専門家のホンネ

2023年に起きた電気料金の高騰は、日本全体をネガティブな空気に包み込んだ。当たり前に使っていたものに生活がおびやかされ、将来へ不安を感じた人も多いだろう。電気料金の高騰に対応するため、私たちができることの一つに太陽光発電がある。太陽光発電は、自宅の屋根に設置をしておくだけで、電力会社からの供給とは別に電気を使用できる「再生可能エネルギー源」だ。しかし、個人が太陽光発電の導入をすることに、ほとんどの人が一歩踏み出せないのが現状である。設置コストの高さだけでなく、下落を続ける売電価格の影響で、個人だけでなく事業者も導入へのリスクを感じてしまうためだ。今回紹介する京都工芸繊維大学・門勇一名誉教授は、太陽光発電システムを世の中に普及させるため、低コスト化の実現に向けた共同研究を企業と進めている。高コストで電力損失を伴う制御器をシステムから排除して、太陽光パネルと蓄電池を直接接続すれば、蓄電効率が飛躍的にアップし、経済的メリットのある再生可能エネルギーの実現が可能だ。今回は、太陽光発電の可能性を探求し、電力のあり方にゲームチェンジを起こす活動をする門名誉教授に、従来の太陽光発電システムの問題や解決策、再生可能エネルギーが普及した未来についてのお話を伺った。京都工芸繊維大学・門勇一名誉教授が研究する新しい太陽光発電システムはじめに、研究概要を教えてください。現在は、再生可能エネルギーに焦点をあてており、なかでも太陽光発電システムに関する研究がメインです。特に、太陽光パネルと蓄電池を直接接続する方法と、蓄電池に蓄えられた直流電力を交流に変えずに、直流電力のまま近隣でシェアする研究に力を入れています。従来、400Vで5 kW以上の発電をする太陽光パネルと蓄電池を直接接続する事はできませんでした。直接接続出来れば蓄電効率の飛躍的な改善が可能です。また、太陽光パネルで貯めた直流電力を、地産地消で地域でシェアする研究も続けています。具体的には、直流電力を地域でシェアするため直流電力ネットワークを構築します。そのネットワークを構成する「電力ルータ（直流電力分配装置）」の研究開発を進めています。従来の太陽光発電システムのコスト問題を解決し、低コストで高効率な太陽光発電システムが普及すれば、直流電力ネットワークを通して地域で電気をシェアできる世の中が実現可能です。このネットワークは電気自動車（EV）との接続で、シナジー効果が期待され、災害による停電時にはEVの電気エネルギーを活用できます。ありがとうございます。再生可能エネルギーの大量導入をするべきと思った背景を教えてください。これからの日本は、再生可能エネルギーを大量導入して、エネルギーの自給自足をする必要があると感じているためです。エネルギーの自給自足とは、自らのまちで電気をつくり、地産地消で生活ができることを意味します。日本の電力事情を紐解いてみると、火力発電への依存度が約76％（2020年実績）と高く、その燃料には天然ガス、石炭、等が主に使われています。この天然ガスの価格は原油価格に連動しているため、国際紛争等が原因で原油価格が上がると天然ガス価格も上がり、電気料金が高騰しているわけです。こうして、エネルギー源を海外に大きく依存したままだと、世界的な感染症や国際紛争などで日本が孤立した場合、電力をまかないきれなくなることが想像できます。海外に頼っている現状から脱するためにも、日本は再生可能エネルギーを大量導入し、自給自足で電力を作れるようにしなければなりません。実は、日本は再生可能エネルギーの自給自足に向いている国なんです。たとえば、火山大国である性質上、日本は世界第3位の豊富な地熱資源量を持っており、地熱発電のポテンシャルが非常に高い国です。ほか、海に囲まれているため、海上に風車を設置する「洋上風力発電」にも適した国土をもっているんですよね。これらの再生可能エネルギーに加え、大量導入しやすい太陽光発電の研究が進めば、海外に頼らず電力供給ができる未来が待っているはずです。現在の太陽光発電の問題は、導入コストの高さと、売電価格の下落従来の太陽光発電には、どのような問題があるのでしょうか？現状の太陽光発電システムのままでは、発電電力の効率的な蓄電と配電ができておらず、導入・運用コストと見合っていないことが問題です。