我が家には庭側に屋外コンセントがありません。庭で屋外飼育しているメダカやタナゴがいますが、エアレーションができていませんので、夏場（の夜間）は酸欠が心配です。そこで今回はお庭のお魚たちのために、エアレーションを兼ねたろ過ポンプを常時稼働させるべく、ソーラーパネルによる発電、及び蓄電システムをDIYしたので紹介します。改善点はてんこ盛りですが、皆様のご参考になれば嬉しいです。（その後の更新内容を【アクアリウム】ビオトープ用ソーラーパネル蓄電システムの更新 に記載しています。合わせてご参考にしてみてください。）
目次
１．我が家のビオトープ（屋外アクアリウム）
我が家では室内水槽でタナゴ類を飼育しておりますが、自然採取したヤリタナゴが元気すぎてエビ類との同居に支障が出たので、お庭にヤリタナゴさん専用ビオトープを設置してお引越ししてもらいました。（写真はヤリタナゴ用ビオトープです）
また、熱帯魚屋さんで販売していたメダカが可愛くて衝動買い。しばらくは室内飼育していたのですが、メダカはやはり屋外で飼育した方が元気に育つと聞きますし、メダカは横から鑑賞するより上から鑑賞した方が可愛いことに気づいてしまったので、メダカにもビオトープを設置して屋外飼育しています。
２．ソーラーパネルポンプは酸素不足の夜止まる
屋外に2つのビオトープを設置しましたが、我が家の庭側には屋外用の電源コンセントがありません。最初は発電量3.85Wの小さなソーラパネルとポンプのセットでエアレーションを兼ねたろ過システムを回していたのですが、そのシステムが稼働できるのは日が当たる日中のみです。日中は水草が酸素を放出してくれますが、逆に日が当たらない夜間は水草も酸素を消費します。よって、酸欠リスクが大きいのはむしろポンプが稼働しない夜間です。夜間もお魚たちが快適に過ごせるよう、日中に発電した電力を蓄電し、夜間にポンプに使用できるソーラー発電設備を導入することにしました。
３． ソーラーパネル発電・蓄電システムの検討
ソーラーパネルで発電した電力を夜間使用するためには、日中に発電した電力をバッテリーに蓄電する必要があります。その設備に最低限必要な部品は下記なので、それぞれの仕様を検討します。
・ソーラーパネル ・チャージコントローラ ・蓄電用バッテリー
まずソーラーパネルの能力ですが、稼働させたいポンプはタナゴ用とメダカ用の2基です。メダカ用には既存のソーラーパネル用ポンプ（7V・160mAとの記載なので1.12Wという感じでしょうか？）を使用し、タナゴ用のポンプは追加購入します。初めてのソーラーシステム導入で、どのくらいの能力が必要なのか？いまいちピンときませんが、バッテリーは電圧12Vの製品を購入することにして、12V/24V兼用のチャージコントローラがセットになっている下記のソーラーパネル（20W）を購入することにしました。チャージコントローラはバッテリーからソーラーパネルへの電気の逆流を防いだり、バッテリーへの過充電を防いでくれたりする部品です。
バッテリーについても12Vの製品群の中で大きさと価格で何となくこんな感じかな？と、鉛バッテリーの中から12V・12Ah表記のものを購入しました。
タナゴ用ポンプはバッテリーを12V仕様としたのでそれに合わせて12V仕様（定格4.8W表記）のものをAmazonで購入します。（小型ポンプはAmazonさんが安いですね。Made in CHINAなので、当たり外れがありそうですが。）
４．ソーラーパネル to 蓄電用バッテリーの接続と設置
部品の設置が屋外になりますので、まずはバッテリーやチャージコントローラを格納するBOXを準備します。例え軒下に置いたにしても、台風などで横殴りの雨が降った時にはBOXに雨がかかりますので、上部（蓋側）から雨水が侵入しないような、蓋に深さのあるコンテナボックスをホームセンターで購入しました。また、BOX内で発生する熱を放出する必要がありますので、BOXのパーツ格納部よりも低い位置に、ドリルで通気口を開けていきます。合わせて、箱内に雨水が侵入してしまった場合に、その雨水がちゃんと抜けていくよう、底面にも目いっぱいの穴を開けました。側面のケーブルを出し入れする位置にも穴を開けて、雨水侵入防止のゴムブッシュを付けます。（ケーブル出し入れ用穴は、ケーブルを水がしたたり落ちるときの動きを考えて、ケーブル接続点よりも下になる位置に開けます。）
