バックアップバッテリー

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免責事項

この計算機は情報提供のみを目的とした概算値を提供するものです。必ずメーカーの指示や地域の建築・電気規定に従い、この情報に基づいて行動する前に、免許を持つ施工業者または電気技師にご相談ください -- 特に構造工事、電気配線、燃料を使用する機器に関しては。

バックアップバッテリーの稼働時間の計算方法

バックアップバッテリーの稼働時間は、使用可能なエネルギーを供給する負荷で割ったものです — そして定格容量のすべてのkWhが実際に使用可能なわけではなく、放電深度とインバーター変換の両方がそれぞれ一部を差し引きます。既存のバッテリーがどれくらい持続するか、または目標の稼働時間に必要なバッテリーの大きさを調べたいかを選択し、負荷とバッテリーの実際の低減係数を入力すると、この計算機は両方向の答えを返します。

これは、バッテリーに蓄えられたエネルギーとその持続時間ではなく、燃料式発電機の連続ワット容量（稼働負荷と最大のモーター始動突入電力）を決定する発電機サイズ計算機計算機とは異なります。

考慮すべき重要なポイント

バッテリーのインバーターには、連続出力とは別の突入電力定格があります。 発電機と同様に、モーター駆動の家電(冷蔵庫のコンプレッサー、井戸ポンプなど)に電力を供給すると、始動時に定常運転ワット数をはるかに超える電力が一時的に必要になります。この計算機の稼働時間の計算は一定の平均負荷を前提としています——バッテリーシステムのインバーター突入電力定格が、連続負荷だけでなく機器の始動時の電力消費も実際にカバーしているか確認してください。
複数日にわたる停電中の太陽光による再充電は、実際の稼働時間を1回の放電サイクルより大幅に延ばします。 バッテリーが太陽光パネルと組み合わされている場合、長期停電中の日中の時間帯ごとに部分的に再充電できます——この計算機の計算式は1回の連続放電をモデル化しており、日中に補充されるシステムはモデル化していないため、日照のある複数日停電での実際のバックアップ持続時間は、単純な稼働時間の数値が示唆するよりも意味のある程度長くなることがあります。
バッテリー容量は、システムの寿命にわたって徐々に低下します。これはリチウム電池全般に共通します。数年経過したシステムの実際の使用可能容量は、通常は元の定格仕様よりいくらか低くなります——自分のシステムがかなり劣化していることがわかっている場合は、低下した容量の数値を使う価値があります。
極端な気温は、バッテリーの実際の性能を低下させることがあります。 空調のないガレージや屋外の設置場所にあるバッテリーは、非常に暑いまたは寒い条件下では、定格仕様が想定するよりもいくらか低い使用可能容量しか発揮できないことがあります。

結果の解釈

この計算機が返す稼働時間の数値は、一定で安定した負荷の下でのバッテリーの理論的な放電時間です——計画には役立つ数字ですが、実際の停電がこれほど均一に電力を消費することはほとんどありません。冷蔵庫のコンプレッサーが周期的にオン・オフしたり、暖房のブロワーが動き出したり、電子レンジを数分使ったりすると、入力した平均ワット数を大きく上回る短いピークが発生するため、実際に体験する稼働時間は通常、計算値と正確に一致するのではなく、それよりもいくらか短くなります。この数値は保証されたカウントダウンではなく、妥当な計画上の見積もりとして捉えてください——見積もりをより現実に近づけたい場合は、家全体の潜在的な消費電力ではなく、小さめの平均ワット数（重要負荷のみ）を選ぶとよいでしょう。

目標稼働時間から逆算する場合、この計算機が返す容量の数値は、理想的で安定した負荷条件下で必要となる最小のバッテリーです。この数値をやや大きめに設定すること——電気工事士が回路を正確な最小値ではなく余裕を持たせて配線するのと同じ考え方——により、実際の負荷スパイク、稼働1〜2年を経て劣化したバッテリー、または当初想定より長引く停電に対する余裕が生まれます。

