2022 年でも、PV ストレージは依然として最もホットな話題であり、住宅用バッテリー バックアップは太陽光発電の中で最も急速に成長している分野であり、世界中の大小さまざまな家庭や企業に新たな市場と太陽光発電の改修拡大の機会を生み出します。住宅用バッテリーバックアップ太陽光発電住宅にとって、特に嵐などの緊急事態に備えて、蓄電は非常に重要です。余剰の太陽光エネルギーを電力網に送電するのではなく、緊急時に備えてバッテリーに蓄電するのはいかがでしょうか？しかし、蓄電した太陽光エネルギーはどのように収益化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ご説明し、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解説します。 住宅用蓄電池システムとは？どのように機能するのでしょうか？ 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最大限に活用するための便利な追加設備であり、化石燃料から再生可能エネルギーへの置き換えを加速させる上でますます重要な役割を果たすでしょう。住宅用太陽光発電バッテリーは、太陽エネルギーで発電された電気を蓄電し、必要な時にオペレーターに供給します。バッテリー式バックアップ電源は、ガス発電機に代わる環境に優しく、費用対効果の高い選択肢です。 太陽光発電システムを使って自家発電をしている人は、すぐに限界に達してしまいます。日中はシステムが十分な太陽光電力を供給しますが、その時だけは家に誰もいなくて使えなくなります。一方、夕方になると十分な電力が必要になりますが、その時には太陽はもう照っていません。この供給不足を補うために、電力会社から大幅に高価な電力を購入しているのです。 
このような状況では、住宅用蓄電池のバックアップはほぼ不可欠です。これにより、日中に使用されなかった電力を夕方や夜間に利用できるようになります。こうして、自家発電した電力は天候に左右されず、24時間いつでも利用できます。こうして、太陽光発電による自家発電の利用率は最大80%まで向上します。自給率、つまり太陽光発電システムで賄われる電力消費量の割合は最大60%まで向上します。 住宅用バッテリーバックアップは冷蔵庫よりもはるかに小型で、ユーティリティルームの壁に設置できます。最新の蓄電システムには高度な知能が備わっており、天気予報や自己学習アルゴリズムを活用して、家庭の自家消費を最大限に抑えることができます。電力系統に接続したままでも、エネルギー自給自足を実現することがかつてないほど容易になりました。 家庭用蓄電池システムは価値があるのか？その価値を左右する要因とは？ 住宅用蓄電池は、太陽光発電住宅が停電時にも稼働し続けるために不可欠であり、夜間にも機能します。また、太陽光発電バッテリーは、本来であれば損失を出して送電網に送電されるはずだった太陽光エネルギーを蓄電し、電力価格が最も高い時間帯に再供給することで、システム全体の経済性を向上させます。住宅用蓄電池は、太陽光発電事業者を系統停電から守り、エネルギー価格体系の変化からシステム全体の経済性を保護します。 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。 1キロワット時あたりの容量コストが低いほど、ストレージシステムの投資回収が早くなります。 生涯ソーラーホームバッテリー 業界ではメーカー保証が10年が一般的ですが、実際にはより長い耐用年数が想定されています。リチウムイオン技術を採用した家庭用ソーラーバッテリーのほとんどは、少なくとも20年間は確実に機能します。 自家消費電力の割合 太陽光貯蔵によって自家消費量が増えれば増えるほど、価値が高まる可能性が高くなります。 電力網から購入する場合の電気料金 電気料金が高騰している時期、太陽光発電システムの所有者は自家発電した電気を消費することで節約できます。今後数年間、電気料金は引き続き上昇すると予想されるため、多くの人が太陽電池を賢明な投資と考えています。 系統接続料金 太陽光発電システムの所有者がキロワット時あたりに受け取る収益が少ないほど、電力系統に送電する代わりに蓄電する方が有利になります。過去20年間、系統接続型発電の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。 家庭用蓄電池エネルギー貯蔵システムにはどのような種類がありますか？? 家庭用蓄電池バックアップシステムには、耐久性、コスト削減、分散型発電（「家庭用分散型エネルギーシステム」とも呼ばれます）など、数多くのメリットがあります。では、家庭用太陽光発電蓄電池にはどのような種類があるのでしょうか？どのように選べば良いのでしょうか？ 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、軍事市場などにおいて、重要かつ精密な機器の継続的な稼働に必要なバックアップ電源を提供する産業グレードのサービスです。家庭用UPS電源があれば、電力網に障害が発生しても家庭の照明がちらつくことさえありません。ほとんどの家庭では、重要な医療機器を稼働させている場合を除き、これほどの信頼性を必要としておらず、また、そのために費用を支払う意思もありません。 2. 「無停電」電源装置（全館バックアップ）。 UPSの次のステップは、「無停電電源装置」（IPS）と呼ばれるものです。IPSがあれば、電力系統がダウンした場合でも、太陽光とバッテリーで家全体を稼働させることができます。ただし、バックアップシステムが機器に電力を供給するため、家中のすべての画面が一瞬（数秒）、暗くなるか灰色になります。点滅す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、バッテリーが持続する限り、すべての家電製品を通常通り使用できます。 3. 非常時電源供給（部分バックアップ）。 一部のバックアップ電源機能は、電力系統の停電を検知すると緊急回路を起動することで機能します。