本記事は The Energy Collectiveとの協力により掲載されています。
空調（AC）は、高温多湿の気候において生産的で快適な生活を可能にするため、現代社会に欠かせないものとなっています。設置される空調システムの数は、主に中国、インド、インドネシア、ブラジルなどの途上国の経済成長に牽引され、今後数十年で劇的に増加すると予想されています。これらの国々の多くは中国、インド、インドネシア、ブラジルのように高温の気候に位置しているため、空調の使用量は多くの西洋諸国よりも大きくなるでしょう[1]。空調需要が最も高い世界の30の大都市圏のうち、2つを除くすべてが途上国に所在しています[2]。
米国では、発電された電力のうち USA 5% が冷房に使われており、温暖な気候の世帯では、電力需要の最大40%が冷房によるものです。冷房の普及は化石燃料の大幅な増加を招くでしょう。
電力系統が大量の空調負荷に対応することは困難です。これらの電力システムは、夏の日中に大きなピーク需要が生じることが特徴です。イスラエルでは、ピーク時に空調が国の電力の40%を占める一方、冬季にはほとんど空調が必要ありません。同様に、 カタールのピーク時には 、国の電力の65%が空調に使われています。途上国の多くに見られる整備が不十分な電力網では、空調の普及に伴うピーク電力の大幅な増加に対応することが極めて困難になるでしょう。
化石燃料需要の削減と電力のピーク解消に有効な解決策は、太陽熱冷房を利用することです。この技術は、太陽光を電力に変換するのではなく、太陽熱を直接利用して冷房と乾燥を行うことで、太陽エネルギーを極めて効果的に活用します。冷房需要と太陽光の供給は一致しており、需要と利用可能性の完璧な組み合わせを形成します。太陽光発電（PV）セルとは異なり、太陽熱を利用した冷房は、太陽から放射されるエネルギーの最大60%を利用できる可能性があります。
太陽熱冷房は、吸収式、デシカント（除湿剤）式、蒸気圧縮式の3つの技術に分類できます。
吸収冷房
吸収冷房は1858年にすでに発明されており、現在では一般的な技術です。エネルギー入力は通常、天然ガスまたはコージェネレーション施設の排熱です。単効用吸収式システムは約75℃の熱源を必要とし、COPは0.7となります。二重効用吸収式はより高温の約130℃の熱源を必要としますが、COPは1.4とより高くなります。吸収式システムには低圧チャンバーが含まれ、構築が複雑で高価です。これに太陽熱集熱器のコストが加わるため、太陽熱吸収式冷房は高価になります。それでも、現在最も普及している太陽熱冷房の形態です。吸収冷房分野の多くの従来型企業は、現在、太陽熱とよく適合するシステムを供給できます。Climate Wellのように、太陽光利用に特化した新しいタイプの吸収技術を開発した新興企業もあります。
蒸気圧縮式
従来のエアコンは、冷房に蒸気圧縮サイクルを使用しています。太陽熱を利用する新しいタイプの蒸気圧縮システムがいくつか最近開発されています。これらのシステムの一部は主に電力に依存し、太陽エネルギーは冷房を補助するためだけに使われます。その他のシステムは、圧縮機を駆動するために太陽熱に依存しています。太陽熱吸収式冷房とは異なり、太陽熱蒸気圧縮式を供給する企業の大半は新興企業で、太陽エネルギー利用のために特別に設計された技術を開発しています。
デシカント冷房
空調では、冷房と除湿の両方が重要です。デシカントシステムは、空気を化学的に除湿する技術です。固体と液体のデシカントシステムの両方が、太陽熱冷房の用途に使用されてきました。これらのシステムの利点は、50℃～75℃の低温度の熱を利用できることです。蒸気圧縮または吸収技術のいずれかを組み込んだハイブリッド型デシカントシステムがいくつか開発されています。
太陽熱冷房に対するインセンティブの少なさ
太陽冷房への需要は大きく、優れた技術的解決策もいくつか存在します。それにもかかわらず、導入されているシステムは極めて少ないのが現状です。その主な理由の一つは、この技術に対する政策的インセンティブの欠如です。米国と欧州では、太陽光発電（太陽エネルギーを発電に利用するもの）に対する効果的なインセンティブが多数存在します。しかし、太陽熱冷房や太陽熱暖房などの太陽熱技術は、同じ政策の恩恵を受けていません。米国[3]と欧州[4]の報告書は、太陽熱エネルギーに対するインセンティブが低すぎるうえ、煩雑な官僚的手続きを伴っていることを示しています。ギリシャ、キプロス、イスラエルなど、太陽熱エネルギーに有効な政策を持つ国々は、現在、太陽エネルギー利用で世界をリードしています。太陽エネルギーは イスラエルの一次エネルギーの3%を供給しています。これは、 太陽光発電で世界をリードする国 ――ドイツと比較することができます。同国では太陽エネルギーはわずか 一次エネルギーの1%を供給しているにすぎません。
冷房の急速な普及に伴い、太陽熱冷房の重要性は高まると予想されます。この技術は化石燃料を大幅に削減し電力網を安定させる可能性を持つにもかかわらず、太陽光発電と同じような急速な発展を遂げていないのは残念です。
[1]Lucas.W Dawis and Paul G Werler (2015) . Contribution of air conditioning adoption to future energy use under global warming. Proceeding of the National Academy of Science, Vol 112 no.19, 5962-5967
[2] Sivak, M. (2009). Potential energy demand for cooling in the 50 largest metropolitan areas of the world: Implications for developing countries. Energy Policy, 37(4), 1382–1384
[3] http://ceep.udel.edu/wp-content/uploads/2014/01/2013_es_READY_Solar_Thermal.pdf
http://www.estif.org/fileadmin/estif/content/publications/downloads/policy_framework_single_v02.pdf
掲載は、世界経済フォーラムによる見解への支持を意味するものではありません。
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執筆者：Mika Reichel氏はイスラエル政府のプロジェクトエンジニアです。
画像：太陽光発電所で太陽光パネルを点検する作業員。REUTERS/Carlos Barria。
