住宅用バッテリー バックアップ 2022 ガイド |種類、費用、メリットなど。

2022年になっても、太陽光発電の蓄電は依然として最もホットなテーマであり、住宅用バッテリーのバックアップは太陽光発電の最も急成長している分野であり、世界中の家庭や企業の大小に新たな市場と太陽光発電改修の拡大の機会を生み出しています。家庭用バッテリーのバックアップ太陽光発電住宅にとって、特に嵐やその他の緊急事態が発生した場合に重要です。余剰の太陽エネルギーを送電網に輸出する代わりに、緊急時に備えてバッテリーに蓄えてはどうでしょうか?しかし、蓄えた太陽エネルギーはどのようにして利益を生むことができるのでしょうか?家庭用蓄電システムのコストと収益性について説明し、適切な蓄電システムを購入する際に留意すべき重要なポイントを概説します。 住宅用蓄電池システムとは何ですか？どのように機能するのですか？ 住宅用蓄電池または太陽光発電システムは、太陽光発電システムの利点を活用するために太陽光発電システムに追加するのに便利であり、化石燃料の再生可能エネルギーへの置き換えを加速する上でますます重要な役割を果たすことになります。家庭用太陽光発電システムは、太陽エネルギーで発電した電気を蓄え、必要なタイミングで電気を供給します。バッテリーバックアップ電源は、環境に優しく、コスト効率の高いガス発生器の代替手段です。 太陽光発電システムを使用して自分で電気を生産する人は、すぐに限界に達するでしょう。正午には、システムは太陽光発電を大量に供給しますが、そのときだけ、家にそれを使用する人がいなくなります。一方、夕方には十分な電力が必要になりますが、太陽はもう輝いていません。この供給ギャップを補うために、かなり高価な電力が送電網運営者から購入されます。 この状況では、家庭用バッテリーのバックアップはほぼ避けられません。つまり、日中に使われなかった電力を夕方や夜に利用できるということです。したがって、自家発電した電気は天候に関係なく24時間利用可能です。このようにして、自家発電した太陽光発電の使用が最大 80 % まで増加します。自給率、つまり電力消費のうち太陽光発電でまかなう割合は最大60％まで増加します。 家庭用バッテリーバックアップは冷蔵庫よりもはるかに小さく、ユーティリティルームの壁に取り付けることができます。最新のストレージ システムには、天気予報と自己学習アルゴリズムを使用して、家庭の自己消費量を最大限に抑えることができる大量のインテリジェンスが組み込まれています。たとえ家が送電網に接続されたままであっても、エネルギーの自立を達成することはこれまでになく簡単になりました。 家庭用蓄電池システムには価値があるのか​​?依存する要因は何ですか? 住宅用蓄電池は、太陽光発電住宅が送電網の停電中も稼働し続けるために必要であり、夜間にも確実に稼働します。しかし、同様に、太陽電池は、電力が最も高価なときに時々その電力を再配置するだけで、そうでなければ確実に損失を出してグリッドに戻されるであろう太陽電力エネルギーを維持することにより、システムビジネスの経済性を向上させます。住宅用蓄電池は、太陽光発電の所有者を送電網の故障から守り、システムのビジネス経済性とエネルギー価格の枠組みの変更を防ぎます。 投資する価値があるかどうかは、いくつかの要因によって決まります。 投資コストのレベル。 容量のキロワット時あたりのコストが低いほど、ストレージ システムの元が早く取れます。 の寿命家庭用太陽光発電バッテリー 業界では 10 年間のメーカー保証が慣例となっています。ただし、より長い耐用年数が想定されます。リチウムイオン技術を採用したほとんどの家庭用太陽光発電バッテリーは、少なくとも 20 年間は確実に機能します。 自家消費電力のシェア 太陽光発電の設置が増えれば自家消費量が増えるほど、その価値が高まる可能性が高くなります。 系統から購入した場合の電気料金 電気料金が高い場合、太陽光発電システムの所有者は自家発電した電力を消費して節約します。今後数年間、電気料金は上昇し続けると予想されているため、太陽電池は賢明な投資であると多くの人が考えています。 系統接続料金 太陽光発電システムの所有者が受け取るキロワット時あたりの受け取りが少なくなるほど、電力を送電網に供給するのではなく貯蔵するための費用が高くなります。過去 20 年間にわたり、送電網接続料金は着実に低下しており、今後も低下し続けるでしょう。 利用可能な家庭用蓄電池システムの種類? 