航続距離を延ばすのに効果的!?  なぜルーフのソーラーパネルは普及が進まないのか?


 電動化が叫ばれている昨今だが、現在販売されているEV&PHEVで、純正でソーラーパネルを搭載することができるのはトヨタ『プリウスPHV』くらいとなっている。

 一般的には、航続距離を延ばすのに、レンジエクステンダーでエンジンを回すよりも、排ガスが少なくできていいような印象を受けるのではないだろうか? しかし、電動車にソーラーパネルを搭載することは普及しないことを考えると、なにかしら理由があるのではないだろうか。

 コストなのか? それとも別の理由からメーカーが取り入れないのか? 今回はクルマの自然エネルギー発電事情について考察していきたい。

文/高根英幸
写真/TOYOTA

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■太陽光発電でクルマが走ればこの上ないエコだが、普及しない理由とは?

 ソーラーカーによるレースが世界規模で行なわれていることはご存知だろうか。車体にソーラーパネルを貼り付け、そこから発生する電力だけで走行してゴールまでの速さを競うレースだ。中でも最もメジャーなワールドソーラーチャレンジはこれまでに30年以上、15回もの開催実績をがある。しかもオーストラリアの広大な大地を縦断し3021kmを走破するという、過酷な競技だ。

 参戦しているチームは自動車メーカーやソーラーパネルなどの電機メーカー、大学の研究室などが主体となっており、日本からはこれまでホンダや京セラ、東海大学などが優秀な成績を収めている。中でも東海大学は最も長く参戦を続けており、2度の優勝経験もある有力チームとして知られている。

 つまり、技術的には、太陽光だけでクルマを走らせることは可能なのだ。しかし量産車の世界では、ソーラーパネルからの電力だけでは、走行を続けることなどまず不可能なのである。なぜなら一般的なクルマは車体やバッテリー、快適装備や安全装備などが満載で車体が重く、競技用のソーラーカーとは比べ物にならないほどEV走行で電力を消費するからだ。

自然エネルギーの代表格ともいえるソーラーパネルによる発電。クルマの電動化にも寄与してもらいたいのだが、課題が多いのが現実だ

 それでもハイブリッドカーが普及し始めてからというもの、ソーラーパネルを車体に貼り付けて電力の一部をまかなおうというアイデアは実践されてきた。車検などが日本のように厳しくない米国などでは、プリウスを改造してソーラーパネルを装着したオーナーも出現していた。

 トヨタも『ZVW30型 プリウス』にはガラスサンルーフにソーラーパネルを内蔵させて、その電力で換気扇を回して車内の温度上昇を抑えるソーラーベンチレーションシステムをオプションで用意したが、セットオプションで20万円という価格であり、一部のオーナーだけが選択した装備だった。

ルーフにソーラーパネルを装着する装備は、先代(3代目)プリウスで車内温度上昇を抑制する換気システムの電源として採用されていたが……何か地味である

 そして、現行の『ZVW52型 プリウスPHV』にはルーフパネルをソーラーパネルにするオプションが用意されている。その価格は約28万円(!)。しかし、それで晴天時に1日充電させても蓄えられるのは大体6km分(1kWh)の電力程度。残念ながら、とても元は取れないレベルの発電ぶりなのだ。これを選ぶユーザーは限られるため、ほかのハイブリッド車に設定が進まないのも当然だ。

現行プリウスPHEVにオプション設定されるソーラーパネル。1日太陽光充電しても通常充電の「足し」程度しか発電できず、残念ながら人気オプションとはなっていないようだ

 キャンピングカーの広いルーフにソーラーパネルを装着して、車内で利用する電気を発電である程度カバーすることは、このところ急速に普及してきた感がある。だが、これはクルマというより、住宅の屋根にソーラーパネルを取り付けることに近い感覚だ。

■トヨタとシャープが試作した実験車両のパネルは、なんと2000万円!!?

