ルーマニアのブカレストにあるアパートで実施された運用実験により、半透明の太陽光発電窓が給湯器に直流電流を直接供給でき、電気蓄電池の代わりに給湯タンクを熱エネルギーの貯蔵手段として利用できることが示された。実験実施者が公表した測定結果によると、このシステムは、連続する2つの観測期間において、4人世帯に必要な給湯エネルギーの43.7％から46.7％を供給した。
PhotoVoltaic Windows SRLのAdrian Băisanが紹介したこの実験は、アパート居住者が直面する実務上の問題、すなわち太陽光パネルを設置するための専用屋根スペースがないことを対象としている。このような場合、窓、バルコニー、ガラス手すりは発電に利用できる数少ない表面となるが、発電のタイミングは必ずしも家庭内の電力消費と一致しない。
アパートでは実際に何が起きたのか？
システムは南向きのガラス張りのバルコニーに設置され、11枚の半透明太陽光発電窓で構成されている。補正後の公称出力は約845ワットピークで、プロジェクトの以前の文書では、2021年の古いデータシートに基づき683ワットピークとされていた。メーカーは、納入されたガラスはより高出力の新しいモデルに属すると説明した。この補正によって、測定されたエネルギー量や給湯のカバー率は変わらない。
窓は家庭の電力網から独立して動作し、通常の給湯器にある抵抗加熱素子へ直接接続されている。太陽光発電の電力が不足すると、コントローラーは日没後に給湯器を交流の系統電力へ切り替え、サーモスタットで設定された温度に達するまで加熱する。この構成では、太陽光発電用インバーターや電気化学蓄電池は必要ない。
2023年から2024年の期間には、窓が給湯器へ446キロワット時を供給し、家庭の給湯エネルギー需要の46.7％をカバーした。2024年から2025年の期間には、供給エネルギーは462キロワット時に増加したが、カバー率は43.7％だった。各期間には、世帯が約1か月間不在だったため、実際にはおよそ11か月の使用期間が含まれている。
なぜ蓄電池ではなく給湯が選ばれたのか？
基本的な考え方は、エネルギーの生産時間と使用時間を分離することにある。給湯タンクは数時間にわたって100ワット、300ワット、または500ワットを受け入れ、そのエネルギーを熱として保持して後で利用できる。これは、瞬時負荷に接続された従来型の太陽光発電システムとは異なる。従来型システムでは、発電量が500ワットであっても、その瞬間に家庭が消費している電力は150ワットにすぎない場合がある。
記事では、ドイツ連邦環境庁（UBA）による、出力800ワットで垂直設置され南向きにしたベランダ用太陽光発電システムの基準例を挙げている。その年間発電量は約532キロワット時と見積もられ、蓄電池がない場合、アパート内で直接消費される電力は約240キロワット時、つまり約45％とされる。一方、太陽光発電の電力を給湯器へ直接送ることで、より長い時間にわたって発電量を吸収でき、電気的な蓄電設備を追加せずに、利用可能なエネルギーの活用率を高められる可能性がある。
電気的な適合が決定的な要因
この結果は、太陽光発電ガラスが本質的に従来型のシリコンパネルより高効率であることを意味しない。最も重要な点は、アレイの電圧と加熱負荷の適合である。合計出力が約800ワットの従来型パネル2枚を、出力3キロワット、電圧230ボルトの加熱素子に直接接続した場合、記事中の比較によれば、電圧と電流の特性により、伝達される電力は約300ワットを超えない可能性がある。
これに対し、太陽光発電窓は、より低出力の発電素子を多数使用しているため、それらを配置して加熱素子に適した直流電圧に到達させることができ、総出力を穏当な水準に保てる。システムでは、補正後の公称出力845ワットピークに対し、給湯器側で499ワットの測定ピークを記録した。
アクティブMPPTコンバーターは、一部の照明条件では瞬時出力を高める可能性があるが、その増加分を同じ程度に年間有効エネルギーへ変換できるとは限らない。給湯器は設定温度に達すると停止し、コンバーターは消費電力、損失、費用、複雑性を追加するからである。この結論は実験の構成に関連するものであり、すべてのシステムで電力変換エレクトロニクスが不要になることを示す一般則ではない。
追加の利点と注意すべき限界
記事によると、給湯を現地で行うことで、中央給湯からシャワーへ温水が届くまでの待ち時間が短縮された。測定された毎分6.7リットルの流量と、9月下旬に約43℃へ到達するまで約5分待ったという条件に基づき、ケースモデルは、4人世帯が待機中に年間約62.1立方メートルの水を浪費すると推定した。出典は、これは特定のケースに関する推定値であり、配管の長さ、循環システム、運転条件は建物によって異なるため、一般的な数値ではないと確認している。
太陽光発電ガラスは日射遮蔽要素としても機能する。ガラスの総面積は約12.9平方メートルで、そのうち半透明太陽光発電ガラスが7.92平方メートルを占める。モデルによれば、透明ガラスをこれに置き換えることで、外皮を通じた太陽熱取得は約40％低下した。また、このアパートでは夏季の冷房消費を433キロワット時から481キロワット時削減できると推定され、中心値は約457キロワット時だった。これらは計算値であり、空調の節電を実測したものではない。
certi.newsによる編集上の見解：この実験の重要性は、アパートにおける太陽エネルギーの利用方法を再定義する点にある。電力を常に交流へ変換したり、蓄電池に保存したりする必要はなく、すでに設置されている給湯タンクが柔軟で有用な負荷となる可能性がある。しかし、この結果だけで経済性や拡張可能性が証明されたわけではない。また、データは技術そのものに関係する組織から提供されており、冷房と水に関する利点の一部はモデルと推定に基づいている。そのため、この解決策を一般化する前に、従来型パネルとの比較、設置費用、建物における安全要件と規制を独立して評価する必要がある。