もっとも身近な自然エネルギー　「太陽光」で生活をつくってみよう！

地球と太陽の距離はおよそ１億5000万km。これほど離れているのに、虫眼鏡を紙にかざせば、紙に火をつけるほどの力があります。

地球に降り注ぐ太陽エネルギーは、1秒あたりで40兆キロカロリー以上もあるそうです。これがどのくらいの量かというと、100万キロワットの発電所の２億個分とのこと。しかも、それを受け止める土地の所有の問題はあるにせよ、太陽エネルギーは基本的にタダ、フリーです。少ないロスでこれを上手に使いこなすことができれば、化石燃料を使うことによる搾取からの逃避が可能で、ヒトはもっと快適に自由に、暮らしていけるようになると思っています。

太陽光以外にも水力や風力などの自然エネルギーがありますが、水を蒸発させて雨にし、高い位置から流すのは太陽の力ですし、空気に温度差を生んで風を起こすのもまた太陽の力です。

また、地球というこの星に、酸素があるのは、植物や藻類、それにシアノバクテリアなどが光合成を行っているためです。無機の炭素から有機物を合成する反応が光合成で、そのための必須要素が太陽光。我々が食べている植物はもちろん、鶏や豚や牛も、元をたどれば太陽エネルギーを元に光合成でつくられた植物たちを食べて育っているわけで、地球上の生物はすべて形を変えた太陽エネルギーの姿、という見方さえできそうです。

太陽から地球に届くエネルギーは、その多くが電磁波として届いています。その内で、ヒトが直接、目にすることができるのは、可視光線と呼ばれる波長域のものだけです。それでも十分にこの世界は美しいのですが、太陽から放射されている電磁波は、可視光線だけではありません。波長で言うと2ナノメートル付近の極短い波長の波、たとえばX線から、波長10メートル以上の電波まで,驚くべく広範囲の電磁波が届けられています。

そのひとつにヒトが見ることのできる紫色(約400ナノメートル)よりもさらにその外側にある、短い波長の光線に紫外線があります。私たちが運営する虫草農園では、きのこの乾燥に太陽光を使っています。面白いことにシイタケに紫外線(太陽光)を当てるとシイタケ内でビタミンDが増加するのです。化石燃料を使った乾燥ではビタミンDは増えないのですが、キノコの一部は太陽光にさらすと栄養価があがることが知られています。これはシイタケだけではなく他のキノコでも同様のことが確認されていて、エノキタケやヒラタケは、シイタケ以上にビタミンＤの増加効果があることも知られています。

さらにキノコだけでなく、ヒトの場合も太陽光(紫外線)を浴びることで、体内にビタミンDがつくられます。ビタミンDはカルシウムの吸収に必要な栄養素で、血中のカルシウム量が減ってしまうと、ヒトは骨を溶かしてそれを補おうとしてしまいます。

近年、若い女性は日焼けを極端に避ける傾向があり、そのことがビタミンDの欠乏につながり問題になっています。特に妊婦さんの場合、生まれてくる子どもの骨も弱くなってしまい、つかまり立ちをする頃になると骨が曲がってしまうという「ビタミンD欠乏性くる病(＝乳幼児Ｏ脚）」が増えているそうです。妊婦や乳幼児と言えども、ある程度、太陽の光を浴びる必要があるのです。ただし紫外線は、浴び過ぎるとヒトの細胞のＤＮＡを損傷させてしまうこともあるので、田舎で農的な暮らしをしている場合には、浴び過ぎにも注意が必要。適度に太陽光を浴びる暮らしが、健康を保つ秘訣のように思われます。

紫外線とは逆に波長が長い電磁波も太陽からたくさん届いています。可視光線の中では最も波長の長い赤色の外側に位置する、赤外線もそのひとつです。電子レンジの熱源であるマイクロウエーブなどもこれに近い波長域で、モノを暖める原理は似ています。赤外線は物質にぶつかるとその分子を振動させ、それによって熱エネルギーを発生させます。ヒトはそれによって暖かさを感じます（とはいえ遠赤外線と言えども振動可能な分子は極表面だけで、骨の髄まで暖かくなるのは熱伝導による、というの最近の定説です）。

