自治体道路灯のソーラー街路灯化：TCO・規格・レトロフィット実務

Summary

自治体の道路灯をソーラー街路灯へ移行する際のTCO（総保有コスト）分析、IEC/IES/IEEE等の国際規格、既設配電網を活かしたレトロフィット手法を解説。20年TCOで最大40〜60％削減、CO₂排出を年間1灯あたり100〜200kg削減するための設計・調達・運用の実務ポイントを整理する。

Key Takeaways

既設HID街路灯からソーラー街路灯へ更新すると、20年TCOを30〜60％削減でき、1灯あたり年間100〜200kWhの電力使用量を削減できる可能性を評価すること
設計段階で照度10〜20lx、均斉度0.25〜0.4、ポール間隔25〜40mなどの数値目標を設定し、IES LM-79/LM-80データを用いて光学設計を行うこと
バッテリー容量は日負荷の2〜3日分（例：1kWh/日なら2〜3kWh）を目安にし、DoD70〜80％運用で8〜12年の寿命を確保すること
ソーラーパネル容量はLED負荷の1.2〜1.5倍の日射量を前提に、NRELなどの気象データで年間発電量を±5％精度で予測して選定すること
機器選定時にはIEC 61215・IEC 61730（PV）、IEC 60598-2-3（道路灯）、IEC 62133/UL 1973（バッテリー）など少なくとも5つの主要規格適合を確認すること
レトロフィット案件では、既設ポール流用率70〜90％、既設配線撤去コストを1灯あたり100〜200USD削減できるかをTCOに織り込んで比較すること
通信・制御は1ポールあたり5〜10USDの追加でLoRaWAN/NB-IoT対応を実装し、調光制御で年間消費電力量を20〜40％削減すること
年1回の点検と3〜5年ごとのバッテリー状態診断を計画し、稼働率99％以上を維持しながら保守コストを1灯あたり年間5〜10USDに抑えること

自治体系道路灯のソーラー化移行：背景と課題

世界的に、自治体の道路照明はエネルギーコストとCO₂排出の大きな要因となっています。従来の高圧ナトリウム灯や水銀灯は、1灯あたり70〜250Wの消費電力に加え、配電インフラの維持費も発生します。電力単価の上昇と脱炭素要求の高まりにより、多くの自治体がソーラー街路灯への移行を検討しています。

しかし、単純に「電気代がゼロになる」だけを根拠に投資判断すると、バッテリー交換や清掃・保守、極端な気象条件による性能低下などを見落とし、期待した効果が得られないリスクがあります。特に、雪・台風・黄砂・高温多湿といった条件を抱える地域では、設計と製品選定を誤ると稼働率や寿命が大きく低下します。

本稿では、B2Bの調達担当・技術担当者向けに、ソーラー街路灯への移行をTCO（Total Cost of Ownership：総保有コスト）の観点で定量的に評価しつつ、関連規格・標準と、既設インフラを活かしたレトロフィットのベストプラクティスを整理します。

技術的ディープダイブ：ソーラー街路灯システムの構成と設計指針

ソーラー街路灯は、以下の主要コンポーネントで構成されます。

PVモジュール（ソーラーパネル）
LEDランプヘッド（光学レンズ含む）
バッテリーパック（LiFePO₄が主流）
充放電コントローラ（MPPT推奨）
ポール・ブラケット・基礎
通信モジュール（オプション：LoRaWAN / NB-IoT / Zigbee 等）

1. 照明性能要件と光学設計

まず、道路照明として満たすべき要件を整理します。多くの国・自治体で、EN 13201や各国道路照明基準に準拠した以下のような指標が用いられます。

平均路面照度：10〜20lx（住宅道路〜幹線道路）
均斉度（Emin/Eavg）：0.25〜0.4
グレア制御：閾値増分TI ≤ 10〜15％
色温度：3000〜4000K（近年はグレア・生態系配慮で3000K推奨の動き）

LEDランプの選定では、

光束：3000〜12000lm（道路種別・ポール高さに依存）
効率：130〜170lm/W
定格寿命：L90/B10で50,000〜100,000時間

を目安とします。IES LM-79（全光束・配光測定）およびLM-80（LEDパッケージの長期寿命データ）に基づく試験レポートを確認することで、長期の光束維持率を評価できます。

