太陽光発電・蓄電池

蓄電池は、災害時の非常用電源や電気代の節約、太陽光発電でつくられた電気の自給自足などで、現在注目を集めています。
蓄電池がどのような原理や仕組みなのか、どのような種類があるのか疑問をお持ちの方もいらっしゃるのではないでしょうか。

この記事では、蓄電池の仕組みや動作をシンプルにご紹介します。また、蓄電池が電池の中で何に分類されるのか、どのような蓄電池があってどのような場所で使われるのか、相乗効果が期待される太陽光発電と併設した場合のメリットや注意点についてもご説明します。

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【目次】

そもそも電池とは？

“電池”と聞くと、身近なものでは乾電池や充電池(充電式電池)が頭に浮かぶと思います。 乾電池は一次電池と呼ばれ、使い切りの電池です。それに対して、充電を行うことで繰り返し使用することができる電池を二次電池と呼び、充電池や蓄電池は二次電池に含まれます。
一次電池と二次電池、いずれも電池内部の化学反応によって電気を起こし、そのエネルギーを取り出す化学電池です。化学電池の他には、太陽電池のように物理的なエネルギーを電気エネルギーに変換する物理電池があります。
つまり蓄電池とは、化学電池の中の二次電池に分類された電池ということです。

化学電池	一次電池(乾電池など)、二次電池(充電池・蓄電池)、燃料電池　など
物理電池	太陽電池　など

　

蓄電池の構造（リチウムイオン電池）

蓄電池の構造について、リチウムイオン電池を例にとって説明します。
リチウムイオン電池は、一般的には、正極（プラス極）・負極（マイナス極）・ 電解液・セパレータで構成されています。

• リチウムイオン電池の概念図

蓄電池の仕組み・充電と放電とは？（リチウムイオン電池）

放電

リチウムイオンを含んだ負極の材料からリチウムイオンが放出され正極に移動し、そのときに電子が回路を通って負極から正極に移動することで電力を使用することができます。これが放電です。

充電

電流を流し負極へ電子を取り込ませると、正極側にあったリチウムイオンが負極へ移動し充電することができます。 負極にリチウムイオンがたまると、上に述べた放電が再びできるようになります。
リチウムイオン電池は、リチウムイオンを動かして充電と放電をループすることが可能な二次電池の動作をします。

蓄電池の種類ごとの特長と使用例

蓄電池にはリチウムイオン電池や鉛蓄電池、ニッケル水素電池などの種類があり、種類によって電極に使っている材料や電解液は違います。この章では、各蓄電池の特長と使用例をご紹介します。

鉛電池の特長と使用例

鉛蓄電池とは、電極に鉛を使用して作られた蓄電池のことです。放電性能が安定しているのが特徴で、自動車用のバッテリーや非常用のバックアップ電源などによく使用されます。蓄電池の中でもっとも古くから利用されており、リサイクルの環境が整っているエコな蓄電池です。原料である鉛は比較的安価に入手できるため、製造にかかるコストを安く抑えやすいメリットがあります。一方で、鉛を使用するため本体が重くなる点がデメリットです。

ナトリウム硫黄電池の特長と使用例

ナトリウム硫黄電池は、ナトリウムと硫黄を原材料として作られる蓄電池です。エネルギー密度が高く、かつ蓄電容量も大きいため、大規模な工場・商業施設などにおける停電対策として活用されています。鉛蓄電池と比べてサイズが小さく、設置場所をあまり選ばないのも魅力です。

ニッケル水素電池の特長と使用例

ニッケル水素電池は、電極にニッケル酸化化合物と水素化合物を用いた蓄電池です。過充電や過放電に比較的強い特性があり、乾電池タイプの蓄電池やハイブリッドカーのバッテリーなどに活用されています。ニッケル水素電池のデメリットとしては、自然放電が生じやすい点が挙げられます。いつの間にか充電量が減少しており、使いたいタイミングで使えないケースもあるため、こまめに充電することが大切です。

リチウムイオン電池の特長と使用例

リチウムイオン電池とは、電極の間をリチウムイオンが移動することで充放電を行う蓄電池です。エネルギー密度がとても高いため、小型で軽量、かつ大容量のバッテリーを作りやすいメリットがあります。自己放電も小さいことから、スマートフォンやノートパソコン、EV（電気自動車）のバッテリー、住宅用蓄電池など幅広い用途で利用されています。

家庭用リチウムイオン蓄電池について

前述のリチウムイオン電池は、住宅に設置されている家庭用蓄電池の主流となっています。正極にはコバルト、マンガン、ニッケルを含む3元系材料やリン酸鉄リチウムなど、負極には炭素材料が用いられます。 また、家庭用リチウムイオン蓄電池では、電解液が液体のものと、クレイ型(電解液が電極に練りこまれて一体になっているもの)があります。

