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実用化されたらとっても便利!電磁波発電の特徴とメリット

電磁波は様々な電化製品から発生していて健康被害もあるのではないかと懸念されることがよくあります。電磁波とは一体どのようなものなのでしょうか。電磁波の基礎や身体への影響について学びましょう。また、電磁波を利用した発電システムも開発が進んできて実用化が目指されています。その概要や展望についても紹介していきます。

まずは電磁波の基本を学ぼう

電磁波とは電界と磁界が組み合わされてできているもので電波とも呼ばれます。電界とは電気的な力が働く空間のことを指していて、プラスの電荷を持っているものとマイナスの電荷を持っているものが互いに引き寄せ合う効果が働くのが特徴です。雷が起こるのは通常はプラスに帯電している地面に対して分極を起こした雲のマイナスに帯電した部分との間に電界が形成されるのが原因になっています。その電位差が大きくなると電流が流れることになり、稲妻がほとばしることになるのです。

磁界は磁石などから自然に発生しているもので、磁気の力によって生み出された空間を指しています。磁界ではN極とS極が互いに引き寄せ合う効果が働くのが特徴です。N極からS極に向けて磁力線が生じていると考えて磁力の大きさが解釈されるようになっています。方位磁針が北を向くのは地球が全体として磁石として機能する性質を持っていて、弱いながらも北極をN極、南極をS極として磁界が作り上げられているからです。

電界が発生すると磁界が誘起され、磁界が生じると電界が生み出されるという性質があります。電磁波はこの現象によって電界と磁界が交互に発生することにより生み出されていて、波のようにして伝わっていくのが特徴です。電化製品を使っているとコンセントと本体の間に電流が流れるので磁界が周辺に発生し、それによって電界が生み出されて遠くまで電磁波が広がるという現象が起こります。

電磁波の種類いろいろ

電磁波には様々な種類があり、周波数あるいは波長によって分類されています。周波数が極めて大きい領域にあるものは放射線に分類され、医療で放射線治療に用いられるガンマ線やレントゲン検査に用いられるエックス線が代表的なものです。もう少し周波数が小さくなると可視光領域に近づき、殺菌灯などに用いられていて日焼けなどの原因になる紫外線になります。そして、さらに周波数が小さくなると青色から赤色に向かう可視光となり、可視領域よりも周波数が小さくなるとヒーターなどに用いられている赤外線に分類されるようになります。紫外線から赤外線までを光として分類するのが一般的です。赤外線よりも周波数が小さいサブミリ波、マイクロ波、超短波が高周波とされ、マイクロ波はテレビ放送や携帯電話の電波、レーダーや無線LANなどに活用されています。これよりもさらに低周波の電磁波は中間周波とされる短波、中波、長波、超長波、極超長波で、さらに超低周波もあります。超低周波は電力設備や家電製品からもよく放出されている電磁波で、周波数が1〜300ヘルツとされているのが特徴です。このように多様な電磁波がありますが、どれもエネルギーを持っていて、発生源から遠ざかるにつれてエネルギーが減衰する性質を持っています。また、電流から発生した電磁波の場合には電流が強いほど電磁波の持つエネルギーが大きくなるという特徴もあります。

身の回りにいっぱい!電磁波が発生する家電製品とは?

家電製品からは大抵は電磁波が放出されています。超低周波に相当する1〜300ヘルツの電磁波は通電していればほとんどの電化製品から発生するので、電気を使う以上は避けられないと考えた方が良いでしょう。ihクッキングヒーターのように電磁波を使って調理するタイプの家電製品では300〜10Mヘルツの中間周波の電磁波も発生します。また、高周波についてもラジオや電子レンジ、テレビなどを用いていると常に発生しているものです。