 トヨタは2019年に、NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)の開発プロジェクトとしてシャープとともに、プリウスPHVのボディに高効率なソーラーパネルを追加してEVとしての航続距離向上を図るという実証実験を行っている。これは純正オプションの単結晶シリコン型ソーラーパネルを組み込んだルーフパネルの代わりに、シャープが試作したガリウムヒ素系のソーラーパネルをルーフだけでなく、ボンネットやリアウインドウにまで貼ることで発電量を増やし、駆動用バッテリーを充電させる能力を高めていた。

NEDOのプロジェクトとしてトヨタとシャープが実証実験中の車両。開発中の発電能力の高いソーラーパネルを、太陽光の当たるボンネットからリアガラスまでぎっしり並べて面積を稼いでいる

 この実験車両に使われたガリウムヒ素系のソーラーパネルは変換効率34%以上と、通常のシリコン系と比べると1.5倍もの高効率を誇る。同タイプでも人工衛星などに使われるモノは変換効率40%を誇るというから、試作品とはいえ現時点で最高レベルの性能、という訳ではないようだが、現在の量産品と比べれば十分以上に発電性能は高いと言える。

 しかも厚さは0.03mmと非常に薄いので、クルマのボディに沿わせて滑らかな曲面に仕上げることができる。発電効率が高いだけでなく、貼る面積を増やさなければ発電量はそれほど増えないから、こうした自由度は重要だ。それでもクルマの大きさやソーラーパネルを貼って有効に使える面積は限られている。

 実験によれば、純正オプションのソーラーパネルの最大出力は180Wであるのに対して、試作車のソーラーパネルは全体で860Wと5倍近くに高めることができたそうだ。さらに量産車のプリウスPHVでは走行中は太陽光を浴びても、充電はできない仕様となっている(制御が複雑すぎてオプション価格がさらに上昇してしまうことになる、と思われる)のに対し、走行中も発電してバッテリーを充電できるため、最大で1日に56kmを走行できるだけの電力を太陽光だけでまかなえるようになったそうだ。

ルーフはもとより、リアガラスからスポイラー部までぎっしりとソーラーパネルが敷き詰められている。これでほぼPHEVの1充電当たりのEV走行距離を稼げるそうだが、やはり異様である

 こう聞くと、プリウスPHVのEVモードの走行距離とほとんど同じ(WLTCモードで60km)なのだから、ほとんどの人はEVモードの範囲だけで走行するのなら、ソーラーパネルによる充電だけで十分なのでは、と思う人もいるだろう。しかし、現時点ではこれを量産化する訳にはいかないのだ。

 まずは絶対的な価格という障害がある。ガリウムヒ素等の化合物は高性能だが非常に高価で、現時点では単結晶シリコンの太陽電池パネルと比べ、コストは400倍とも言われている。そのためプリウス1台分の費用も2000万円くらいになってしまって、とてもクルマの部品のコストとして吸収できるレベルではないのだ。

 しかも、ヒ素は毒性があるので扱いは慎重にならなければならないなど、導入へのハードルは相当に高い。製造過程でもカドミウムを使うため、生産設備や後処理には、相当な配慮が必要となる。

 しかしNEDOは、この高性能なガリウムヒ素ソーラーパネルの生産技術を開発することで、コストを1/10に下げる研究も行なっている。それが実現すれば、生産規模を拡大することができるため、量産効果でさらにコストは1/20に下げることが可能だと予測しているのだ。

 それでも現在の単結晶シリコン系ソーラーパネルより2倍のコストとなり、同じくプリウスPHVのルーフパネルに装着したとすると、2倍の電力を発電できたとしても価格は56万円、やっぱり元は取れない。

 前述の実験車両のようにボンネットとリアウインドウもソーラーパネルで覆うとなると、面積は約3倍なので、価格は160万円を超えてしまうことになる。10年後にはバッテリーの価格が下がっていたとしても、100万円台のオプションでソーラーパネルを装着しても、やはり元を取るのは厳しいだろう。

車両の上面部全体にソーラーパネルを装着することで、実用に耐えうる発電量は確保できることはわかった。しかし実用化に向けてはまだ越えねばならない課題が山積しているのが現状だ

 単結晶シリコン系のソーラーパネルでも発電効率を高める研究は進められており、10年後にはガリウムヒ素系に発電効率でも大分追い付くことも予想できる。しかし複雑な構造のソーラーパネルは、やはり生産コストが上昇するので、現在のプリウスPHVのオプションよりも安く、たくさん発電できるようになることは難しそうだ。

  EVが車体のソーラーパネルだけで走れるようになるには、あと20~30年はかかると思っていいのではないだろうか。しかもその間に車体の小型化などが進むと、ソーラーパネルを貼れる面積はさらに少なくなる。やはり発電はクルマとは別の拠点で行なったほうが効率がよさそうだ。

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