BOXが準備できたら、木材を使用してBOX内に部品を配置する骨組みを作成していきます。底面はすのこ状にして高床式にしました。そこに電池設置スペースを作成し、その上にチャージコントローラを固定出来る板を取り付けます。（箱を開けたときにコントローラの表示が見やすいように、”板”には多少の角度をつけました。）
ベースができたらBOX内に電池とチャージコントローラをセットします。電池は作成したスペースに置くだけ、チャージコントローラは板にネジで固定しました。部品が固定出来たら、バッテリーとチャージコントローラーを接続し、チャージコントローラーの動作を確認します。電池とチャージコントローラを接続するケーブルのプラス側には、過電流が流れたときに電気を遮断できるよう、ヒューズを取り付けました。（安全第一です。）
続いて、ソーラパネル側を施工していきます。口コミを見ると防水性に難があるという書き込みが散見されましたので、まずは防水性を高めるため、部品の合わせ面すべてに防水コーキングを施します。また、パネルハンドリング時にコードの接続部に負荷がかからないよう、コードを迂回させて引き回して本体裏面にしっかり固定しました。
パネルを固定する土台はDIYで余った金属パーツを組み合わせて作成しました。ほとんどありもので作成しましたが、パネルの角度が調整できる土台を作成することができました。（夏と冬で設置角度も変えられます。）
メダカ用のポンプはチャージコントローラのUSB 5V電源を使用して稼働させる前提ですので、古くなったUSB充電用コードをカットしてポンプのケーブルと接続して使用します。せっかくケーブル同士を接続するのであれば、USBを抜き差しししなくてもポンプをOn/Off出来るようケーブル接続部にスイッチをつけました。
タナゴ用のポンプは12V仕様のものを購入したのですが…後述の理由で5Vで使用することになりました。メダカ用ポンプと同様にUSBコネクタを接続します。
また、位置的にメダカ用ビオトープはバッテリーBOXの真下になりますが、タナゴ用ビオトープは少し離れたところに位置しています。ポンプのコードだけではバッテリーBOXまで届かないので、ビオトープ近傍に接続点を設けます。今後複数の機器を接続することも視野に入れて、防水仕様のジョイントボックス内に電源が分岐できる端子を設置して接続しました。（4基接続できます。）
各部品の加工が終了したら、チャージコントローラーに各部品のケーブルを接続していきます。コントローラー下面の左側がソーラーパネル用端子、真ん中がバッテリーの接続端子、右側が12V出力用端子です。USBの5V端子は正面右上に2口ついています。ソーラーパネルを接続する前にバッテリーを接続しないと充電が開始されない仕様のようなので注意です。バッテリーを接続してからソーラーパネルのケーブルを接続させると無事充電が開始されました。
続いてUSBを接続し各ポンプの動作を確認します。メダカ用ビオトープでは、上部30cmほどに設置したろ過装置への水を送り込んでろ過する構成になっています。5Vではパワーとしてギリギリのようでしたが、何とか濾過用ポンプとして機能しました。結果的に水量もメダカにはちょうど良いです。
タナゴ水槽のポンプは現状では上部から水を落とし込んでエアレーション効果を持たせているだけなので、こちらは問題なく動作しました。（後ほど滝レイアウトに改造予定です。完成したら記事にします。）
５．稼働後にわかった課題：電力量バランス
今回はソーラー発電の知識がないまま、何となくネットで情報を集めて下記仕様にものを準備して対応しました。
- ソーラーパネル：20W MAX18V・1.11A
- バッテリー：12V・12Ah（144Wh） ＊20時間率