この地は標高が高く冬の寒さが厳しいので、わが家は「パッシブソーラー」というシステムを使って家を暖めています。家の屋根をつくる時に野地板の上に縦方向に垂木を追加し、その上にもう一枚野地板を貼ることで屋根材の下に通気層をつくりました。太陽熱で屋根材下の通気層の空気を暖め、暖められた空気は上に登るので、それを小屋裏トップに集め、パイプとファンで床下に送り込み、床下を暖めるというシステムです。原理はシンプル、しかもローテクなので自作が可能です。

空気だけではく、水を太陽光で暖めるシステムもあります。最近は真空管タイプと呼ばれる高性能な太陽熱温水器も普及し、自作キットが比較的安い値段で販売されています。これを使うと冬でも晴れればボイラーが必要ないほどのお湯を供給してくれます。わが家で使っているのは、ヒートパイプタイプと呼ばれるもので、真空管の中には集熱用のアルミのフィンの付いた銅パイプがあり、銅パイプの中には熱媒液と呼ばれる作動液が入っています。真空管で断熱された中にある銅パイプ内の作動液が蒸気化して、循環することで、上部にあるタンク内で熱交換され、タンク内の水を暖めるという構造です。

光は通すけれども、断熱効果が高い真空管の性能は優秀で、内部のヒートパイプが200度になっていても、真空管の外側は触ると冷たく感じたりします。真空管を割らないように細心の注意の元で組み立てる必要はあるのですが、設置する価値が十分にある機器でした。これを導入してからは湯沸かしに使うボイラーの燃料がほとんど減らなくなり、給油は１年に１～２回ほどになりました。

また、面白いことに真空管・太陽熱温水器は裏側にステンレス板を設置することと光が反射され、取水温度を高くできます。200リットルの水タンクの温度にして10度Ｃ以上、温度が上がるのでかなり効果的です。
真空管タイプの温水器は冬でも200リットルの水を冬でも60度Ｃ以上に加温してくれます。

太陽熱温水器も優秀ですが、太陽光を使ったエネルギーの自給で最も画期的なのは、太陽光発電のように思います。田舎は公共交通機関がないので自動車が必須。そのためガソリン代に生活費のかなりを消費してしまいます。ところが、中古のソーラーパネルと中古の電気自動車を組み合わせることで、田舎暮しにも関わらず自動車の燃料代はほぼゼロ円にすることができました。しかも化石燃料や原発で発電した電気を使わずにすむので精神衛生上も気持ちよく暮らすことができます。その具体的な方法については、STEP６で紹介することとし、ここではまず小さな発電・給電システムの自作をベースに、太陽光発電の基本的な仕組みについて紹介しましょう。

まず必要なものにソーラーパネルがあります。半導体を使うことで太陽光を直流の電気に変換してくれる板状の機器がソーラーパネルです。ソーラーパネルにはなぜかネガティブな情報が流れがちです。森を伐り開いてメガソーラーをつくることには反対ですが、たとえば製造時に使ったエネルギーをペイできないとか、寿命は17年などという説が流布されていますがこれらは間違いです。

普及タイプのソーラーパネルの場合、製造時に使ったエネルギーを回収するまでの時間(エネルギー・ペイバック・タイム=ＥＰＴ)は2年前後が定説です。一方で化石燃料による発電や原子力発電のＥＰＴは無限大。永久にいつまでも燃料が必要となる発電方法なのです。化石燃料や原子力による発電は、構造的に搾取が可能な発電方法ともいえそうです。

パネルの寿命が17年というのは、税務上の減価償却年数が17年、ということからの勘違いではないかと思われます。我が家で使っているパネルのほとんどは中古品で、製造から20年以上を経過したものが多いのですが、いまのところまだひとつも壊れていません。毎日、発電してくれています。

また最近ではエネルギーペイバックタイムがゼロ年というソーラーパネルも多く出まわりはじめました。つまりそれらはすでに2年以上使用された中古のソーラーパネルです。経済的な理由もありますが、我が家で中古品を優先するのもそのため。ソーラーパネルに限らず、中古品は製造時のエネルギーペイが終わっている事が多いのです。また、ソーラーパネル自体の劣化率は1年で1％未満です。使わなくなったソーラーパネルは廃棄やリサイクルではなく、リユースができるシステムづくりが必要だと思っています。

