ソーラーチャージャー

ドライブレコーダーの駐車監視モードに興味を引かれて導入したものの、暗電流が大きすぎて鉛バッテリーの充電が間に合わないという問題に直面した。そこで、対策をいくつか考えてみたのだが、まずは、一度設置すれば後は放置しておけるソーラーチャージャーを導入することにしてみた。

■ソーラーチャージャーの選定

ソーラーチャージャーの選定にあたっては明確な基準を設定した。今回は暗電流による鉛バッテリーの減りを抑制するだけでなく、日中は実測値の240mAの暗電流を補って余り、鉛バッテリーの充電が可能になる性能を持つことを基準に選択することにした。

すなわち、鉛バッテリーが上がる時間を延長すると言った消極的な対策ではなく、ソーラーチャージャーで鉛バッテリーを充電して満充電を維持しようという考えである。

だが、ソーラーチャージャーは日中しか発電しないため、日中の発電で夜間の消費分をまかなう必要がある。私の場合、1日23時間鉛バッテリーを消費するドライブレコーダーの駐車監視機能が働くので、それを含めた5,520mA(240mA×23時間)分を日中に供給できる環境があれば好ましい。

また、設置に関しては車内のため日の当りが悪いことと、ソーラー発電の効率が低下する曇りや冬季にも充電が可能になるように、あえてオーバースペックのものを選択した。

他にも、ソーラーチャージャーの発電能力に満足できなかった場合、ソーラーパネルを並列して増設することで発電量を増強することができるが、その場合、お互いのソーラーチャージャーに電流が逆流しないようにダイオードで制御しないといけない。その手間とコストを考えると、最初から出力が大きな物を選んでおいたほうが問題無いと踏んでのことだ。

ALLPOWERSのソーラーチャージャー

今回用意したソーラーチャージャーはALLPOWERSが販売している最大1,000mAクラス(18Wモデル)のソーラーチャージャーだ。国内の車用品メーカーが販売している鉛バッテリーの放電対策用ソーラーチャージャーは100mA以下のものが大半なので、このクラスとなると中華メーカーの物しか選択肢がないのが現状だ。
※屋外設置型のソーラーパネル除く

ソーラセルの品質はそれほど良くない

残念ながらソーラセルの品質はそれほど良くないようで、経年劣化が激しいのがスペックから読み取れる。経年劣化は5年で80%、10年で50%保証となっているので、5年経過したら交換する予定だ。幸い、国内メーカー品と比較すると非常に安価なので、負担は少なくて済む。

暗電流対策に使うソーラーチャージャーとしては大型

ソーラーパネルの出力電流は800mA~1,000mAと車に使うソーラーチャージャーとしては相当大きなスペックとなる。その分、専有面積も大きく、ソーラーパネルのサイズは42cm×28cmと大きい。

ソーラーパネルの仕様

もし最大スペックどおりに発電できたとしたら、私が住む地域の平均日照時間4.7時間で4,700mAとなり、1日に必要とされる電流の85%をソーラーチャージャーだけで確保できる計算になるが、これはあくまで机上の空論であってあてにはできない。

実際のソーラー発電は、日の出から日没まで出力が変動しながら発電するし、その日の日照時間や日射量、ソーラーパネルの温度、設置箇所や日当たり次第でいくらでも出力は変動するため計算のしようがない。

だが、話半分で500mAだったとしても、暗電流を補い余り鉛バッテリーを充電できるだろうし、走行充電を加えたら満充電にできそうだと踏んで選定した。

■ALLPOWERSカーソーラーチャージャー18Wの性能確認

開放電圧

ALLPOWERSカーソーラーチャージャー18Wを日中の屋外で日当たりがよい場所に置いて発電能力を調査してみたが、何も負荷を繋いでない状態で21.94Vを計測した。
※5月中旬晴天12時という好条件での計測結果

鉛バッテリーに接続

次に、12.09Vまで電圧の落ちた鉛バッテリーに接続してみた。この状態だと20Vオーバー有ったソーラーチャージャーの電圧が12.09Vまで低下しているが、充電の負荷が掛っているため電圧は低下する。