太陽光パネルが発電した電力を蓄電するには、太陽光パネルと蓄電池の電圧をマッチングさせ、蓄電池が過充電にならないように「DC/DC変換器」等で充電制御をする必要があります。しかし、電気がDC/DC変換器を通るたび、電力ロスが発生します太陽光で発電した電力を蓄電池に貯めて、ユーザに電力を提供するにはDC/DC変換器を2回経由する必要があります。1回通るたびに電力ロスが5％程度おきるため、合計で10％程度の損失が起きてしまっているんです。しかも、直流電力を交流に変換してユーザに提供する場合は更に5％以上の損失が生じ、トータルの損失は20％程度に増えてしまいます。なるほど。太陽光パネル以外にも、太陽光発電に関連して障壁となっているものはありますか？事業者が参入できないほど、売電価格が下がってしまっていることが挙げられます。2010年は、1kWあたり48円で電力の売電ができていましたが、2023年は16円まで下がってしまっているのが現状です。事業者が太陽光発電で利益を得ようとすると、大規模な太陽光パネルを作る必要があり、設備コストが発生しますし、電力会社に売電するため交流への変換設備や接続ポイントまでの電線敷設コストが加わります。売電価格が16円まで下がってしまった現在では、利益を得るのが難しくなっているんですよね。本来の太陽光発電は、家庭用から事業用までさまざまなスケールが可能で、コスト的にも参入しやすいものなんです。実際に、世界を見渡してみると、太陽光パネルによる発電量は右肩上がりになっています。しかし、売電価格の下落が続く現状では、事業者の参入が難しい状態なんです。一方で、電力会社から購入する電気の料金は高騰しています。売電せずに、自ら使うべきなんです。交流から直流接続にシフトすれば、太陽光発電の普及が見えてくる。太陽光発電の問題を解決し、自給自足のエネルギーとして活用するためには、どのような対策が必要なのでしょうか？太陽光発電システムから電力ロスを伴うDC/DC変換器やパワーコンディショナーを排除して、発電した電力を効率的に蓄電池に貯めます。次に、交流に変換することなく直流電力として地域でシェアリングすることが大切です。将来、地方ではEVが地域の足となり、直流電力の給電が必要となりますが、EVの普及とシナジー効果を期待できます。先ず、太陽光パネルと蓄電池を直接つなぐ仕組みをつくり、発電した直流電力を蓄電池に高効率で貯めます。従来の太陽光発電システムからDC/DC変換器等を排除して、太陽光パネルと蓄電池を直接つなぐと、1システムにつき全損失が5％以下で済むことが分っているんです。更に、直流電力を交流電力に変換する時に、5％以上の電力損失が生じて、従来システムではトータルで20％程度のロスが生じます。直流電力のままネットワークで地域に配電する方法が有効です。直流電力を効率的に配電するには地産地消型の「直流マイクログリッド」と呼ばれる電力ネットワークが、直流社会へのシフトにおいて重要なインフラとなっていきます。直流マイクログリッドは、複数の太陽光パネルや複数の蓄電池が接続され、更にEVやLED照明等の電力を消費する負荷が接続された直流のネットワークですね。将来は直流家電も増えていくと考えています。今の白物家電は交流を直流に変換し、更に、直流を交流に変換してモーターを駆動しています。2回ロスが入ります。直流給電であれば、交流への変換だけで済むのでロスが減るからです。このネットワークの重要性は、EVの普及とも関係しています。EV市場の予測を見ると、EVが占める自動車販売市場における割合は、2035年に6割を占めると言われています。EVは動く蓄電池なので直流マイクログリッドに繋がれると、マイクログリッドから充電されますが、逆にEVがもつ直流電力をマイクログリッドに給電できます。例えば、太陽光による発電電力が不足した時や、災害による停電時は、マイクログリッドを介して、複数のEVから地域の家庭に電気を送ることが可能です。このような電気の使い方が現在の交流システムと共存し、将来は主流となることが予想されます。太陽光パネルと蓄電池を直接つなぐ発電システムとマイクログリッドが導入されると電力の損失が減り、エネルギーの単価が下がるとも言いえます。つまり、電気料金が安くなるのと同じ意味なんですよね。