世界では推定13億人が電力を利用できず、その結果、照明に使う灯油などの燃料に乏しい資源を費やしています。今回、MITの研究者たちは、太陽光パネルを購入できる農村の人々が近隣住民と電力を共有できるシステムを開発しました。パネル所有者には収入をもたらし、近隣住民には切実に必要とされる電力を提供します。
2年間にわたる研究とインドへの度重なる訪問を経て開発されたこのシステムの要となるのは、チームが開発した靴箱より小さな簡素な装置です。電力管理ユニット（PMU）は、太陽光パネルなどの電源からの電力を、照明や携帯電話への給電といった当面の用途に回すか、後で使うためにバッテリーへ蓄えるかを制御するなど、さまざまな役割を担います。同時に、PMUは各利用者に供給される電力量を監視し、個別のメーターを設置せずに料金請求に使える記録を作成します。
電気工学教授のRajeev Ram氏とDavid Perreault氏の指導のもとで研究するMIT博士課程の学生、Wardah Inam氏とDaniel Strawser氏は、チームの他の数人のメンバーとともに来週インドへ向かい、夏の間、このシステムの実地試験を行います。その道中、韓国のソウルに立ち寄り、International Conference on Power Electronicsで研究内容を発表します。
追加収入を得る
試験設備は、インド北東部ジャムシェドプル周辺の2つの村に設置されます。一方の村には外部電源がまったくなく、もう一方の村は電力網に接続されているものの、供給は断続的で、1日平均2～3時間しか電気を利用できません。
これまでの訪問で村の指導者や住民とニーズについて話し合った際の知見として、Inam氏は、村の人々の中には「この種の技術に触れたことがない人もいます」と語ります。
村の家の中には、少数の低消費電力LED照明を点灯し、携帯電話を充電するための、小型で簡素な太陽光発電システムをすでに設置しているところもあります。Inam氏によると、こうした初期の太陽光発電設備によって、所有者は余剰電力を電源のない近隣住民に販売し、収入を得る機会を得られます。
この地域で一般的な太陽光発電設備では、照明、扇風機、充電器がすべてシステムに固定配線されています。一方、MITが設計した新しいシステムでは、照明などの機器を追加・撤去したり、太陽光パネルの増設やディーゼル発電機などの追加電源を導入したり、時間の経過に応じて利用者を増やすための接続を追加したりできます。
世界の電力網の大半は交流（AC）を使用しますが、MITの新しいシステムはすべて直流（DC）で動作します。これにより設置が大幅に簡素化され、コストが下がり、利用者にとってより安全になります。こうした環境で一般的な照明、携帯電話の充電、扇風機の使用は、もともと直流の機器を使うか、容易に直流へ変換できます。また、太陽光パネルはその性質上、直流を発電します。そのため、この簡素化によって、直流を交流に、さらに交流を直流に戻す複数の変換装置が不要になります。さらに、50ボルト未満で動作するよう設計されているため、配線が損傷して人がむき出しの電線に誤って触れても、生命に関わる感電を起こす能力はないと研究者たちは述べています。
地域のニーズに合わせた設計
外部の人々が設計したシステムを持ち込むのではなく、地元の人々が自らの具体的なニーズや好みに合うシステムを開発することが狙いだと、Inam氏は説明します。「人々が自分たちで電力網を構築できるよう後押ししたいのです」と同氏は語ります。すでに村の中には、自宅に太陽光発電設備を設置する費用を払える人や、資金を借りられる人がいます。しかし、「マイクログリッド」を通じて近隣の家に電力の一部を販売できれば、利用者はより大規模なシステムを購入でき、その費用の一部を電力販売で賄えます。
一方、近隣住民は初期の設置費用を払うことなく、照明や充電に使える電力を、月額推定2～5ドルで利用できます。「灯油やろうそくによる照明に今払っている額より安いのです」とInam氏は言います。「同じ金額で、より良く安全な照明に加え、ほかのサービスも利用できます。」
このようなシステムで需要に応えられるサービスのうち、特に需要が高いのが携帯電話の充電です。インドやその他の発展途上国では携帯電話サービスが広く普及していますが、充電のために近隣の都市まで出かけたり、地元で高額な料金を払ったりしなければならない人も少なくありません。さらに、太陽光発電があれば電動扇風機も使えます。この非常に暑い地域では、扇風機は深刻なニーズに応えるものです。「現在の太陽光発電住宅システムの多くには、その機能がありません」とInam氏は語ります。
マイクログリッド方式には、単独の家向けのシステムでは採算が合わないような大型の太陽光パネルを使えるという利点もあります。これは重要です。世界の太陽光パネルの大量生産の大半は250ワットのパネル向けですが、単独住宅向けシステムでは50ワットのパネルが使われることが多く、ワット当たりのコストがはるかに高いためです。
「これは本当に拡張性があると考えています」とStrawser氏は言い、さまざまな段階で収益性が見込めると付け加えます。部品を供給する企業、設置を行う地元の作業員、電力販売で収入を得る太陽光パネル所有者、そして日没後の読書や仕事を可能にするだけでなく、灌漑などに使う揚水ポンプも動かせる電力を得るエンドユーザーにとってです。
「これはボトムアップ型のアプローチです」と同氏は述べます。チームとのやり取りを通じてすでに設計上の選択に関わってきた地元の利用者が、何を、どこに、いつ設置するかを決めます。
このプロジェクトに関わっていないインドのエネルギー専門家、Saurabh H. Mehta氏は、インドの太陽光発電設備を7年間調査する中で、「高価な電力が生み出されているのに、そのすべてが活用されていないこと」が常に気がかりだったと語ります。「この技術があれば、システムの所有者が余剰電力を近隣住民に簡単に供給できるため、確実に状況を変えられます。最終的にはシステムの価格を抑え、オフグリッド型の再生可能エネルギーシステムの普及を後押しするはずです。」
チームには、研究員のReja Amatya氏、学部生のAhmet Musabeyoglu氏とErik Johnson氏、大学院生のVarun Mehra氏も加わっており、全員がこの夏、インドでプロジェクトに取り組みます。大学院生のSzymon Sidor氏とVictor Lesniewski氏、元客員教授のKhurram Afridi氏もチームに貢献しました。この研究はMIT Tata Center for Technology and Designの支援を受けました。
この記事は、 MIT Newsとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
アジェンダの最新情報を受け取るには、 週刊ニュースレターに登録してください。
著者：David L. ChandlerはMIT Newsの寄稿ライターです。
画像：作業員が太陽光パネルを点検する。2013年9月16日。REUTERS/Carlos Barria。
