IoT機器やセンサの普及により、企業では電池交換や保守作業の負担が大きな課題となっています。特に電子棚札（ESL）やスマートロック、各種センサなど、大量に設置される機器では、「電源をどう確保するか」が製品競争力を左右する重要なテーマになっています。こうした課題の解決策として期待されているのが、室内光や弱い光でも発電できるペロブスカイト太陽電池やOPV（有機薄膜太陽電池）です。本記事では、市場が抱える課題から求められる電源技術を分かりやすく解説します。

1. IoTの普及で増える「電池交換・保守」の課題

　市場では主に以下の3つの課題が挙げられます。

① 電池交換コストの増加

　IoTセンサや無線機器の増加により、保守担当者による電池交換作業が増加しています。数百台、数千台規模で機器を展開する場合、「作業者の工数、現地への移動コスト、電池交換による稼働停止」などが運用コストとして発生します。

② ESG対応への要求

　企業ではCO₂削減だけでなく、廃棄電池削減も重要なテーマになっています。機器が増えるほど使用済み電池も増加するため、電池そのものを減らす設計が求められています。

③ IoT機器増加による電源確保

　無線化が進み、配線レス化が進展しています。一方で、「配線は無くせたが、今度は電源をどうするか」という新たな課題が生まれています。

2. 求められる「メンテナンスフリー電源」

　これらの問題から、市場では次のような電源技術が求められています。

• 電池交換回数を減らせる
• バッテリーレス化できる
• 配線不要で運用できる
• 屋内の弱い光でも発電できる
• 小型機器にも搭載できる

　つまり、「設置後はできるだけ手をかけずに動き続ける電源」が求められているのです。

3. なぜ、従来のシリコン太陽電池では難しいのか？

　従来のシリコン太陽電池は、住宅や産業用設備など十分な日射量を確保できる環境で高い発電性能を発揮します。一方で、IoT機器やセンサ、電子機器に搭載する電源として考えた場合、いくつかの課題がありました。例えば、シリコン太陽電池は硬く厚みがあるため、曲面への実装や小型機器への組み込みが容易ではありません。また、発電効率を確保するためには一定以上の光量が必要となるため、室内照明や曇天時などの低照度環境では十分な発電量を得られないケースがあります。そのため、電子棚札（ESL）やスマートロック、各種IoTセンサなど、「小型」「薄型」「低照度環境」で使用される機器では、太陽電池を搭載したくても実現が難しい場面がありました。

　こうした課題を解決する技術として注目されているのが、ペロブスカイト太陽電池やOPV（有機薄膜太陽電池）です。両者は、薄型・軽量・フレキシブルという特徴に加え、弱い光でも発電しやすいことから、これまで太陽電池の搭載が難しかった機器への活用が期待されています。

4. ペロブスカイト太陽電池とOPVの違い

　ペロブスカイト太陽電池とOPV（有機薄膜太陽電池）は、どちらも薄型・軽量で、低照度環境でも発電しやすいという特長を持つ次世代太陽電池です。一方で、発電性能や得意とする用途には違いがあります。一般的に、ペロブスカイト太陽電池は高い発電性能が特長で、小面積でも比較的大きな発電量を確保しやすいため、IoTセンサやスマートロック、防犯カメラなど、より多くの電力が求められる用途に適しています。ペロブスカイト太陽電池は、一般的にOPVと比較して約2倍の発電量を示しており、小面積でも発電量を確保しやすい点が特長です。一方、OPVは優れた柔軟性やデザイン性を生かせることが特長です。フィルム状に加工しやすく、電子棚札（ESL）やラベル、小型デバイスなど、薄型化や自由な形状が求められる用途への活用が期待されています。どちらの技術も、従来のシリコン太陽電池では難しかった電子機器への搭載を可能にする技術として注目されていますが、「発電量を重視するならペロブスカイト」、「柔軟性や意匠性を重視するならOPV」というように、用途に応じて使い分けることが重要です。

5. ペロブスカイト／OPVはどんな機器に使える？活用例を紹介

　ペロブスカイト太陽電池やOPVの薄型・軽量・フレキシブルで、低照度環境でも発電できるという特長を生かすことで、さまざまなアプリケーションにおいて電池交換の削減や自立電源化などの効果が期待されています。