さらに、地域で直流を使う技術が確立すれば、ネットワークを介して、地域で電気をシェアリングするインフラを整備できます。電気のシェアリングとは、各家庭に蓄電池と「電力ルータ」を設置し、余った電力をシェアリングする仕組みです。このシェアリング方法が実現すると、電気エネルギーの単価が原油価格に直接依存せずに下がり、高騰している電力会社に支払う電気料金よりも安くなります。つまり、太陽光パネルと蓄電池が直接つなげられるようになれば、太陽光発電の大量導入も現実味を帯びてくるのです。電気料金が安くなる以外に、私たち消費者が感じやすいメリットはありますか？太陽光発電の運用でネックとなりがちな、メンテナンスの手間とその費用が改善されます。既存システムでは太陽光パネルと蓄電池の間に「DC/DC変換器」や「パワーコンディショナー」が入っており、これらを構成する電解コンデンサ等の部品の寿命は、長くても15年程度しかもちません。我々、消費者からすると、太陽光発電システムを導入したら、20～30年は動作し続けて、長くノーメンテナンスであって欲しいですよね。提案システムの様に、高コストでロスを発生するDC/DC変換器を排除すると、20～30年程度はメンテナンス不要で動き続けることが期待されます。また、直流ネットワークの仕組みを使った電気シェアリングが普及していくと、動くエネルギーバンクとも言えるEVを活用して、災害による大規模停電にも対応できるようになります。電力会社からの供給が止まっても、太陽光発電等の再生可能エネルギー源を使い電気を発電し、近隣とシェアしながら使っていく、地産地消型の世の中が実現できます。未来への不安をなくすためにも、再生可能エネルギーの大量導入が必要再生可能エネルギーの大量導入が実現すると、将来的にどのようなことがおきるのでしょうか枯渇する資源を使う火力発電所や、地震のリスクを伴う原子力発電がなくなり、エネルギーの民主化が起きて、真に持続可能なエネルギーシステムが実現すると考えられます。エネルギーの民主化とは、再生可能エネルギーが浸透し、誰もが電力の発電とその取引に参加できる社会状況のことです。これまでの日本は、エネルギーの供給における自主性と平等性がありませんでした。たとえば、原子力発電所が近くにある地域に住む人は、リスクを背負いながら生活をしているといえますよね。誰のための発電なのか？と言う問題意識が益々強くなっていくと思います。再生可能エネルギーの大量導入が成功すれば、誰もが自分と地域のために発電をし、地域へ電力を分け合うような仕組みが実現できます。また、今後普及していく地域の足としてのEVともマッチし、地域の人々がエネルギーとモビリティで繋がり、地産地消型のまちづくりが可能です。おもしろいですね…汎用性が高い印象を受けました！そうですね！太陽光パネルと蓄電池の直接接続は、パーソナルユースが可能なんですよね。例えばパーソナルユースの例では、カーポート型の太陽光発電システムなどがあります。EVをカーポート下に駐車することで、太陽光を使用した充電が可能です。また畑や農園での使用も期待されています。営農型太陽光発電システムと言って、植物に必要な光だけを透過する太陽光パネルの新素材を使用しているんです。つまり畑の上に太陽光パネルを設置しても、果物や野菜の成長を妨げることなく太陽光発電が可能になります。※ 参考資料：農林水産省素晴らしいですね！現段階で、太陽光パネルと蓄電池を直接つなぐ研究はどこまで進んでいるのでしょうか？太陽光パネルと蓄電池の直接接続を可能とする条件を明らかにして、模擬実験で検証している段階です。一方で、直接接続システムでも、電力回路などに短絡などの異常があった時、強制的に電流遮断をする方法が安全の上で必須です。最近、日本が強い分野でもある「シリコンカーバイド」という半導体材料を用いたトランジスタを用いて、直流専用の半導体遮断器を作ることに成功したんです。初期の研究成果を3月の電気学会等で発表予定です。現在、遮断器が確実に動作するかどうか、実際の太陽光パネルを模擬した電源と蓄電池の間に入れて、遮断実験を進めています。良好な結果を得ています。つまり、社会実証試験に向けて前へ進んでいる状態と言えますね。ありがとうございます。