nas電池は日本ガイシが開発と製造を行っている蓄電池の一種です。太陽光発電と蓄電池を併用することでメリットが生み出されますが、特にnas電池は事業用太陽光発電と相性が良いことで知られています。nas電池の特徴を他の蓄電池と比較してどのようなメリットがあるのかを理解しておきましょう。nas電池を導入するのにかかる費用についても紹介します。
太陽光発電なら使いたい！蓄電池とは？
nas電池について詳細を理解するためにはまず蓄電池について基本的なことを知っておく必要があります。蓄電池とは充電と放電を繰り返し行えるように設計されている電池で二次電池とも呼ばれています。一般的な乾電池のように放電してしまったら廃棄するしかない電池とは異なり、電気を送り込むことによって再び放電できる仕組みが組み込まれています。
電池はイオン化傾向の異なる二種類の金属の電極をそれぞれ正極、負極として用い、その間を電解質で満たすことで作られています。電解質の中でイオン化傾向が大きい金属がイオン化することにより電子が放出され、イオン化傾向が小さい金属側が受け取るという形で電子の流れが生まれるのが電流が流れる基本原理です。これによって二種類の金属と電解質の性質により放電が行われます。充電は放電の逆のプロセスにより実現することが可能です。外部電源からイオン化傾向が小さい金属側に送り込み、正極から電子を放出させます。そして、電解質を通して負極に電子が到達した際に電解質中の金属の析出を伴って電子が負極に入っていくというのが基本的なプロセスです。これにより、放電によって溶けてしまった負極も金属の析出によって元の状態に戻っていくことができます。電解質濃度も低下するので負極の金属が溶けやすくなり、再び放電できるようになるのです。
このような仕組みで充放電が可能な蓄電池は携帯可能な乾電池にも利用されるようになっています。携帯電話やパソコンなどのバッテリーにも使用されていて、コンセントにつないで充電した後、コンセントを抜いても使える電化製品には必ず充電池が入っていると考えて差し支えありません。さらに応用範囲も広がっていて、産業用だけでなく住宅用の電源としても蓄電池が流通するようになりました。また、電気自動車にも応用され、莫大な量の電気をコンパクトな装置の中に貯められるようになっています。
蓄電池の種類1.鉛蓄電池
蓄電池の中でも歴史が最も古く、1859年に開発されたのが鉛蓄電池です。フランスで開発されてから著しく発展を遂げ、現在でも自動車のバッテリー、非常用電源、電動車用の主電源などに幅広く用いられています。
鉛蓄電池は正極に二酸化鉛、負極に鉛、電解液に希硫酸を用いています。放電すると正極、負極のどちらにも硫酸鉛が蓄積され、充電することにより硫酸鉛を溶かすという形で充放電が行われるのが特徴です。充放電を繰り返していくとだんだんと負極側に溶解性が低くて硬い硫酸鉛の結晶が蓄積していくことになって性能が低下していきます。毎回充放電する度に容量が小さくなっていく傾向があるため、ある程度の回数になるとあまり使えなくなってしまうのが問題点です。少しでも使える量を増やすためには可能な限り放電を終えてから満タンまで充電するという形で使う必要があります。
鉛蓄電池は現存する蓄電池の中でも最も安価な部類に入るため、価格を下げたいときには第一選択になっています。また、歴史も古くて使用実績も多く、蓄電池の設計についてもノウハウが蓄積されていることから信頼性においても突出しているのが魅力です。他の蓄電池が生まれてきてからもなお頻繁に使用されているのはコスト面と安心感がある蓄電池だからに他なりません。
蓄電池の種類2.ニッケル水素電池
ニッケル水素電池は1990年に実用化されてから広範囲で利用されるようになった蓄電池です。小型蓄電池として現在でも主流なものの一つで、それ以前に使われていたニッカド電池の2.5倍ほどの容量を持っていることや、カドミウムという環境負荷の大きい金属を用いているニッカド電池に比べて環境に配慮されているという点で頻用されるようになっています。近年ではハイブリッドカーの動力源としても活用されているのがニッケル水素電池の特徴です。蓄電池として一般の人にも馴染みが深く、家庭でも使用できるように製造されている充電式の充電池にもよく用いられています。