スマートロック

　従来は定期的な電池交換が必要でしたが、ペロブスカイト太陽電池を利用すると、室内光による補助充電によって交換頻度を大幅に削減できます。

リモコン

　リモコンは低消費電力かつ室内で使用されるため、エナジーハーベスティングとの相性が良いアプリケーションの一つです。ペロブスカイト太陽電池やOPVを組み合わせることで、室内光による補助充電が可能となり、電池交換頻度の削減や電池レス化が期待されています。

IoTセンサ

　IoTセンサでは、電池交換や配線工事に伴う保守負荷が課題になりますが、ペロブスカイト太陽電池を組み合わせることで、自立電源化が可能となり、保守工数削減が期待できます。

電子棚札（ESL）

　小売業では数千台単位で導入されるケースもありますが、店舗照明による発電を利用することで、長期間の運用が期待できます。

防犯カメラ

　従来は配線工事や定期充電が必要でしたが、ペロブスカイト太陽電池を組み合わせることで、長期間運用を実現できる可能性があります。

ウェアラブル機器

　腕時計や各種ウェアラブル端末においても、補助電源として利用することでバッテリー駆動時間の延長が期待されています。

車載

　EVやコネクテッドカーの普及に伴い、車載機器の省電力化が求められています。ペロブスカイト太陽電池やOPVは、ダッシュボードや曲面部への搭載が期待されており、車載センサなどの補助電源として活用できる可能性があります。

6. 設計者が採用前に確認したい5つのポイント

　ペロブスカイト太陽電池やOPVは、電池交換の削減や自立電源化を実現できる可能性があります。しかし、期待する効果を得るためには、機器の消費電力や使用環境に合わせて適切に設計することが重要です。ここでは、採用を検討する際に確認しておきたい5つのポイントを紹介します。

① 使用環境の照度は十分か

　太陽電池の発電量は設置場所の照度によって大きく変化します。屋内照明下で使用するのか、屋外の太陽光を利用するのかによって発電性能は異なるため、実際の設置環境の照度を把握することが重要です。

② 機器の消費電力はどの程度か

　自立電源化が可能かどうかは、機器が必要とする電力によって決まります。センサや電子棚札（ESL）のような低消費電力機器では効果を発揮しやすい一方、消費電力が大きい機器では補助電源としての活用が現実的な場合もあります。

③ 常時動作か、間欠動作か

　機器が常時稼働するのか、一定間隔で動作するのかによって必要な発電量は変わります。特に、データ送信時のみ動作するセンサなどの間欠動作機器は、エナジーハーベスティングとの相性が良いケースがあります。

④ 搭載スペースや形状に制約はあるか

　ペロブスカイト太陽電池やOPVは薄型・軽量・フレキシブルという特長を持ちますが、必要な発電量を確保するためには一定の受光面積が必要です。設置可能なサイズや形状を事前に確認しておきましょう。

⑤ 蓄電デバイスをどう組み合わせるか

　実際の製品では、太陽電池単体ではなくスーパーキャパシタや二次電池と組み合わせて使用するケースが一般的です。バッテリーレス化を目指すのか、電池交換頻度の削減を目指すのかによって、最適な構成は異なります。

　ペロブスカイト太陽電池やOPVは、特に低消費電力で多数設置されるIoT機器との相性が良い技術です。一方、消費電力が大きい機器では、主電源ではなく補助電源として活用する設計が現実的です。

7. まとめ

　IoT機器やセンサの普及に伴い、電池交換コストの削減や保守負荷の低減、ESG対応へのニーズが高まる中、室内光や弱い光でも発電できるペロブスカイト太陽電池やOPVが新たな電源ソリューションとして注目されています。

　特に、スマートロックやIoTセンサ、電子棚札（ESL）などの低消費電力機器においては、エナジーハーベスティングによるメンテナンス負荷の低減や長寿命化への期待が高まっています。

　一方で、期待する効果を得るためには、使用環境の照度や消費電力、動作条件を踏まえた設計が重要です。
　リョーサン菱洋では、太陽電池セルに加え、蓄電デバイスや電源管理回路を含めた電源ソリューションをご提案しています。ペロブスカイト太陽電池やOPVの活用をご検討の際は、お気軽にご相談ください。適用可否の検討についてもサポートしています。

（編集者：安田 朋史）