最後に、未来を生きていく若者や研究者たちに対してのメッセージをお願いします。これから長い人生を送っていく若者が、未来への漠然とした不安をなくすためには、日常使うエネルギー確保の将来ビジョンが必要です。いまの若者は、自分が将来どのような生活をしているのか、ビジョンが見えていない人が多いのではないでしょうか。世界各国で起きる国際紛争や環境問題などのニュースを見るたび、未来への不安を抱えてしまってもおかしくはありません。不安な気持ちを少しでもなくすためには、生きていくうえで必要不可欠なものだけでも、安定して供給される世の中にしていく必要があります。生きていくうえで必須なものとは、食料や最低限の生活保障に加え、電力などのエネルギーのことですね。つまり、他国に依存せず、自給自足的なエネルギーを確保していくには、地球温暖化防止の観点からも再生可能エネルギーが必要なんです。ただし、世間が動いてくれるのを待つだけでは、安心な未来にはたどりつけません。将来的には、人口減少に伴い、行政サービスの継続が困難な地域が出る予測が出ています。自らの生活基盤を固めていくためには、いまの自分にできることがないかを探し、地域の人々と繋がりながら、地産地消型のエネルギーシステム実現に向けて主体的に動くことが大切だと思うんです。私はこれからも、再生可能エネルギーで自給自足ができる未来への研究と普及を続けていきます。普及する電気自動車とのシナジー効果を模索しながら、エネルギーに関するゲームチェンジに果敢に挑戦する姿勢を若い人達に見せていきたいです。

私たち人類は、睡眠という行為と共に進化してきた。つまり人間にとって睡眠は、必要不可欠であり、生理機能として備わっているのだ。睡眠は人類史において、何億年もの間変わらず受け継がれ続けているもので、これから先も睡眠の重要性は変わらない―― しかし、私たちが生活する日本は世界各国の中でも睡眠時間が短い国であり、2021年の調査ではついに世界ワースト1位というランキングも発表された。睡眠不足は、生産性の低下を招き経済活動にも影響があるといわれており、睡眠不足による経済損失は約18兆円と言われている。このような現状を踏まえて、私たち日本人は快適な睡眠とは何かを考える一方で、睡眠の重要性も考えなくてはならない時期を迎えたと言えるのではないだろうか。そこで今回は、人間工学、環境工学の分野を研究し、室温・湿度が与える健康への影響について研究する奈良女子大学研究院工学系・久保教授にお話を伺いました。快適な睡眠のための室温・湿度を研究する奈良女子大学・久保氏まずは、研究概要について教えてください。私は、人間工学、環境工学の分野を研究してきました。なかでも、暑さや寒さといった気温や湿度の環境が住居の中でどのように健康に影響を与えるのかという調査に力を入れています。私が所属していた研究所は1960年代から睡眠研究を行っていました。例えば「扇風機をつけるのは、睡眠に悪影響を及ぼすのかどうか」や「エアコンのタイマー機能を使用することが本当に最適なのか」などの研究です。また、上向き、下向き、横向きなど色々な姿勢で体圧分布を計測して寝心地について検討しています。さらに年代別に睡眠調査をおこない、若い世代、高齢者世代など、年代や性別で調査しています。ずばり質問ですが、快適な睡眠の条件は何でしょうか？快適な睡眠には、布団の中の温熱が影響していきます。例えば、布団の中の環境（寝床内気候）は、33℃±1度、想定湿度55%±5%の範囲が適切だと言われています。そして、35℃を超えると不快感を覚えます。そして夏場は、布団利用する方が少ないのですが、寝床内気候は計測しにくいのですが、タオルケットなど薄手の寝具を使用して、この程度の安協が心地がよいです。シングルが薄いので、だいたい25℃~27℃の室温にすると快眠が得られる環境になります。また夏場の場合は、肌と寝具との接地面も快眠に影響を与えます。例えば、海外のウォーターベッドを湿度の高い日本で使用するとウォーターを包むカバーの上に湿気がたまり、不快感のもとになるということがわかっています。そのため湿度の高い日本の夏場は、ゴザをひくなどの湿気対策も大切になります。快適な睡眠のために夏場のエアコンは冷房と除湿のどちらが正解？「睡眠時の快適さ」と「健康」の関連性を説明していただけますか？