2. PVモジュールとバッテリーの容量設計

ソーラー街路灯の信頼性は、PVとバッテリーの設計に大きく依存します。設計手順の一例を示します。

日負荷エネルギーの算出
- 例：LED 40W、点灯時間12h/日 → 480Wh/日
バッテリー容量の決定
- 目標：自立日数2〜3日
- 推奨DoD（Depth of Discharge）：70〜80％
- 必要容量 ≒ 日負荷 × 自立日数 ÷ 許容DoD
- 上記例：480Wh × 3日 ÷ 0.8 ≒ 1.8kWh → 約1.8kWh（48V 40Ah相当）
PVモジュール容量の決定
- NRELや各国気象庁データから、年間日射量（kWh/m²/日）を取得
- システム効率（配線・コントローラ・温度損失）70〜80％を考慮
- 例：平均日射量4kWh/m²/日、システム効率0.75とすると、
  - 必要PV出力 ≒ 日負荷 ÷（日射量 × 効率）= 480Wh ÷（4kWh × 0.75）≒ 160Wp
- 冬季や連続雨天を考慮し、1.3〜1.5倍の安全率をかけて200〜240Wp程度を採用

LiFePO₄バッテリーは、

サイクル寿命：2000〜6000サイクル（DoD・温度依存）
推奨動作温度：-10〜+45℃（ヒーター/クーリングにより拡張可）

といった特性を持ち、鉛蓄電池に比べてTCOで有利になるケースが多くなっています。

3. コントローラとスマート制御

MPPT（最大電力点追従）方式のチャージコントローラは、PWM方式に比べて5〜20％程度の発電量向上が期待できます。さらに、以下のようなスマート制御機能を統合することで、TCOを最適化できます。

時間帯別調光（例：日没後3時間100％ → 深夜50％ → 明け方80％）
人感センサー連動（歩行者・車両接近時のみ100％点灯）
遠隔監視（故障検知、バッテリーSoC監視）
ファームウェアOTAアップデート

これらにより、年間消費エネルギーを20〜40％削減しつつ、バッテリー寿命を延ばし、保守の予防性を高めることができます。

4. 構造・耐環境設計

自治体系案件では、20年以上の耐用を前提とした構造設計が求められます。ポイントは以下の通りです。

風荷重：基準風速30〜50m/sを想定し、ポール・基礎を設計
腐食対策：溶融亜鉛メッキ＋粉体塗装、C3〜C5環境区分への対応
防水・防塵：ランプヘッド・バッテリーボックスともにIP65〜IP66
耐雷対策：SPD（サージ保護デバイス）、接地設計

IEC 60598-2-3（道路灯器具）や各国の建築・電気設備基準に適合する設計が必須です。

TCO分析：グリッド接続型 vs ソーラー街路灯

1. TCOの構成要素

TCOは、以下のコスト要素で構成されます。

初期投資（CAPEX）
- 器具・ポール・基礎・配線・工事
運転費用（OPEX）
- 電力料金
- 保守・点検・部品交換（バッテリー・ドライバ等）
撤去・更新費用（ライフサイクル末期）

2. モデルケースによる比較（概算）

以下は、100灯の住宅街道路灯を対象とした、20年間のTCO比較の一例です（数値は参考レンジ）。

項目	グリッド接続LED街路灯	ソーラー街路灯
初期器具コスト/灯	250–350 USD	600–900 USD
配線・トランス/灯	150–300 USD	0–50 USD（最小限）
年間電力使用/灯	150–250 kWh	0 kWh（系統電力）
電力単価	0.12–0.20 USD/kWh	–
年間電力費/灯	18–50 USD	0 USD
バッテリー交換	不要	8〜12年ごとに1回（150–250 USD/灯）
年間保守費/灯	5–10 USD	5–15 USD
推定20年TCO/灯	900–1400 USD	700–1200 USD

