蓄電池はバッテリーに電気を貯められる充電装置です。地球温暖化対策や電気料金の節約などへの効果が期待されるほか、新たな住宅設備としても注目を集めています。
わが家にも蓄電池を導入したいけど、実は仕組みや特徴をよく知らない…という人も多いかもしれません。
この記事では、蓄電池の基本的な仕組みからメリット・デメリットまでを解説しています。蓄電池の全体像をご理解いただく機会になれば幸いです。
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蓄電池とはどのようなものか
蓄電池とはどのようなものか、基本的な仕組みからチェックポイント、注意点までを解説します。
蓄電池とは
蓄電池とは、文字通り電気を蓄えられる充電装置のことです。充電と放電を繰り返しながら、継続的に電気を使用しつづけられます。
電池には2種類あります。なじみのある乾電池のように、一度使い切ったら再度充電して使用することができないものは「一次電池」です。一方、一度使い切っても再び充電して繰り返し使用できるものは「二次電池」と呼ばれます。
蓄電池はこの二次電池に含まれており、使い切っても再び充電が可能です。充電して繰り返し使える二次電池は環境にやさしく、コスト削減をしやすいといったメリットがあります。
蓄電池の基本的な仕組み
蓄電池は化学反応を用いて電気を作り出し内部に蓄えています。内部は＋（プラス）極と－（マイナス）極の金属と電解液によって構成されており、電極に使用する素材によっていくつか種類がありますが、基本原理はどれも同じです。
プラス極とマイナス極の間を電子が動くことで電流が生じ、充電したり放電したりすることができます。それぞれの金属（電極）の特徴は、プラス極がイオン（＋）に溶けにくい金属、マイナス極がイオン（＋）に溶けやすい金属です。この性質の違いを利用して、電子がマイナスからプラスへ動くことによって電流が生じる仕組みです。
電気は「電気のまま」貯めることができない
蓄電池が注目を集めている根本的な理由は、電気は電気エネルギーのまま貯めることができないからです。例えば、昼間に太陽光発電設備で作った電気は、そのままの状態で夜まで蓄えることはできません。
蓄電池は化学反応を用いて電子を動かし、電気エネルギーから化学エネルギーに変換して貯める仕組みです。エネルギーの形を変えて、エネルギーの蓄積ができるようになります。
なお、電気エネルギーを位置エネルギーに変換して蓄積するのが、揚水発電です。
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蓄電池の種類
蓄電池には、「鉛蓄電池」「ニッケル水素電池」「NAS電池」「リチウムイオン電池」の4種類があります。それぞれの特徴やメリット・デメリットを紹介します。
鉛蓄電池
鉛蓄電池は、1859年に発明された長い歴史を持つ蓄電池です。希硫酸を電解液として、プラス極に二酸化鉛、マイナス極に鉛を用いています。蓄電池の中ではもっとも歴史が古く、信頼性が高くて実績も十分です。
鉛蓄電池のメリットは、コストパフォーマンスの良さにあります。他の蓄電池と比べてエネルギー効率は低いですが、その反面、低コストで長寿命です。重量が重いため、充放電を繰り返すことで性能が劣化しやすいのがデメリットです。
用途としては、自動車のバッテリー、フォークリフト、小型飛行機、電子楽器などがあります。
ニッケル水素電池
ニッケル水素電池は、環境にやさしくリサイクル性も高い二次電池の一種です。電解液に水酸化カリウム、プラス極にオキシ水酸化ニッケル、マイナス極に水素吸蔵合金を用いています。
ニッケル水素電池は急速充電に対応するほか、高出力放電を可能とし、過充電・過放電にも強い蓄電池です。また持続可能性にも優れており、繰り返し使える回数が多いのもメリットになります。デメリットは、高コストであること、重量が重いこと、バッテリーの寿命が短いことなどが挙げられます。
用途としては、時計や懐中電灯、ハイブリッドカー（バッテリー）、鉄道、モノレール、リモコンなどに使われます。
NAS電池
NAS電池は、電解液に有機電解液を用いた高出力・大容量の蓄電池です。プラス極にリチウム含有金属酸化物、マイナス極に炭素材料を用いています。鉛電池と比べて約3倍の高エネルギー密度を誇り、同じ体積でも鉛蓄電池と比較して3倍のエネルギーを蓄えられます。
コンパクトである一方、ナトリウムや硫黄など危険物が用いられ、動作温度も300度を超えるため、より安全な設置や運用が求められるのが唯一のデメリットです。
用途としては、工場のバックアップ電源（非常用電源）や大規模電力貯蔵施設に使用されています。
リチウムイオン電池
リチウムイオン電池は、パソコンやスマートフォンでおなじみの、現在最も普及しているポピュラーな蓄電池です。電解液に有機電解液を、プラス極にリチウム含有金属酸化物を、マイナス極に炭素材料を用いています。
高容量を実現し動作電圧が高いため、小型化・軽量化しやすいのがメリットです。他にも急速充電に対応することや、使用停止時の電気の消耗が少ないこと、繰り返し使用できる回数が多いなどの利点もあります。
