こんにちはコハペペです。前回は太陽電池で光るLED照明ができました。今回は発電した電気を充電電池にためてみます。
追加で必要なものは
・単三充電電池　3本(記事ではeneloopを使っています)
・単三3本用電池ボックス
・ダイオード(記事ではショットキーバリアダイオード1S4を使っています)
です。

ためるといっても、難しい回路は不要です。図のように太陽電池と充電電池をダイオードでつなぐだけです。

ダイオードは電流を一方通行にする部品で、太陽電池の電気を充電電池には流しますが、逆に充電電池から太陽電池には電気が行かないようできます。太陽電池が発電していない時は、充電電池よりも太陽電池の方か電圧が低いので、充電した電気が逆流してしまいます。逆流しないようにダイオードを入れる必要があります。
ダイオードにはいろいろ種類がありますが、見た目として下の写真のような黒いダイオードであれば大丈夫です。

ダイオードは電気を通すと電圧が少しだけ減ってしまいます。最大順方向電圧(VF)といい、普通の整流用のダイオードの場合だいたい1Vです。例えば秋月電子で売っている1N4007の場合VFは1Vです。これが小さい種類のダイオードとしてショットキーバリアダイオードがあります。秋月電子で売っている1S4の場合最大順方向電圧(VF)は0.5Vと、普通の整流用ダイオードの半分です。ショットキーバリアダイオードの方が、発電した電気のロスが小さいのでおすすめです。

充電電池の充電方法ですが、充電電流は、電池の容量の0.1倍程度以下であれば安全に充電できます。例えばeneloopの場合、容量が1900mAhなので190mA程度以下で充電すればよいことになります。充電時間は容量を充電電流で割った値10時間とななります。さらに、電池の容量の0.03倍の充電電流の場合(eneloopの場合60mA程度)は、トリクル充電といい、充電しっぱなしでも大丈夫です。非常口にある非常灯の電池はこのトリクル充電によって常に充電されています。
今回利用している太陽電池は最大電流が240mAですが、負荷がある場合にはせいぜい70%～80%程度が最大なので、充電電流の最大はよくて200mAとなります。太陽は時間と共に場所が変わるので、太陽電池と太陽の角度が変わり、いい状態で発電できる時間はわずかです。数時間は普通の充電電流ですが、1日の大半はほぼトリクル充電とみなしてもいいと思います。
充電電圧の最大は、電池1本あたり1.5V程度までになります。3本の電池をつないでいるので、最大電圧は4.5V程度までとなります。太陽電池の最大電圧が5V、これにダイオードのロス0.5V～1Vを差し引くと、4.5V～4Vなので、最大電圧以上に充電される心配もありません。
5Vの太陽電池を選んだ理由がもう一つあります。太陽電池は解放電圧の70%～80%の電圧で発電させるのが、効率よく発電できるポイントです。今回の太陽電池は、解放電圧が5Vなので3.5～4Vの時に電流が多く取り出せることになります。充電電池3本(3.6V)を充電するには、ちょうどよい太陽電池です。

さていろいろ長くなってしまいましたが、ダイオード1本で充電できることが分かったので、つないでみましょう。

上の図のように、ブレッドボードに刺してきます。

1. 電池ボックスのマイナスのピンを25a、プラスのピンを30aに
2. ダイオードの白い線がある方の足を30a
3. ダイオードの黒い方をの足を25f
4. 太陽電池のマイナスを25c
5. 太陽電池のプラスを25h

これで配線完了です。光が当たるところにおいておけば、充電電池が充電されます。

1日8時間、平均して60mA発電すれば、480mAh(=60*8)です。eneloopは1900mAhなので晴れた日に4～5日放置すれば充電が満充電になる計算です。

2016.11.17追加

実際の電流を測ってみたら、晴天のお昼くらいに太陽の方向にパネルを向けた状態で50mA程度、パネルを床に置いた状態で30mA程度しか発電していませんでした。とてもゆっくり充電されるみたいです。eneloopが満充電になるのはかなり時間がかかりそうです。

次回は、ためた電気を使って光る、LED照明を作りたいと思います。

紹介した部品をセットにしたキットをご用意しました。実験したい方は是非ご利用ください。