家庭用バッテリーバックアップシステムには、回復力、コスト削減、分散型電力生産 (「家庭用分散エネルギーシステム」とも呼ばれます) など、数多くの利点があります。では、家庭用太陽光発電バッテリーにはどのようなカテゴリーがあるのでしょうか？どうやって選べばいいのでしょうか？ バックアップ機能による機能分類: 1.家庭用UPS電源 これは、病院、データルーム、連邦政府または軍事市場が通常、重要なデバイスや機密性の高いデバイスの継続的な動作に必要とするバックアップ電源のための産業グレードのサービスです。家庭用 UPS 電源を使用すると、送電網に障害が発生しても家の照明がちらつくことさえなくなるかもしれません。ほとんどの家庭では、自宅で重要な臨床機器を実行している場合を除き、この程度の信頼性にお金を払う必要はありませんし、支払うつもりもありません。 2. 「中断可能な」電源 (全住宅バックアップ)。 UPS の次のステップは、「停電電源装置」 (IPS) と呼ばれるものです。IPS を使用すると、送電網がダウンした場合でも家全体が太陽光発電とバッテリーで稼働し続けることができるようになりますが、バックアップ システムとして家のすべてが黒または灰色になる短期間 (数秒) が確実に発生します。機器に入ります。点滅している電子時計をリセットする必要があるかもしれませんが、それ以外は、バッテリーが続く限り、すべての家電製品を通常どおりに使用できます。 3. 緊急事態用電源（部分バックアップ）。 一部のバックアップ電源機能は、送電網が実際に低下したことを検出したときに緊急事態回路を作動させることによって機能します。これにより、この回路に接続された家庭用電源装置 (通常は冷蔵庫、照明、および少数の専用電源コンセント) が停電期間中、バッテリーや太陽光発電パネルの稼働を続行できるようになります。家全体をバッテリーバンクで稼働させるとバッテリーが急速に消耗してしまうため、この種のバックアップは、世界中の家庭で最も人気があり、合理的で予算に優しいオプションの 1 つである可能性が最も高くなります。 4. 部分的なオフグリッドの太陽光発電および蓄電システム。 目を引くかもしれない最後のオプションは、「部分的なオフグリッドシステム」です。部分的なオフグリッド システムのコンセプトは、家の中に専用の「オフグリッド」エリアを作り、グリッドから電力を供給することなくシステムを維持するのに十分な大きさの太陽電池システムで継続的に動作することです。このようにして、電力網がダウンしても、家族に必要な設備 (冷蔵庫、照明など) は、何の混乱もなく点灯したままになります。さらに、太陽電池とバッテリーは送電網がなくても単独で永久に動作できるサイズであるため、追加のデバイスがオフグリッド回路に接続されない限り、電力使用量を割り当てる必要はありません。 電池の化学技術からの分類: 住宅用バッテリーのバックアップとしての鉛蓄電池 鉛蓄電池は、市場でエネルギー貯蔵用に入手可能な最も古い充電式バッテリーであり、最も低コストのバッテリーです。前世紀初頭の 1900 年代に登場し、その堅牢性と低コストにより、今日に至るまで多くの用途で好まれているバッテリーです。 それらの主な欠点は、エネルギー密度が低く（重くてかさばる）、寿命が短く、多数の装填および取り外しサイクルを許容できないことです。鉛蓄電池は、電池内の化学的バランスを保つために定期的なメンテナンスが必要です。中高周波放電や10年以上の使用には不向きです。 また、放電深度が低いという欠点もあり、寿命を長くするには、通常、極端な場合で 80%、通常の動作では 20% に制限されます。過放電によりバッテリーの電極が劣化し、エネルギーを蓄える能力が低下し、寿命が短くなります。 鉛蓄電池は充電状態を継続的に維持する必要があり、フローティング技術（自己放電効果を打ち消すのに十分な小さな電流で充電を維持する）によって常に最大充電状態で保管する必要があります。 これらのバッテリーにはいくつかのバージョンがあります。最も一般的なのは、液体電解質を使用する通気式バッテリー、弁制御式ゲルバッテリー (VRLA)、およびグラスファイバーマット (AGM – 吸収性ガラスマットとして知られる) に電解質が埋め込まれたバッテリーで、ゲルバッテリーと比較して中間の性能と低コストを備えています。 バルブ制御式バッテリーは実質的に密封されているため、電解液の漏れや乾燥が防止されます。バルブは過充電状態でガスを放出するように機能します。 一部の鉛蓄電池は定置型産業用途向けに開発されており、より深い放電サイクルに対応できます。