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Internet Technology Remote control and Distant observation |
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無人屋外観測装置実験施設 太陽電池設置 |
 太陽電池パネル設置状況１  太陽電池パネル設置状況２  太陽電池パネル設置状況３  太陽電池パネル設置状況４  太陽電池パネル設置状況５  太陽電池パネルへのパイプジョイント金具装着  架台組み付け詳細写真１  架台組み付け詳細写真２  架台組み付け詳細写真３  架台組み付け詳細写真４  キャットウォーク照明  ジャンクションボックス  コンテナ内引き込み口  ２００３年度設置全容写真 （夏用設定） 
SHARP NE70 太陽電池テクスチャ（３Ｄ-ＣＧ用） |
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太陽電池パネル 70Wの太陽電池パネル２枚の他、104W太陽電池パネル２枚、その他色々設置中です。 設置に際して、台風級の風にもびくともしない構造として、建築用単管パイプによる架台を製作しました。 １７ミリレンチ一本で組立て出来るのも魅力です。また、穴空きアングルと違い、任意の位置で固定できる点は、 作業性向上に極めて有効でした。 また、接続ジョイントを使用すれば、短いパイプも難無く長く延長出来ることで、パイプ輸送の便も楽でした。 規格寸法でも1500mmまでなら乗用車に楽々入ります。2000mmはちょっと辛い。 
基本的には、ソーラーパネル本体のフレームの穴を利用して、単管パイプのシングルクランプを１０ミリボルトで
固定し、そのクランプに補助フレームとすべく一本パイプを噛ませた後、直交クランプを使って
単管パイプの架台に三点支持で固定しています。仰角調整は自在です。もちろん方角調整も可能です。
パネル前部は補助パイプ無しで直接ベースにクランプしても大丈夫です。パネル後部は角度支持のため、
パネル固定用のクランプのオフセットが少ないため、クランプのすき間を確保する意味で補助パイプを２本平行に取り付け、
縦のクランプを噛ませてます。あと５ミリすき間が取れれば、単管１本で支持出来たのですが、残念。
今後は、太陽電池のフレームにシングルクランプを取り付ける際に、ワッシャで５ミリ程度のオフセットを取ればＯＫでしょう。
ちなみに、太陽電池パネル業者から購入した高価なＵ型取り付け金具は、施工時のネジ取り付けの作業性の悪さから、
最初に現場で却下となってしまいました。軍手履いてキャットウォークの上で小さなネジ締め作業はちょっと辛い。
なによりも、細かい作業の嫌いな熟年作業者には無理でした。
シャープの太陽電池パネルはフレームの穴が１０Φだったので、１０Ｍボルトをそのまま使用できました。 京セラのパネルは６Φだったので、電動ドリルで穴を広げて取り付けました。 （ドリルの貫通先には当て板をしてソーラーパネルに穴を空けないように注意!） 最初はパネルに手をかける発想は無く、適当な金具を組み合わせてあれこれ試してましたが、 アシスタント娘の「穴を広げりゃいいじゃん」の一言で方針転向した次第。 確かに、素人の発想は時として技術屋の悩みを一発で解消しますね。 この程度の構造物なら、慣れれば一人でも一日で組立てる事が出来るでしょう。配線は後日行います。  単管パイプ組み方のシミュレーション （これを見れば土建屋のオッサンでも組立てＯＫ） コンテナ屋上への設置は、ズレ防止のためのＬ型金具を付けただけの自重固定です。 実験施設のため、後日配置替えなどがある事を考慮しての措置です。 Ｌ金具は一般的な物を単管ジョインのタルキ用に、溶接して製作しました。溶接は、ソーラー用蓄電池として用意した ９０Ａｈのバッテリーを２個使用して、バッテリーウェルダを構成して簡単に行いました。ちなみに、１００Ｖ家庭用 溶接機の数倍も火力があり、お薦めです。ただし、遮光面と皮手袋、溶接棒クランプは専用の物を使いましょう。 電気溶接の場合、アークの紫外線は網膜には非常に危険ですので、サングラスなどで代用しないように。 また、かなり広範囲に火の玉が飛びますので、バッテリーは風通しの良い離れた場所に置きましょう。水素爆発すると 洒落になりません。 今回のソーラープラントは架台も含めて総重量が３００ｋｇ以上ありますが、 浮上するようであれば、コンテナの四隅にあるクランプホールにワイヤーを掛ける事も出来ます。 コンテナの３トンの自重で、たぶん台風でもびくともしないはずです。 二列配置の場所では、後列が前列の日陰に入らないように、十分に間隔を開ける事が必要です。今回も、設置時には問題なかった 配置が、冬季間の太陽高度が下がった時に、若干日陰になる時間が有ったので、後列の配置を後ろに４０センチ移動させる作業が 発生しました。