落雷や停電により突然使っていたPCの電源が落ちて、再起動したらデータが飛んでいたという経験を持つ人は結構たくさんいるのではないかと思われます。
電気は現代を生きる私達にとってなくてはならない存在です。パソコンや大規模なシステムは停電になると機能を停止し、病院でも落雷や停電が起こってしまうと生命の維持ができなくなるなど、大惨事に繋がりかねません。
そんな緊急時に普段から電気を貯蓄し、いざとなったら給電する事ができる蓄電池はすばらしい存在です。災害時にパソコンを誤作動させることなくシャットダウンさせる働きを持つUPSや省エネ・省CO2にも関係のある太陽光発電と蓄電池設備を国は推奨しており、補助金などの制度を整えています。蓄電池はこれから増々私たちに関わってくるでしょう。私たちは蓄電池とは一体何なのかを知る必要があります。
蓄電池とは一体何なのか、UPSとは具体的にどんな働きをするのかを徹底的に解説していきたいと思います。
蓄電池の種類
電池には二種類あります。
・一次電池
・二次電池
一次電池とは単三電池など放電のみで一回限りの使い捨て電池をいいます。
二次電池とは蓄電池とも呼ばれていて、一回限りではなく充電すれば何度でも使用可能な電池の事です。
蓄電池は身近な所で使われており、スマホのバッテリーや電気自動車などが有名です。自家発電で余った電力を貯めて使えるのでとても効率が良く、たとえば太陽光発電のように昼間貯めた電力を夜間に使う事ができます。
容量により使える電気量が限られており、使いすぎるといざという時に電気が貯蓄されていない場合があるので節電しながら使わなければいけません。また、蓄電池は寿命があり、大きい蓄電池を設置する場合は置く場所も用意しなければいけません。
蓄電池の種類は5つあります。
鉛蓄電池
ガソリン車に搭載されていて、エンジン起動の際に使用されます。フランスのプランテにより1859年に発明されました。充放電のエネルギー効率が他の電池よりも低く、1kWごとに5万円とコストが比較的安く、リサイクル数は3,000回と高寿命です。
ニッケル水素電池
リチウムイオン電池が出てくるまではモバイル機器のバッテリーとして主に使用されていました。マイナス極に水素吸蔵合金、プラス極にオキシ水酸化ニッケル、電解液に水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液を利用した電池です。1kWごとに10万円と少し高いですが、集電や放電が過剰に強く、急速に充放電が可能です。しかし、自然と電気が放電していく自己放電が大きく、寿命も6～7年しかないという弱みがあります。現在はハイブリッドカーのバッテリーやeneloopなどに使用されています。
リチウムイオン電池
家庭用・産業用蓄電池として用いられており、ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器のバッテリーに用いられている電池です。サイクル数35,000回、6～15年と比較的長い寿命ですが、1kWごとに20万円とコストが高いです。現在大規模施設のための大容量化が進められています。
NAS電池
日本ガイシ株式会社で製造されている、大規模電力貯蔵施設、電力負荷平準化、再生可能エネルギーを解決する装置として期待されている蓄電池です。1kWごとに4万円で、充放電時の自己放電などがないので、充放電のエネルギー効率が高まります。コストも安く、長サイクルに制限がないのでとても寿命が長いです。しかし、作動する温度が300度程度と常温では反応しないため、ストーブなどによる加湿が必要となってきます。
レドックスフロー電池
再生可能エネルギー拡大のため、電力関係者から大きな期待の目を向けられています。イオンの酸化還元反応によって充放電を行う電池であり、システムは20年の耐久性があり、発火性のない材料を使うので常温運転が可能です。
家庭用蓄電池と産業用蓄電池の違い
蓄電池には大きく分けて家庭用と産業用があります。家庭用と産業用とは値段も設備もケタが異なりますが、どちらもそれぞれ導入費を安くできる補助金の制度があります。
家庭用蓄電池
家庭用蓄電池の容量は1～15kWhまであり、最近は大容量化が進んでいると言われています。寿命やサイクル数はメーカーによって異なり、平均3,500回程で、約10年です。設置価格は工事費を含めて100～200万円と少し高めですが、国や自治団体から補助金が出ていますので規約に基づいて申し込みをし、これを機に太陽光発電や家庭用蓄電池を購入設置してみてはいかがでしょうか。
補助金は早いもの勝ちなので定員に達してしまうとその場で打ち切りになってしまいます。補助金の情報がわかったらすぐに計画を立てて申請しましょう。
産業用蓄電池
