太陽光活用設計手法～まとめ編～

今、東京都が太陽光発電を住宅等の新築に条件付きで義務化するという条例改正をしようとしており、
（東京都環境局HPより：環境確保条例の改正「中間のまとめ」のポイント）
建築物省エネ法についても、2025年度から住宅の省エネ基準適合を義務化する改正案を閣議決定しました。
（国土交通省HPより：令和4年4月22日「脱炭素社会の実現に資するための建築物のエネルギー消費性能の向上に関する法律等の一部を改正する法律案」）

脱炭素社会の実現に向けた環境負荷削減の問題は、もはや全体で真剣に取り組まなければならない段階に差し掛かってきているのだと思います。そんな時代の流れの中、住宅を生業とする設計事務所も目を向けないわけにはいかない状況です。
今回は、これまでの太陽光活用の提案の内容をまとめました。私たちの考えを共有することで、皆さんが自然エネルギーといかに付き合っていくか考えるきっかけや材料になればと思います。

① 太陽光の熱を給湯に利用する
まずは住宅で使用するエネルギーの約35％は給湯であることに注目して、太陽エネルギーの利用効率の高い太陽熱給湯システムで80度のお湯を晴天の日、300～400リットルをタンクに貯めて浴室とキッチン洗面等に活用します。春夏秋の給湯は殆どそれだけで賄うことが出来ます。
あるいは、ヒートポンプでお湯をつくるエコキュートを導入し、太陽光発電でお湯を沸かせるようにします。

② 太陽光パネルを発電効率良く、漏水リスクが少ないように取り付ける
屋根の形状を考えるときは、真南方向に３０度の勾配で、１００%の発電効率が得られることを踏まえて、効率の悪い面にパネルを置くことがないように設計します。
屋根の素材については、結設計では、ガルバリウムなどの金属葺や、アスファルトシングル葺をよく使用しますが、防水の保証期間以降の雨漏りのリスクを減らすのであれば、金属葺きで、直接ビス打ち固定とせず、掴み金物で固定し架台を設けます。
竣工後に太陽光パネルを後付けすることが想定され、どのような取付け方をするかわからない場合は、直接ビス打ちされてしまう可能性を考慮して、金属葺よりはリスクの少ないアスファルトシングル葺きとします。

③ エネルギー消費の少ない計画とする
軒を深く出すことで、冬は南の開口部から太陽光を直に取入れ、夏は庇等で太陽光を室内に入れない構造とし、照明だけでなく冷暖房でも昼の電気の使用量が少ない建物にします。

④ 太陽光発電で得たエネルギーを建築に貯める
昼発電した電気を基礎蓄熱冷暖房を採用することで、昼に発電したエネルギーを夜の冷暖房で使用できるようにします。また、基礎蓄熱の効果を高めるため、基礎を含め外断熱とします。蓄電池を使わずになるべく自家消費率を増やすため、住宅を蓄電池化する手法です。

⑤ 木造でありながら、躯体に蓄熱性の高い構造を用いる
通常の在来木造は、柱と柱の間は構造用合板や筋交いが入っており、隙間の空洞に断熱材を入れています。なので断熱性あっても蓄熱性があるとは言えません。かねてより結設計で取り組んでいるFSU工法は柱の間を柱と同じ角材を緊結して作った壁パネルで構成しています。壁パネルは密実な木のかたまりなので、熱容量が大きく、それ自体が蓄熱体にもなる性能を有している上に、断熱性能と構造強度、さらには燃え代耐火性能を持っています。

最後に…
今回は、もし私たちが太陽光を活用して設計するならばこんな方法はどうかという「一般解」の紹介をさせていただきました。ですが、住宅設計では、ご依頼主それぞれの優先順位、敷地条件、生活スタイルなど様々な「特殊解」を併せて解いていく必要があります。私たちに設計をご依頼頂いた際は、これらの手法を絶対条件で進めていくという訳ではなく、個別の優先順位に応じて設計を進めていくということを最後に補足させていただきます。これまでのブログについても併せて読んでいただけると幸いです。

太陽光活用設計手法～住宅の蓄電池化～

今回は私たちが太陽光をどう利用しようとしているかお話しします。

その１のブログでなぜ太陽光利用をお奨めしなかったかを話しました。誤解を招くと思い、触れませんでしたが、10年前の売電価格が40円/kWhの頃、割高に売れるということはその分誰かが負担することになり、これは住宅設計というより経済行為の話で、私たちの言うことではないと思ったからです。