睡眠時の布団の温度や室温（暑さ・寒さ）が影響して、寝つきが悪くなったり、睡眠の質が低下したりすることが、結果的に健康への悪影響に繋がることはあるでしょう。冬場の睡眠時は、布団で首から下を保温することができます。つまり布団の中の温度は、保温により保つことが能になる訳です。そのため、布団の中の湿度・温度を調整すれば室温が低い場合でも、それほど悪影響はありません。しかし夏場は、寝具により暑さを防ぐには限界がありエアコンによる室温と湿度の調整が不可欠です。エアコンを使用する場合は、冷房を使用するのがおすすめです。除湿機能を使用して室温を調整するのは、あまりいい方法とは言えません。なぜなら、除湿機能には「弱冷房除湿」と「再熱除湿」という2つのタイプがあり、使用中のエアコンが「再熱除湿」タイプだった場合は、室内機の中に部屋の空気を取り込み、一旦冷やして除湿して、下がりすぎた空気を温めて室内に戻しています。そのため、十分に温度を下げることはできますが、省エネという観点から言うと、消費電力も多くなってしまうのです。したがって、夏場にエアコンで室温・湿度を調整する場合「冷房」を使用した方が効率的に室温・湿度を調整できるといえるのです。 参照：独立行政法人中小企業基盤整備機構 省エネQ&A『弱冷房除湿と再熱除湿の違いは？』日本人の睡眠時間は世界ワースト1位！睡眠の重要性をしっかりと伝えたい日本は先進国でも睡眠が足りておらず、睡眠不足による経済損失も大きいとも言われていますが、日本特有の睡眠における課題は何でしょうか？日本人の睡眠時間は、世界各国と比べても短すぎるといえるでしょう。実際、経済協力開発機構（OECD）が2021年に33カ国を対象に行った睡眠時間の調査では、日本の1日の睡眠時間は、これまでワースト1位だった韓国を抜き、ワースト1位という結果でした。不眠、睡眠不足は疲れや疲労感を促す原因であり、しっかりと睡眠をとらないと仕事のパフォーマンスも向上しません。不眠状態の人の判断能力は、お酒を飲んで酩酊している状態と同等とも言われています。つまり、不眠状態で仕事をした場合、お酒を大量に飲みながら仕事をしている状態とパフォーマンスは同じになると考えられるでしょう。同じように、不眠状態での運転も飲酒運転の状態と同じといえます。このように、身近なものを挙げるだけでも、睡眠の大切さはわかっていただけると思います。そのため、日本はまず適度な睡眠時間を確保することが課題だと言えますね。 参照：厚生労働省『良い目覚めは良い眠りから 知っているようで知らない 睡眠のこと』なるほど……とはいえ、私たちのようなWEB関係や書籍、映像など制作仕事は、締切に追われて寝たいけど寝れない……という人が多いのが現実です。そんな人はどうしたらいいですか？やはり、企業、働く人のマインドセットを変えて、社会の意識も変えていくことが大切だと思います。現場では「できないことはできない」と伝える必要もありますね。アメリカ人の上司をもつと「残業するな」と言われるという話をよく聞くと思います。アメリカでは、優先順位の低い仕事はやらなくていい、本当に重要なことがけをやるというマインドが根付いているのです。逆に日本の場合は、全ての仕事を引き受け、丁寧に仕事をしすぎる人が多い国だと言えます。上司の部下への仕事の割り振りが原因となり、部下のパフォーマンスが上がらなかったり、残業が発生してコスパが悪いといわれたり……悪循環になっているのです。現代の生活環境において、最も注意すべき「快適さ」と「健康」の問題は？そもそも日本人は「睡眠は重要である」という認識が低いことが問題です。人類史において人は、何億年も「夜になったら寝る」という生活サイクルで生きてきました。どんなにテクノロジーが発達しても、６～８時間は眠るという行為をやめるという遺伝子にはなっていないのです。そのため、まずは睡眠の重要性を理解して、しっかり眠ることがとても重要です。また睡眠不足からくる体の不調は、生活習慣や寝具など何か1つを変えるだけでは改善はされません。睡眠不足で、体調に不具合が出ているのなら、その身体のSOSに耳を傾けてあげることも重要ですね。一方で、職業によっては、社会の時間と睡眠の時間が一致しないケースも多いと思います。