小さな発電・給電システムを自作する上で、もうひとつ大切なものに電池があります。残念ながらこちらは、いまのところ消耗品です(ただしマテリアルリサイクルの技術は確立されています)。手軽に扱えるということでは従来の鉛蓄電池(ガソリン自動車の12Ｖバッテリーなど)が入門者には扱い安い電池です。一方、最近のポータブル電源に使われているのはリチウム電池で、これは電気自動車の駆動用バッテリーなどにも使われています。リチウム電池は高性能なのですが、その分、充放電の管理に精密さが要求され、バッテリー・マネージメント・システム(ＢＭＳ)と呼ばれる電子機器と必ずセットで使用する必要があります。

小さな発電・給電システムの構成要素にはその他に、チャージコントローラーとインバーターがあります。チャージコントローラーは、ソーラーパネルで発電した電気を、使用するバッテリーに合わせた電圧に制御すると共に、過充電や過放電が起こらないように調整してくれる装置です。インバーターは、太陽光発電や電池は直流電源なので、それを交流の家庭用電源(家のコンセントと同じ電気)に変換してくれる変換器です。

市販のポータブル電源は、これら「電池」「チャージコントローラー」「インバーター」をひとつの箱の中に入れてまとめたもので、それをソーラーパネルで充電することで、化石燃料や原発を使わずに使用可能で、災害時にも使える、ということで人気があります。

機器がひとつにまとめられていて便利ではあるのですが、どこかひとつ壊れてしまうことで全体が使えなくなってしまう可能性も指摘できます。一方、自分で組み合わせつくったものであれば部品交換による対処が可能。たとえばチャージコントローラーが壊れたのであればチャージコントローラーだけを交換すればいいわけです。

それぞれの機器も最近ではかなり安くなっています。たとえばソーラーパネルは100Ｗのもので1万円前後、チャージコントローラーは1000円前後から、インバーターは正弦波で1000Ｗのものでも1万円前後からあります。電池はＢＭＳ付きの12Ｖ100Ａｈリチウム電池が4万円前後、同クラスの鉛電池ディープサイクルモデルで1万5000円くらい、自動車用の12Ｖ中古鉛バッテリーを自動車修理工場などから分けていただき、それを使うということであればタダ、もしくは1000円前後と思われます。

写真は左からソーラーパネル、チャージコントローラー、接続用ソケット、バッテリー、そして右端がインバーター。これがオーソドックスな仕様です。

ちょっとした充電で活躍する小型の太陽光発電システムなら、市販の機器を組み合わせて比較的簡単につくれます。オススメはUSBコードで充電できる(入力電圧が５Ｖ)モバイルバッテリー(ＢＭＳ付リチウム電池)を充電池に使う方法。この手のモバイルバッテリーはバッテリーマネジメントシステムを搭載しており、自動車のジャンプスタート機能(12Ｖ出力機能)があるものなら自動車のバッテリーあがりなどにも対応可能です。

入門システムの組み方はさまざまですが、この充電池に出力５Ｗ程度の12Ｖ用小型ソーラーパネルを組み合わせる方法が簡単です。ポイントは、パネルで発電した電気をどのようにモバイルバッテリーにつなぐか。ソーラーパネルは晴れたり曇ったりで発生電力が不安定です。電圧が低い場合は充電されないだけですが、高すぎる場合が問題で、12Ｖ用パネルでも開放電圧が20Ｖ以上になることも。これを安定させ、USBポート用に５Ｖでモバイルバッテリーにつなぐ必要があります。

チャージコントローラーを使うのもひとつの方法ですが、許容電圧の広いUSBシガープラグを使う手もあります。24Ｖバッテリーでも12ＶバッテリーでもUSB出力できるシガープラグで、それをＢＭＳ付のモバイルバッテリーと組み合わせるとチャージコントローラーが不要になります。

情報を整理すると、入門にオススメなのが５Ｗパネル、モバイルバッテリー、24Ｖ対応のシガープラグの組み合わせとなります。これらを接続するだけで、太陽光で充電可能なモバイルバッテリーシステムを組み上げることができます（写真①）。

パネルとバッテリーの組み合わせが的確であれば、チャージコントローラーなしで電圧計や逆流防止用ダイオードでシステムを組む方法もあります（写真②）。12Ｖ仕様の充電器と12Ｖ鉛バッテリーを組み合わせてインバーターなしで18Vのコードレス工具のバッテリーを充電する方法もあります（写真③）。

