。これらがどのような原理で発電と充電を行うのか実際の器材を用いて解説することで、再生エネルギー電源や電力変換器などといった分野への理解を深めてもらう。

太陽電池を利用した充電システムは、太陽電池の出力電圧をDCDCコンバータによって充電に適した直流電圧へと調整することで電子機器の充電を可能にする。この原理を理解してもらうために、実際の太陽電池とDCDCコンバータおよび負荷を用いて実験を行い、負荷の増減によって太陽電池の動作点がどのように移動するかを説明する。またDCDCコンバータの製作に必要な電気素子の紹介とともに、製作工程を説明することで電力変換器の仕組みについての理解を深めてもらう。

この実験教材では、太陽電池を使った充電器の仕組みを理解してもらうため、原理の説明、制御回路の作成、実験の３つの段階から構成されている。したがって様々な角度から再生可能エネルギー電源について考えることができる教材としたところがアピールポイントである。さらに電気二重層コンデンサ（EDLC）を導入し、出力電圧を安定させるため、日射量の変動に強く実用的であることも利点と考える。

また対象とする充電システムでは、負荷の増加に伴い太陽電池の端子電圧が低下する特性を有している。負荷が太陽電池の最大発電電力よりも大きくなった場合、端子電圧は急激に低下し発電は停止される。このような特性を実験を通して説明する試みもオリジナリティのひとつである。

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