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蓄電池とは?仕組みやメリット・デメリット、やめたほうがいいと言われる理由・SDGsとの関係

太陽光発電システムを導入する際に、併せて蓄電池についても考える人が増えています。太陽光発電は夜や天候の悪い日は発電できないので、夜間の電力や災害時の備えとして、蓄電池があると安心できるからです。

このように今注目されている家庭用蓄電池ですが、あなたの家庭にはメリットがあるのでしょうか?家庭用蓄電池の仕組みやメリット・デメリット、おすすめ家庭用蓄電池など、あなたの家庭の10年後・20年後の電気のことも考えながら見ていきましょう!

蓄電池とは

蓄電池とは充電することで電気を蓄えておける機器・設備です。蓄電池は、何度も充電して繰り返し使うことができます。

蓄電池は近年世界中で需要が伸び続け、生活・産業のあらゆる場面で活躍しています。蓄電池の利用は大きく分けて、

  • 系統用蓄電池…発電所などで電力の安定供給のために利用される
  • 需要側定置用蓄電池…非常用電源・電気料金削減・エネルギーの効率利用
  • 次世代自動車…ハイブリッドカー・EV・FCVなど

この3つに分かれます。そのほか、小型の蓄電池は携帯電話・ノートPC・電動アシスト自転車など、普段の生活の中にも多く利用されています。

家庭用蓄電池とは

家庭用蓄電池は、先ほどの3つの用途の中では需要側定置用蓄電池に分類されます。家庭用太陽光発電と併せて、太陽の出ていない時間のために電気を貯めておいたり、非常時の備えのために設置したりする家庭が増えています

太陽光発電と蓄電池の関係

家庭用太陽光発電の導入台数増加とともに、家庭用蓄電池の導入台数も増加しています。これは近年、数々の災害や国際情勢の不安定さから、「家庭で使う電気を家庭で作りたい」と考える人が増えていることも大きな要因です。

【家庭用太陽光発電の導入台数の推移と予測】

【家庭用蓄電池の導入台数推移:定置用リチウムイオン蓄電池】

日本政府も家庭用の太陽光発電・燃料電池※などの発電システム導入を推進していく方針で、同時に家庭用蓄電池の導入台数増加・低コスト化を目指しています。

2019年の家庭用蓄電システムは1kWhあたり約19万円でしたが、2030年には1kWhあたり約7万円まで価格を下げる目標を掲げています。*1)

燃料電池

水素と酸素の化学反応により、電力と熱を発生させるシステム。家庭用燃料電池ではガスから水素を取り出して空気中の酸素と反応させる。

それではまず、次の章で蓄電池の種類や新技術を確認しておきましょう。

蓄電池の種類と仕組み

電池は、

  • 一次電池…一度電力を使ってしまうと、充電して再利用することができない電池
  • 二次電池…充電することによって繰り返し使うことができる電池

の2種類に分けられます。

ここで紹介する畜電池は全て、「二次電池」に分けられるもので、現在の主流はリチウムイオン電池です。リチウムイオン電池の技術・シェアは2010年頃までは日本が世界をリードしていましたが、それ以降から現在に至るまでは中国・韓国・アメリカが事業を急拡大させ、激しい競争が続いています!

【リチウムイオン電池の歴史】

それでは、蓄電池として利用できる電池の種類と特徴を歴史の古い順に見ていきましょう。

鉛蓄電池

正極:二酸化鉛(PdO2)

負極:鉛(Pd)

電解液:希硫酸

長所:二次電池の中で最も古い歴史を持ち、安価で使用実績が多い。

短所:繰り返しの使用で負極の金属に硫酸塩の結晶が発生しやすくなり、リサイクル回数が増えるにともない、性能が低下する。

<用途>

  • 自動車のバッテリー
  • 非常用電源
  • バッテリー式フォークリフト
  • ゴルフカート

ニッケル水素電池

正極:オキシ水酸化ニッケル(NiOOH)