京セラのリチウムイオン蓄電池Enerezzaは、世界初^※1クレイ型リチウムイオン蓄電池です。
衝突試験^※2・釘刺試験および圧壊試験^※3において、発煙・発火がなく、Enerezzaの高い安全性が証明されています。

• ※1クレイ型蓄電池として（2019年10月京セラ調べ）
• ※2JIS C 8715-2に規定されている衝突試験
• ※3SAE J2464 NOV 2009 に規定されている試験項目 4.3.3 釘刺試験、4.3.6圧壊試験

注目のテクノロジー：クレイ型リチウムイオン蓄電池

蓄電池Enerezza（エネレッツァ）の災害対策と安全性について

　

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家庭用太陽光発電システムと蓄電システムの機器構成と仕組み

太陽光発電システムは、屋根に設置された太陽光パネルに太陽光が当たると発電します。この電気は直流の為、家庭で使用できる交流にパワーコンディショナを使って変換します。パワーコンディショナから家庭の分電盤に接続し、自動的に電気を買ったり、余った電気を売ったりできるという仕組みです。
蓄電システムは、太陽光発電の余った電気や安い時間帯の電気を蓄えて使います。また、停電時の電源確保の役割もあります。

• ※4電力会社の系統の状況により、逆潮流電力（需要者側から電力系統側に送る電力）が制限され、太陽光発電システムからの売電電力量が少なくなる可能性があります。 このような状況が頻繁に発生する場合は、電力系統側での対策が必要な場合がありますので、販売窓口にご相談ください。
• ※5蓄電池で貯めた電気を売電することはできません。

太陽電池の仕組みについて

太陽光発電と蓄電池を一緒に設置するメリット

太陽光発電と蓄電池を一緒に設置した場合のメリットを3つご紹介します。

長期停電の対策ができる

蓄電池だけ設置する場合でも停電時のバックアップ電源として使用することができますが、使用できる電力量は蓄電池に充電できていた分のみです。太陽光発電と併用することで、日中晴れていた場合は太陽光発電で作った電気を蓄電池にためることができます。太陽光発電で作った電気を利用することで、長期停電に備えることができます。

購入電力削減の経済効果が期待できる

太陽光発電が日中に発電して余った電気を蓄電池にためておき、夜間の発電していない時間帯に自家消費することで、購入電力を減らし、節電と同時に電気代の節約にもつながります。
経済効果については、設置する太陽光発電の容量や、ご家庭の使用電力量、蓄電池の容量によって変わりますので、事前にシミュレーションをして確認しましょう。

シミュレーションはこちら

環境負荷が少ないクリーンエネルギーで生活ができる

蓄電池の「グリーンモード」「フルグリーンモード」を選択することで、太陽光発電でつくられたクリーンな電気を蓄電池にためて、発電していない時間帯に家庭で余すことなく使うことができます。
クリーンな電気を積極的に利用することで、持続可能な脱炭素社会の実現にも貢献することができます。

太陽光発電と蓄電池の併用はグリーンモードがおすすめ｜環境負荷を減らす方法とは

太陽光発電と蓄電池を一緒に設置するときの注意点

太陽光発電と蓄電池を一緒に設置した場合に注意すべき点を3つご紹介します。

各機器を単体で導入する場合と比較して初期費用が高い

太陽光発電と蓄電池を併用することで、節電効果がアップしたり、長期停電に備えることができますが、各機器を単体で導入するコストと比べると初期費用は高くなります。
太陽光発電と蓄電池を一緒に設置することで、太陽光発電で作った電気を活用することができるため、イニシャルコストだけでなく、ランニングコストを視野に入れた費用対効果の検討をしてはいかがでしょうか。

設置スペースの確保が必要

太陽光発電のパワーコンディショナや蓄電池のパワーコンディショナ・電池ユニットなどの設置スペースの検討が必要です。機器によっては屋外だけでなく屋内設置も可能です。
機器によって設置条件が異なりますので、設置場所についてはメーカーや設置業者にご相談ください。

住宅用蓄電池の設置工事の流れについて

設置済みの太陽光発電に蓄電池を後から設置する場合の注意点

既に太陽光発電が設置済みの住宅に、蓄電池を後から設置する場合は、太陽光発電設備と問題なく接続できるかチェックする必要があります。太陽光発電の系統数により、設置できる家庭用蓄電池の種類が限られる場合もあるため、検討の際はメーカーに相談しましょう。

まとめ

この記事では、蓄電池の仕組みや動作、種類をご紹介しました。
家庭用の蓄電池は、太陽光発電と一緒に導入することで相乗効果が期待されます。 太陽光発電システムと併設した場合のメリットや注意点についても事前に確認いただくことをおすすめします。

太陽光発電や蓄電池の導入をご検討の場合は、ぜひ京セラへお問い合わせください。

●「エネレッツァ」「Enerezza」「Enerezza（ロゴ）」は京セラ株式会社の登録商標です。

　

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