よくある間違い

使用可能容量ではなく、バッテリーの定格容量をそのまま使用すること。 「13.5 kWh」と表示されたバッテリーが実際に家電に供給できるのは13.5 kWhではありません——放電深度の制限とインバーター変換損失の両方が、そのエネルギーがコンセントに届く前に実際に一部を差し引くためです。この2つの低減要因を無視することが、バックアップバッテリーの見積もりが楽観的になりすぎる最も一般的な原因です。
実際の重要負荷回路ではなく、家全体の潜在的な消費電力に基づいて容量を決めること。 ほとんどの住宅用バックアップバッテリーシステムは、家全体ではなく、必須回路専用のサブパネルに電力を供給します——家の電気容量全体（またはブレーカーパネル全体）を「負荷」として使用すると、停電時にバッテリーが実際にサポートする必要のある量を大幅に過大評価することになります。
家電の起動突入電流を無視し、平均ワット数がすべてだと想定すること。 冷蔵庫や井戸ポンプの稼働時のワット数は控えめかもしれませんが、コンプレッサーやモーターが始動する瞬間の一時的な消費電力はその何倍にもなることがあります——平均負荷で計算した稼働時間が余裕あるように見えても、バッテリーのインバーターにはそのピークに対応する十分な突入電力容量が必要です。
あるメーカーの放電深度やインバーター効率を普遍的なものとして扱うこと。 これらの数値は実際にはバッテリーの化学組成やインバーターのモデルによって大きく異なります——鉛蓄電池は寿命を保護するために通常、定格容量の約50%までしか安全に放電できませんが、多くのリチウムシステムはそれよりはるかに深く放電できます。汎用的なデフォルト値を仮定するのではなく、自分の具体的なシステムが公表している数値を使用してください。

計算式

\vC{\text{使用可能エネルギー (Wh)}} = \vA{\text{バッテリー容量 (kWh)}} \times 1000 \times \vD{\text{放電深度 \%}} \times \vE{\text{インバーター効率 \%}}

\vF{\text{稼働時間 (時間)}} = \frac{\vC{\text{使用可能エネルギー (Wh)}}}{\vB{\text{負荷 (W)}}}

同じ方程式を逆に解くと、目標の稼働時間に必要なバッテリー容量が得られます。

計算例

13.5 kWhのバッテリーが3000 Wの負荷に電力を供給し、放電深度90%、インバーター効率**90%**の場合:

使用可能エネルギー: $\vA{13.5} \times 1000 \times \vD{0.90} \times \vE{0.90} = \vC{10,935} \text{ Wh}$ 。
稼働時間: $\vC{10,935} \div \vB{3,000} \approx \vF{3.65} \text{ 時間}$ 。

質問を逆にすると — 同じ90%/90%の低減率で1500 Wの負荷に8時間電力を供給する場合 — 約14.8 kWhの定格バッテリー容量が必要です。

知っておきたいこと

リチウムバッテリーシステムには、熱暴走（サーマルランナウェイ、thermal runaway）と呼ばれる、実際に存在し文書化された安全上のリスクがあります——これは、損傷、過充電、または製造上の欠陥があるセル内部で連鎖反応が起こり、放熱できる速度よりも速く熱が発生し、火災につながる可能性があるものです。そのため、UL認証を受けた家庭用バッテリーシステムには、これを防ぐための専用のバッテリー管理電子機器が搭載されており、また多くの地域では、システムをNFPA 855（定置型エネルギー貯蔵システムに関する米国基準）および地域の消防規定——適切な換気、居住スペースからの距離、地域によっては消防署への通知を含む——に従って設置することが求められています。これらは上記の稼働時間の計算には影響しませんが、家のどこにバックアップバッテリーを設置するかを決める前に知っておく価値があります。必ず資格を持つ認可された施工業者を使用し、定格容量以上の性能を得ようとしてバッテリー自体の保護回路を無効化したり回避したりしないでください。

出典: 米国環境保護庁（EPA）：バッテリーエネルギー貯蔵システム — 安全な設置に関する主な考慮事項.