負極:水素吸蔵合金

電解液:水酸化カリウム

長所:エネルギー密度が高く、過充電・過放電に強い。

短所:バッテリーとしての寿命が短く重量が重い

<用途>

  • エネループなどの乾電池
  • ハイブリッドカー
  • 鉄道システム・モノレールシステムの地上蓄電設備(BPS)

【ニッケル水素電池の代表エネループ】

リチウムイオン電池

正極:リチウム含有金属酸化物

負極:グラファイトなどの炭素素材

電解液:有機電解液

長所:エネルギー密度・充放電エネルギー効率が非常に高い。残存容量や充電状況が監視しやすい。

短所:過充電・過放電に弱い。熱暴走※の危険がある。価格が高い。

<用途>

  • 携帯電話
  • ノートパソコン
  • 電気自動車(EV)
  • スマートグリッド※のための蓄電装置
  • 住宅・オフィス・小規模店舗などの定置用蓄電池
有機電解液

炭素と酸素の化合物で、電気伝導性のある溶液。

熱暴走

高温になると電池内の化学成分が激しく反応を起こし、燃焼とともに熱が暴走する状態。

スマートグリッド

電力の供給をIT技術により効率的に制御する送電システム。

【二輪車始動用リチウムイオンバッテリー】

※2017年グッドデザイン賞を受賞したエリーパワー株式会社の二輪車始動用リチウムイオンバッテリー

NAS電池

正極:硫黄

負極:ナトリウム

電解質:β-アルミナ

長所:リチウム電池に引けを取らないエネルギー密度で、鉛蓄電池よりも低価格で長寿命。大容量向き。

短所:危険物として扱われる。安全のために常に点検が必要。

<用途>

  • 大規模電力貯蔵施設
  • 負荷平準化※
  • 工場のバックアップ用電源

【何重もの構造を持つNAS電池システム】

このように、現在私たちの生活をさまざまな種類の電池が支えています。リチウムイオン電池が登場してから、私たちの身の回りの機器はどんどん小型化・軽量化・ハイテク化が進みました。

次の章ではこのリチウムイオン電池の先にある、新しい電池の技術を紹介します。

蓄電池の新技術

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現在、最も需要の大きいリチウムイオン電池は

  • 電圧やエネルギー密度が高い
  • 軽量
  • 小型化が可能

などの特徴が、次々と生まれる新しいテクノロジーには欠かすことのできない存在です。しかし、

  • 熱暴走の危険がある
  • 材料には高価なレアメタルが必要
  • 材料のサプライチェーンの不確実性
  • レアメタル採掘に当たる労働者の人権問題
  • リサイクルにも手間とコストがかかる

など、SDGsの目標を達成しようとする観点から考えても、深刻な問題があります。このため、リチウムイオン電池に代わる新しい蓄電池の研究開発が盛んに進められています。

蓄電池の新技術の中から、近い将来の蓄電池として期待されている例を紹介します。これらはその性能が実証され、中にはすでに量産のスタートを切っているものもあります。

空気電池

金属空気電池とも呼ばれ、

  • 正極:空気中の酸素
  • 負極:亜鉛・アルミニウム・マグネシウム・リチウムなど

から作られ、負極に亜鉛を使用したものは古くから利用されています。原理的にエネルギー密度を大きくすることや、他の電池と比べて体積当たりの蓄電量の大容量化が可能です。

燃料電池の一種として分類され、電気自動車向けにも開発が進められています!

【リチウム空気二次電池の材料】

※正極活物質(電子の受け渡しに関与する物質)が酸素なので、理論的なエネルギー密度は桁違いに大きく「究極の電池」とも呼ばれています。開発段階の技術ですが、将来の大容量・高密度エネルギーの蓄電池として期待されています。

植物由来カーボンを利用した蓄電池

植物性バイオマスなどの植物由来のカーボンを負極に利用した蓄電池です。植物性カーボンはグラファイトよりも安定した構造を持ち、ショートして熱暴走につながる危険が極めて低いので、急速充電も可能です。

寿命も従来のリチウムイオンバッテリーと比較して5倍ほど長く、レアメタルを材料として必要としないため、リサイクルもしやすい特長があります。

【PJP Eye株式会社の植物由来カーボンを利用したバッテリー】

【関連記事】PJP Eye株式会社|サステナビリティを追求した植物カーボンバッテリーで世界を変える!