これにより、この回路に接続された家庭用電源機器（通常は冷蔵庫、照明、そして専用のコンセント）は、停電中もバッテリーや太陽光発電パネルで稼働を継続できます。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にとって最も人気があり、手頃な価格で経済的な選択肢となる可能性が高いでしょう。 4. 部分的なオフグリッド太陽光発電および蓄電システム。 最後に注目すべき選択肢は、「部分的オフグリッドシステム」です。部分的オフグリッドシステムとは、家の中に専用の「オフグリッド」エリアを設け、電力網から電力を供給せずに自立運転できる十分な規模の太陽光発電システムとバッテリーシステムで常時稼働させるというものです。こうすることで、電力網がダウンしても、冷蔵庫や照明など、生活に必要な家電製品は途切れることなく稼働し続けます。さらに、太陽光発電システムとバッテリーは電力網に接続しなくても常時稼働できる規模であるため、オフグリッド回路に追加の機器を接続しない限り、電力使用量を割り当てる必要がありません。 電池化学技術からの分類: 住宅用バッテリーバックアップとしての鉛蓄電池 
鉛蓄電池は、市場で最も古い充電式電池であり、エネルギー貯蔵用として入手可能な最も安価な電池です。1900年代初頭、前世紀初頭に登場し、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ます。 鉛蓄電池の主な欠点は、エネルギー密度が低い（重くてかさばる）ことと、寿命が短いこと、多数の充電および放電サイクルを許容しないこと、電池内の化学バランスを保つために定期的なメンテナンスが必要であることであり、その特性により、中頻度から高頻度の放電や 10 年以上続く用途には適していません。 また、放電深度が低いという欠点もあります。通常、寿命を延ばすために、極端な場合は80%、通常の使用では20%に制限されています。過放電はバッテリーの電極を劣化させ、エネルギー貯蔵能力を低下させ、寿命を縮めます。 鉛蓄電池は、充電状態を常に維持する必要があり、フロート技術（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）を使用し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孔付きバッテリー、制御弁式ゲルバッテリー（VRLA）、そして電解質をグラスファイバーマットに埋め込んだバッテリー（AGM、吸収ガラスマットとも呼ばれます）です。AGMバッテリーはゲルバッテリーに比べて性能が中程度で、コストも抑えられています。 制御弁式バッテリーは実質的に密閉されており、電解液の漏れや乾燥を防ぎます。このバルブは、過充電時にガスを放出する役割を果たします。 一部の鉛蓄電池は据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。また、より現代的な鉛蓄電池である鉛炭素電池もあります。電極に炭素系材料を加えることで、より高い充放電電流、より高いエネルギー密度、そしてより長い寿命が得られます。 鉛蓄電池（その種類を問わず）の利点の一つは、複雑な充電管理システムを必要としないことです（リチウム電池の場合、次に説明します）。鉛電池は、電解質がリチウム電池のように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、これらのタイプのバッテリーでは、軽度の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、すべてのバッテリーを満充電状態に保つ均等化機能が搭載されています。 均等化プロセス中、他のバッテリーよりも先に満充電されたバッテリーは、リスクなく電圧がわずかに上昇しますが、電流は直列接続されたバッテリー群を通常通り流れます。このように、鉛バッテリーは自然に均等化する能力を備えており、バッテリー内のバッテリー間、またはバンク内のバッテリー間のわずかな不均衡はリスクを伴わないと言えます。 パフォーマンス：鉛蓄電池の効率はリチウム電池に比べてはるかに低いです。効率は充電率に依存しますが、通常は往復効率が85%と想定されています。 ストレージ容量:鉛蓄電池にはさまざまな電圧とサイズがありますが、電池の品質に応じて、1kWh あたりの重量がリン酸鉄リチウムの 2 ～ 3 倍になります。 バッテリーコスト:鉛蓄電池はリン酸鉄リチウム電池より75%安価ですが、価格の安さに惑わされてはいけません。鉛蓄電池は急速充放電ができず、寿命がはるかに短く、保護的なバッテリー管理システムを備えておらず、毎週のメンテナンスが必要になる場合もあります。そのため、電力コストの削減や高負荷機器のサポートに必要なコストよりも、サイクルあたりのコストが全体的に高くなります。 住宅用バッテリーバックアップとしてのリチウム電池 
現在、最も商業的に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携帯型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、電気自動車などの分野に進出しています。 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、コスト効率など、多くの点で他の多くの充電式バッテリーを凌駕しています。現在、唯一の問題は安全性です。可燃性の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、最も高い電気化学的ポテンシャルを持ち、他の既知のバッテリー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、主に間欠的な再生可能エネルギー源（太陽光や風力）に関連するエネルギー貯蔵システムの使用を促進することが可能になり、電気自動車の導入も促進されました。 電力システムや電気自動車に使用されているリチウムイオン電池は液体型です。