よくある質問

発電機サイズ計算機とはどう違いますか？

発電機サイズ計算機計算機は出力に関する質問に答えます -- 燃料式発電機が家電の稼働負荷と始動時の突入電力に耐えるために必要なワット数です。この計算機は持続時間に関する質問に答えます -- バッテリー（継続的に燃料補給される発電機とは異なり）に蓄えられたエネルギーがどれくらい持つかです。

なぜ放電深度とインバーター効率が重要なのですか？

バッテリーの定格容量のすべてのkWhが実際に使用可能なわけではありません -- ほとんどのリチウムバッテリーシステムは、長期的なバッテリーの健全性を保護するために意図的に完全放電前で止まるよう設計されており、蓄えられた直流電力を家庭で実際に使用する交流電力に変換する際にも一部のエネルギーが失われます。この2つの要因により、実際に使用可能な稼働時間は、容量を負荷で単純に割った計算が示唆するよりもかなり短くなります。

住宅全体をバックアップすべきか、重要な負荷だけにすべきですか？

住宅全体のバックアップはすべての回路をカバーしますが、停電を乗り切るにははるかに大きなバッテリーが必要です。部分的なバックアップ（重要な負荷のみ）-- 専用のサブパネルを通じて冷蔵庫、一部の照明、いくつかのコンセントだけに電力を供給する -- は、同じバッテリーをはるかに長い時間持続させることができ、またはより小さく安価なバッテリーで同じ稼働時間目標を達成できます。

停電中、太陽光による再充電はバッテリーの稼働時間を延ばしますか？

はい、バッテリーが太陽光パネルと組み合わされている場合は延びます -- 複数日にわたる停電の日中の時間帯に部分的に再充電できます。この計算機の計算式は1回の連続放電をモデル化しているため、日照のある複数日停電での実際のバックアップ持続時間は、単純な稼働時間の数値が示唆するよりも意味のある程度長くなることがあります。

私のバッテリーは井戸ポンプや冷蔵庫のコンプレッサーのようなモーター駆動の家電に電力を供給できますか？

連続出力定格だけでなく、バッテリーシステムのインバーター突入電力定格を特に確認してください。モーター駆動の家電は、稼働時よりも始動時に一時的にはるかに多くの電力を消費します——発電機と同様に、バッテリーのインバーターにはその始動時の急増を処理するのに十分な突入電力容量が必要です。

実際の稼働時間が、この計算機の予測より短くなることが多いのはなぜですか？

この計算機は一定で安定した負荷をモデル化していますが、実際の家電は不均一に電力を消費します——冷蔵庫のコンプレッサーが周期的にオン・オフしたり、暖房のブロワーが動き出したり、電子レンジを数分使ったりすると、入力した平均ワット数を上回る短いピークが発生します。より控えめな見積もりを得るには、すべてのワット数が完全に均一に消費されると仮定するのではなく、より低い平均負荷の数値（家全体の潜在的な消費電力ではなく、重要な回路のみ）を使用してください。

放電深度はすべてのバッテリー化学組成で同じですか？

いいえ——化学組成によって大きく異なります。鉛蓄電池は通常、寿命が目立って低下し始める前に、定格容量の約50%までしか安全に放電できませんが、多くの家庭用リチウムバッテリーシステムは、同じような寿命短縮のトレードオフなしに、はるかに深く（多くの場合90%以上）放電できます。汎用的なデフォルト値ではなく、自分の具体的なシステムが公表している放電深度の仕様を使用してください。

家庭用バックアップバッテリーの設置に関する消防安全基準はありますか？

はい——米国では、定置型バッテリーエネルギー貯蔵システムは通常、地域の消防規定とともにNFPA 855に従って設置され、リチウムバッテリーシステムの間隔、換気、熱暴走対策について定めています。これはリチウムバッテリーにおける仮定的なものではない実際のリスクであるため、DIYでの設置ではなく、資格を持つ認可された施工業者を強く推奨します。