鉛炭素電池という、より現代的なバージョンもあります。電極にカーボンベースの材料を追加すると、充放電電流が増加し、エネルギー密度が向上し、寿命が長くなります。 鉛酸バッテリー (どのバリエーションでも) の利点の 1 つは、高度な充電管理システムが必要ないことです (リチウム バッテリーの場合と同様、これについては次に説明します)。鉛バッテリーは、電解質がリチウムバッテリーとは異なり可燃性ではないため、過充電時に発火したり爆発したりする可能性がはるかに低くなります。 また、この種のバッテリーでは、わずかな過充電は危険ではありません。一部の充電コントローラーには、バッテリーまたはバッテリー バンクをわずかに過充電して、すべてのバッテリーを完全充電状態に到達させる均等化機能が備わっています。 均等化プロセス中、最終的に他のバッテリーよりも先に完全に充電されたバッテリーの電圧はリスクなくわずかに上昇しますが、電流は直列に接続された要素を通って通常通り流れます。このように、鉛バッテリーには自然に均等化する機能があり、バッテリーのバッテリー間または銀行のバッテリー間のわずかな不均衡はリスクにならないと言えます。 パフォーマンス：鉛蓄電池の効率は、リチウム電池の効率よりもはるかに低いです。効率は充電率によって異なりますが、通常は往復効率が 85% であると想定されます。 ストレージ容量：鉛酸バッテリーにはさまざまな電圧とサイズがありますが、バッテリーの品質に応じて、kWh あたりの重量がリン酸鉄リチウムの 2 ～ 3 倍になります。 バッテリーのコスト:鉛蓄電池はリン酸鉄リチウム電池よりも 75% 安価ですが、価格の安さに騙されないでください。これらのバッテリーは急速に充電または放電できず、寿命が非常に短く、保護バッテリー管理システムがなく、毎週のメンテナンスが必要な場合もあります。その結果、電力コストを削減したり、頑丈な機器をサポートしたりするのに妥当なコストよりもサイクルあたりの全体的なコストが高くなります。 家庭用バッテリーのバックアップとしてのリチウム電池 現在、商業的に最も成功している電池はリチウムイオン電池です。リチウムイオン技術はポータブル電子機器に応用された後、産業用途、電力システム、太陽光発電貯蔵、電気自動車の分野にも参入しました。 リチウムイオン電池エネルギー貯蔵容量、デューティサイクル数、充電速度、費用対効果など、多くの面で他の多くのタイプの充電式バッテリーよりも優れています。現時点で唯一の問題は安全性であり、可燃性電解質は高温で発火する可能性があるため、電子制御および監視システムの使用が必要です。 リチウムはすべての金属の中で最も軽く、電気化学的可能性が最も高く、他の既知の電池技術よりも高い体積および質量エネルギー密度を提供します。 リチウムイオン技術により、主に断続的な再生可能エネルギー源 (太陽光や風力) に関連したエネルギー貯蔵システムの使用が可能になり、電気自動車の採用も促進されました。 電源システムや電気自動車に使用されるリチウムイオン電池は液体タイプです。これらの電池は、液体電解質溶液に浸された 2 つの電極を備えた電気化学電池の伝統的な構造を使用しています。 セパレーター (多孔質絶縁材料) は、電解液中をイオンが自由に移動できるようにしながら、電極を機械的に分離するために使用されます。 電解質の主な特徴は、（導電性材料で起こるような）電子の通過を許可せずに、イオン電流（電子が過剰または不足している原子であるイオンによって形成される）の伝導を許可することです。正極と負極間のイオンの交換は、電気化学電池の機能の基礎です。 リチウム電池の研究は 1970 年代にまで遡り、技術が成熟して 1990 年代頃に商業利用が始まりました。 リチウムポリマー電池（ポリマー電解質を含む）は現在、古いニッケルカドミウム電池に代わって、携帯電話、コンピュータ、さまざまなモバイル機器に使用されています。その主な問題は、蓄電容量が徐々に減少する「メモリー効果」です。バッテリーが完全に放電する前に充電されたとき。 古いニッケルカドミウム電池、特に鉛酸電池と比較して、リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く（体積あたりにより多くのエネルギーを蓄える）、自己放電係数が低く、より多くの充電と放電サイクル数に耐えることができます。 、それは長い耐用年数を意味します。 2000 年代初頭頃、リチウム電池が自動車産業で使用され始めました。