《電力》〈新エネルギー発電〉[H30:問5] 太陽光発電に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★☆☆☆☆(易しい)

次の文章は,太陽光発電に関する記述である。文中の\(\fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$}\)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。

太陽光発電では,太陽光のエネルギーを太陽電池の光電効果によって電力に変換する。その変換効率は家庭用の小規模なシステムでは現状,最高\( \ \fbox {  (1)  } \ \)%程度である。太陽電池の出力特性は日射量や温度によって変化するため,常に出力が最大化されるよう制御しており,これを\( \ \fbox {  (2)  } \ \)制御と呼ぶ。

変換効率に関しては,太陽光の幅広い波長分布をできるだけ広く利用して変換効率を向上させる\( \ \fbox {  (3)  } \ \)太陽電池などの技術開発も進められている。

太陽光発電の交流系統への連系では,太陽電池の直流電力出力を交流電力へ変換する\( \ \fbox {  (4)  } \ \)と,事故時の保護機能などをもつ系統連系装置が必要である。低圧連系のこの装置には,受動的方式と能動的方式の\( \ \fbox {  (5)  } \ \)装置を備えることになっている。このうち,受動的方式は,一般に高速性に優れているが,不感体領域がある点や,急激な負荷変動等による\( \ \fbox {  (6)  } \ \)を避けることに留意する必要がある。

また,広範囲の\( \ \fbox {  (7)  } \ \)や急激な周波数の変化等により太陽光発電が一斉に停止又は解列すると,系統全体の電圧や周波数の維持に大きな影響を与える可能性があるため,そのような場合にも運転を継続できる能力が要請されている。

〔問5の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&(イ)& コネクタ     &(ロ)& チョッパ     &(ハ)& 瞬時過負荷 \\[ 5pt ] &(ニ)& 自立運転     &(ホ)& 40     &(ヘ)& \mathrm {MPPT} \\[ 5pt ] &(ト)& 単独運転検出     &(チ)& 誤不動作     &(リ)& \mathrm {FTA} \\[ 5pt ] &(ヌ)& 20     &(ル)& 10     &(ヲ)& インバータ \\[ 5pt ] &(ワ)& \mathrm {AQR}     &(カ)& タービン出力変動     &(ヨ)& 色素増感 \\[ 5pt ] &(タ)& 自律運転     &(レ)& 瞬時電圧低下     &(ソ)& 不要動作 \\[ 5pt ] &(ツ)& 多結晶シリコン     &(ネ)& 多接合型 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

新エネルギー発電のうち,太陽光発電に関する出題となっています。近年毎年のように出題されている分野なので,かなりの受験生が対策されている内容と思います。配点も高得点なので,できるだけ多く正解したい問題です。

1.単独運転検出機能の方式
①受動的方式
発電設備の単独運転になると,系統の周波数や電圧が変化するので,その変化を検出する方式です。検出感度が良い特徴がありますが,発電出力と負荷のバランスにより検出できない場合や急激な負荷変動による誤動作の可能性があります。

②能動的方式
発電設備自体が微量の周波数,出力等を変化させ,系統の変化が起こらなければ正常,系統の変化が起これば異常とする方式です。変化のバイアスの調整により不安定化する懸念があるので,きちんとした制御機構を要します。

【用語の解説】

(ヘ)\( \ \mathrm {MPPT} \ \)
Maximum Power Point Trackingの略で,日々刻々と変わる太陽光の日射量に対し最大電力点を追従した電圧値にし,最大電力を取り出そうとする方式です。

(リ)\( \ \mathrm {FTA} \ \)
恐らく機械等の故障確率を計算するフォルトツリー解析のことを言っていると思います。

(ワ)\( \ \mathrm {AQR} \ \)
自動無効電力調整装置で,無効電力を自動的に調整する装置のことです。

【解答】

(1)解答:ヌ
題意より,解答候補は(ホ)40,(ヌ)20,(ル)10になると思います。現在の太陽電池の変換効率は約10~20%程度であり,最大でも20%程度となります。

(2)解答:ヘ
題意より,解答候補は(ヘ)\( \ \mathrm {MPPT} \ \),(リ)\( \ \mathrm {FTA} \ \),(ワ)\( \ \mathrm {AQR} \ \)になると思います。太陽電池の制御方式は\( \ \mathrm {MPPT} \ \)制御を使用し,最大電力を取り出すようにしています。

(3)解答:ネ
題意より,解答候補は(ツ)多結晶シリコン,(ネ)多接合型になると思います。多結晶シリコンは単結晶シリコンと並んで最も普及している太陽電池ですが,幅広い波長分布をできるだけ広くして変換効率を向上させたものは多接合型(ハイブリッド型)太陽電池と呼びます。

(4)解答:ヲ
題意より,解答候補は(イ)コネクタ,(ロ)チョッパ,(ヲ)インバータになると思います。太陽電池の直流出力を交流電力に変換するのはインバータで,パワーコンディショナーの構成品の一つとなっています。

(5)解答:ト
題意より,解答候補は(ニ)自立運転,(ト)単独運転検出,(ヨ)色素増感,(タ)自律運転等になると思います。分散型電源では単独運転にならぬよう,単独運転になったら解列する単独運転検出装置が必要です。

(6)解答:ソ
題意より,解答候補は(チ)誤不動作,(ソ)不要動作になると思います。急激な負荷変動では系統としては分散型電源は運転したままの方が良い場合もあるのですが,受動的方式であると,不要動作し解列して,よけいに系統が不安定になってしまう可能性があるので留意が必要です。

(7)解答:レ
題意より,解答候補は(ハ)瞬時過負荷,(カ)タービン出力変動,(レ)瞬時電圧低下等になると思います。瞬時の過負荷やタービン出力変動も影響がないわけではないですが,広範囲の変動があるとは考えにくいので,この設問の場合は瞬時電圧低下が最も適当と言えると思います。



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