産業用蓄電池の容量は十数kWh～20kWhです。寿命はサイクル数に比例し、長くなってきています。サイクル数は8,000サイクルを超える高性能タイプもあり、価格は数百万から1,000万円を超えるものもあります。中小企業経営強化税制は実行税率が30.62％と言われています。例えば太陽光発電と蓄電池設備費の導入に500万かかったとします。中小企業経営強化税制を活用すれば、実質346万9,000円で設置できることになるのです。これはすごくお得ですよね。
4種類の家庭用蓄電設備
また、家庭用蓄電池設備はたくさんありますが、大きく4つに分けることができます。
単機能型蓄電池
オーソドックスな蓄電設備で、蓄電池と蓄電用パワコン（発電された電気を家庭用に変換する）で構成されています。独立電源単体でも使用可能で、保証期間を気にせず太陽光発電設備を使用できます。しかし、発電した太陽光の電力は通常直流であり、蓄電するには一度パワコンを通して通常利用可能な交流に変換し、更に蓄電用パワコンでまた直流に戻すためとてもロスが生じます。
ハイブリッド型蓄電池
太陽光発電用と蓄電池用、両方のパワコンが一体になった太陽光パワコンです。発電した直流電流をそのまま貯める事が可能で、変換ロスが少なく、太陽光発電を導入していない場合これ1台で済むことができます。
トライブリッド型蓄電池
トライブリットパワコンを採用しており、太陽光発電用、蓄電用、電気自動車用の3つのパワコンが一体となっています。やや値段は高いですが、これから太陽光もつけてみたいと思う人は電気自動車も利用できて大変お得です。
スタンドアローン型蓄電池(ポータブル)
主に商用電源であるコンセントから電気を貯めるタイプです。日系統連系で、ポータブル蓄電池と呼ばれています。容量は小さく、コンパクトで低価格、ポータブルなので設置工事不要で移動できるという大変すばらしいメリットがあります。しかし容量が小さく、太陽光発電と連携ができません。
UPSとは
UPSとは、Uninterruptible Power Supplyの略で、二次電池やバッテリーなどの蓄電する装置を内蔵しており、停電など外部から電力供給が途絶えても一定時間決められた出力で電力を供給する装置です。家庭用の100V交流電源等に接続して給電を受けて、同じぐらいの電力を外部に供給する装置でもあります。
つまり、蓄電池はUPSの一部で、UPSは蓄電池を利用した機器であると言えます。
不測の停電や電源トラブルから重要システムを守り、処理が終了するまで電源を保ちます。
金融機関のオンラインシステムなどの大きなシステム・設備に使われていて、非常用だけでなく省エネにも効果がある事がわかり、今後更なる効率の良い使い方が考え出されていくでしょう。
UPSのバッテリーは停電時に突然電源が落ちては困る銀行などのコンピューターシステムのために電気エネルギーを貯めています。バッテリーの品質は電源供給されている運用品質にとても影響します。寿命が近いバッテリーは突然使用できなくなる性質があります。そうなると、停電時にUPSが正常作動していても電源供給ができません。非常事態に貯蓄しておいた電源はとても役に立つので、バッテリーは常に品質低下していないか確認し、維持管理する必要があります。
緊急時に役立つUPS
停電が起こると数十秒から数分、大規模だと数時間から数日利用できない時間が生じます。電気が止まるのは停電だけでなく、送電施設に落雷事故が起こると0.2秒くらいの停電である瞬断や完全に停電まではしませんが電圧が低下する瞬時電圧低下という現象も多数発生しています。
家庭用の電気機器は100ボルトで動作します。瞬断や瞬時電圧低下が起こっても80ボルト程度までは正常に動くように設計されています。しかしこの瞬断や瞬時電圧低下が少し長くなると80ボルト以下に電圧が落ちてしまい、パソコンなどの電子機器は誤作動を起こし、最悪停止してしまうのです。そんな時にUPSはとても役立ちます。
UPSは停電が起きた時に作動中である電子機器を正常に終わらせるために必要な時間だけ利用できる前提で作られています。つまり、UPSは緊急時に端的に給電するという考えなので、蓄電できる容量が小さく、長時間電子機器を利用することはできません。緊急のために備えておく蓄電池装置だと思ってください。
まとめ
蓄電池とUPSについて解説してきました。以下、まとめになります。
・蓄電池には家庭用と産業用がある
・蓄電池はUPSの一部で、UPSは蓄電池を利用した機器
・UPSは緊急時のために備えておく蓄電池装置
長期間の停電を体験したことがある人は、電気の重要さを身に染みて感じたと思います。蓄電池装置を導入していれば停電が起こってもテレビを付けることができるので被害の状況もわかります。真っ暗な中を照らす光は何より心を明るくし、希望となるでしょう。UPSは蓄電池を利用し、パソコンなどの機器が誤作動しないよう瞬時にシャットダウンし、壊れないようにしてくれます。いざという時のために蓄電池とUPSを導入してみてはいかがでしょうか。