パワーエレクトロニクスを必要とするクリーンな低炭素暖房
英国政府が最近発表した「Heat and Buildings Strategy」では、2028 年までに 60 万台のヒート ポンプを設置する目標が掲げられています。この目標の達成のために、政府は住宅所有者がヒート ポンプなどの高効率な低炭素暖房システムを設置するための助成金として、2022 年 4 月から 5,000 ポンド (6,636 米ドル) の助成金を支給します。これらの助成金は、ヒート ポンプのコストを従来のガス ボイラー暖房と同レベルにすることを目的としており、新規の 4 億 5,000 万ポンド（5 億 7,900 万米ドル）の 3 年間にわたるボイラー アップグレード スキームを通して利用できるようになります。
Renewable Energy Hub UK によれば、一般的なヒート ポンプの設置費用は 8,000 ポンド (10,600 米ドル) から 14,000 ポンド (18,580 米ドル) の範囲であり、5,000 ポンドの助成金は少なくありません。Renewable Energy Hub UK によれば、また、ヒート ポンプは、ガス ボイラーと比較して運用コストを最大 52% 節約できるため、新しいヒート ポンプの設置費用の回収期間を短縮できます。建物の暖房は、英国での最大の二酸化炭素排出源の 1 つであり、全体の 21% を占めています。低炭素暖房ソリューションは、英国が 2050 年までにカーボン ゼロを達成するための鍵となることが期待されています。
建物の暖房に使用する場合、ヒート ポンプは単純な電気抵抗ヒーターよりもはるかにエネルギー効率性に優れ、また、天然ガスなどの化石燃料を燃焼するシステムよりも二酸化炭素排出量を抑えることができます。ヒート ポンプの有効性は、一定量の熱を伝達するために必要な作業が、伝達される熱の量よりはるかに少ないという事実に由来します。より効率的なパワー エレクトロニクスを使用すると、一定量の熱を伝達するために必要な作業をさらに減らすことができるため、ヒート ポンプの効率が向上し、炭素集約度が低減してより環境に優しいものになります。
ヒート ポンプなどの低炭素で効率的な暖房システムはガス ボイラーと比べて安価であることが予想され、購入して稼働させる費用も短期間で低減できる可能性があります。新しいプログラムの目標の 1 つは、ヒート ポンプのコストを (2025 年までの) 3 年間で 4 分の 1 から 2 分の 1 に削減することです。技術と設計の改善、および市場の拡大に伴う生産量の増加がヒート ポンプのコスト削減の主要な推進力になると期待されています。
ヒート ポンプは、コンプレッサーとコンデンサ ファンを駆動するために永久磁石 (PM) またはブラシレス DC (BLDC) モーターに依存しています。これらのモーターには電子駆動システムが必要です。モーターを駆動するパワー エレクトロニクスの性能が向上すれば、ヒート ポンプのコストを下げるのに役立ちます。急速に拡大するヒート ポンプ市場で成功するには、効率的で費用効果の高いモーター ドライブの設計が必要ですが、それだけでは不十分です。最初の目標は 3 年を期限として設定されており、市場投入までの時間は少なくとも優れた設計と同じように重要です。設計サイクルを数週間短くするだけで、市場シェアに大きな違いが生まれる可能性があります。
統合された電源モジュールを使用すると、開発時間を短縮し、部品点数を減らすことができます。ただし、ヒート ポンプ モーター ドライブ システムには、センサーとソフトウェアも含まれています。部品点数を最大限に削減し、市場投入までの時間を短縮するために、さまざまなセンサーと直接接続でき、一定の速度とトルクで操作するためのソフトウェアが1つにまとめられ、IEC 60335 や 60730 など、安全と性能に関するすべての必要な国際規格を満たす統合されたモーター ドライブ IC を利用できます。
英国政府は業界と協力して、2030 年までにヒート ポンプを購入して稼働させるためのコストを化石燃料ボイラーと同じレベルにするという目標の達成に取り組んでいます。市場の拡大と技術の進歩に後押しされ、2025 年までに大幅なコスト削減が期待されています。これは、2035 年までに英国の住宅に設置されたすべての暖房システムがヒート ポンプなどの低炭素技術を採用するという政府の新しい目標を支援します。
結論
英国政府は「Heat and Buildings Strategy」を通じ、国民に向けてヒート ポンプなどのクリーンな低炭素暖房システムを設置するよう奨励する計画を打ち出しました。また、ヒート ポンプ メーカーに対しては、より高効率で、コストを最大 50 % 抑えた革新的な設計を迅速に開発できるよう支援を行っています。高性能で、高度に統合されたモーター ドライブ IC が、それを可能にするテクノロジーです。この戦略が成功すれば、2035 年までに国内に 50 万台以上のヒート ポンプが設置され、不安定な世界のエネルギー価格の影響や化石燃料への依存度が大幅に減少し、最大で 24 万の雇用の創出が期待できます。Power Integrations は、これらの課題に向けて、さまざまなデザインリファレンスを提供しています。
- RDR-851 : BridgeSwitch BRD1260C IC を使用した、ファン用 BLDC モーターの 50 W 三相インバータについて説明しています。
- RDR-852 : BridgeSwitch BRD1263C IC と Power Integrations の LinkSwitch-TN2 LNK3204D を FOC 制御に使用した高電圧 BLDC モーター ドライブ用の 200 W 3相 インバーターについて説明しています。
- RDR-853 : BridgeSwitch BRD1265C IC と Power Integrations の LinkSwitch-TN2 LNK3204D を FOC 制御に使用する高電圧 BLDC モーター ドライブ用の熱的性能に優れた 300 W 3相 インバーターについて説明しています。
参考文献:
Renewable Energy Hub UK, https://www.renewableenergyhub.co.uk/main/heat-pumps-information/air-source-heat-pump-cost/
英国政府のクリーンヒートのコストを削減する計画：https://www.gov.uk/government/news/plan-to-drive-down-the-cost-of-clean-heat