電磁波が人体の健康に被害をもたらすことが懸念されていますが、その安全性についてはガイドラインがあります。電界と磁界のうちで身体に悪影響を及ぼす可能性が示唆されているのは磁界で、磁界の発生によって生み出される磁場の強さによって上限が定められているのが現状です。国際的なガイドラインとして知られている国際非電離放射線防護委員会によるガイドラインでは、家庭へ供給される交流電流の50ヘルツや60ヘルツでは200マイクロテスラを下回っていることを基準としています。身近な家電を例にとってみるとドライヤーでは2.9マイクロテスラ、ihクッキングヒーターでは2.5マイクロテスラ、掃除機では0.5マイクロテスラ、エアコンでは0.1マイクロテスラなので、大幅に基準を下回っていて安全だと考えることが可能です。

太陽光発電でも電磁波が発生するのは本当?

太陽光発電に興味がある人は、太陽光発電をすると周囲に電磁波が発生するという話を耳にしたことがあるかもしれません。太陽光発電で確かに電磁波が発生するプロセスがありますが、どのようにして発生するのかを正しく理解しておくのは肝心です。太陽光パネルに当たった光のエネルギーを電気にして自宅に送り込んで使用するか、送電線を通して電力会社に送るという仕組みになっているのが太陽光発電システムです。太陽光発電で電磁波が発生するのは、太陽光パネルに太陽光が当たったときではありません。この時点で発生する直流電流に電磁波を生み出す力がないからです。太陽光パネルで生み出された直流電流を交流電流に切り替えるパワーコンディショナーの中で電磁波が発生します。直流電流から交流電流への変換では高周波の電磁波が発生し、周囲に拡散することになります。太陽光発電で生み出した電力を使えるようにするには欠かせないプロセスなので、太陽光発電システムを導入したら常に電磁波がパワーコンディショナーで発生していると覚えておきましょう。ただし、パワーコンディショナーから発生する電磁波は機械から30センチメートル離れた場所で電気カーペットよりも少なかったという検証結果があります。電磁波が出ているのは確かですが、身近な家電に比べて同等かそれ以下という程度しか影響がないと考えることができるでしょう。

ガイドライン内なら大丈夫?電磁波による健康被害

電磁波が発生させる磁界による影響が健康被害をもたらすかどうかについては長年に渡って大きな議論が行われきています。WHO(世界保健機関)による健康リスク評価では、短期的影響、長期的影響、電磁過敏症の三つのリスクについて言及されています。短期的影響については高レベルの磁界にさらされることにより神経や筋肉への刺激によって生物学的影響が生じることが科学的に解明されているため、強い電磁波を浴びるのはリスクが高いのは明白です。しかし、WHOによる見解では国際的なガイドラインの範囲内なら身体に悪影響を与えることはないとしています。一方、長期的な影響については小児白血病やその他の病気について可能性が示唆されているものの、生物物理学的根拠に乏しいか、因果関係がないことを示唆するデータが多くなっています。そのため、長期的影響については科学的証拠が不十分で明確に示せないのが現状です。電磁過敏症については電磁波で頭痛やめまいなどが起こるのが特徴ですが、WHOは科学的根拠がないという立場を取っています。長期的な影響や電磁過敏症については未解明な部分があるのは確かではあるものの、ガイドラインに従っていれば健康リスクは低いと考えられるでしょう。

アンテナでキャッチ!電磁波発電の仕組み

電磁波発電はこのようにして身の回りに溢れている電磁波を使って発電する方法として考案されました。街中には送電線が張り巡らされ、各家庭には電化製品がいくつもあり、さらにはWi-Fiなどの電波も広く使われているのが現代社会です。この電磁波から電気を生み出すことができれば合理的でしょう。原理的に可能だということは実は19世紀の頃から示されていました。誘導電流の存在が示されたことにより、電磁波があれば電流を生み出せるという事実が示唆されていたのです。原理的には単純でコイルの中心を通過するように磁力線が存在するとそのコイルに誘導電流が流れます。これを直流電流として用いるか、集めて交流電流に変換して使えば良いということになります。しかし、身の回りにある電磁波の持っているエネルギーは微々たるもので、そのままではほとんど電気を生み出すことができません。できるだけ多くの電磁波を集めるためにアンテナを使い、収束させた磁界を使って直流電流を生み出すという方針で研究が進められているのが現状です。

