太陽光発電（PV）充電とは、太陽光を直接エネルギーに変換する方式であり、電気自動車（EV）向けに急速に普及しつつあるシステムです。
研究チームは最近、EV所有者が自宅のPVシステムの電力で車を充電できる程度について検証しました。
充電は日中に行う必要があるため、これがシステム上の大きな欠点になりうると考えるのは無理もないことです。
しかし研究者らは、特定の条件下では、PV電力によってEVの充電を時間の90％まで行えることを明らかにしました。
PV電力で走る電気自動車は魅力的に思えます。しかし、家庭の太陽光発電システムで充電した車両で本当に柔軟な利用が可能なのでしょうか。ETHの研究チームは、驚くべき結論に達しました。
太陽光発電（PV）の分野は急速に普及が進んでおり、スイスではすでに国内の電力消費量の5％を賄っています。電動モビリティも大きく成長しており、現在スイスの道路には7万台の純粋な電気自動車と20万台のハイブリッド車が走っています。ETHチューリッヒの地理情報工学教授マルティン・ラウバル氏は、この動きを歓迎しています。「モビリティ分野は、スイスの温室効果ガスのおよそ3分の1に責任があります。電動モビリティは、交通分野のCO2排出を削減する一つの方法です。」
太陽光発電と電動モビリティ：理想的な組み合わせ
ラウバル氏が率いる研究チームは、太陽光発電と電動モビリティの成長を組み合わせた仮説的なアプローチをまとめました。科学者たちは、従来の商用電源による充電と比べて車の利用を制限することなく、電気自動車の所有者が自宅の太陽光発電システムの電力で車を充電できる程度を知りたいと考えました。PV電力での充電というコンセプトに懐疑的な人は多くいます。「太陽が照っている日中に充電しなければならないのなら、電気自動車をどうやって使えばいいのでしょうか？」というのが、よく聞かれる反応です。
ETHの研究者による調査は、この懐疑論を大きく覆すものです。「当社の結果は、EV所有者が特段の制約なしに車を利用でき、中間貯蔵がなくても、大部分を自宅のPV電力で充電できることを示しています」と、調査の主要な結果を要約したヘンリー・マーティン氏は述べています。マーティン氏はETHチューリッヒの地図学・地理情報研究所の博士課程学生であり、ウィーンの先端人工知能研究所（IARAI）でも研究を行っています。ETHの科学者による本調査は、権威ある学術誌「Renewable & Sustainable Energy Reviews」にちょうど掲載されたばかりです。
太陽光発電量の算出
本調査では、78人の電動モビリティ利用者を対象としました。彼らの多くは一戸建て住宅に住み、日中に車を頻繁に利用していました。10か月間にわたり利用者の行動が綿密に記録され、ETHの研究者は電気自動車がいつ走行し、いつ停車し、いつ充電されていたかを把握することができました。利用者データは「SBBグリーン・クラス」プロジェクトから得たもので、このプロジェクトでは個人がGA定期券と、自宅充電設備を含む電気自動車からなるモビリティパッケージを購入することができました。
所有者の多くは、自宅の充電設備で商用電力を使って電気自動車を充電していました。もし自宅のPVシステムの電力で充電していたとしても、同じように柔軟に車を利用できていたでしょうか。この問いに答えるため、マーティン氏の同僚研究者であるルネ・ブファット氏は、78人の電気自動車所有者の住宅に仮想のPVシステムを設置しました。住所から住宅を特定し、地理空間データを用いて利用可能な屋根面積を再現し、そこに太陽光パネルを仮想的に敷き詰めました。30分単位の解像度を持つ過去の気象データを用いて、ブファット氏は隣接する建物や樹木による日陰などの要因を考慮しながら、潜在的な太陽光発電量を算出しました。
さまざまな充電戦略
このモデル計算に基づき、ETHの研究者は、各電気自動車所有者が充電のために任意の時点で利用できるPV電力量を算出することができました。研究者らは、その電力は主に電気自動車の充電に使われるものと仮定しました。モデルにおける最大充電電力は11キロワット（kW）でした。住宅によってPVシステムのピーク出力は5〜25kWであり、通常は晴天時に全出力で車を充電するのに十分でした。
4つの異なる充電戦略について、研究者らは、利用者のモビリティ行動を変えることなく電気自動車を充電するために必要な住宅PV電力の割合を算出しました。最初のケースでは、従来どおり商用電力で充電していた時間帯に、利用可能であればPV電力で充電することとしました。結果は厳しいものでした。平均して、年間の電力需要のうちPV電力で賄われたのはわずか15％（残りは商用電力）でした。
2つ目の充電戦略は、単純なインテリジェント制御（スマート充電）によって、住宅のPV電力が利用可能な時にはいつでもバッテリーを充電するというものであり、結果は異なっていました。この場合、電力需要の半分以上（56％）が、一時的な貯蔵を必要とすることなく住宅のPV電力で賄われました。「この高い割合には驚きました」とマーティン氏は述べています。「スマート充電は、住宅における太陽光発電の消費を大幅に増やすことができ、商用電力で充電した場合と同じように車を柔軟に利用できます。」
スマート充電が今後の主流に
インテリジェント制御の可能性が一貫して活用された場合（3つ目の充電戦略）、電気自動車は住宅のPV電力で時間の最大90％まで充電することさえ可能になります。PV電力を蓄電ユニットに貯めた場合（4つ目の充電戦略）、車両はほぼ完全に太陽光エネルギーで走行できるようになります。ただし、ETHの研究者は中間貯蔵については慎重な見方をしています。住宅における再生可能なPV電力の消費はわずかに増やせるものの、蓄電ユニットの製造には相当量のCO2が排出されるため、充電システム全体の持続可能性のバランスには影響があります。
「本ケーススタディは、これまでほとんど活用されてこなかった、分散型かつ系統に優しい再生可能エネルギー供給に向けたスマート充電の可能性を示しています」とラウバル氏は述べています。同氏の研究グループは現在、PVの発電量と利用者の行動をできる限り正確に予測することを目指し、機械学習戦略の開発に取り組んでいます。これらの戦略は、スマート充電アルゴリズムの開発の基礎となるものであり、近い将来、電気自動車用充電ステーションの標準として採用されることが期待されています。