全固体電池

全固体電池とは、電解液を固体にした電池です。全固体電池は、液系リチウムイオン電池より

  • 充電時間が短い
  • 発火のリスクが低い
  • エネルギー密度が高い
  • 小型化が可能
  • 寿命が長い

などの特徴があります。

現在は硫化物系の固体電池がEVに使えるほどの性能まで近づいています。しかし硫化物は、もし水に濡れると有毒物質の硫化水素が発生してしまうため、より安定した「酸化物系固体電池」の研究開発が進められています。

【全固体電池の仕組み】

蓄電池だけでもたくさんの種類がありますね!蓄電池は世界的に激しい技術開発・シェア獲得競争の中にあります。

リチウムイオンバッテリーでは諸外国にリードを許した日本ですが、新技術の蓄電池では世界をリードする期待が高まっています。*2)

家庭用蓄電池のメリット

蓄電池についての知識を確認したところで、家庭用蓄電池のメリットを確認していきましょう。

エネルギーを効率よく使える

家庭用蓄電池は太陽光発電システムのない家でも設置できます。電力の安い深夜に充電しておき、電気代の高い昼間に使って電気代を節約します。

太陽光発電システムのある家では、日中発電した余剰電力を貯めておき、夜に使うこともできます。夜に充電する場合は、深夜電力が安くなる料金プランに加入しましょう。

【東京電力の料金プラン:スタンダードS】

【東京電力の電気プラン:夜トク8】

東京電力の電気プランで比較しても、スタンダードプランでは301kWh以上電気を使用した場合、1kWhあたり30.57円に対し、夜トクプランでは23:00~翌7:00までの深夜に限って1kWhあたり21.16円となっています。

もしものときの備えになる

災害時停電が起こっても、家庭用蓄電池に充電してあれば電気を使うことができます。太陽光発電や燃料電池なども、停電時に発電できれば電気を使うことができますが、これらは日光やガスがなければ発電できません。

電気自動車との相性が良い

これから増加することが予測される電気自動車ですが、もちろん充電が必要です。例えばライフスタイルに合わせて、安い夜間に電力を貯めておくなど充電ができるため、時間のかかる電気自動車の充電時間の自由度を上げることができます。

パワーコンディショナーが新しくなる

これは太陽光発電システムのある家に限ってですが、太陽光発電の出力はパワーコンディショナー※によって決まります。家庭用蓄電池にはパワーコンディショナーと一体になったモデルも発売されています。そのため、蓄電池を導入するタイミングで最新のパワーコンディショナーに替えることができます。

パワーコンディショナー

インバーターやラインコンディショナーと呼ばれることもあり、太陽光発電や燃料電池で発電された直流の電気を家庭で利用するために交流の電気に変換する機器。

家庭用蓄電池のメリットを紹介しましたが、大切なのはあなたの家庭のライフスタイルに合っているかをよく検討することです。それぞれの電気の使い方によってメリットが大きかったり小さかったりします。*3)

それでは、続いてデメリットを見ていきましょう。

家庭用蓄電池のデメリット

家庭用蓄電池を導入するにあたっては、特にデメリットをよく理解しておくことが大切です。しっかりと確認して失敗しないようにしましょう!

蓄電できる容量が限られている

蓄電池は貯めておける容量が限られています。その容量を超えて電気を貯めておくことはできませんし、充電していなければ非常時にも使うことができません。

節電の意識を高める意味でも、残りの電気量を気にしたり、最適な運転モードに設定するなどして、上手に貯めた電気を使う習慣が必要です。

経年劣化・交換の必要性

家庭用蓄電池は充電回数や経年による劣化があるため、適切な時期に交換する必要があります。保証期間耐用年数は機種やメーカーによって違うので、長く快適に使える機種を選びましょう。

大きいので設置場所が必要

家庭用蓄電池は、屋外に設置するタイプと室内に設置するタイプの両方がありますが、どちらも年々小型化は進んでいるものの、置く場所を選びます。大きさの目安としてはエアコンの室外機くらいと考えてもいいでしょう。

また、結露や凍結しない場所に置く必要があります。

設置費用が高い

家庭用蓄電池は価格も年々下がってはいますが、まだ安価とは言えません。本体価格に加え、工事費用もかかります。補助金がある場合もありますが、設置には100万円〜300万円かかると言われています。

家庭用蓄電池はやめたほうがいい・後悔すると言われるのはなぜ?