充電電流は1.006A

この際、鉛バッテリーへの充電電流は1.006Aも出ており、この価格帯のソーラーチャージャーとしては破格的に性能が良い。中華製だから8割出れば良いと思っていたが、まさか仕様どおりに出力してくるとは思わなかった。
※充電時の電流は鉛バッテリーの電圧にも左右される

次に、車内に置いて電流の変化を見てみることにした。なお、計測は5月の中旬、晴天の12時~13時という好条件での計測になる。

フロントガラスに張り付けた状態

最初はフロントガラスに張り付けた状態だ。この場所では385.9mAとなった。なお、道路交通法により、フロントガラスは上部20%まで隠すことが許可されているが、このサイズは20%を超えるので張り付けたまま走行することはできない。何より、見た目が酷いので設置箇所としてはあり得ない。

ダッシュボードの上

次にダッシュボードの上に置いてみたが、この場所では226.2mAを計測した。どうやら角度により発電効率が変わってくるようだ。この位置は設置している人が多いが、Z33では助手席側のエアバッグがあるうえ、外から見える位置に置くのはやはり興醒めする。

サイドガラスに張り付け

続いて、サイドガラスに張り付けてみた。結果は64.1mAで、全計測箇所で最低の数値を記録した。なお、ここも道路交通法により張り付けたまま走行することはできないが、Z33の見た目を台無しにしてくれるので最初から選択肢には入っていない。

次にリアガラスに張り付けて計測しようと試みたが、誤ってテスターのヒューズを切ってしまったので後日の結果となる。再計測前に改めて日当たりの良い箇所で計測をしてみたが、天候と時間帯はほぼ同じにも係わらずバッテリー接続時の電流は829mAと出た。天候の関係もあるかもしれないが、バッテリーの残量が前回より高いため、内部抵抗が高くなり充電電流が抑えられている可能性がある。

リアガラスの結果

リアガラスの結果は487mA(初回計測相当で583mA)となった。ハッチバックとは違い、リアガラスの角度がなだらかなので、発電環境としてはフロントガラス以上に良い結果が出ている。

ここは、張り付けたまま走行することができるが、ただでさえ見にくいリアの視界が塞がれてしまうし、外側からソーラーパネルが丸見えになるのは頂けない。

設置場所に色々と文句をつけているが、そもそもZ33はエコカーではないのだ。3.5LのV6エンジンでガソリンをガンガン焚いて走る車に、ソーラーというエコ的要素は不釣り合いという個人的な見解から申しているだけであって、一般的な車両で発電効率を求めるなら、フロントガラスに付属の吸盤で貼り付けて走行前に外すか、エアバッグを避けダッシュボードに置いておけば良い。

ラゲッジスペースの床面

最後の調査はラゲッジスペースの床面(前方側)だが、ここは日の入り具合が悪く148.1mAとなった。外から見にくい位置なのでここに設置したかったのだが、発電にはとても良い日照条件でこの電流では設置位置として不適切としか言い様がない。

加えて、曇りの日に調査した結果、50mAという焼け石に水を掛けるレベルの数値まで低下するのを確認したので、残念ながらここに設置することを諦め、やむを得ず、リアの視界がふさがるのを受け入れてリアゲートのガラスに貼り付けることにした。

なお、サイドガラスとラゲッジスペースの床面の極端に低い電流の原因はバイパスダイオードが備わっていないからで、陰になった箇所の内部抵抗が高くなり放電しているからだ。

安価なソーラーパネルはバイパスダイオードが備わっていな

試験では829mA出ている環境において、手のひらでソーラーパネルの一部分に陰を作っただけで162mAまで低下したのを確認している。安価なソーラーパネルはバイパスダイオードが備わっていないことがあるので、設置条件が悪いと極端に出力が低下する場合があるのは仕方ない。

■ソーラーチャージャーの設置方法

ソーラーチャージャーの設置方法については、常時鉛バッテリーに接続している回路に取付けることになる。そのため、鉛バッテリーの端子に直接クリップを挟んで接続する場合を除き、国産車は基本的に加工無しで取付ける事はできない。

