太陽光発電システムには、メガソーラーのような大規模な商業用設備から、家庭向けの小規模なシステムまでさまざまな種類があります。この記事では、住宅の屋根に設置して、発電した電気を自宅で使用したり、余った電気を売電できる「住宅用太陽光発電システム」について説明します。

住宅用太陽光発電システムの基本的な仕組みは、「発電」「変換」「振り分け」「利用」を順に詳しく見ていきましょう。

蓄電池の仕組み

電気をつくる

まず最初に、ソーラーパネルで電気を発電します。ソーラーパネルは「太陽電池モジュール」とも呼ばれ、太陽の光が当たることで、光エネルギーを電気に変換します。住宅用の太陽光発電システムでは、このソーラーパネルが発電の要となります。

電気を変換する

太陽電池モジュールで発電された電気を家庭で利用できる形に変換します。太陽電池モジュールが生み出す電気は、そのままでは家庭内で使用できません。というのも、発電された電気と私たちが普段使っている電気では、性質が異なるからです。

具体的には、太陽電池モジュールが生成する電気は「直流（DC）」であるのに対し、家庭で使用する電気は「交流（AC）」です。したがって、直流を交流に変換する装置が必要になります。

次に、交流に変換された電気は、分電盤を介して各部屋や家電製品へと振り分けられ、家庭内で利用されます。また、発電した電気が余った場合には、電線を通じて電力会社に売電することも可能です。これにより、自家発電した電気を無駄なく活用できます。

電気を使う

太陽光発電で作られた電気は、蓄電池などに蓄えない限り、その場で使用するか、売電するしか方法がありません。そのため、基本的には発電した電気は日中に消費されることになります。

家庭用もパソコン用も蓄電池の仕組みは同じ

身近なリチウムイオン電池を使用した製品といえば、ノートパソコンやスマートフォンが代表的です。リチウムイオン電池は、大容量のエネルギーを蓄えられるうえ、小型化が可能な点が特徴です。

実際、これらの電子機器に使われている蓄電池と、太陽光発電と組み合わせて使用される家庭用の定置型蓄電池も、基本的な蓄電の仕組みは同じです。また、用途に応じて蓄電容量を柔軟に調整できることも、リチウムイオン電池の大きな利点のひとつです。このように、リチウムイオン電池は私たちの生活のさまざまな場面で役立っています。

太陽光発電と蓄電池を併用したときの電気の流れ

太陽光発電と蓄電池を組み合わせることで、発電した電気を蓄えておくことが可能になります。

通常、太陽光発電システムでは、「発電」「変換」「振り分け」「使用」という4つのステップで電気を活用しますが、蓄電池を併用することで、このプロセスに「蓄電」というステップを追加できるのです。これにより、余った電気を効率的に貯めて、必要なときに使うことができるようになります。

太陽光発電と蓄電池を併用したときの電気の流れ

蓄電池は、電気をためておくことができる便利な装置です。その仕組みはとてもシンプルです。
蓄電池の中には、プラス極とマイナス極という二つの電極があり、その間に電解液が入っています。電気を出すときには、これらの電極の間を電子が移動することで電流が生まれます。そして、電気をためるときは、この電子の流れを逆にすることで、再び電気をためることができるのです。
蓄電池の種類によって、電極に使われる物質や電解液の種類は様々ですが、基本的な仕組みは同じです。

蓄電池の働き

ご家庭に蓄電池を設置することで、より安定した電力供給と、災害時の安心を実現できます。

平常時には、太陽光発電で生成された余剰電力などを蓄え、夜間など電力料金が高い時間帯に利用することで、電気料金の削減に貢献します。また、蓄電池の運転モードを調整することで、電力会社との売買電力を最適化することも可能です。

停電時には、蓄電池から電力を供給し、照明や冷蔵庫など、生活に必要な家電製品を一定時間使用することができます。特に、災害時など、長時間の停電が予想される場合に、蓄電池は頼りになる存在です。

システムは、一般負荷電源ライン（青線）と重要負荷電源ライン（緑線）に分かれており、蓄電池はそれぞれのラインに接続されています。蓄電池の状態は、通信ライン（赤点線）を経由して、操作パネルやスマートフォンアプリでいつでも確認できます。

停電時において、重要負荷電源ラインは系統との接続が遮断されており、感電事故や系統への影響を防止しています。

蓄電システムは、停電発生時に自動的に起動し、重要負荷への安定的な電力供給を担います。

重要負荷電源ラインは、系統との電気的絶縁が確保されており、停電時の安全性を高めています。蓄電システムは、停電を検知し、瞬時に切り替わることで、無停電運転を実現します。

充放電の原理

バッテリーは、小さな発電所のようなものです。 プラス極とマイナス極という二つの部屋があり、その間を電解液という特別な液体が入っています。電気を使い始めると、マイナスの部屋から電子が飛び出し、プラスの部屋へと移動します。この電子の移動が、電流となって私たちの生活を支えているのです。

