世界的に脱炭素社会が叫ばれている中、太陽光発電を主電源にするオフグリッドは発電時にCO2を発生せず、非常にクリーンなシステムといわれています。
日本ではあまり聞きなじみのないオフグリッドですが、山間部など、電線が届かない場所でも電力を作り出すことができるため、欧米では一般的な電力システムの一つとして認識されています。蓄電池と組み合わせることによって、完全エネルギー自給自足も可能にするといわれています。今回は蓄電池とオフグリッドについて解説します。
オフグリッドとは
グリッドとは、電力を各地に送るための送電網、電力網のことです。
一般的にオフグリッドとは、送電線とつながっていない状態、つまり電力会社に頼らずとも電力を自給自足している状態のことです。送電網から独立した発電システム、主に自立型の太陽光発電を指します。再生可能エネルギーから発電を行い、電力を自給自足するため、エネルギーをいつでもどこでも、どんな環境でも自給自足できる特徴があります。
オフグリッドは、環境に負担をかけない自然エネルギーを主電源とした電気の自給自足を可能にするため、山間部など電線を通せないような場所でも安定した電源を確保できる画期的なシステムです。
欧米諸国では一般的なエネルギーシステムとなっています。欧米では電力インフラが整っていない山奥や電力売買よりも自己消費のメリットが高い地域などで、オフグリッドは一般的な電力システムとして知られています。
送電線は各電力会社が管理し、発電所で発電された電気は送電線を通り、変電所経由で各家庭に送られます。しかし、オフグリッドは送電網と繋がっていないため、送電されてくる電気は使用できません。停電の影響を受けないため、信号や防犯カメラなどに利用されています。
平常時は送電系統に繋いで、系統電力と自家発電を共存させ、長期間の停電などの緊急時には完全にオフグリッド状態でも自給自足できるシステムがどんどん普及しつつあります。
しかし、オフグリッドは自然エネルギーから発電を行うため、発電量は天候に左右されます。そのため、一般家庭で使用電力を全てオフグリッドで自給自足するのは発電量が不安定になり、蓄電池との併用が前提となるでしょう。
オフグリッドのメリット
オフグリッドのメリットは以下の通りです。
電力使用料金ゼロ
1つ目は「電力使用料金があまりかからない」です。
オフグリッドは太陽光などの再生可能エネルギーを主電源とするため、電力会社の電力を極力購入する必要がなく、電気使用料金を一般家庭に比べて少なくすることができます。
オフグリッドは災害リスクや電力価格変動もないため、安定した電力を安価で持続的に使用することができます。
環境にやさしい
2つ目は「環境にやさしい」です。
オフグリッドは発電の際に地球温暖化の原因である二酸化炭素を排出しないため、非常に環境にやさしいクリーンなエネルギーといえます。
また、日本はエネルギー資源のほとんどを輸入に頼っていますが、太陽光という無尽蔵のエネルギーを活用する太陽光発電や水力発電などの再生可能エネルギーは自国でエネルギーを作り出し、使うことができます。太陽光はオフグリッドの主電源として、年々深刻化するエネルギー資源問題を解決します。
非常時電源として使える
3つ目は「非常時電源として使える」です。
蓄電池と併用すれば電気を貯めておくことができるため、長期間の停電が発生しても冷蔵庫、インターネット、テレビ、携帯電話などが使用できますので、ある程度は普段通りの暮らしができ、安心することができます。また、営業活動の継続も可能であり、監視カメラ、防犯設備の維持も可能です。
困ったらオフグリッド専門スタッフに相談しよう
オフグリッドは、住宅連系型システムと違い自立した発電システムですので、増設にも対応しやすいです。太陽光パネル1枚から設置できるため、低コストで状況に合わせてシステムを大きくしていくことができます。
設置する場合、使用する機器の消費電力や使用時間、雨天時の予備蓄電分を想定したシステム構築が必要です。
電化製品を選ぶ場合、冷蔵庫などの使用時間の長く消費電力量が多い機器や洗濯機、掃除機などモーター搭載の起動電力の大きな機器は大規模なシステムが必要となります。
出来る限り低コストでオフグリッドを導入したい場合、オフグリッド専門スタッフに相談するのがいいでしょう。
オフグリッドシステムの基本システム
オフグリッドシステムの基本システムは以下の通りです。
①太陽光発電で電力を作り出す
②充電コントローラを経由し一旦蓄電池に電気を貯める
③目的に合わせ家電へ電力を流す
一般的な100V家電製品の場合、蓄電池に蓄電した電力をDC/ACインバータを経由して交流電気に交換後、機器を接続します。直流機器の照明やテレビ、扇風機などは蓄電池やコントローラから電気を取り出します。
オフグリッドシステムに必要不可欠なアイテムの説明は以下の通りです。
太陽光パネル
1つ目は「太陽光パネル」です。
太陽光パネルは、太陽の光が明るければ明るいほど発電するというわけではありません。設置方角や角度によって発電量が異なり、太陽が直角に当たる時に一番発電します。
太陽の位置は1日の中で変わるため、晴天時における有効日射時間は3～4時間程度です。南向き、角度30度に設置すると年間を通じ安定的に発電できるでしょう。