このモデルでは、

初期CAPEXはソーラーが1.5〜2倍高い
しかし電力費ゼロと配線・トランスの削減により、20年TCOで30〜60％削減が見込まれる

という結果になります。特に新設エリアや配電網から遠い郊外・農村部では、配線工事とトランス設置が不要となるため、ソーラー街路灯の優位性が顕著になります。

3. レトロフィット案件のTCO特性

既設グリッド街路灯をソーラーに更新する場合、以下の追加要素を考慮します。

既設ポール・基礎の流用率（70〜90％が一般的）
既設配線・トランスの撤去／休止コスト
既設回路を非常用バックアップとして活用するオプション

既設インフラを最大限活用できる場合、1灯あたり100〜200USDの土木・電気工事費削減が可能となり、ソーラー化の投資回収期間を5〜10年程度に短縮できます。

標準・規格：調達仕様書に盛り込むべき要件

1. PVモジュール関連

IEC 61215：結晶シリコンPVモジュールの設計・型式認証
IEC 61730：PVモジュールの安全性要件（構造・試験）

これらに適合したTier1メーカーのモジュールを採用することで、長期信頼性と銀行性を確保できます。

2. 照明器具・電気安全

IEC 60598-1 / 60598-2-3：照明器具および道路灯器具の安全規格
IEC 62471：光生物学的安全性
IES LM-79 / LM-80：LED照明の光学性能・寿命評価

調達仕様書では、これら規格への適合証明（CBレポート、認証書）の提出を求めることが重要です。

3. バッテリー・システムインターフェース

IEC 62133：ポータブル密閉型二次電池の安全要求事項
UL 1973：定置用エネルギー貯蔵システムの安全規格
IEEE 1547：分散型電源の系統連系要件（ハイブリッド構成時）

特に自治体案件では、安全性に対する社会的責任が大きいため、セルレベル・パックレベルの安全規格適合を必須条件とすることが推奨されます。

4. 通信・スマートシティ連携

LoRaWAN、NB-IoTなどのLPWAプロトコル
IPv6対応、MQTT/HTTPSベースのAPI仕様

将来的なスマートシティプラットフォームとの統合を見据え、オープンな通信規格に対応したコントローラを選定することで、ベンダーロックインを回避できます。

レトロフィット・ベストプラクティス：設計・導入・運用

1. 事前調査とデータ収集

レトロフィットプロジェクトでは、以下の情報を現地調査および図面から取得します。

既設ポールの高さ・間隔・材質・腐食状態
既設ランプの種類・ワット数・配光
既設配電回路（引き込み位置、ブレーカ容量、トランス位置）
交通量・歩行者量・治安上の要件
地域別日射量・気象条件（雪・塩害・砂塵など）

これに基づき、ソーラー街路灯の配置と仕様を最適化します。

2. 既設ポール流用の設計ポイント

既設ポールを流用する場合、以下を確認します。

ポール頂部の取付形状とソーラーブラケットの適合性
風荷重増加（パネル追加）に対する安全率
腐食・疲労の状態（必要に応じて補強・交換）

新設ポールと比較して、1灯あたり100〜300USD程度のコスト削減が可能ですが、安全性を犠牲にしないことが前提です。

3. 施工と切替え手順

レトロフィット施工では、照明停止時間を最小化するための段取りが重要です。

日中にポール上部の器具交換・パネル設置を完了
夜間の既設回路停止と新システムの通電試験
必要に応じて、一時的な仮設照明を設置

既設配線は、完全撤去・休止・非常用バックアップのいずれかの方針を事前に決定し、電力会社・消防と調整しておきます。

4. 運用・保守の最適化

運用フェーズでは、以下のような保守計画が推奨されます。

年1回：外観点検、パネル清掃、ポール腐食チェック
3〜5年ごと：バッテリー容量試験、接続部トルクチェック
常時：遠隔監視システムによる故障・異常検知

これにより、稼働率99％以上を維持しつつ、1灯あたり年間5〜10USD程度の保守コストに抑えることが可能です。

比較・選定ガイド：製品・ベンダー評価の観点

1. 製品仕様比較のポイント

評価項目	推奨値・基準	留意点
LED効率	≥ 140 lm/W	LM-79レポートで確認
バッテリー種類	LiFePO₄	サイクル寿命・温度特性
自立日数	2〜3日	最低日射条件を想定
防水等級	IP65〜IP66	砂塵・豪雨環境を考慮
耐風速	40〜60 m/s	地域風速規定に準拠
通信機能	LoRaWAN/NB-IoT	将来のスマート制御拡張
保証期間	5年（器具）、10年（PV）	バッテリーは3〜5年保証が一般的