シガーソケット

だが、中華メーカーのソーラーチャージャーには大きな誤解を招くものが含まれている。それが、このシガーソケットだ。これでソーラーパネルをシガーソケットに繋げば鉛バッテリーが充電できると勘違いしてしまう。

このシガーソケットは、キーをOFFにしてもシガーソケットが常時通電している車向けのオプションで、キーをOFFにするとシガーソケットの通電が断たれる国産車では、回路が鉛バッテリーに繋がらないため効果を発揮することがまったくできない。

事実、国産車にもかかわらず結構な確立でシガーソケットに差し込んでおり、鉛バッテリーが充電されていないにも係わらず、根拠も無しに充電できていそうだから良いものだと勘違いしている人や、この仕組みを理解しておらず、効果がなかったと評価を下している人もいるので使い方には注意をして欲しい。

国産車のシガーソケットに差し込んでも効果は出ないし、ナビやオーディオ、ETCといったキーがONになったときに稼働する電子機器に電力を供給してしまい、キーをOFFにしても動いたままになるという症状が出るだけだ。

外車でも、キーOFFでシガーソケットが通電しない車種で同じ事やっている人を見かけたが、外車だから大丈夫だと決めつけるのではなく、キーをOFFにした状態でシガーソケットが通電しているか確認してから取付けなければ効果が出ない。スマートフォン充電器など適当なものを差し込んで通電するか確認すれば良いだろう。

15Aの低背ヒューズ

では、国産車を含めシガーソケットで接続しても効果がない車種にどうやって取付けるかというと、一番簡単な方法はヒューズボックスから鉛バッテリーに接続されているヒューズを探し出し、そこに電源取り出しヒューズを取りつけ、ソーラーチャージャーに接続する方法が最も面倒がない。

だが、暗電流を補い余り鉛バッテリーを充電してしまうほどの出力があるソーラーチャージャーの場合は注意が必要だ。私が今回選択したALLPOWERSカーソーラーチャージャー18Wも暗電流を補い余り鉛バッテリーを充電してしまうほどの出力があるのだが、この場合、条件が良いと鉛バッテリーを満充電にしても止まることなく充電し続けてしまい、過充電状態になってしまう可能性が高い。

そうなれば、適時、過充電で揮発していった鉛バッテリー液の補充を行なわなければならないし、電圧が上昇して電装品へダメージが入る可能性も否定できない。そこで、今回はソーラーチャージャーの設置にあたり、太陽光発電向けの充放電コントローラーを導入することにした。

電菱 SA-BA10

この太陽光発電向けの充放電コントローラーは、鉛バッテリーの過充電を防ぐだけでなく、鉛バッテリーからソーラーパネルへの逆流(すなわち放電)を防ぎ、鉛バッテリーのコンディションを表示してくれる優れものだ。

逆流防止

だが、この充放電コントローラー自体も暗電流の発生原因となるため、今回は稼働時の電流が2mAという省電力の電菱 SA-BA10を選択した。これをソーラーチャージャーの間に割り込ませて逆流防止と過充電防止に使う。
※逆流防止機能は説明書に記載は無いが、鉛バッテリーに接続した状態でソーラーパネル側端子に通電しないことを確認済

なお、ALLPOWERSカーソーラーチャージャー18W自体に逆流防止機能は着いているが、説明書きではソーラーパネルとシガーソケットに付いていると曖昧な表示となっている。しかし、ソーラーパネルに付いているならその先に付けるシガーソケットには必要ないのでは?と疑問を感じたのでネットで調べてみたが、どうやらシガーソケットに逆流防止ダイオードが搭載されているとのことだった。

実際に分解

実際に分解して確認してみたが、確かにシガーソケットには逆流防止ダイオードが搭載されていたので、ソーラーパネル側には取付けられていない可能性がある。逆流防止ダイオードを二重にするデメリットはあってもメリットは無いからだ。