目検討で角度を計ったのが原因でしたので、今後はきちんと計算するようにします。 配線はＣＤ（ＦＰ）管を使用し、高価な耐熱ケーブルを使用しない方法で行います。この地域はカラスによる電線被害が 多いようですので、ＣＤ管は必須アイテムです。 以前、黒い筐体の屋外カメラがカラスにつつかれて壊れた経験が有ります。 黒くて電磁波が出てるので、攻撃するんでしょうかねぇ。 ＦＰ管はＦＰ管コネクターを通してコンテナ内に引き込みます。ブッシュを使用しないのは単なる見た目の奇麗さだけですが、 カチンと固定できて、意外と安心感があります。コンテナには２２Φのホールドリルで穴を空けますが、コルゲート鋼板は かなり硬いので、オイルスプレーをかけながら行います。熱い破片が飛びますのでゴーグルや軍手を忘れずに。 |
単管パイプには必ずパイプキャップを付けて、腐食防止と念のためスズメバチ対策。
ただ、高温となるパイプにスズメバチが巣を作る事はたぶん無いでしょう。
むしろ、作業中のケガ防止には効果が有ります。私も結構助かりました。
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また、鳥害対策も必要です。太陽電池の架台上部に鳥が留まると、多くの場合、飛び立つ際に糞をします。 これがパネルに発電障害を起こします。バードスピアやテグスなどで鳥が留まらないようにする必要があります。 最近は１００円ショップにもバードスピアが売ってますので、２センチ幅に切って、強力両面テープでソーラーパネルの フレームか単管パイプの横軸に貼り付けてしまえばＯＫです。強度的にも業務用途に問題有りません。それでも貼付強度 が気になる方は、ブラインドリベットでバチンと固定してしまえば安心です。 |
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電源回路は暫定仕様です。実際には2kwのガソリン発電機や100Vインバータなどもありますので、さらに複雑です。
有人観測時と無人観測時では電源の使用系統が変わります。
ガソリン発電機が稼働している時は、４０Ｗｘ２の蛍光灯照明のほか、エアコン、電気ストーブ、デスクトップパソコン、ＴＶ
などが使用できます。 １２Ｖ（１７Ｖ）系パネルはそのまま充電レギュレータを経由して、ディープサイクルバッテリー３個（９０Ａｈｘ３）を 充電します。２４Ｖ（３４Ｖ）系パネルはダイオードバイパスのセンタータップを利用して、 正負１７Ｖで充電レギュレータ経由で２個のバッテリーに個別に充電し、 日没と同時に回路構成を自動的に切換、太陽電池を切り離し、バッテリーを並列接続に変更して１２Ｖの２倍容量で使用します。 現在運用試験中のルーフコンピュータ（SOLPC 仮称）は、オリジナルの省電力パソコンで、電源電圧１１〜１４ＶでWindows2000が動きます。 消費電力はアイドリング時９Ｗ、フル稼働２４Ｗと極めて省電力です。 これを使用して、動的な電源管理と気象および環境観測システム、マルチ監視カメラシステムを統括させます。
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コンテナ内にはオゾン発生器（オゾナイザー）。１２Ｖで動くカー用品だが、室内全体にかなりオゾン臭が出てるので、
それなりの防かび効果は期待できるかも。２台稼働中。
同時に、ペルチェ素子を利用した電子除湿器も常時稼働している。得られる水分はかなりの量なので、ちょっと不安。
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冬季運用 実際に、設備が氷点下に晒される冬季間に運用を開始した時、様々な障害に見舞われました。 まず、コネクター接点の接触不良。金属が低温で収縮する事で、接点の状態が変化し接触が悪くなる問題が多発し、 金メッキコネクタやコンタクト処理剤で対応。 また、積雪によるソーラーパネルの発電不良。北海道の山間部はパウダースノーと呼ばれる粉状の雪のため、パネル表面に 雪が付きやすく、落ちにくい性質が有ります。冬用仰角（６０度〜）よりもさらに急峻な角度（７０〜８０度）にパネルを 立てることで、ある程度対策。それでもパネル表面の温度が低い早朝は雪が落ちませんので、もっと積極的な対策が必要 かもしれません（ワイパーや回転ウサ耳？）。一度雪が落ちると、太陽熱でパネル表面が急速に暖められるためなんとかなります。 完全放電時のリカバリーが問題になりました。激しい吹雪や積雪が続くと、バッテリーが過放電し、電圧が極端に低下します。 ディープサイクルバッテリー自体はそのような事態にも対応してますが、バッテリーから１２Ｖを得て稼働している充電レギュレータが シャットダウンしてしまいます。 