しかし今は、地球温暖化対策の緊急性の観点から、可能な限り再生可能エネルギーにシフトすべき段階に入っていると思い、それを最も効率よく活用する術は、多くの方と共有すべきと考え、このブログで公開しています。

太陽光発電で問題になるのは発電しない時間帯の電気どうするかです。解決方法は２つあります。

「A：昼の発電余剰分を売電して、夜の電気購入費用の足しにする」
「B：蓄電池使って夜まで電気を貯めておく」

Aの場合、現在2022年の、売電価格が17円/kWhで、購入価格が19.88円/kWhの状況では、昼安く売って夜高く買うことになり、売らずに自家使用する方が得です。
Bの場合、出力約5kWのパネルに対応した蓄電池の設置は200万円程で値が張ります。パネルと蓄電池を含めた費用の回収に25年程必要とする高価格で、蓄電池の寿命と経年変化での能力低減を考えると現実的ではありません。
そこで、Aを選択せざるを得ないのですが、それならば、発電した電気を単価の安い売電にまわさず、建築計画の工夫で、夜の電力消費を助ける方法を考えました。

その仕組みは、基礎蓄熱冷暖房を導入することで、昼発電した電気をエネルギーとして建物に蓄積し、夜まで延長して活用できる建物構造とすることです。いわば、建物に蓄電池の役割を担ってもらうのです。

基礎蓄熱冷暖房は、エアコンの室外機と同じ構造のヒートポンプの給湯器で作った専用の温水を、基礎コンクリートの中を循環させてコンクリート自体を温め、その後ゆっくり放熱する方法です。
通常の基礎蓄熱は夜の安い電気で基礎コンクリートに蓄熱し、日中に放熱させますが、太陽光発電と組み合わせて導入した場合、発電している昼にヒートポンプを稼働させて蓄熱させ、冷えてくる夜に放熱させます。
床暖房のように床面が温かい訳ではありません。スイッチのオンオフも朝夕にするのではなく、晩秋に入れて、春口に切ります。冷まさない暖房方式です。
また、ヒートポンプの室外機はお湯の温度を制御できるので、夏も冷房に活用できます。夏も冷水を送ることで基礎を冷やし建物全体を冷やします。但し、即効性がないので、すぐに効かせたいためにエアコンを一台用意しておくようにしています。

私たちは、この手法で数十件の実績があります。建物全体が、気密性が高く、熱を逃がしにくい構造であるほどこの手法が生きるので、外壁だけでなく屋根も基礎下も外断熱で包むようにしています。床下温度を保つため通常の床下換気はできないのですが、夏は床下に湿気を溜めると腐敗やカビの原因になりますので、そこは設計上の工夫が必要です。

コンクリート造の外断熱であれば、基礎以外にも壁や屋根も蓄熱体として考えることができますが、住宅で外断熱のコンクリート造にできる程、建築費に余裕がある機会はそれほど多くありません。一戸建て住宅の多くは木造住宅ですから、蓄熱性能の高い木造のあり方を考える必要があります。
通常の木造の在来工法は、柱と柱の間は構造用合板や筋交いが入っており、隙間の空洞に断熱材を入れています。ですから断熱性はあっても蓄熱性があるとは言えません。

かねてより結設計で取り組んでいるFSU工法は、柱の間を柱と同じ角材を緊結して作った壁パネルで構成しています。壁パネルは密実な木のかたまりなので、熱容量が大きく、それ自体が蓄熱体にもなる性能を有している上に、断熱性能と構造強度、さらには燃え代耐火性能を持っています。また、デザイン的には木現しの仕上げにもなり、木の温かみを感じることができます。

この工法は基礎蓄熱冷暖房と相性がいい工法と言えます。興味のある方は、FSU工法の紹介や過去のブログを併せてご覧ください。近々FSU工法の住宅が着工いたしますので、それもブログを通じてご報告できればと思っています。

ここまで全５回の太陽光ブログにお付き合いくださいましてありがとうございました。太陽光ひとつとっても、住宅設計ではその都度、諸条件が異なり、何が最適解なのか単純に決められないと感じています。これからも新しい情報を集めて、よく吟味し、なるべく再生可能エネルギーを効果的に活用する提案をしていきたいと思います。