2. ベンダー選定の評価軸

実績：同規模自治体での導入実績（少なくとも数百灯規模）
サービス網：現地での保守対応拠点の有無
データ提供：設計計算書、シミュレーション結果、試験レポートの提供能力
財務健全性：長期保証を支える財務基盤

入札仕様書では、価格だけでなく、TCO・性能・サービスを総合評価する加重評価方式（例：価格50％、技術30％、サービス20％）を採用することが望まれます。

FAQ

Q: 自治体の既設道路灯をソーラー街路灯に切り替えると、投資回収期間はどの程度になりますか？ A: 投資回収期間は、既設設備の状態、電力単価、日射条件によって大きく変動しますが、多くのケースで5〜10年の範囲に収まります。新設エリアや配電網から離れた地域では、配線・変圧器コストが不要になるため、5〜7年程度で回収できることが多いです。一方、既設配電インフラが健全で電力単価が低い地域では、回収期間が10年以上になる場合もあるため、必ずプロジェクトごとにTCOシミュレーションを行うことが重要です。

Q: ソーラー街路灯は悪天候が続いた場合でも点灯を維持できますか？ A: 適切に設計されたソーラー街路灯は、2〜3日の自立日数を前提にバッテリー容量が設定されているため、通常の雨天や曇天が数日続く程度であれば点灯を維持できます。さらに、調光制御を組み合わせることで、バッテリー残量が低下した際に自動的に出力を抑え、完全消灯を回避することも可能です。ただし、降雪でパネルが長期間覆われる地域や、極端に日射量が少ない冬季条件では、パネル角度の最適化や補助電源の併用など、追加対策が必要になります。

Q: 既設のポールや基礎はそのまま流用できますか？ A: 多くの案件で既設ポールの流用は可能ですが、必ず構造計算と劣化診断を行う必要があります。ソーラーパネルとバッテリーを追加すると、風荷重と重量が増加するため、基準風速40〜50m/sに対して安全率を満たしているかを確認します。また、腐食や金属疲労が進行しているポールは、ソーラー化を機に更新した方が長期的には安全で経済的です。流用率70〜90％を目標としつつ、安全性を最優先に判断することが推奨されます。

Q: バッテリーの寿命と交換コストはどの程度見込むべきでしょうか？ A: LiFePO₄バッテリーの場合、適切な温度管理とDoD（放電深度）70〜80％運用で8〜12年程度の寿命が一般的です。1灯あたりのバッテリーパック容量が1.5〜2.5kWhの場合、交換コストは150〜250USD程度が目安となります。TCO分析では、20年ライフサイクルの中で1回のバッテリー交換を前提にコスト計上するのが現実的です。また、遠隔監視により劣化傾向を早期に把握し、計画的にまとめて交換することで、工事費とダウンタイムを最小化できます。

Q: ソーラー街路灯の明るさは従来のナトリウム灯と比べて遜色ありませんか？ A: 適切に設計されたLEDソーラー街路灯は、従来の高圧ナトリウム灯と同等以上の視認性を提供できます。LEDは指向性が高く、路面に必要な場所へ効率的に光を届けられるため、同じ路面照度を得るのに必要な消費電力はナトリウム灯の40〜60％程度で済みます。また、演色性（CRI）が高いため、物体や歩行者の識別性も向上します。ただし、ポール高さ・間隔・配光レンズを考慮した照明設計を行わないと、暗部やグレアが発生する可能性があるため、照度シミュレーションに基づく設計が不可欠です。

Q: ソーラー街路灯はスマートシティのインフラとしてどのように活用できますか？ A: ソーラー街路灯は、電源自立型のIoTプラットフォームとしてスマートシティの中核に位置付けることができます。LoRaWANやNB-IoT対応のコントローラを搭載すれば、遠隔でのオン・オフ制御や調光、故障監視が可能になります。さらに、ポールに環境センサー、CCTV、EV充電、小型5Gスモールセルなどを統合することで、多目的な都市インフラとして機能させることができます。これにより、単なる照明設備から、データ収集とサービス提供の基盤へと価値を拡張できます。

