制御方式による発電効率の比較

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図 5.10 MPPT の電圧変化

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図 5.11 流量計の設置

（考察）

水力発電機を取り除き流量の測定を行ったところ、流量は 9.7 L/s まで流れた。

水力発電機自体が管路抵抗となってしまい水力発電機を取り付けた状態で流量 を測定したところ最大流量が 5.4 L/s までしか行かないことが分かった。

３）発電効率の検証

（実証方法）

流入量の測定と同時に発電電圧（Ｖ）と電流（Ｉ）及び充電電圧（V）と電流

（A）を測定。

測定結果を図 5.12～5.14 に示す。図 5.12～5.14 は、それぞれ流量に対する充 電電力、発電電力、消費電力となっている。消費電力に関して PD 制御よりも ZEROPOWER 制御の方が少なくなっていることが分かる。

図 5.12 充電電力 図 5.13 発電電力

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図 5.14 消費電力

（考察）

流量が増加した際に発電機と水車ロータを接続しているマグネットカップリ ングが外れてしまう問題が発生したため問題を検証するために発電機の出力を 整流した後、抵抗 10～70Ωを 10Ωずつ変化させて繋げた。そのときマグネット カップリングが外れるまで流量を少しずつ増加させていきそのときの抵抗に流 れる電圧、電流、発電機の回転数を計測した。

図 5.15 流量に対する各測定結果のグラフ

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図 5.15 の流量に対する電流のグラフから分かるように電流が一定以上に達す るとマグネットカップリングが外れてしまっている。このことから考察される ことは、電流が増加することで発電機を回転させるトルクが増加しマグネット カップリングで発電機に力を伝達するのに上限があり、その力を超えると動力 を伝達できなくなってしまうのではないかと考えられる。

そこで PID 制御で水車の浮上位置を変化させてマグネットカップリングのエ アギャップを変更したときの制御できる流量を測定した。実験は発電機の出力 を 70Ωの抵抗につなぎマグネットカップリングが外れる直前までの流量と電圧 を水車の浮上位置をロータの浮上の中心点を 0 点として-0.2mm～0.4mm の間 で 0.1mm ずつ変化させてそれぞれ測定した。その結果を図 5.16 に示す。

図 5.16 水車の浮上位置を変化させたときの流量の変化

図 5.16 からマグネットカップリングのエアギャップを小さくすると制御でき る流量が増加することが分かる。それにより発電電力も増加することが分かっ た。

４）発電電力の使用方法

発電した電力を利用して LED の点灯を行った。

昼間に発電した電力をバッテリに充電し、夜間に LED を点灯させ電力の消費 を行った。点灯させた LED の様子及び、その時のバッテリの電圧の変化を測定 したのでその結果を図 5.17、5.18 に示す。

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図 5.17 「るなぱあく」で点灯している LED

図 5.18 バッテリの電圧変化 図 5.17 に LED の点灯の様子を示す。

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水力発電機で発電した電力をバッテリに充電し、そこからインバータを介し て LED を点灯させている。

「るなぱあく」の夜間営業の時間を利用して 18:00～21:00 の間で LED を点 灯させ続けている。

図 5.18 にバッテリの電圧変化を示す。

充電電流は 0.15A である。グラフから充電の量を 2 倍程度に増加させると LED を 3 時間程度点灯させる電力を補うことができると分かった。

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