家庭用蓄電池は、災害への備え以外の目的ではライフスタイルによってあまりメリットが大きくない場合があります。例えば、

  • 電気代が高いと感じない
  • ほとんど家にいない

という人には、あまり大きなメリットがないかもしれません。また、大きくはありませんが、家庭用蓄電池は運転音があります。

家庭用蓄電池の導入を検討するときは、必ずデメリットもよく理解したうえで、

  • 採算が合うか
  • 設置場所はあるか
  • 補助金はあるか

などを調べて、慎重に決定しましょう!信頼できる業者を選ぶことも大切です。

蓄電池の本体費用と設置費用相場|補助金について

先ほど紹介したように、家庭用蓄電池導入にあたって、補助金がある地方公共団体もあります。国からも不定期で補助金が受けられる場合があります。

2022年度の例をいくつか見てみましょう。

東京都…機器費の1/2上限

  • 4kW以上の太陽光発電と合わせて設置の場合
    蓄電池容量:10万円/kWh(100kWh未満)
    太陽光発電設備容量:20万円/kW
    上のどちらか小さい額(最大1,000万円)
  • 4kW以下の太陽光発電と併せて、または蓄電池のみの場合
    10万円/kWh(最大80万円/戸)

出典:クールネット東京『家庭における蓄電池導入促進事業 災害にも強く健康にも資する断熱・太陽光住宅普及拡大事業』

福岡市…定額5万円+機器費の2/1(上限40万円)

「家庭用燃料電池」「リチウムイオン蓄電システム」「V2Hシステム」のいずれか1つ又は組み合わせて導入する場合(※住宅用太陽光発電システム及びHEMS(以下、「補助条件システム」という。)の設置が条件)

【福岡市の家庭用蓄電池補助金一覧】

上の2つの例を比較してもわかるように、各地方自治体によって、補助金の有無や仕組み・金額はさまざまです。住まいの場所に応じて調べてみましょう。

インターネットで検索しても業者の見積サイトばかり出てきてしまうという人は、直接県や市のホームページから、「家庭用蓄電池 補助金」と検索欄に入力してください。*4)

家庭用蓄電池の選び方と押さえておきたいポイント

【Panasonicのリチウムイオン蓄電池ユニット】

それでは、これまで見てきたことをまとめて、失敗しない家庭用蓄電池を選ぶポイントをまとめます。

まずは自分の家庭に向いているかをよく考える

自分の家庭の

  • 電力消費量
  • 電気を使う量が多い時間帯
  • 太陽光発電などの有無
  • 設置場所の有無
  • 予算
  • 補助金

などを洗い出して、具体的に計算メリットがあるかをしっかりと確認しましょう。

複数の製品を比較する

蓄電池は価格・容量・機能など、メーカーや機種によって様々です。必ずあなたのライフスタイルに合った容量を確認してから、最低でも3社ほどは比較して購入する機種を決めましょう。

蓄電池の寿命・メンテナンス費用・交換費用を把握する

蓄電池は太陽光発電システムや燃料電池と同様にメンテナンスが必要です。また、耐用年数などに応じて交換も必要なので、購入・設置の費用だけでなく、ランニングコストもしっかりと把握しておきましょう。*5)