尚、このシリーズでは個々の仕組みの説明が長くなって分かりにくい思いをさせてしまいました。次回【その６　太陽光活用、まとめ編】では分かり易く簡単に説明します。

太陽光についてのレポート～給湯利用編～

電気と同じく住宅の大切なインフラであるガスですが、昨今、電気料金と同じくガス料金も値上がりしています。寒い冬は毎日暖かいお風呂に入りたいですし、食器もお湯で洗わないと油汚れが落ちません。冬場、驚くほどガス代が高かった経験は誰にでもあると思います。

オール電化ではない場合、住宅で使うガスは2種類です。一つ目はキッチンのガスコンロ、二つ目は給湯器です。給湯器は水を温め、シャワー、風呂、洗面台などにお湯を送ります。家庭のガスの使用量の７５％が給湯器と言われていますので、より効率の良い給湯方法を考えることは重要なことではないでしょうか。
今回は太陽光発電に関連して、2つの給湯方法について調べたことをお話ししたいと思います。

〇太陽熱給湯（ 太陽熱温水器 ）システムについて

太陽熱給湯システムとは、屋根に施工したパネルで集熱をし、お湯を作り出す簡単なしくみで、上部の写真のように昔から使われています。
太陽光発電の太陽光エネルギーの利用効率は製品やメーカーによって違いはあるものの、通常のものは7～18％程度です。それに比べて、太陽熱を使って温水を作り、給湯に利用する太陽熱利用のエネルギー利用効率は40～60％ですので、太陽熱利用の給湯はとても効率が良いことが分かります。
屋根にパネルとタンク付いた太陽熱温水器は今は殆ど見かけなくなりました。最近の太陽熱給湯はタンクを地面に設置し、パネルの熱で温められた冷媒でタンクの中の水を温めます。そこから湯沸かし器に接続し、タンクのお湯がなくなったり温度が低い場合のみ湯沸かし器が作動する仕組みになっています。このタイプは初期費用は300リットルの蓄熱タンク付きで、約90～100万円程度で、月々のガス代を考えると費用回収できるのが10年前後で、それ以降の給湯にかかる費用は殆ど無料になります。

〇エコキュートについて

一方、電力で効率よくお湯を沸かす方法として「エコキュート」をご存じの方も多いかと思います。これは、ヒートポンプで空気を圧縮したときにできる熱を利用することで、少ない電力で熱を生み出すしくみです。

初期費用としてはヒートポンプとタンクを合わせて60万くらいかかりますが、深夜の安い電気料金帯の間に電気でお湯を沸かして貯めておけるため、給湯分のガス代が不要になります。東京電力には、エコキュートなどの夜間蓄熱式機器（総容量が1kVA以上）を使う人が加入できる深夜料金が安いスマートライフというプランもあります。

太陽光パネルとエコキュートを併せて設置するのであれば、昼間発電して使いきれなかった余剰分の電力を売電に回さず、夜使うお湯を昼間にエコキュートで作っておく方法もあります。発電分を自家用として使う比率を上げ、夜電気の購入を減らす方法の一つではないでしょうか。この組み合わせは、どの程度発電ができるのか、どの程度発電した電気を給湯に回せるのか等々の諸条件で変わってきますので、注意すべきです。

どのように導入にするにしても、太陽のエネルギーを建築としてどう採取し、どう蓄積させ、どう活用すべきかを考えて、住まいづくりの計画や設計をする必要がありそうです。

第４回まで続いたこの太陽光ブログですが、いよいよ次回は、これらのことをふまえた私共の設計手法についてお話ししたいと思います。
次回【その５　太陽光活用設計手法～住宅の蓄電池化～】(2022年5月30日upしました)是非ご覧になってください。

太陽光についてのレポート～発電利用編～

太陽光を導入する理由は、環境にやさしいエネルギーだから、停電時など非常用の備えとして、などいろいろな理由はありますが、やはり気になるのが年々上がっていく電気料金ではないでしょうか。これから下がる見通しもない中で、自衛手段として太陽光発電はどうだろうと検討する方も増えているようです。これからの建築について、どんな導入方法がいいのか調べて考えたことをレポートします。

〇太陽光発電、導入ケーススタディ

例えば夫婦二人暮らしのある家の昨年の電気料金を調べてみると、季節によりばらつきはありますが、ひと月200～500kWhほど使っていました。電気代は１万円程です。その家に出力4.5kWの太陽光発電パネルを設置したと仮定します。ひと月の発電量は平均450kWh程度ですので、単純に発電量と使用量で比較すればほぼ太陽光でまかなえます。しかし蓄電池がなければ、発電できない夜に使う電気は購入する必要があります。