充電コントローラ
2つ目は「充電コントローラ」です。
充電コントローラは太陽光パネルで発電した電気を蓄電池へ適正に充電するための制御を行い、蓄電池の過充電や過放電、太陽光パネルへの電力逆流を防ぎます。
最近ではラインナップが豊富になりつつあり、充電時のロスを低減できるMPPT方式コントローラも発売されています。
蓄電池
3つ目は「蓄電池」です。
蓄電池は直流電力を蓄電します。
太陽光パネル容量や蓄電池の種類にもよりますが、3日〜1週間程度の消費量に相当する電力を貯められる容量を選ぶことをおススメします。蓄電池の場合、容量が小さすぎると雨天が続いた際などに不安が高まることに加え、放電深度が深くなると電池の寿命が早まりますので、容量の目安として20〜30kWhを見ておくのがよいでしょう。
使用する電池の種類は以下の通りです。
・再生鉛電池（2〜5万円／kWh）
・リチウムイオン蓄電池（7.5〜20万円／kWh）
費用を抑えたいのなら再生鉛電池、長寿命を期待するならリチウムイオン電池です。再生鉛電池は、寿命の短さや設置にかなりのスペースを取ることから、住宅メーカーの商品などではリチウムイオン電池が標準型です。
たとえば、それぞれ20kWhを導入するとします。
・鉛電池：約50万円（使用回数800回）
・リチウムイオン電池：150万円（使用回数4,000回以上）
導入時は価格の安さだけでなく、将来のメンテナンスや買い替え費用も考えて選択すると良いでしょう。
蓄電池の種類によっては充電電圧が合わず、満充電にならないものもあるため、システムや充電コントローラの組み合わせにも気をつけましょう。
DC/ACインバータ
4つ目は「DC/ACインバータ」です。
DC/ACインバータは直流電力を交流電力100Vへ変換します。使用する機器の消費電力や起動電力に応じて機種や出力Wを選択します。擬似正弦波（矩形波）タイプの場合、100V機器が正確に作動しないことがあるので要注意です。
直流機器
5つ目は「直流機器」です。
直流機器とは、太陽光パネルおよび蓄電池からの直流電力で稼働します。12Vまたは24Vで稼働する直流機器の一覧は以下の通りになります。
・直流冷蔵庫
・換気扇
・直流テレビ
・オーディオ
・直流LED照明
・直流12VLED照明
・屋外用直流LED照明
・防水タイプ直流換気扇 トイレ用
直流LED照明は、一灯あたりの消費電力は0.2Aから0.5A程度であり、もし3灯を12時間点灯しても消費電力量7.2Ahと省電力であり、50Wパネル1枚でも賄えるでしょう。
交流変換によるロスが発生しないため電力を有効に利用することができます。
現時点では完全な自給自足は採算が合わない
太陽光パネルの1年の発電量は1kWあたり1,140Whです。365日で割ると1日3.12kWhですが、発電量は0.2～7.7kWhと日によってかなり差が出ます。オフグリッドにした場合、長期間の雨で電気が使えないとなると日常生活に支障が出るため、事前に多めに発電できるよう太陽光パネルの容量に余裕を持たせなければいけません。
そうなると、蓄電池の容量とのバランスで多少数字は変わりますが、消費量の倍程度は発電できる設備を整えておくのがいいでしょう。
たとえば、1日5kWh程度の電力消費がある家庭の場合。
5kWh×365日×2倍＝3,650kWh
年間3,650kWh の発電が可能な約3.2kWの太陽光パネルの設置が必要となります。
太陽光パネルは30万円/kW前後なので、この場合100万円弱かかることになります。
雨季のために必要量の倍の太陽光パネルを設置する、ということはせっかく発電した電力の半分を無駄にすることになります。太陽光パネルが故障してしまえば、電力を家に流すこともできず、太陽光パネル自体がゴミになってしまいます。完全な自給自足は採算が合わないため、系統に電力を繋げて、蓄電池とオフグリッドを組み合わせて自給率を100%にしつつ、余剰分は売電といった選択肢を取ることをオススメします。
通常の電気代よりも高くなる
たとえば、毎日平均5kWh電力を使用している一般家庭の場合。
太陽光発電：3.5kW
リチウムイオン蓄電池：21kWh
費用総額：270万円
1kWhあたりの価値：98円（15年分の電力使用量で初期費用を割った場合）
5（kWh）×365（日）×15（年）＝27,375（kWh）
通常の電気代は約30円程度ですので、買電単価の約3倍のコストがかかることになります。
さらに、15年の内に蓄電池の交換や太陽光パネルのメンテナンスなどの費用がかかります。
まとめ
蓄電池とオフグリッドについて解説してきました。以下、まとめとなります。
・オフグリッドとは送電網から独立した発電システム。主に自立型の太陽光発電システムを指す
・蓄電池と併用することで自家発電自家消費が可能となるが、オフグリッドだけの完全自給自足生活は難しい
・発電時にCO2を出さない非常にクリーンなエネルギーシステム
オフグリッドは天候に左右されるため採算が取れず、完全電力自給自足は難しいです。しかし、山間部など電線が引けない場所でも電力を使うことができ、太陽光を主電源とするため発電時にCO2を出しません。脱炭素社会を目指すこれからの私達に必要となってくるシステムといえるでしょう。