もし、ソーラーパネルに逆流防止ダイオードが搭載されていなかったとしたら、シガーソケットアダプターを介さずに鉛バッテリーに接続してしまうと、発電量が低下した時に鉛バッテリーから電流が逆流し、ソーラーパネルが発熱して放電することになる。これでは、鉛バッテリー充電器ではなく放電器になる。

今回は逆流防止機能が付いた充放電コントローラーを使うので問題は無いが、ソーラーパネルを直接鉛バッテリーに取付ける場合はしっかりと確認しておいた方が良い。

■Z33へ設置

今回、Z33への設置に関しては、ヒューズボックスから鉛バッテリーに接続されているヒューズを探し出し、そこに電源取り出しヒューズを取りつけ、充放電コントローラーを介してソーラーチャージャーに接続する。

アクセルペダル右横のパネルを引き剥がす

まずは、ヒューズボックスをむき出しにするため、アクセルペダル右横のパネルを引き剥がすことにする。

スカッフプレートを上に引いて剥がす

最初はスカッフプレートを上に引いて剥がす。

ウェザーストリップを引き抜き

ウェザーストリップを引き抜いたら・・・。

ヒューズボックスがむき出しに

スロットルペダルの奥側にある樹脂製のボルトを外して、内装剥がしで助手席側に引っ張り剥がす。これでヒューズボックスがむき出しになる。

ヒューズ配置

ヒューズボックスには常時鉛バッテリーと接続している箇所がある。図面のBと書いてある箇所が鉛バッテリーに接続されているヒューズになる。

ヒューズ電源

すでに1箇所ほど、ヒューズ電源で鉛バッテリー接続箇所から常時電源を取り出しているが、今回はヒューズ電源で取り出した電源側のヒューズの容量を超える電流は流れることは無いため、ここから2又に分岐して配線することにした。
※充放電コントローラーとバッテリーの間には必ずヒューズを組み込む

2又分岐ケーブルを自作

電工ペンチと熱収縮チューブで2又分岐ケーブルを自作したが、これと同じものを買うとなると結構なお値段がする。工具があるなら自作した方が安上がりだ。

間に挟んで分岐

これを間に挟んで分岐すれば、プラス側の端子の取り出しはできたことになる。マイナス側はボディーアースをすれば良いので、充放電コントローラーの設置箇所近くにボディーアースする。

なお、SA-BA10の説明書にはサージ対策としてプラス接地(プラスアース)すると記載があるが、これは通常のソーラー発電で使用する際、充電する鉛バッテリーから地面へアースする極性を指定しているだけで、車のボディーアースと混同してはいけない。

車はマイナスアースが基本

車のボディーアースに該当する箇所は、本来、充放電コントローラーから鉛バッテリーに接続するためのマイナス側ケーブルの部分の代わりとなる。また、SA-BA10は鉛バッテリーのプラスアースをしなくとも動作するので問題は無い。
※SA-BA10はマイナス(ネガティブ)アースにも対応

車はマイナスアースが基本だ。間違っての車にプラスアース規格の物を接続すると、触れた瞬間にショートし、良くてヒューズが切れ、最悪の場合は車両火災に繋がる。車載用の商品でプラスアースのものはまず無いが、車載向けではない物を使う場合はその点に注意したい。

フロアの端

車内の配線については、フロアの端を通り、三角窓付近まで内装を剥がして内側に配線をしていく。なお、分かりやすく配線のままにしているが、この後コルゲートチューブを巻いて保護している。

三角窓付近の内装は、ウェザーストリップを引き抜き、助手席側に内装を引きはがす。ここだけでは全てが外れないので、運転席側が外れたらラゲッジスペース側を引きはがしてパネルを完全に剥がす。これで内装の裏側に配線ができる。