ニッケル水素電池は正極にオキシ水酸化ニッケル、負極に水素吸蔵合金、電解液にカリウムのアルカリ水溶液を用いています。放電をするときには負極では水素吸蔵合金から水素が放出されて水素イオンに変換され、水素イオンを正極が受け取ることにより水酸化物イオンと反応して水が発生します。この反応が負極に貯蔵されている水素を使い切るまで続き、電流を流し続けられるというのが放電の仕組みです。一方、充電のときには逆に正極で水の電離が促進されて水素イオンと水酸化物イオンが生み出され、水素イオンは陰極に到達して電子を受け取って水素になり、水素吸蔵合金の中に溜め込まれていきます。そして、水酸化物イオンは正極に取り込まれてオキシ水酸化ニッケルを再生するという形で充電が進行するのが特徴です。
蓄電池の種類3.リチウムイオン蓄電池
リチウムイオン電池はニッケル水素電池に続いて1991年に実用化された小型で高容量の蓄電池です。自己放電が少ないという特性もあり、スマートフォンやノートパソコンなどのモバイル機器のバッテリーとしてよく用いられています。
リチウムイオン電池は正極にリチウム含有金属酸化物、負極にグラファイトなどの炭素材、電解液に有機電解液が使われています。リチウムイオン電池の充電を行うと、電子の移動によって正極のリチウム含有金属酸化物からリチウムイオンが溶出して負極の炭素材の中に取り込まれます。そして、放電の際には炭素材の中にあるリチウムイオンが放出され、正極でリチウム含有金属酸化物として析出するという過程を経て電流が生み出されるのが特徴です。リチウムイオン電池に用いる正極材料にはコバルト、マンガン、ニッケルなどの金属酸化物を組み合わせて用いられていて、その組み合わせによって特性が異なることから自在に性質をチューニングできます。
ニッケル水素電池の場合には水を電解液に用いている影響で水の電気分解電圧を超える電圧を発生させることができませんでしたが、リチウムイオン電池の場合には有機電解液を使用しているので高電圧を発生させることが可能です。ニッケル水素電池の3倍に近い3.7Vの電圧を生み出すことができます。しかし、希少で貴重な金属であるリチウムを使用していることから単価が高く、小型で高容量な蓄電池が必要なケースや、高い電圧を必要とするケースにのみ用いられているのが現状です。
蓄電池の種類4.nas電池
nas電池は日本ガイシによって開発されて世界的にも同社でしか製造されていない蓄電池です。ナトリウム硫黄電池とも呼ばれ、主に大規模な電力貯蔵施設で用いられています。容量の割にサイズが小さめになっていて、現存する蓄電池の中でもトップクラスのコンパクトさがあるのが特徴です。鉛蓄電池のおよそ三分の一のサイズで同じ容量を実現できるようになっています。
nas電池は正極に硫黄、負極にナトリウム、電解質にファインセラミックスを使用していて、日本ガイシによって作られている製品では外見が円筒状に仕上げられています。両極が共に液体で電解質が固体という特殊な形で作られている蓄電池です。放電の際には負極でナトリウムが溶解してナトリウムイオンと電子になり、ナトリウムイオンがセラミックスを介して正極側に移動して正極の硫黄と反応して多硫化ナトリウムに変換されるという現象が起こります。充電の際には多硫化ナトリウムがナトリウムイオンと硫黄、電子に分解され、ナトリウムイオンがセラミックスを通して負極に到達してナトリウムに戻るというのが原理です。
このような仕組みに仕上げられていることでメモリー効果があまり起こらず、長期的に安定した充電量を維持できるのが特徴です。また、希少金属を一切使用していないことから資源についても制約されません。普及したとしても生産量を増やすことは難しくないのが魅力です。
nas電池は何に使う？使用用途
