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蓄電池と太陽光発電は様々なメリットをもたらしてくれますが、理系に詳しくない方は、それぞれどんな仕組みとなっているのか、蓄電池と太陽光発電はどのような仕組みでつながり連携するのかといったことまでは詳しくご存知ないかと思われます。こちらでは蓄電池と太陽光発電の仕組みについて、かみ砕いて紹介していきたいと思います。
まずは我々一般人にも馴染み深い乾電池と、蓄電池はどのように違うのかを紹介していきましょう。乾電池も蓄電池も、電気を放電させるという機能は基本的には同じで、どちらも内部で化学反応を起こすことで蓄えた電気を放出しています。
ただし乾電池は内部の化学反応が終わってしまうと、それ以上放電することは出来ません。対して蓄電池は放電時とは逆向きの電流を流す=充電することで、化学反応が起こる前の状態を回復させることができ、ひいては繰り返し使用できるという仕組みを実現しています。
電気機器メーカー大手の日本ガイシが世界で唯生産している大規模な電力貯蔵が可能な蓄電池で、一般家庭向けというよりはむしろ、工場施設など大きな電力を消費する施設向けとなっています。
安全性が高く、パナソニックのエネループなど乾電池型二次電池に多く用いられています。またリチウムイオン電池が登場する以前は、ハイブリッドカーの動力源やモバイル機器のバッテリーなどにもよく利用されていました。
ニッケル水素電池よりも小型軽量で高容量、かつ充放電のロスが少ない蓄電池として、知名度と活躍の場を拡大中。スマートフォンやノートパソコンなどのスマホなどのモバイル機器から、ハイブリッドカーや電気自動車まで、まさに蓄電池の主力となっています。
二次電池のなかでは長い歴史があり、安価で使用実績も豊富。現在でも、普通のガソリン車やディーゼル車、オートバイなどのバッテリーとして幅広く使われています。その反面、他の蓄電池よりも使用回数が上がるにつれ劣化が激しくなり、電池寿命がどんどん短くなる傾向があります。
あらためてご説明いたしますと、蓄電池は二次電池が正式名称となっており、また近年では充電式バッテリー、あるいは単にバッテリーとも呼ばれるようになっています。その特徴は何と言っても、一回使ったら終りではなく、充電を繰り返すことで寿命がくるまでは何度も使用することができるという点に尽きます。なお乾電池など一回使用したら終りの使い切りタイプの電池は一次電池が正式名称となっています。
そうした蓄電池は、ここ10年ほどで一気に普及が広がったような感覚がありますが、前述しました通り、一般的な自動車（ハイブリッドカーや電気自動車ではない）のバッテリーとして古くから使われてきていました。自動車のバッテリーはエンジンの動力で発電機（ジェネレーター）を動かし、そこで発生した電気が自動的に充電されるという方式のため、コンセントにさして充電するタイプのバッテリーとは別物と思ってしまいがちですが、実は広い意味ではどちらも蓄電池（二次電池）なのです。
やや専門的な話になりますが、お付き合いください。先にも述べました通り、電池というものは内部で化学反応を起こすことで蓄えた電気を放出するという仕組みとなっています。蓄電池の場合、内部には電解質という物質とマイナスとプラスの電極が用いられています。
マイナス電極には電子を放出する性質の物質が用いられており、他方プラス電極には電子を受け取る性質の物質が使用されています。マイナス端子にたまった電子が内部の回路を通じ、プラス電極に送られることで、化学反応が起こることで、電気が発生。これが放電になります。
一方、これとは逆に、プラスからマイナスに流れる電気を電池に流すことで逆の化学反応を起こし、蓄電池内に電気を蓄えていくことが充電に他なりません。
今や一戸建て住宅はもとより、工場や公共施設などの屋根、さらにはメガソーラーという大規模システムにソーラーパネルが設置されている光景は、頻繁に見かけるようになりました。すでにそうした太陽光発電を導入されている方はご存知でしょうか、その仕組みについては詳しく知らない方もまだまだ多いことでしょう。まずはその仕組みを、かいつまんで紹介します。
太陽光パネル（ソーラーモジュールとも言います）が太陽の光を浴びると、パネル内の電子がエネルギーを放出し、直流の電気を発電します。
複数の太陽光パネルで発電された直流電気は接続箱という機器にまとめて集まります。ちなみに接続箱は、軒下など雨があたりにくい軒下などに設置されます。接続箱にまとめて集められた直流電気は、パワーコンディショナーという機器に送られます。
パワーコンディショナーとは太陽光パネルで発電された直流電気を、コンセントなどで使える交流電気への変換する機器です。ここで変換された交流電気は自家消費分として家庭内へ送られる、あるいは電力会社へと売電されるという仕組みになっています。
以上が太陽光発電システムの大まかな仕組みです。ちなみに上記の説明は、実は太陽光発電システムのみで、蓄電池を併用していない場合の例になります。この方式だと、太陽光発電で生まれた電気は、すぐ自宅で使うか、電力会社に売るかの選択肢しかありませんでした。そこに登場したのが、太陽光発電と連携させることができる蓄電池システム。「溜めておいて後で使う」という、新たな選択肢が加わることになったのです。
