ミュージックフェスティバル用の充電式12V電源システムの構築 パート1: はじめに

Red Tinと屋外サウンドシステムオフグリッドの利用を計画。どのバッテリとソーラー充電パネルが適しているかを明らかにすることから始めます。

過去数か月間、私は赤い工具箱に入ったDJシステムと、それに合わせたサウンドシステムの開発に取り組んできました。いずれも電源は12ボルトで、ミュージックフェスティバルやポップアップ会場で使用する設計です。仕上げに向けて、今度はポータブルな充電式電源システムが必要です。

計画では、何種類かのバッテリと充電用ソーラーパネルを使用する予定です。ポータブルであることに加えて、水にも泥にも強くなければなりません。それから、本来の機能の他に携帯電話も1台か2台充電したいと思いつきましたが、これは可能であればで構いません。

販売されている製品を調査

条件に合う製品を調べはじめた私は、国内のソーラー発電装置に関する情報は非常に多く、そのほとんどが屋根に設置するソーラーパネルの販売業者によるものだということを知りました。他にも、居住用の乗り物やボートでの使用に関する情報もありましたが、12Vの条件は満たしてもポータブル型の製品は見つかりませんでした。結局、自分の手で何とかするしかありませんでした。

必要な電力

Red Tinとサウンドシステムが、2～3時間でどれくらいの電力を消費するのか、また、典型的なUKの夏のソーラーパネルでどのような充電が見込まれるのかを試算する必要がありました。

Red Tinに電力を供給するシングルボードミニコンピュータ、UDOO x86については、手元のデータシートに消費電力が書いてあります。USBサウンドカードについても同様に調べられます。なお本カードにはUSB経由ではなく個別に12Vの電力を供給します。設置したスクリーンに関しては2A以上の電力供給が必要ということしかわかりません。工具箱には他にもLEDライト数点、NuTube pre-amp、ファンが入っており、いずれもわずかながら電力を消費します。

続いてサウンドシステムです。アンプに関してはやはりデータシートがあるので消費電力を推定できます。

とはいえ、もっと正確に計測したほうがよいのでは、と考えるようになりました。そうすれば自分が作成しているものについて知ることができ、30分しか電力がもたずパーティーがちょうど始まった頃に動かなくなるといった事態を避けることができます。

Red Tinを12V電源と、正確な計測のためにベンチタイプのデジタルマルチメーターに接続しました。コンピュータを起動し、それからオペレーティングシステムをスタートします。Red TinはUbuntuとWindows 10のデュアルブート環境で、私はWindows 10で起動しました。むしろ消費電力の高い方を選んで「最悪のシナリオ」を把握したいと考えたからです。OSを開始してすぐに使用電力のスパイクが出現し、DJ用ソフトウェアを開始すると再びスパイクが見られました。私はカントリーからパンク、ダンスミュージックまで、さまざまな曲を流しながらシステムの調子を確認しました。消費電力は平均して1.5A程度で、ピーク時は約2Aに達しました。

サウンドシステムも同様に接続して同じプロセスを繰り返し、今度はアンプの消費電力を計測しました。平均して500mA、重低音のダンスミュージックを最大音量近くで再生したときにピークで1Aでした。

これらの測定結果から、2.5A使用すると試算しておけば十分だろうと考えました。つまり、12アンペア時(Ah)定格のバッテリであれば5時間弱演奏できます。

ソーラーパネルの選択

ソーラーパネルについても、平均的な夏の日差しでバッテリを充電できる製品か確認が必要でした。平均的なUKの夏の1日で日光が得られる時間についての見解は4～6時間と差があるので、中間をとって5時間として試算すれば問題ないでしょう。

私は、すべてのパネルの定格が1,000W/平方メートル、25C°の試験条件下で算出されていることを知りました。この条件どおりならすべての10Wパネルが10W/時を実現しますが、条件が異なればパフォーマンスも変わってきます。方針通り日中5時間ソーラーパネルを使用する場合、完ぺきな好条件下であれば1台の10Wパネルで1日50Wh発電できます。

ソーラーパネルについて調べはじめてから、ソーラー充電コントローラ(レギュレータ)も必要なことが判明しました。

コントローラにはいくつかの機能があります。まず、ソーラーパネルの電圧が高すぎるときにバッテリの過充電を防ぎます。過充電はバッテリに深刻なダメージを与え、バッテリが爆発することさえあります。また、コントローラは、暗くなってパネルが発電できなくなってから、バッテリからパネルへの電流の逆流を防ぎます。

あらゆるオプションを調査して可能な限り試算してから、不安定なUKの天候と必要になる電源類を考慮したうえで、ポータブル設計の折りたたみソーラーパネルを見つけました。ありがたいことに内蔵コントローラも搭載しています (888-3695) 。これは確実に良い選択肢であると思いました。

今後の予定

次回の投稿では、システムを統合して頑丈でポータブルなユニットにまとめるプロセスを紹介したいと思います。今年の夏のミュージックフェスティバルには間に合わないかもしれませんが、手伝っている来年開催予定のフェスティバルについて最近打ち合わせが始まったので、頭の中はすでにフェスティバルの計画モードに入っています。