nas電池はコンパクトで高容量かつ自己放電が少なく、毒性のある金属を用いていないので安全性も高いのが特徴です。また、充放電にも許容力が高く、期待されている寿命は15年で、およそ4500サイクルの充放電ができるとされています。適用規模もかなり大規模になっていて、600kW〜数万kWにまで適用可能です。基本的には大規模電力貯蔵施設や工場施設などで使用するのに適しています。また、大容量でありながらも自己放電が少なく、6時間もの持続時間を持っていて安定して使用できるのが特徴です。一度設置したら適切なメンテナンスさえ行っていれば効果的な蓄電ができます。十分に大きな投資をして長期的な利益を生み出せるように事業を展開したい場合や、常に安心できる量の蓄電量を限られたスペースの中で確保しておけるようにしたいというときに最適な蓄電池です。
太陽光発電や風力発電のように発電量が自然現象によって左右される発電方法の場合には供給できる電力があまり安定しないという問題があります。しかし、発電量が不安定であっても再生可能エネルギー設備は現代社会において必要とされているのも確かです。この問題解決のために有用と考えられてnas電池の活用が広まってきています。発電効率が高い時間に十分に蓄電しておき、夜間や風力が弱いときには放電することで安定した出力を保つことができるからです。
定期メンテが必要！nas電池の保守点検
日本ガイシによってnas電池は保守点検を行うことが推奨されています。まず、日常点検として運転状態のままで設備全体にわたる異常の有無をチェックすること、清掃などの軽微な手入れが必要です。次に、定期点検として求められているのがファンやフィルターなど、消耗品を交換するという作業です。そして、消防法で定められている法定点検も行わなければなりません。保有空地の確保などの法律で決まっている点検項目について年に1回点検を実施することが求められています。
nas電池は価格が高い？他の電池とも比較
蓄電池を導入するときには価格も問題になりがちです。メーカーや製造年代によって価格にも多少の違いがありますが、容量ごとにおよその単価は決まっています。kW単価では鉛電池で15万円、nas電池で24万円、ニッケル水素電池で10万円、リチウムイオン電池で20万円です。この価格を見るとnas電池はかなり高額であるとわかります。しかし、効率で考えるとkWh単価の方が重要です。この場合には鉛電池で5万円、nas電池で2.5万円、ニッケル水素電池で10万円、リチウムイオン電池で20万円です。効率の良さを重視するならnas電池がトップになるため、kW単価が高くても大規模な施設では長期的な視野でnas電池を使おうという方針を立てられるのです。
住宅用蓄電池として利用できる電池は？
住宅用蓄電池の場合には蓄電池を置くスペースが限られてしまうため、小型で適切な容量がある蓄電池が選ばれます。また、住宅用として使用するときには15kWh程度あれば十分で、もっと低い蓄電容量のものが多いのが実情です。そのため、nas電池を使うことはなく、一般的に用いられているのはリチウムイオン電池となっています。小型で軽量というのがリチウムイオン電池の魅力だからです。住宅用蓄電池の導入価格は100万～300万円が一般的ですが、安くて容量が少なめの小型のものなら80万円前後でも導入できます。逆に大量の電力を貯めておきたい場合には400万円以上もするものを選ぶことも可能です。補助金制度もあるので導入の際には地方自治体の制度を確認した上で業者に相談するようにしましょう。補助金を適用できれば数十万円単位で安上がりになる場合があります。
まとめ
nas電池はコンパクトで大容量、安全性も高くて原料調達も容易という点で優れています。kWあたりの単価は高いですが、効率で考えると優れているので長期的にはメリットがある電池です。大規模事業向けなので家庭用として用いることはまずありませんが、太陽光発電と相性が良い蓄電池であることは確かでしょう。家庭用ではリチウムイオン電池がよく用いられていて、補助金を使うと比較的安く導入することができます。太陽光発電を導入するときには合わせて検討してみるのが大切です。
他にも読まれている記事