これらの電池は、2つの電極を液体の電解質溶液に浸した、従来の電気化学電池の構造を採用しています。 セパレーター（多孔質絶縁材料）は、液体電解質を通して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、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）の伝導を可能にする一方で、電子は通過させないことです（導電性材料の場合とは異なります）。正極と負極の間のイオン交換は、電気化学電池の機能の基盤です。 リチウム電池の研究は1970年代に遡り、その技術は1990年代頃に成熟し商業利用が始まりました。 リチウムポリマー電池（ポリマー電解質使用）は、携帯電話、パソコン、その他様々なモバイル機器で、従来のニッケルカドミウム電池に取って代わり、現在使用されています。従来のニッケルカドミウム電池の主な問題は、「メモリー効果」です。メモリー効果は、電池が完全に放電される前に充電すると、徐々に蓄電容量が減少する現象です。 旧式のニッケル・カドミウム電池、特に鉛蓄電池と比較すると、リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く（体積当たりのエネルギー貯蔵量が多い）、自己放電係数が低く、より多くの充電および放電サイクルに耐えることができるため、長寿命を意味します。 2000年代初頭、リチウム電池は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の電気エネルギー貯蔵に関心を集め、大規模ESS（エネルギー貯蔵システム）システム主に世界中で電源の利用が増加したことによるものです。間欠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、製造方法によって性能、寿命、コストが異なります。主に電極用に、いくつかの材料が提案されています。 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）電極で構成されています。 リチウムベースの電極は、使用される技術に応じてさまざまな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、蓄電容量が良好で寿命（サイクル数）も満足のいくもので、電子機器に適しています。欠点は比電力（W/kg）が小さいため、積み込みおよび積み下ろしの速度が低下することです。 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) で高い充放電電流を可能にするため、蓄電容量が減少します。 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兼ね備えています。さらに、ニッケルを配合することで比エネルギーが向上し、より大きな蓄電容量が得られます。ニッケル、マンガン、コバルトは、用途に応じて、それぞれの割合で使用できます（いずれか一方を補助するため）。この組み合わせにより、優れた性能、優れた蓄電容量、長寿命、そして低コストを実現したバッテリーが実現します。 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バッテリーの特徴を兼ね備えています。さらに、ニッケルを配合することで比エネルギーが向上し、より大きな蓄電容量が得られます。ニッケル、マンガン、コバルトは、用途に応じて異なる割合で使用できます（いずれかの特性を優先するため）。一般的に、この組み合わせにより、優れた性能、優れた蓄電容量、長寿命、そして適度なコストを備えたバッテリーが実現します。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の組み合わせは、優れた動的性能（充放電速度）、長寿命、そして優れた熱安定性による安全性の向上をバッテリーに提供します。ニッケルとコバルトを含まないため、コストが削減され、量産性が向上します。蓄電容量は最高ではありませんが、多くの利点、特に低コストと優れた堅牢性から、電気自動車やエネルギー貯蔵システムのメーカーに採用されています。 リチウムとチタン（LTO）：この名称は、片方の電極に炭素の代わりにチタンとリチウムを使用し、もう片方の電極には他の種類の電極（NMC（リチウム、マンガン、コバルト）など）と同じものを使用した電池を指します。比エネルギーが低い（つまり蓄電容量が低い）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、そして大幅に長い耐用年数を備えています。このタイプの電池は、100%放電深度で10,000回以上の動作サイクルに耐えることができますが、他の種類のリチウム電池は約2,000サイクルです。 LiFePO4バッテリーは、極めて高いサイクル安定性、最大のエネルギー密度、そして最小限の重量により、鉛蓄電池を凌駕する性能を備えています。バッテリーを定期的に50% DODから放電し、その後フル充電した場合、LiFePO4バッテリーは最大6,500回の充電サイクルに耐えることができます。そのため、長期的には追加投資を回収でき、価格性能比は他に類を見ないほど優れています。太陽電池として継続的に使用する場合は、LiFePO4バッテリーが最適です。 パフォーマンス：バッテリーの充電と放電は、2 時間未満の時間枠内で急速に充電および放電されながら、総サイクル効率が 98% であり、寿命が短い場合はさらに速くなります。 ストレージ容量: リン酸鉄リチウム電池パックは 18 kWh を超える容量があり、同じ容量の鉛蓄電池よりもスペースが少なく、重量も軽くなります。 バッテリーコスト: リン酸鉄リチウムは鉛蓄電池よりも高価に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。
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