充電レギュレータが一度シャットダウンすると、以後、太陽電池からの電力をバッテリーに流しません。つまり永久に充電 されない事態になります。これは盲点でした。急遽、パネルの一部から充電レギュレータではなく逆流防止ダイオードのみを 経由してバッテリーに補充電するバイパス回路を作って対応しました。もちろん放電管理を行えばこのような事態は避けられますが、 今回のシステムは安価な充電コントローラのみを使用したシステムの検証ですので、ノウハウ的にはＯＫです。 バッテリー容量の低下。当然言われている事ですが、極端に低下します。出来るだけ冷やさない工夫が必要です。 バッテリーは充電時にはわずかですが発熱しますので、その熱を保持させるために、発泡スチロール容器などにすっぽり入れて しまうのが良いようです。今回は内装で余ったスタイロフォームで囲ってみました。まぁ無いよりはましでしょう。 通信システムの意外な電力消費。ＰＨＳルータにはアクセスポイント機能として無線LANカードも内蔵されていました。 これが電力馬鹿食い。当面は無線ＬＡＮ機能を使用しないため、筐体を開いて中から無線LANカードを引き抜いてしまいます。 ＨＵＢ。これもかなり電力を食います。出来るだけ最新の物を用意したほうが良いでしょう。最近は3.3V動作の物も出てます。 DC-DCコンバータなどで降圧して（シャントレギュレータはダメ）使用します。また、ＰＩＣマイコンを使用して、細かな電力制御 を行います。インジケータのＬＥＤ照明などは夜間はＰＷＭ制御で照度を維持しつつ半分の電力消費に押えます。 基本的にＬＥＤなどの発光素子は最新の超高輝度タイプを半分の電流で駆動する設計を常套手段としますが、定点観測でインターバル 動作の機材は、起動に支障が無い範囲でこまめに電源を落とします。これで驚くほど総消費電力が軽減され、１／１０ にすることも出来ました。 太陽電池パネルの発電量低下。太陽高度は地軸の方向きと同じ幅（約±２３.５度）で季節変動します。 冬は日照時間も短く太陽高度も低いので、夏用の仰角では角度が合いません。 また設置場所の緯度と同じ、通年仰角に設定している場合でも、ロスが発生します。 積雪対策も兼ねて、パネルの仰角は冬用設定の７０〜８０度に切換えることが望ましいでしょう。 前述しましたが、降雪地帯の冬季間の太陽電池パネルの発電能力は、日照時間×０.５という厳しいものです。 しばしば、日照時間のみでの太陽電池システム設計をしている業者を見かけますが、降雪地帯の実情を知らない、 南方の業者でしょう。北海道のプロの設置業者は、必ず降雪による係数を考慮しています。 現在の運用 (２００４／０２／０５) 中ノ沢サイトの映像監視システムは、朝１０：００から正午１２：００まで稼動する設定にしています。 ９：５０に全システムの電源が入ります。 １０分間のウォームアップの後、１０：００からアプリケーションが１分間隔で画像を送信します。 アプリケーションは LcLight1.05nt を使用しています。 １２：００になると、ソフト側のシャットダウン設定が働いて、Windows2000をシャットダウンし、同時に全システムの電源をＯＦＦに しています。 上記運用スケジュールの場合、当初から懸念されていたカメラハウジングの急激な温度変化による結露が問題となっています。 いくつかの対策方法はありますが、今月中にカメラシステムがまた更新される予定ですので、さらに実用的で効果的な対策を 講じる予定です（とりあえず秘密）。 氷点下でのコールドスタートで、コレガ社製のダイヤルアップルータによる問題が頻発しています。社内設備なので比較的古い 機材を流用しているのですが、Windows2000のスタートアップ完了までに、ルーターが起ち上がって無い日があるようです。 機材認識がしばらく出来ない間、画像の送り出しが失敗している事があります。ローカルＨＤＤにはしっかり画像は保存されているので、 単純に通信系の障害と言えます。また、外部からＰＨＳカードへの直接の呼発には応答しますので、ＩＳＰとの接続障害かも しれません。この辺りの機材も、近々、アイネット社製の最新ルータに更新予定です。起動１５秒という機敏さですので、 多少期待しています。 電力消費に関しては、大幅に省電力化出来た事で、現在は常にフル充電状態です。かなり余裕がありますので、各種パラメータ機器 の投入も可能になりました。とりあえず、電力システムのモニタリングと、運用時間の延長、カメラシステムの追加を予定しています。 カメラシステムは複眼方式のマトリクスカメラが製作途中ですので、後程別ページで紹介いたします。 被写界３６０度の固定パノラマカメラです。ＣＣＤの画素総数は１６２万画素に及びます。 パン雲台などの機構部分を持たないカメラですので、アプリケーションによる処理が弊社の面目躍如です。 現在の運用 (２００４／０３／０５) コレガのＰＨＳルータがコケまくってたので、サン電子の最新型を導入。以後すこぶる順調で、トラブル皆無です。氷点下１０度の 文字どおりのコールドスタートでも、頑張って起動してくれます。当初、パッシブモードの機材だと知らずに、LcLightのＦＴＰ設定に 失敗したのは秘密です。 ３月に入ると、パネル上に降った雪も、日中の日差しで簡単に融けてくれるので、メンテナンスがかなり楽になりました。 来シーズンは、屋根中央のパネルの設置高を１ｍほどかさ上げする予定。 |