こうしたシステムを組む際に注意して欲しいのは、どんなバッテリーも急速充電すると制御が難しくなり、火災などの危険性が増すということ。また、大電流での充電はバッテリー自身も傷みます。小電力で時間をかける緩速充電が安全の基本で、モバイルバッテリーの多くがUSBからの小電力で充電する仕様なのも同様の理由からと思われます。ここで紹介した方法のポイントは、出力5Ｗの小型ソーラーパネルを電源とすることです。緩速充電は危険性を下げ、バッテリーの寿命を伸ばします。

さて、いよいよ本題です。中古のソーラーパネルで中古の電気自動車を充電し、電気の来ていない場所や災害時に電気自動車の電池を使おうという提案です。

電気自動車を太陽光で充電して走らせるにはいくつかの方法がありますが、ここでは車庫などの屋根に設置したソーラーパネルを使ってオフグリッドで充電する方法を紹介します。ポイントはパワコンと呼ばれる太陽光発電の売電時に使われる機械。このパワコンの「停電モード」を使ってクルマに充電します。新品のパワコンは高価なのですが、型遅れ品や中古品が格安で出まわっていて、オフグリッドで使うにはそれで十分です（ちなみに私がネットオークションで手の入れたものは、新品なのに型遅れのためか5000円でした）。

パワコンには停電モード(自立運転モード)と呼ばれるモードがあり、それ用のコンセントが本体のどこかに付いています。スイッチで停電モードを選択すると、ソーラーパネルに光が当たっている間はそのコンセントから交流100Ｖが1500Ｗまで取り出すことができます。もちろん、車庫の屋根の上にはそれ以上の容量のソーラーパネルが載っている必要がありますが、クルマ1台ぶんの車庫の屋根があれば、十分、そのくらいのパネルを載せることができます。

配線は至って簡単。ソーラーパネルを直列でパワコンの許容電圧(私のパワコンの場合は450Ｖでした)を超えない範囲で直列で(プラスとマイナスをただつなぐだけ)つなぎ、そのプラス・マイナス2本のコードをパワコンのそれぞれの端子につなぐだけ。私の場合、ソーラーパネルも廃棄されるものをタダでいただいたので、設備一式にかかった費用は3万円前後。作業も1日半くらいで終えることができました。また、電気自動車の充電を行うには、充電ケーブルの選択も重要です。この分野は中国が進んでいて、任意の電流値で充電できるケーブルが市販されていたりします。

ただし、送電網とは連結しないオフグリッドとはいえ、日本では法律で30Ｖ以上の電気的設備を施工する場合には資格が必要です。そのため、電気工事士の有資格者の監修のもとで工事を行う必要があります。ちなみに当家の場合は、娘に電気工事士の資格を取ってもらいました(この資格、生涯免許で書き換えもないので、ＤＩＹが趣味の人は取ってしまうというのもありだと思います)。

わがやの電気自動車は10年近く前の中古車です。いまの電気自動車と比べて、元々の電池容量は少なめですが、それでも一度も電欠をしたことはありません。ただし、バッテリーに空き容量がないと、たとえ天気がよくても充電はできません。電気自動車は複数台あったほうがよく、晴れた日に何台かの電気自動車を充電できると、太陽エネルギーを無駄なく貯められます。わがやで手に入れた中古電気自動車の車両価格は10万円～70万円。リチウムイオンの大容量ポータブル電源を手に入れる（しかも自走する）と考えると格安にも思えます。いまでは家族全員の愛車が中古電気自動車になっています。

おかげでクルマ必須の田舎暮しにも関わらず、わがやの自動車の燃料代はほぼゼロ円。また、電気自動車の駆動用バッテリーを、夜間、家庭内の電力として使用するための機器(三菱車用はパワーボックスという名称)もあるので、クルマから取り出した電気を家庭内に引き込めば災害時などに電気自動車の駆動用電池を家庭内の電源として使うことも可能です(電気自動車によっては、交流100Ｖ用のコンセントを内蔵しているものもあります)。

小さな小屋で慎ましく暮らすなら、電気自動車を蓄電システム兼移動手段とすることで、オフグリッドで生活することも可能です。

実践したら、写真をとって『やった！レポ』に投稿しましょう！苦労したことや工夫したこと、感想などあれば、ぜひコメントにも記載してください。