2010 年頃、リチウムイオン電池は住宅用途や電気エネルギー貯蔵分野での関心を集めました。大規模ESS（エネルギー貯蔵システム）システムこれは主に世界中で電源の使用量が増加しているためです。断続的な再生可能エネルギー (太陽光と風力)。 リチウムイオン電池は、その製造方法によって性能、寿命、コストが異なります。主に電極用として、いくつかの材料が提案されている。 通常、リチウム電池は、電池の正極端子を形成する金属リチウムベースの電極と、負極端子を形成する炭素（グラファイト）電極で構成されます。 使用される技術に応じて、リチウムベースの電極は異なる構造を持つことができます。リチウム電池の製造に最も一般的に使用される材料と、これらの電池の主な特性は次のとおりです。 リチウムおよびコバルト酸化物 (LCO):比エネルギー（Wh/kg）が高く、優れた貯蔵容量と満足のいく寿命（サイクル数）、電子機器に適していますが、欠点は比電力（W/kg）が小さいため、ロードおよびアンロードの速度が低下します。 リチウムおよびマンガン酸化物 (LMO):低い比エネルギー (Wh/kg) で高い充放電電流が可能になり、貯蔵容量が減少します。 リチウム、ニッケル、マンガン、コバルト (NMC):LCO バッテリーと LMO バッテリーの特性を組み合わせています。さらに、組成中にニッケルが存在することで比エネルギーが増加し、より大きな貯蔵容量が得られます。ニッケル、マンガン、コバルトは、用途の種類に応じて、（いずれかをサポートするために）さまざまな割合で使用できます。全体として、この組み合わせにより、優れた性能、優れたストレージ容量、長寿命、低コストのバッテリーが得られます。 リチウム、ニッケル、マンガン、コバルト (NMC):LCO バッテリーと LMO バッテリーの機能を組み合わせたものです。さらに、組成物中にニッケルが存在することで比エネルギーが上昇し、より大きな貯蔵容量が得られます。ニッケル、マンガン、コバルトは、用途の種類に応じて（特定の特性を優先するために）さまざまな割合で使用できます。一般に、この組み合わせにより、優れたパフォーマンス、優れたストレージ容量、優れた寿命、そして適度なコストを備えたバッテリーが得られます。このタイプのバッテリーは電気自動車で広く使用されており、定置型エネルギー貯蔵システムにも適しています。 リン酸鉄リチウム (LFP):LFP の組み合わせにより、優れた動的性能 (充放電速度)、寿命の延長、優れた熱安定性による安全性の向上がバッテリーに提供されます。組成中にニッケルとコバルトが含まれていないため、コストが削減され、これらの電池の大量生産の可能性が高まります。その貯蔵容量は最大ではありませんが、その多くの利点、特に低コストと優れた堅牢性により、電気自動車やエネルギー貯蔵システムのメーカーによって採用されています。 リチウムおよびチタン (LTO):この名前は、電極の 1 つにカーボンの代わりにチタンとリチウムを使用し、2 番目の電極は他のタイプ (NMC – リチウム、マンガン、コバルトなど) のいずれかで使用されているものと同じである電池を指します。比エネルギーが低い (つまり貯蔵容量が減少する) にもかかわらず、この組み合わせは優れた動的性能、優れた安全性、そして耐用年数の大幅な延長を実現します。このタイプのバッテリーは 100% の放電深度で 10,000 を超える動作サイクルに耐えることができますが、他のタイプのリチウム バッテリーは約 2,000 サイクルに耐えることができます。 LiFePO4 バッテリーは、非常に高いサイクル安定性、最大のエネルギー密度、最小限の重量により、鉛酸バッテリーを上回ります。バッテリーが 50% DOD から定期的に放電され、その後完全に充電される場合、LiFePO4 バッテリーは最大 6,500 回の充電サイクルを実行できます。したがって、追加の投資は長期的には効果があり、価格性能比は依然として無敵です。太陽電池として継続的に使用する場合に最適です。 パフォーマンス：バッテリーの充電と解放の合計サイクル効率は 98% で、急速充電と解放の時間枠は 2 時間未満で、寿命が短い場合はさらに速くなります。 ストレージ容量: リン酸鉄リチウム バッテリー パックは 18 kWh を超える場合があり、同じ容量の鉛酸バッテリーよりもスペースが少なく、重量も軽くなります。 バッテリーのコスト: リン酸鉄リチウムは鉛蓄電池よりもコストが高くなる傾向がありますが、寿命が長いためサイクルコストは通常​​低くなります。