研究の概要

電気自動車（EV）・家庭・電力グリッドを統合したVGI（Vehicle-Grid Integration）システムは、EV搭載バッテリーを分散型エネルギー貯蔵として活用することで、再エネの自己消費最大化と電力コスト削減を同時に実現できる。本研究は屋根置き太陽光発電（PV）を含む家庭でのVGI最適化をモデル予測制御（MPC）で実装し、年間を通じた経済効果とバッテリー劣化への影響を定量的に評価した。

システム構成はEV1台・家庭負荷・PVパネル・グリッド連系で、V2G（EVからグリッドへ）とV2H（EVから家庭へ）の両方向充放電を対象。MPCはTransformerベースの家庭負荷・PV出力予測モデルを組み合わせ、ドライバーの充電ニーズを優先しながら電力コスト最小・自家消費最大のスケジュールをオンラインで最適化。バッテリー劣化モデルはカレンダー劣化とサイクル劣化を統合した包括的モデルを採用した。

主な発見・成果

1年間のシミュレーション結果：①PV単体追加（V2G/V2H なし）で年間約1,061ユーロの費用削減または収益増。②一方向充電（スマート充電）に対する双方向充電（V2G/V2H）の追加利益は最大2,411ユーロ。③双方向運用による追加バッテリー劣化は1.27%のみで、経済効果に比べて劣化コストは小さい。様々なシナリオ（電力価格・走行パターン・PV容量）を通じてこの経済的優位性は安定して確認された。

実務への応用

企業の駐車場EV充電設備計画や工場・オフィスビルのエネルギーマネジメントに直接適用できる定量的根拠を提供する。双方向充電器（EVSE）への追加投資対効果（ROI）算定の参照値として最大2,411ユーロ/年/台のデータが使えるほか、バッテリー劣化増加が1%強に留まるというデータはEVフリート運用者の意思決定に有用。PPA調達した再エネ電力のEV自家消費による電力コスト削減の経済性評価にも活用できる。