- メダカ用ポンプ：7V・160mA（・1.12W） ＊5V使用時0.57W程度
- タナゴ用ポンプ：12V（・400mA）・4.8W ＊5V使用時0.8W程度
まず一日の消量電力量を計算すると、メダカ用ポンプはUSB電源5Vを使用するので0.57W程度ですが、タナゴ用ポンプは12Vで使用すると4.8Wもあります。消費電力の合計は5.37Wとなり、24時間稼働では128.88Whの電力量を消費する計算になってしまいます。対して、バッテリーの蓄電容量は144Whで、実効容量を80％とすると実容量は115.2Whしかないため、使用量と蓄電容量バランスは下記になります。ソーラーパネルが晴れの日に頑張って満充電にしても、雨が続けばすぐにバッテリーが空になってしまうバランスですね。実際、日照が少ない日の翌朝にバッテリーが空っぽになることが続きました。また、そもそもバッテリーは劣化が進むので空っぽになるまで使うようなものではありません。その辺を事前によく計算してもっと大容量のバッテリーを購入すべきでした。
一日の使用電力量：128.8Wh ＞ バッテリー実容量：115.2Wh
上記のような状況から、タナゴ用ポンプについては、12Vで稼働させるのを早々に諦め、USB電源の5Vで駆動させることとしました。ポンプとしてのパワーは大幅にDownしましたが、何とか（弱々しく）稼働してくれています。12Vのバッテリーを購入したのに、すべての機器を5Vに降圧して使用するというなんとも悲しい結果になってしまいましたが、2つを5Vで使用する前提であれば、一日の消費電力量は33.6Wh程度になります。降圧によるロスなどもあるでしょうが、よほど雨続きにならない限りは何とかバッテリーを空っぽにせずに稼働できるバランスになりました。
次にソーラーパネル（20W）ですが、晴れの日の平均充電電圧を15Vとすると、10時間充電できた時の発電量は、13.8W×10H≒138Whとなり、タナゴ用ポンプを12Vで駆動した前提でもなんとか発電量が上回ります。しかしながら、曇りや雨の日の充電電圧は11V以下ですので、一日の発電量は、7.5W×10H＝75Wh程度となり、雨が2・3日続けばバッテリーが空になるバランスです。これでは各ポンプを5Vで駆動せざるを得ないですね。（事前にしっかり計算すべきでした…）
・システム設置後の感想
事前の検討が全く持って不足していたために、12V仕様のバッテリー、及びポンプを購入したのに5Vで使わざるを得ないという失態を犯してしまいました。まずはやってみる！というのも必要ですが、理系出身の元エンジニアとして、もうちょっと数値的なものを計算して対応すべきだと反省しました。
また、バッテリーを空っぽにすることが続いてしまった影響でバッテリーの劣化が激しそうです。しばらくはだましだまし今のままで使用したいと思いますが、今後はソーラパネルを買い増しして発電量を増やし、バッテリーもより容量の大きいものを準備して改善していきたいと思います。パネル間で電気の逆流を防止するダイオードを使用するなど、いろいろとお勉強しないといけない内容がありそうですが、今度はしっかり準備して対応します！
・追記：システム更新
今回は繰り返しの放充電に強いバッテリーを購入したつもりでしたが、購入した”Longバッテリー”は繰り返しの放充電に”比較的”強いが通常の鉛バッテリーのようです。（バッテリーが空になると急激に性能が劣化します。）このような用途には、”ディープサイクルバッテリー”という、より放充電に特化したバッテリーを使用した方がよいようなので、後日そのバッテリーを購入し直しました。
また、ソーラーパネルとセット購入したチャージコントローラが、ALLPOWER社製コントローラーのコピー品であることがわかりました。コピー品だから品質が悪いというわけではありませんが、表示できる内容などが異なるようなので、後日ALLPOWER社のチャージコントローラーを購入し直しています。
上記の更新内容を、【アクアリウム】ビオトープ用ソーラーパネル蓄電システムの更新 にて紹介していますので、ご参考にしてみてください。