充電は、この電子の流れを逆にする作業です。まるで、川の水を上流に戻すようなものです。エネルギーを使って、電子をプラスの部屋からマイナスの部屋へと戻すことで、再び電気をためることができるのです。

バッテリーの種類は、電極に使われている物質や電解液の種類によって様々です。よく知られているリチウムイオン電池は、リチウムイオンが電極間を移動することで電気を生み出します。

バッテリーの仕組みは、一見複雑に見えますが、基本的な原理はシンプルです。プラス極とマイナス極の間で電子が移動することで電気が生まれ、その移動を逆にすることで充電が行われるのです。

蓄電池の種類と特徴

蓄電池には、鉛蓄電池などの従来型電池に加え、リチウムイオン電池のように高いエネルギー密度と出力密度を両立する次世代電池も存在します。特に、リチウムイオン電池は、その優れた充放電特性から、家庭用蓄電池として注目を集めています。

種類	特徴
鉛蓄電池	正極に二酸化鉛、負極に鉛を使った蓄電池。古くからあり、車の補機用バッテリーによく使われています。
ニッケル水素電池	正極にニッケル酸化化合物、負極に水素化合物を使った蓄電池。ハイブリッド車の動力源としても使われています。
リチウムイオン電池	正極にリチウムを含む材料が使われている蓄電池。スマホやパソコン、電気自動車（EV）など幅広い用途で使われています。

エネルギー分野で利用可能な蓄電池は4種類になります。

各蓄電池によって自動車用や出力安定化用として、様々な特色を活かし開発・利用されています。

NAS電池

リチウムイオン電池

鉛電池

ニッケル水素電池

蓄電池の導入のポイント

「蓄電池選び」 は、ご家庭の電気の使い方や、将来のライフスタイルに合わせて、慎重に行いたいものです。 ただ単に「メーカーを選ぶ」のではなく、ご自身のライフスタイルや、住環境に合った蓄電池 を選ぶことが大切です。

“エコ×エネの相談窓口”では、⾃宅に居ながらにして、複数の優良販売施⼯会社の⾒積もり依頼を最短60秒で比較することが可能になります。

家庭用蓄電池の選び方/停電時の違い

メーカー	シャープ	パナソニック	伊藤忠商事	オムロン	京セラ
商品
容量	4.2/6.5/8.4/9.5kWh	5.6/11.2kWh	9.8kWh	6.5/9.8/16.4kWh	3.2kWh
設置	屋内外	屋内	屋外	屋内外	屋外

導入目的を明確化することが必要です。
蓄電容量によって使える電力量が異なるので、生活スタイルや太陽光発電の売電量に合わせて選びましょう。

寿命

各種
蓄電池の種類	鉛	ニッケル水素	リチウムイオン	MSA
エネルギー化	×（35	△	◉	○
寿命（サイクル）	17年3150回	5-7年2000回	10年3500回	15年4500回

充放電の回数には寿命があり、保証されている回数を超えると蓄電容量が減ってきます。蓄電池の寿命はどれくらいなのかということも知っておきたいですね。

サイズ

メーカー	シャープ	パナソニック	伊藤忠商事	オムロン	京セラ
容量	4.2kWh	5.6kWh	9.8kWh	6.5kWh	3.2kWh
商品
サイズ	幅500mm 高さ605mm 奥行き360mm	幅480mm 直径610mm 高さ230mm	幅762mm 高さ1145mm 奥行440mm	幅490mm 高さ847mm 奥行147mm	幅530mm 高さ650mm 奥行き266mm

蓄電池のサイズは、メーカーや容量によって大きく異なります。設置場所の広さや形状に合わせて、ぴったりのサイズを選ぶことが大切です。そのため、購入前に必ず設置場所の寸法を測り、専門業者に設置の可否を相談することをおすすめします。特に、設置場所が狭い場合や、複雑な配線が必要な場合は、事前に現場調査を行ってもらうと安心です。

太陽光発電との併用

※地域や条件によって異なります

再生可能エネルギーへの関心が高まる中、太陽光発電は多くの人々に利用されるようになりました。しかし、天候によって発電量が変化したり、停電時に電気が使えなくなるなど、不安な点も残っています。

そこで注目されているのが、太陽光発電と蓄電池を組み合わせたシステムです。このシステムでは、昼間に太陽光で発電した電気を蓄電池に貯めておき、夜間や曇りの日、そして停電時にも利用できます。これにより、電気料金の節約だけでなく、災害時にも安心できる暮らしを実現できます。

蓄電池には、ご家庭の電気の使い方に合わせて、自動で充電・放電をコントロールする機能が付いています。また、電気自動車と連携することで、車のバッテリーも家庭の電力の貯蔵庫として活用できます。

ハイブリッドパワーコンディショナーなら変換ロスを抑え停電時も安心

ハイブリッドパワーコンディショナー：太陽光発電と蓄電池を効率的に繋ぐ、未来のエネルギーシステム太陽光発電システムにおいて、発電された電力を家庭で使える形に変換する装置として「パワーコンディショナー」が欠かせません。従来は、太陽光パネルと蓄電池それぞれに別々のパワーコンディショナーが必要でした。これは、まるで異なる言語を話す人同士が会話をするために、翻訳者を2人挟むようなもので、変換の度にエネルギーロスが発生していました。