社会時間とのバランスを取るのが難しい人はどうしたら良いのでしょうか？結論からお伝えすると、自分にとっての最適な睡眠時間を確保していれば睡眠をとる時間が夜22時から朝6時でも、朝5時～昼13時でも特に問題はありません。実は、過去に私の息子の脳波を計測したことがあるんです。当時、浪人生だった息子は、夕方から始まる予備校に通っていました。昼頃起床し、15時頃から予備校、夜遅くまで勉強して、深夜に寝るという生活スタイルでした。こんな生活リズムで、しっかりと睡眠がとれているのかと気になったので、脳波を測っていみたところ、驚きの結果でした。教科書の手本のようなキレイな脳波が計測できたんです！つまり昼に起きて、深夜まで勉強をする（時間外れているけれど、日を浴びて起きて、たっぷり眠る）けど8時間は眠る生活を続けるこれは息子にとっては普通の睡眠だったということです。ここで課題となったのは、大学入試本番は朝からはじまることでした。自分が普段寝ている時間（つまり彼にとっては夜中）に、テストを受けるので、パフォーマンスに影響を及ぼします。多少の時間は誤差かもしれませんが、普通の社会の始業時間と同じ時間に働く必要があるなら、睡眠一覚醒リズムとずれてしまうことで、パフォーマンスの低下を引き起こす恐れがあるので、生活スタイルの改善をおすすめします。自分の身体を知ること。そして睡眠時間を確保すること。それが日本の未来を明るくする第一歩に……。研究の今後の方向性や目標について教えてください。睡眠の質や仮眠という領域については、正確な情報を提示するのに十分なエビデンスが不足している研究領域でもあるんです。今は快眠観葉についても研究を進めています。また「睡眠の質」という領域も、昨今は研究も進んできましたが、さらに調査する必要があります。例えば、就寝前の入浴に関していうと、お風呂上がりの1時間は寝付きが悪い傾向があります。1時間をすぎた後、身体が冷えることで睡眠状態に入っていくと言われているんです。しかし、この就寝前の入浴についても細かく調査すると、何℃のお風呂に何分浸かったのか、シャワーだけの場合、入浴後の寝室の温度・湿度、冬なのか夏なのか様々な要素が複雑に交差して、睡眠に影響を与えているんです。そのため、「睡眠の質」に関しても今後も調査していきたいですね。ありがとうございます。睡眠の質で言うと寝具との関係は？何かありますか？睡眠の質に対する寝具の影響に関しては、これまでの研究では明確な関係はよくわかりません。疲れて寝不足な状態の時は、どんな状況でも寝ますよね？ そのため、高いマットレスや枕を使用しても、それだけでは睡眠の質が向上するとは言えないというような実験結果でした。もちろん、自分にとって快適な睡眠環境を作ることは大切です。自分が寝た時に極端な不快感を抱かなければ問題なく、その環境が自分の中で快適ならそれで問題ありません。未来の生活環境を理想的にするために必要なことは？子どもはもちろんですが、大人にも、睡眠教育が重要です。適切な睡眠を取ることが、健康や日中のパフォーマンスにどのように影響を与えるのかを適切に伝える必要があります。睡眠不足を削っての長時間労働は、仕事の生産性を下げるだけです。さらに言うと1人のGDPを低下させることに繋がり、それは日本経済全体に与える悪影響と言っても良いと思います。また、子どもも同じです。学校や家庭でしっかりと睡眠教育をしていくことが大切でしょう。実際に睡眠の時間が短い子どもは、算数の点数が低いという研究データもありますね。久保先生の研究を通して、読者に伝えたい一番のメッセージは？睡眠に関しては、書籍、WEBサイト、SNSで様々な情報が出ています。しかしそういった情報から得た知識よりも先に、自分の身体のコンディションを正確に把握することが重要です。睡眠不足や睡眠に問題があるの場合は居眠りしてしまったり、考えがまとまらずパフォーマンスが上がらなかったり、何らかの影響が出ます。自分自身の身体について知ることで、自分にとって最適な睡眠も知るきっかけになるでしょう。まずは自分の身体に目を向けて、しっかりと睡眠の時間を確保する、そして自分の人生のために、健康に意識を向けるこのように一人ひとりの意識が少しずつ変わっていくことで、健康への配慮に加えて、経済力の向上にも繋がると思います。