Q: ソーラー街路灯導入時に、どのような規格・認証を確認すべきでしょうか？ A: 少なくとも、PVモジュールについてはIEC 61215とIEC 61730、照明器具についてはIEC 60598-2-3への適合を確認することが重要です。LED性能についてはIES LM-79およびLM-80に基づく試験レポートを、バッテリーについてはIEC 62133やUL 1973などの安全規格への適合をチェックします。また、雷サージ対策や耐風設計、IP等級など、現地の電気・建築基準に準拠しているかも必須確認事項です。調達仕様書にこれらの規格番号と要求レベルを明記することで、品質のばらつきを抑えられます。

Q: 雪国や塩害地域でもソーラー街路灯は有効ですか？ A: 雪国や塩害地域でも、適切な設計と材料選定を行えばソーラー街路灯は十分に有効です。雪国では、パネル傾斜角を大きくし、セルフクリーニング性を高める設計が重要です。また、冬季の日射量低下を補うために、パネル容量を1.3〜1.5倍程度余裕を持たせることが推奨されます。塩害地域では、ポールや金具に高耐食性の溶融亜鉛メッキや海洋グレードの塗装を採用し、IP66クラスの防水・防塵性能を確保することが求められます。

Q: ソーラー街路灯は完全オフグリッドでしか運用できませんか？ハイブリッド構成は可能でしょうか？ A: ソーラー街路灯は完全オフグリッド運用が一般的ですが、既設配電網を活かしたハイブリッド構成も技術的には可能です。ハイブリッド方式では、通常時はソーラーとバッテリーで運用し、長期悪天候時や非常時にはグリッドから補助電力を供給します。この場合、系統連系要件としてIEEE 1547などの標準に準拠した保護・制御機能が必要になります。ハイブリッド構成は、重要インフラ周辺や防災拠点など、停電時にも高い照明信頼性が求められるエリアで特に有効です。

Q: プロジェクト開始前に最低限実施すべき技術評価は何ですか？ A: 最低限、(1) 現地日射量と気象条件に基づく発電シミュレーション、(2) 既設照明の照度測定と要求照度の定義、(3) 既設ポール・基礎の構造健全性評価、の3点は実施すべきです。発電シミュレーションには、NRELなどが提供するツールを用いて年間発電量を±5〜10％の精度で予測します。照度測定は、夜間に実測し、住民や警察と協議して必要な明るさレベルを合意形成します。これらの評価結果をもとに、製品仕様と数量を確定し、TCOと投資回収期間を算出することで、合意形成と入札プロセスをスムーズに進められます。

References

NREL (2024): PVWatts Calculator – ソーラー発電システムの年間発電量推定と気象データに基づく性能評価手法
IEC 61215-1 (2021): Terrestrial photovoltaic (PV) modules – Design qualification and type approval – 結晶シリコンPVモジュールの設計・型式認証要件
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IEC 60598-2-3 (2020): Luminaires – Part 2-3: Particular requirements – Luminaires for road and street lighting – 道路・街路照明器具の安全規格
IEEE 1547 (2018): Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces – 分散電源の系統連系要件
IEA (2023): World Energy Outlook 2023 – 都市インフラ電力消費と脱炭素シナリオに関する分析
IEA PVPS (2024): Trends in Photovoltaic Applications – 世界のPV導入動向と市場分析
UL 1973 (2018): Batteries for Use in Stationary, Vehicle Auxiliary Power and Light Electric Rail (LER) Applications – 定置用蓄電池システムの安全要求事項

SOLARTODOについて

SOLARTODOは、太陽光発電システム、エネルギー貯蔵製品、スマート街路灯・ソーラー街路灯、インテリジェントセキュリティ・IoT連携システム、送電鉄塔、通信タワー、スマート農業ソリューションを世界中のB2Bのお客様に提供するグローバル統合ソリューションプロバイダーです。