ハイブリッドパワーコンディショナーは、この問題を解決するために開発された画期的な装置です。太陽光パネルと蓄電池の両方を1台のパワーコンディショナーで制御することで、電力変換の回数を減らし、エネルギーロスを最小限に抑えます。

メーカー	シャープ	パナソニック	伊藤忠商事	オムロン	京セラ
商品
価格(希望小 売価格)	1,800,000円 (代表型番 JH-WBP41E)	1,580,000円	2,850,000円	2,660,000円 (フレキシブル 蓄電池6.5kWh)	2,520,000円

本体価格の他に、設置工事等の費用も掛かります。また地域によっては、補助金の金額も異なります。見積りを依頼した業者さんに問い合わせてみましょう。

太陽光発電と蓄電池は同時に設置するのがおすすめ！

太陽光発電でつくった電気を効率よく自家消費したいなら、蓄電池を一緒に使うのがおすすめです。

太陽光発電は、太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換するクリーンな再生可能エネルギーです。まるで、太陽という大きな光合成工場で、自然の恵みを電気という形で収穫しているようなものです。しかし、太陽光発電には、太陽の光が当たる日中しか発電できないという大きな特徴があります。

一方、私たちの生活は昼夜を問わず電気を使います。特に、照明や家電製品の使用が多い夜間には、太陽光発電だけでは電力が不足しがちです。この発電と消費のバランスのずれを解消するために、蓄電池が注目されています。

蓄電池は、太陽光発電で作った余剰電力を蓄えておき、必要な時に取り出して使える装置です。まるで、収穫した野菜を冷蔵庫に保存しておき、食べたい時にいつでも取り出して食べられるように、太陽光発電で作った電気を蓄電池に貯めておけば、夜間や曇りの日でも安定して電気を供給することができます。

今後、太陽光発電と蓄電池の存在感は増していく

日本政府は、2050年までに温室効果ガスの排出量を実質ゼロにする「カーボンニュートラル」の実現を目指しています。この目標達成のため、再生可能エネルギーである太陽光発電への注目が高まり、住宅への導入がますます進んでいくことが予想されます。

太陽光発電は、自宅で発電した電気を自家消費できるだけでなく、余剰電力を売却することも可能です。しかし、太陽光発電は日照条件に左右されるため、発電量が変動しやすく、夜間や曇りの日は発電量が低下してしまいます。

そこで、蓄電池の導入が注目されています。蓄電池は、太陽光発電で作った電気を蓄えておき、必要な時に利用できる装置です。これにより、日中の発電量が多い時間帯に電力を蓄え、夜間や曇りの日など、発電量が不足する時間帯に利用することが可能になります。

自治体からの蓄電地システムの補助金は出るの？

令和4年度(2022年度)は、まだ確定していません。4月以降随時、市や国からの補助金が確定していきます。

自治体からの蓄電池の補助金は太陽光が必須？

補助金の支給条件は、都道府県や市区町村によって違います。

令和4年度(2022年度)の内容は4月以降随時確定していきます。

蓄電池＋αで知っとこ！

みんな電力のENECTパワープールは、まるで、農家さんから直接新鮮な野菜を買うようなものです。従来の電力会社を通さずに、太陽光発電で作った電気を直接、その電気を必要としている企業に届けることができるのです。

企業は、自分が応援したい再生可能エネルギーの発電所から、直接電力を購入することができます。例えば、地元の風力発電所から電力を購入することで、地域貢献にもつながります。

まとめ

電池は、私たちの生活に欠かせない存在ですが、その種類は多岐にわたります。一般的に、一度しか使えない「一次電池」と、繰り返し充電して使える「二次電池」に大きく分けられます。しかし、電池の内部構造や使用する材料は非常に多種多様であり、それぞれに特徴や用途が異なります。

近年では、環境温度の変化を利用して充電できる「全固体電池」などの新たな電池の開発が進んでいます。この全固体電池は、従来のリチウムイオン電池に比べて、より安全で高容量、長寿命であると期待されており、まさに「三次電池」と呼ばれるべき存在と言えるでしょう。

全固体電池の実用化は、私たちの生活を大きく変える可能性を秘めています。例えば、電気自動車の航続距離が飛躍的に伸びたり、スマートフォンのバッテリーが一日中持続したりといったことが期待できます。ただし、全固体電池はまだ開発段階であり、実用化には時間がかかる見込みです。現時点では、リチウムイオン電池が主流であり、今後もその地位を保つと考えられます。

このように、電池の技術は日々進化しており、私たちの未来はますます明るくなっていくでしょう。しかし、新しい電池の開発には、多くの課題も存在します。例えば、コストの削減や、より安全な材料の開発などが挙げられます。これらの課題を克服し、より良い電池を開発していくためには、産学官の連携が不可欠です。