電磁波発電で期待できること1.廃棄電力の利用

電磁波発電が実現されると従来は廃棄電力とされていた電磁波を有効活用することができます。電化製品などを使ったときに発生する電磁波は電気エネルギーの一部を使って生み出されているので、無駄になってしまっていたものなのです。その存在が知られているにもかかわらず、有効活用する方法は考案されてきていませんでした。電磁波発電があれば全てではなくとも身の回りを飛び交っている電磁波を電力にして利用できるようになります。その電力を使って生じた電磁波はまた電磁波発電によって電力にするといった形でエネルギーのロスを最小限にすることができるのがメリットです。持続可能な社会を実現するためにクリーンなエネルギーを使うという考え方が広まっていますが、電磁波発電はその一つとして考えることができます。

電磁波発電で期待できること2.バッテリー切れがなくなる

電磁波発電が可能になるとバッテリー切れの心配がなくなります。充電池を使っているときにはバッテリー切れをしたらコンセントやUSBなどにつないで充電しなければならないでしょう。充電するのを忘れてしまったり、容量を超えて使い続けたくなったりすると困ってしまいます。しかし、電磁波発電ができると身の回りにある電磁波から電力を生み出せるので電気を常に供給できるようになります。たとえ電化製品を動かすのに十分な電力を一度に発生させることができなくても、充電できる仕組みを設けておけば問題ありません。その電化製品を使っていない間に自動的に充電されるからです。もともとあまり電力を使わない携帯電話などであればバッテリー切れを気にせずに使えるようになる可能性があります。以前から太陽光電池を取り付けた電卓や時計などは利用されていますが、太陽光の代わりに電磁波を使って動くようにできると考えると良いでしょう。

電磁波発電で期待できること3.いつでも使える

電磁波発電はいつでも使える電気を生み出せるのもメリットです。太陽光電池を入れた電卓や時計などは太陽光が当たっていないと動作しません。昼夜を問わず電磁波は飛び交っているので電磁波発電が可能な電池が作られれば、どんなときでも電化製品を使えるようになります。必要なのは電磁波が十分に周りに存在していることだけです。山奥や海の真ん中になると電磁波が少なくて十分な電力を生み出せなくなる可能性はありますが、住宅街やオフィス街などであれば十分に豊富な電磁波が飛び交っているでしょう。時間帯によって量には多少の違いがあるのでどれだけ効率の良い電池を生み出せるかが使いやすさを左右することになります。高効率的な電磁波発電が可能になったら、いつでも安定して電化製品を使えるようになると期待できるのです。

まとめ

電磁波発電が原理的に可能だということは19世紀からわかっていたことですが、2018年の時点ではまだ実用化に向けて研究が進められている段階です。一般的に用いられるようになるまでにはまだ長い道のりがあるのは確かでしょう。持続可能な社会を作り上げる上で重要な研究なので精力的に研究が進められていますが、その実用化を待っている間にエネルギー問題が深刻化してしまわないように個人レベルでも努力をすることが大切です。太陽光発電はクリーンなエネルギーとして知られていて、導入すれば昼間はかなりの量の電気を生み出すことができます。導入によって社会貢献になるだけでなく、電磁波発電と同様にエネルギー源を得るのに費用がかからないので光熱費の削減につながるでしょう。電磁波発電を利用できるようになってからも、昼間は太陽光発電で作った電気を使い、夜は電磁波発電によってまかなうといった使い分けも可能です。複数の方法で発電すれば片方にトラブルが起こっても他方で電力を補うこともできます。太陽光発電を導入することから始めて、電磁波発電の開発が完了したら併用を検討するという方針が合理的と考えられます。太陽光パネルの発電効率も向上しているので、太陽光発電の導入について専門家に相談してみましょう。

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