シートベルト付近

シートベルト付近には、配線を保護するためのケースが付いているため、その中に配線を紛れ込ませもらった。

結束バンドで括り付けて配線

その後は、配線が動かないように結束バンドで括り付けて配線していく。

ネジ穴

次に、ボディーアースをする箇所だが、おあつらえ向きの箇所にネジ穴があったので、ここにネジを締め込みボディーアースが取れるようにする。

念のためにドライバーで削る

ネジの規格はM6だったので、適当な長さ(2~3cmで十分)の鍋ネジを用意して取り付けることにした。塗装が付いているため、念のためにドライバーで削っておいた。

丸形端子を電工ペンチで圧着

ボディーアース用の端子は手元にあった丸形端子を使う。バッ直向けに使う8sq対応端子なので大型の電工ペンチの出番となるが、この大型の電工ペンチは結構なお値段がするので、クワガタ端子があればそちらを使った方が良いだろう。

ボディーアース

ボディーアースした後、テスターで通電を確認したが問題なく通電している。

コルゲートチューブで保護

最後は、両方の配線を束ね内装の裏面から出す必要があるが、ここは内装で擦れてショートしないようにコルゲートチューブで保護することにした。Z33は内装のチリが酷く、ある程度隙間があるとはいえ、ここは特に保護しておかないと怖い。

SA-BA10を設置する箇所

SA-BA10を設置する箇所はLEDのステータス表示を確認するため、目立たないが目視できる箇所に配置しておいた。

ベロクロテープで設置

取り付けはメンテナンスを考えてベロクロテープで設置しているが、今後、このパネルを何度か外す予定があるためだ。

ソーラーパネルへの配線

SA-BA10からソーラーパネルへの配線は邪魔になる場合、その場で取外しができるように、付属のシガーソケットアダプターのコネクターを加工して取り付けた。ここに、ソーラーパネル側のコネクターを接続するのだが、ソーラーパネルの接続はサージ対策のためソーラーパネルを覆って発電しない状態で接続する必要がある。

これは、接続時にサージが発生しないようにするためで、電装品にサージが入って破損することを防ぐためには重要な行為となる。もちろん、コネクターの再接続も同じようにして接続してサージを防ぐ。

テスターのヒューズを切ってしまった

この作業を怠ったがため、充電電流計測中にテスターのヒューズを切ってしまった。1000V10Aのヒューズを使っているテスターだったが、接続時のサージに反応した結果だろう。もし、電装品にそのままサージが行っていたら破損していたかもしれない。

最後に剥がした内装を元に戻して取付け完成だ。なお、充放電コントローラーからソーラーパネルへの配線については、次回のDIY時に持ち越しとした。

■ソーラーチャージャーを実際に使ってみて

日中は充放電コントローラーが充電状態を示していた。リアガラス設置時は実測値で487mAだったが、1,000mAキッチリと出しているにもかかわらず半分の電流しか出ないのはガラスによる影響もあるだろうが、ソーラーパネルの角度や方角の影響が大きい。

鉛バッテリーの状態を確認するためテスターで電圧を計測してみたが、取付けた日の日没直後に12.24Vまで上昇していることを確認。翌日確認してみると、8時には既に充電を開始しており、13時には満充電のステータス表示となった。

ここでエンジンを始動してみたが、セルの動きは力強く、確かに鉛バッテリーのコンディションは良好になっていると確信できた。

ただし、これは日照条件が良いからということも重なっている。曇りの日に電流を計測したが300mA程度しか電流は流れておらず、鉛バッテリーの充電に回せる分は60mAしかない。これでは焼け石に水だ。

事実、雲の少ない晴天であるにもかかわらず、日中日陰に駐車した際は満充電に至らず、次の日の早朝に録画が自動停止していたことがあった。かなりオーバースペック気味にしておいたと思ったのだが、日陰や曇り、冬時期の発電能力を考えると、このクラスのソーラーチャージャーでも不満を覚える。

しばらく使って様子を見てみたが、結局、その不満は解決しなかった。近いうちに、ソーラーチャージャーを追加するか、さらなる大出力ソーラーパネルに交換するか考えている。その際に配線を綺麗にまとめたら完成とする。

しかし、スポーツカーにしようとしているZ33にソーラーパネルを取り付けることになるとは思いもしない出来事だったが、小規模オフグリッドソーラー発電の勉強にもなったし、何より車をいじるのは楽しい。