太陽光発電と蓄電を組み合わせたプロジェクトで使用される主な2種類のバッテリーには、それぞれ長所と短所があります。鉛蓄電池は歴史が長く、構造も理解しやすいですが、蓄電容量に限界があります。リチウムイオン電池はサイクル寿命が長く、軽量ですが、本質的に高価です。

蓄電設備は通常、LG Chemのように1種類のバッテリーで構成されています。写真提供：GreenBrilliance

それぞれの化学組成の長所を組み合わせることで、費用対効果が高く、大容量のバッテリーバンクを一つにまとめることは可能だろうか？

新しいリチウムイオン電池の機能を利用するためだけに、既存の鉛蓄電池バンクを解体する必要があるのでしょうか？ リチウムイオン電池システムに、より安価な鉛蓄電池を追加して、特定のキロワット時容量を満たすことは可能でしょうか？

どれも重要な質問ですが、明確な答えは「場合による」です。一つの化学反応にこだわる方が簡単でリスクも少ないですが、いくつかの回避策はあります。

テキサス州のフリーダム・ソーラー・パワー社の電気技師、ゴードン・ガン氏は、鉛蓄電池とリチウムイオン電池を接続することは恐らく可能だが、交流接続による場合に限られるだろうと述べた。

「鉛蓄電池とリチウムイオン電池を同じ直流バスに接続することは絶対にできません」と彼は言った。「最悪の場合、電池が壊れるだけでなく、火災や爆発、時空連続体の異常な読み取りなどが起こるかもしれません。何が起こるかわかりません。」

鉛蓄電池メーカーであるUS Battery Manufacturing Co.のエンジニアリング担当上級副社長、K・フレッド・ウェマイヤー氏が、さらに詳しい説明を行った。

「実現は可能ですが、リチウムイオン電池システムに鉛蓄電池を追加するほど単純な話ではありません。2つのシステムは基本的に独立して動作することになります」とウェマイヤー氏は述べた。「リチウムイオン電池システムは、独自の充電器と充電コントローラーを備えた独自のBMS（バッテリー管理システム）による制御が依然として必要になります。鉛蓄電池システムは独自の充電器や充電コントローラーが必要になりますが、BMSは必要ありません。2つのシステムは並列で同等の負荷を供給することができますが、2種類の電池間で負荷配分を安全に行うための制御が必要になるかもしれません。」

LFPバッテリーメーカーであるSimpliPhi Powerの技術サービスマネージャー、トロイ・ダニエルズ氏は、同じ種類のバッテリーを混ぜて使うことは推奨しないが、ましてや異なる種類のバッテリーを1つのシステム内で混ぜて使うことは推奨しない。しかし、不可能ではないことは認めている。

「組み合わせる方法としては、2つの独立したシステム（充電器とインバーターの両方）を用意し、共通の負荷を共有したり、必要な電気負荷を分割したりする方法があります」と彼は述べた。「切替スイッチを使用することもできますが、その場合、一度に充電または放電できるバッテリーまたは化学薬品は1セットのみとなり、手動での切り替えが必要になるでしょう。」

負荷を分離して2つのシステムを構築することは、多くの人がやりたがるよりも複雑な作業であることが多い。

「フリーダムソーラーでは、リチウム／鉛蓄電池のハイブリッドシステムは導入していません。なぜなら、導入コストが高くなるからです。また、当社では、使用する電池の種類と製品の種類を1つに絞ることで、バッテリーの設置をシンプルに保つように努めています」と、技術士であり設計マネージャーのジョシュ・ミード氏は述べています。

2種類の化学を組み合わせることを少しでも容易にしようとしている企業が1社あります。ポータブル電源製品メーカーのGoal Zero社は、家庭用電源の一部バックアップとして使用できるリチウムベースのYetiポータブル電源ステーションを提供しています。Yeti 3000は、3kWh、70ポンドのNMCリチウムバッテリーで、4つの回路をサポートできます。さらに電力が必要な場合は、Goal Zero社は鉛蓄電池を追加できるYeti Link拡張モジュールを提供しています。そうです、リチウムのYetiバッテリーは鉛蓄電池と組み合わせることができるのです。

「当社の拡張タンクは、謎めいたサイクル構造の鉛蓄電池です。これにより、Yeti（リチウムイオン電池システム）の電子機器をそのまま使用しながら、バッテリー容量を拡張できます」と、Goal Zeroのゼネラルマネージャー、ビル・ハーモン氏は述べています。「1個あたり1.25kWhなので、必要なだけ鉛蓄電池を追加できます。お客様はそれらを差し込むだけで済みます。リチウムイオン電池の携帯性と、自宅に置いておける安価な鉛蓄電池というメリットを、突然手に入れることができるのです。」

リチウムイオン電池と鉛蓄電池を連結する際に最も大きな問題となるのは、それぞれの電圧、充電特性、充放電限界が異なることです。電池の電圧が一致していなかったり、放電速度が異なっていたりすると、電池間で電力が急速に流れてしまいます。電力が急速に流れると発熱問題が発生し、電池サイクルの効率が低下します。

Goal Zeroは、Yeti Linkデバイスでこの問題を解決します。Yeti Linkは、基本的に、オリジナルのYetiリチウムバッテリーに適した高度なバッテリー管理システムであり、異なる化学組成のバッテリー間で電圧と充電を管理します。

「Yeti Linkはバッテリー間の電力伝送を制御しています」とハーモン氏は述べた。「安全な方法で保護しているので、リチウムイオンバッテリーは鉛蓄電池と接続されていることさえ認識しません。」

Yeti 3000は、従来の家庭用リチウム電池（LG Chem、Tesla、Sonnetsモデルなど）よりも小さいかもしれないが、それは消費電力の問題だとハーモン氏は言う。もし誰かが、より安価な鉛蓄電池を使って9kWhまで容量を拡張し、キャンプやテールゲートパーティーの際にリチウム電池も持ち運べるなら、なぜそうしないのか？

「私たちのシステムは、エネルギー貯蔵設備の設置に1万5000ドルを投資する余裕のない、国内のすべての人々のためのものです。そして、設置が終われば、自宅に恒久的に設置されるものだけが残ります」とハーモン氏は語った。「Yetiは、お金の使い方に不安を感じている人々のためのものです。私たちのシステムは、設置費用込みで合計3500ドルです。」

Goal Zeroは現在、第5世代の製品を開発しており、リチウムと鉛を組み合わせた製品開発に自信を持っています。しかし、バッテリーの種類をそのまま混ぜることに抵抗がある多くの企業や家庭では、電気工事の専門家による設置を前提として、独立した2つのシステムを同じ事業所や家庭に設置することも可能です。

「既存のリチウムシステムに低コストの蓄電容量を追加する、よりシンプルで安全な方法は、負荷を分割し、2つのバッテリーシステムに別々に割り当てることです」とUS Battery社のウェマイヤー氏は述べた。「いずれの方法でも、安全性を維持するためには、訓練を受けた専門家が行うべきです。」