新たに５０Ｗクラスの１８枚のSANYO製ソーラーパネルが入りました。かつて、宮崎シーガイア(800枚/40.5kW)で使用していた中古品ですが、
劣化はそれほどでもなく、フッ素塗装の塩害対作品ということで、かなり良い状態です。
直射日光で１枚辺り１８Ｖ２．８Ａ程度出るようなので、総電力９００Ｗ以上のパワーアップ。
中の沢基地の電力事情も総電力１.２ＫＷと一気に改善されます。
本業の合間に（これも有る意味本業なのですが）、設置作業をしますので、まず、５〜６月に新しい架台を組立て、
６月中にとりあえず、パネル１２枚を設置します。電力換算で約６００Ｗの追加です。
バッテリーはこの時点で新たに シーキング９０Ａ−ＸＹが３個、入りますので、蓄電力は２７０Ａｈです。２日でフル充電という感じだと思います。 新たに追加された電力でコンテナ内の電子除湿器をフル稼働させると共に、新しい装置への電力供給を行います。従来の電源系統とは 分離しますので、相互監視システムの導入が可能になると期待しています。
春からは、カメラシステムの増強と、中の沢ロボット計画がスタートします。
現在の予定では、カメラ３台とチャンネルセレクタ、夜間照明、遠隔移動カメラなどが導入されます。
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鳥害対策 (２００４／０３) 昨年３シーズン、太陽電池パネルを運用し、山間部の鳥害対策の必要性を感じました。特に、カラスについては、パネルフレームに留まり 飛翔する際に糞をします。 またペレットと呼ばれる嘔吐物を屋上に多数残して行きました。北海道海鳥センターの助言で、これらによる 人間への感染症予防が必須と判り、今年は対策することにします。 まず、太陽電池パネルの上辺にはテグスラインを張り、カラスが留まれないようにします。バードスピアなどのロッドはあまり効果が無く、 鳥に見えやすいテグスほうが良いそうです。屋外カメラなど、鳥が留まりやすい場所に設置された装置は、下に自動車や歩行者の存在が 判っている時は、飛翔時の糞公害が問題になりますので、注意が必要ですね。 |
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支障木対策 (２００４／０４) 雑木林のため、ソーラーパネルへ影を落とす支障木が何本か残っています。昨年、森林法による林班を解除したので、 景観を殺風景にしない程度に、枝打します。倒木の危険の有る場合は、伐採します。届け出した大量伐採期間は過ぎてますが、 緊急措置の場合は、お役所からも多少お目こぼし頂けるようです（？）。逆に、桜などの低潅木を植林する予定もありますので、 「里山の手入れは大いにやってください」との事でした^^;。 少なくとも、気温の低い午前中に太陽電池のコンディションを有効利用したいと考えています。
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台風１８号 (２００４／０９) 支障木への対応をどうするか、考えていた折り、強烈な暴風（風速５０．２ｍ／札幌）を伴う、台風１８号が石狩湾を通過し 中ノ沢サイト周辺の樹木の５０％が倒木しました。災い転じて福と成す。幸い、サイトの機材には全く被害は無く、樹木が 倒れた後にはすっかり開けた南側の空が広がってました。
延び延びになっていた、南側コンテナ屋上のソーラーパネル増設が完了しました。増設枚数は１１枚。５５５Ｗの発電能力追加です。 これで、観測機材の２４時間運用が可能になります。場合によっては滞在時の生活電力供給も可能。ガイアの太陽電池パネル あと７枚残っていますので、残りを何処に設置するかはこれからの検討です。隣の空き地を借用しようかな。 今回の増設工事の架台も、いつもの通り単管パイプです。ただ、高速切断機の導入と、搬入に軽トラックが使えたため、 単管パイプは最大長３ｍで使用。非常にシンプルな構成で作る事が出来ました。組立てパターンはいつも通りですが、今回は アシスタント無しの１人で作業。慣れると手順もスムーズで、デスクワークの合間を使って３日で終了でした。 今回から、充電レギュレータは未来舎の新型レギュレータを使用しています。１台１２Ａ対応。液晶画面で細かな設定も 出来ますが、とりあえず工場出荷状態で様子を見ます。
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