多少ややこしい話ですが、お付き合いください。前述しました通り、太陽光パネルで発電された直流電気はパワーコンディショナーで交流電気に変換され、自宅で使うか、電力会社に売ることができる状態になります。その上で、蓄電池に電気を溜めるには、蓄電池側のパワーコンディショナーで再度、直流に変換し直す必要があります。それゆえ、既に太陽光発電システムを設置していて、蓄電池を新たに導入して連携させるという場合には、2台目のパワーコンディショナーが必要になります。
単機能型は、蓄電池と蓄電用パワコンで構成されたスタンダードな蓄電池です。太陽光発電システムがなくても単独で設置できるほか、すでに太陽光発電システムを設置している場合でも太陽光発電用パワコンはそのままに、蓄電池を追加設置できるというメリットがあります。
一方で、単機能型に太陽光で発電または電力会社から購入した電気を蓄えるには、交流の電気を直流に変換しないといけません。そのため、ハイブリッド型に比べて変換ロスが多いというデメリットがあります。また、太陽光発電・蓄電池それぞれにパワコンが必要となるので、2台分の設置場所が必要です。
ハイブリッド型は、太陽光発電と蓄電池に必要なパワコンを1台で兼用できる蓄電池システムです。単機能型と違って交流から直流に変換する工程が必要なくなるため、変換ロスを抑えられるのがポイント。太陽光発電でつくった電力を効率よく利用でき、購入する電気量が少なくなることで電気料金の節約も叶えられます。
ハイブリッド型のデメリットとしては、単機能型よりも導入費用が高額になりやすいこと。また、すでに太陽光発電システムを設置している場合、ハイブリッド型を追加設置するにあたって太陽光発電用パワコンの撤去が必要です。それによりメーカーの保証を受けられなくなる可能性があります。
ハイブリッド型が太陽光発電と蓄電池のパワコンが一体化しているのに対し、トライブリッド型は太陽光発電・蓄電池・VH2の3つのパワコンが一体化した蓄電システムです。VH2とは、電気自動車やプラグインハイブリッド車に使われている大容量バッテリーを、自宅の電源として有効活用するシステムを指します。
そのため、電気自動車やプライグインハイブリッド車を所有、もしくは購入を検討している方に最適なシステムです。電気自動車やプラグインハイブリッド車の普及率が今後高くなるにつれて、トライブリッド型の普及も進んでいくと考えられています。
【トライブリッド型の特徴】
一方、これまで太陽光も蓄電池も導入しておらず、まとめて新規に導入するという場合には、自家消費/売電向けの交流変換と、直流のまま蓄電池に送るという2つの機能を併せ持つハイブリッドパワーコンディショナーがお勧めです。
2台必要だったパワーコンディショナーが1台で済み、また交流への変換で発生する発電ロスなく蓄電池に溜めることができます。ただし、ハイブリッドパワーコンディショナーが故障してしまうと、蓄電池も太陽光発電も使えなくなってしまうデメリットもあります。
太陽光システムもと蓄電池を同時に導入すると言う場合には、ハイブリッドパワーコンディショナーにはこうしたデメリットがあることもしっかり踏まえた上で、システム選びにのぞんでください。ハイブリッドパワーコンディショナーのメリットを優先して選ぶか、リスク低減のために敢えてパワーコンディショナーを2台設置するかは、ご自身の考え方次第です。判断がつかないという場合には、信頼できる設置業者に相談してみてください。
HEMSはHome Energy Management System（ホーム エネルギー マネジメント システム）の略称で、エネルギーの見える化や家電・電気設備の最適な制御に必要な管理システムです。政府が掲げるエネルギー政策の重要な根幹の一部となっており、2030年までにすべての住まいにHEMSが導入されることを目指しています。
HEMSの導入によって家電・電気設備の稼働がネットワーク化され、タブレット端末やPCから遠隔操作・自動制御が可能に。帰宅前にエアコンをつけて部屋を快適な温度にしたり、電気代の安い夜間に洗濯機が自動で稼働するようにしたりといったことができ、快適な住環境を実現できます。
また、あらかじめ設定した家全体の使用電力量の日割り目標値を超えた場合は、家電・電気設備を自動制御することもでき、電気代の節約にもつながるメリットがあります。
HEMSの導入で、家庭内で使用するエネルギーを数値で見える化できます。目に見えないエネルギーを数値で見える化することによって電気の無駄づかいや使用傾向が分かり、節電・節約の意識が自然と向上。具体的な数値目標も立てやすくなり、節電・節約に向けた取り組みにつながるメリットがあります。
HEMSを導入するにあたって過去に補助金が交付されていたことはありますが、2023年時点で国からの補助金制度は制定されていません。自治体によっては独自に補助金を交付しているところもあるので、お住まいの自治体にご確認ください。HEMSの普及は政府主導の取り組みのため、国からの補助金制度が今後制定される可能性もあります。導入を検討する際は、活用できる制度がないかチェックしてみると良いでしょう。
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