用途はモバイル機器バッテリーの他、電気自動車のバッテリーや家庭用蓄電池などに使用されています。温度変化に弱く、発火リスクが高いのがデメリットです。
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蓄電池のメリット
蓄電池にはどのようなメリットがあるのでしょうか。主だったメリットを3つ紹介します。
太陽光発電と相性が良く、余った電気を貯めることができる
蓄電池は太陽光発電との相性が良く、どちらか一つを単体で設置するのではなく、両方を設置することでメリットを最大にできます。メリットの一つは、余った電気を貯められることです。
蓄電池を併設しない太陽光発電の場合、発電した電気は貯めることができず、発電してすぐに家庭内で使うか売電するしかありません。しかし蓄電池と一緒に設置すると、昼間に太陽光発電で発電した電気を蓄電池に貯めておき、夜間に使用することが可能となります。
卒FITで売電価格が下がった場合でも、太陽光発電の電気を自家消費することで、売電するより経済的にお得になるケースがあります。温室効果ガスを排出しない電気を使用するため、地球温暖化対策にも貢献できます。
電気料金が安くなる
電気料金の安い夜間電力を蓄電して昼間に使用することで、電気料金を節約することができます。料金の高い昼間の電力を使っていたときと比べて、光熱費を低く抑えられます。
またスマートメーターが設置されていれば、実量制によって翌年以降の契約電力と基本料金が決まるため、蓄電池の活用によってピーク時の電力使用を抑えることで、電気料金の基本料金が安くなります。
スマートメーターは、電気の使用状況を見える化できる電力量計です。使用量を計測できるだけでなく、使用量のデータを電力会社に送ることができる通信機能も備えています。
停電時に電気が使える
自宅に蓄電池があると、災害などで停電が発生しても、そのまま電気を使うことができます。特に太陽光発電と蓄電池を併設していれば、日が出ている昼間はもちろんのこと、夜間や雨天時など太陽光パネルが発電できない時間帯でも、蓄電池に蓄えた電気を使用することが可能です。
太陽光発電のみだと、停電時でも「自立運転モード」によって昼間は電気を使うことができますが、夜間や雨天時など日照のない時間帯には使えません。一方、蓄電池がセットなら、太陽光発電が発電できない時間帯や蓄電池に蓄えられた電気を、必要な時に必要なタイミングで活用できます。
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蓄電池のデメリット
蓄電池にはメリットだけでなく、以下のようなデメリットがあります。
初期費用がかかる
蓄電池の導入に関して一番の大きな問題は、初期費用が高額であることです。蓄電池の初期費用にかかる項目には、蓄電池本体価格、周辺機器の費用、工事費用などがありますが、すべてを合わせると数十万円以上となってきます。そのため、トータルの電気使用料金の節約などを試算したうえで総合的に検討する必要があります。
蓄電池の初期費用を抑えるためには、補助金を活用するのもおすすめです。蓄電池の補助金に関しては国や自治体で支援が受けられますが、どのような補助金を利用できるのか前もって調べておくのが良いでしょう。
設置スペースが必要になる
蓄電池には屋内用・屋外用がありますが、いずれにしても設置するためのスペースを確保する必要があります。前もって設置場所の状況をチェックしておきましょう。
蓄電池のサイズはエアコンの室外機1〜2台分ほどです。屋外に設置する場合はさほど心配はいらないかもしれませんが、屋内用となるとそれなりのスペースとなります。購入前にしっかりと確認しておきましょう。
容量が有限である
平時にも非常時にも活躍する蓄電池ですが、無限に充電・放電できるわけではりません。電気を貯められる容量は有限であり、容量の大きな蓄電池を購入すれば価格はそれだけ高額になります。導入の際は、電気の使い方や使う時間帯、予算を考慮したうえで、「わが家にとってベスト」な蓄電池容量を決めることが大切です。
容量は、貯められる電気エネルギー量の目安となります。容量が大きいほど蓄電池を長く使用できます。ご家庭の中で、消費電力が大きい家電製品を長時間使用する場合は、大容量の蓄電池が必須です。
また、蓄電池は経年劣化によって容量が徐々に減っていきます。寿命を超えたら交換が必要です。
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家庭用蓄電池を賢く活用しよう
「電気はそのままでは貯められない」という弱点をカバーする蓄電池は、次世代のスタンダードな住宅用設備です。今後も注目される存在ですが、気になるのは高額な初期費用です。
蓄電池を導入する際は、設備全体の費用、長期的な電気料金の試算などを丁寧に説明してくれる設置会社に相談することをおすすめします。
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