次の章では実際の家庭用蓄電池のメーカーと機種について紹介します。

家庭用蓄電池おすすめ4選

それぞれのメーカーに特色があるので、あなたに合ったメーカー・機種を探してみてください。

SHARP

SHARPの家庭用蓄電池は電気のロスが少ないのが特徴です。また、AIによる自動制御で、生活のパターン・天候などから自動で最適な運用ができます。

加えて、保証がしっかりしている点も安心できます。屋外設置型は簡易基礎で設置可能なので、工事費用・時間を大幅にカットできます。

【コンパクト・簡易設置のSHARP】

OMRON

OMURONには海に近い地域のための重塩害対応モデルがあります。また、本体の大きさと運転音も他社に比べて小さめです。

【重塩害に対応機種のあるOMURON】

TESLA

すっきりとしておしゃれな外観を重視する人にはTESLAの蓄電池はいかがでしょうか。設置が簡単なオールインワン構造で、屋内・屋外どちらにも設置できます。

(TESLAは日本では屋外設置を推奨しています)

【おしゃれなデザインが特徴のTESLA:Powerwall】

Panasonic

Panasonicは商品ラインナップが充実しています。ライフスタイルや設置環境に細かく対応でき、保証も15年と長いのが特徴です。

また、「住まいに備え付けるものだから、信頼性、安全性の高さを徹底して追及。」という言葉のもと、自社一貫生産による高品質の蓄電池をそろえています。*6)

【Panasonicは豊富なラインナップが特徴】

【Panasonicの安全設計】

まとめ

気になる家庭用蓄電池はありましたか?家庭用蓄電池はしっかりと調べずに買って後悔したという声が多くあります。

これまで見てきた家庭用蓄電池の知識と選び方のポイントをしっかりと押さえて、導入するときはあなたに一番合った機種を見つけてください。迷っている人は慎重に検討しましょう!

蓄電池市場の競争は熾烈です。コンパクト化・低価格化の傾向と政府の導入推進はまだしばらく続くと予想されます。

〈参考・引用文献〉
*1)蓄電池とは
経済産業省『定置用蓄電システム目標価格および導入見通しの検討』p.35(2021年1月)
経済産業省『蓄電池産業の競争力強化に向けて』p.31(2022年3月)
経済産業省『蓄電池産業の競争力強化に向けて』p.33(2022年3月)
*2)蓄電池の種類と仕組み
経済産業省『蓄電池産業戦略(案)』p.1,p.2(2022年8月)
エリーパワー株式会社『二輪車始動用リチウムイオンバッテリー [HYバッテリー]』
ナノ材料科学環境拠点(GREEN)『リチウム空気電池特別推進チーム』
PJP Eye『Cambrian- Sustainable and Powerful』
経済産業省『蓄電池産業戦略(案)』p.11(2022年8月)
*3)家庭用蓄電池のメリット
東京電力『関東エリア スタンダード』(料金プラン)
東京電力『関東エリア 夜トクプラン』(料金プラン)
*4)本体費用と設置費用の相場|補助金について
クールネット東京『家庭における蓄電池導入促進事業 災害にも強く健康にも資する断熱・太陽光住宅普及拡大事業』
福岡市『令和4年度 福岡市住宅用エネルギーシステム導入促進事業』
*5)家庭用蓄電池を選ぶポイント
Panasonic『蓄電システム:[住宅用]創蓄連携システムS+』
*6)家庭用蓄電池選おすすめ4選
SHARP『住宅用蓄電池システム』
SHARP『住宅用太陽光発電・蓄電池システム(個人の客様向け)』
OMRON『マルチ蓄電プラットホーム』
TESLA『Powerwall』
Panasonic『太陽光発電・蓄電システム:[住宅用]創蓄連携システムS+』
Panasonic『信頼性・安全性を追求』

この記事の監修者
阪口 竜也 フロムファーイースト株式会社 代表取締役 / 一般社団法人beyond SDGs japan代表理事
ナチュラルコスメブランド「みんなでみらいを」を運営。2009年 Entrepreneur of the year 2009のセミファイナリスト受賞。2014年よりカンボジアで持続型の植林「森の叡智プロジェクト」を開始。2015年パリ開催のCOP21で日本政府が森の叡智プロジェクトを発表。2017年には、日本ではじめて開催された『第一回SDGsビジネスアワード』で大賞を受賞した。著書に、「世界は自分一人から変えられる」(2017年 大和書房)