その家の電気利用状況を調べると、日中（太陽が出ている間）と夜間の電気使用量の比率は大体半々くらいだったので、仮にひと月、昼200kWh、夜200kWh使ったとします。

ひと月で450kWh発電するとして、昼分200kWhは発電分で賄い、余剰分250kWhは売電します。売電単価17円/kWhで、4,250円で売れました。

夜分200kWhは購入します。電気料金の一例として、東京電力のスタンダードプランの料金体系ですと、最初の120kWｈまでは19.88円／kWh、121～300kWhは26.46円／kWhですので、19.88円 × 120ｋWｈ＋24.46円 × 80ｋＷｈ＝4,342円になります。夜トクプランという料金体系もありますが、日没～PM9:00は34.49円／kWh、PM9：00～AM9:00までは22.97円／kWhかかるので、スタンダードプランがよさそうです。

基本料金や再エネ賦課金などを含めると、実際に支払う電気料金は6千円くらいはかかりそうです。売電で得た分を差し引きすると月に２千円の持ち出しで、電気料金をまかなえることになります。

〇 蓄電池について

発電できない夜間や悪天候時の購入分が多くなるとそれだけ損になってしまいます。その間も自家発電で賄おうとすると、蓄電池を設置し日中作った電気を貯めておく必要があります。しかし蓄電池は200～250万と高額で、太陽光パネルと蓄電池を合わせた初期費用の回収年数は30年程度かかりますが、蓄電池の能力保証は10年程度なのです。蓄電池の購入や設置には補助金が利用できますが、それでも高額なので軽々にお奨めできません。
また、電気自動車を所有しているのであれば、発電して使いきれなかった電力を車に貯めることができます。ただ、車に貯めた電力を家の中で使うには、V2H（Vehicle to Home）システムというものが追加で必要になります。V2Hシステムは、電気自動車を自宅の蓄電池のように使用することができるものですが、V2H機器を購入するには蓄電池導入と同じくらいのコストがかかるようです。

蓄電池がなくても、停電時に発電中なら自立運転モードに切り替えて自家発電した電気を1,500Wまでは使うことができますし、家庭用の小型発電機やポータブル蓄電池を備えて置くことも一つの手です。

太陽のエネルギーを利用する「ソーラー (solar:太陽の)」 と呼ばれるものには「太陽光」を発電に使う方法のほかに、「太陽光」を熱として使う方法もあります。これについては長くなってしまったので、次回のブログでお話ししたいと思います。是非併せてご覧下さい。
【その４　太陽光についてのレポート～給湯利用編～】（2022年5月24日アップしました）

太陽光ブログ
【その１　太陽光発電、これまで強いて奨めなかった理由】(4/29up)　
【その２　太陽光発電、現在はお奨めするか…】(5/16up)
【その３　太陽光についてのレポート～発電利用編～】(5/19up)
【その４　太陽光についてのレポート～給湯利用編～】(5/24up)
【その５　太陽光活用設計手法～住宅の蓄電池化～】(5/30up）
【その６　太陽光活用設計手法～まとめ編～】(6/15up)

太陽光発電、現在はお奨めするか…

前回のブログ【その１　太陽光発電、これまで強いて奨めなかった理由】では、強く推奨しなかった理由をお話ししました。それでは、私どもが懸念していたことが、現在はどう状況が変化していたかお伝えしたいと思います。

１　初期の太陽光パネルは、設置後に生み出す電気量の７年分ほどをそのパネルの生産に消費していました。使用素材や製品構造にもよりますが、現在の太陽光パネルは、２年分ほどの電気量で製作できるように進歩しているようです。

２  太陽光パネルの設置費を電気代で回収するのに10年かかるにもかかわらず、発電と蓄電能力は数年でかなり減衰すると言われていました。今も、太陽光発電パネルの設置費を「売電利益」＋「太陽光発電したものを自家使用し他から電気を購入しなくてよくなった金額分」で割ると、やはり10年はかかります。設置費用は年々安くなっているのですが、売電価格もそれに伴い年々安くなっているからです。逆に言うと大体10年間で回収できるように売電価格が調整されていて、その間売電価格は一定であることが保証されています（FIT制度）。この点については、今も昔も条件は変わらないということです。
一方、パネル自身の発電能力は上がってきており、15年程度なら殆ど減衰せず、8～9割に減衰するのは約25年経過したころだそうです。ただし、太陽との角度が効率よく発電できる状態での設置という条件付きではあります。

３ 太陽光パネルの取り付け方として、パネルメーカー指定業者の施工で、金属葺の屋根面に直接ビスを打ちシールで雨水を止めるやり方には雨漏りに対して不安があったのですが、今もそのように施工されていることもあるようです。ですが、屋根にビスで穴はあけず、掴み金物を屋根材に挟み込んで支持補強材を取り付けるやり方も増えてきています。取り付け方をどうするかは、設計段階からよく吟味すれば雨漏りのリスクはクリアできそうです。

4　建築全体の予算が限られている場合、建物完成後でも施工可能な太陽光パネルより、建設時でないと施工できない重要な他の仕様を優先していました。それはパネルは金銭的な余裕が出来た段階でも後乗せ可能と考えていたからです。しかし最近は建設時に太陽光発電用のパネルを初期費用をかけずにリースで設置する方法も出てきました。約2.5万円／月のリース料を５年かけて支払った後は、建主に無償譲渡される仕組みです。最初から導入するのであれば、太陽光発電と相性のいい建築を計画することができます。予算の面でもやり方によっては検討できることが分かりました。

↑　6～7kW出力のパネルのリースと自己設置との比較。発電能力や設置コストにさほど違いがないのが分かる

これを機に太陽光について調べていくと、いろいろなことが分かりましたので、次回のブログ【その３　太陽光についてのレポート～発電利用編～】（2022年5月19日アップしました）では、そこで分かったことをレポートしてみたいと思います。導入を検討する参考になれば幸いです。

太陽光 ブログ
【その１　太陽光発電、これまで強いて奨めなかった理由】(4/29up)　
【その２　太陽光発電、現在はお奨めするか…】(5/16up)
【その３　太陽光についてのレポート～発電利用編～】(5/19up)
【その４　太陽光についてのレポート～給湯利用編～】(5/24up)
【その５　太陽光活用設計手法～住宅の蓄電池化～】(5/30up)

太陽光発電、これまで強いて奨めなかった理由

これまで何件か太陽光発電パネルを乗せた設計をしましたが、積極的には奨めてはいませんでした。最近地球温暖化での脱炭素やSDGs対応で、国の後押しもあり、太陽光発電パネルを屋根に載せることを検討する方が多くなってきたようです。しかし売電価格が11年前の48円／kWhから2022年は17円／kWhになり、今では最低の買電価格19.88円／kWhを下回っています。設置後10年間はFIT制度により売電価格が維持されますが、卒FITを迎えた10年後の売電価格はさらに下がり8.5円/kWh程度だそうです。そうなると売電を目的として設置をする方よりも、今後電気料金がさらに上昇すると見込んで自家用消費のために設置する方が多いと思われます。

これまで太陽光パネルを住宅の屋根に乗せることを強く推奨はしませんでしたが、色々考え直すこともあり、改めて検討してみたいと思います。但し今後提示する数値は現場での感覚的報告のためアバウトで、かつ変化している場合もあり、実際での採用時にはご自分でも再確認ください。

まず、なぜ強く推奨しなかったのか、その当時の理由を挙げてみます。

1　初期の太陽光パネルは、設置後に得られる電気量の7年分ほどをそのパネルの生産に消費してしまうとのことで、エコになるか疑問を覚えたからです。

2　太陽光パネルは工事費を電気代で回収するのに、10年かかると言われていましたが、発電と蓄電能力は数年でかなり減衰すると言われていました。

3　取り付け方は、パネルメーカー指定の工事者による施工の際、金属葺の屋根面に直接ビスを打ち、シールで雨水を止めるやり方が多く、建築と同じ10年補償とは言え、不安を覚えたからです。そこで私は乗せる場合の屋根仕上げや、取り付け方は色々安全な対策を施しました。

4　建築全体の予算が限られている場合が多く、建物完成後でも施工可能な太陽光パネルより、建築工事中でないと施工できないより重要な他の仕様を優先しました。これには今後発電能力の高い製品が出る可能性もあるだろうと考えていたこともあります。

以上が太陽光発電を今まで、私たちが強く推奨していなかった理由です。ですが、太陽光発電が出始めたころから性能も進化していることや、環境や防災に対する意識の高まってきたことなど、状況が変化していったこともあり、現在は考えが変わってきています。

現在の考えを、次回【その２　太陽光発電、現在はお奨めするか…】（2022年5月16日アップしました）にレポートします。これから数回にわたり太陽光ブログを書きますので、よろしくお付き合いください。