《電力》〈新エネルギー発電〉[R04:問2]太陽光発電に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

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，シリコンなどの半導体を用いた太陽電池により，太陽からの放射エネルギーを電力に変換する。

太陽電池の出力は日射強度等により変化するため，太陽電池の公称システム出力は基準状態(日射強度：$ \ \fbox {　（１）　} \ $，モジュール温度：25 ℃，分光分布：基準太陽光)に対し規定される。太陽電池の電流電圧特性についても，$ \ \fbox {　（２）　} \ $が日射強度にほぼ比例して増加するなど，日射強度により変化する。このため日射強度が変動した場合には，電圧・電流を変化させ太陽電池の発電出力を最大化する必要がある。太陽光発電システムには，そのために太陽電池の直流動作電圧を最適化し，発電出力を最大化する$ \ \fbox {　（３）　} \ $制御を備えるのが一般的である。

太陽電池はインバータ，系統連系保護装置等から構成される$ \ \fbox {　（４）　} \ $を介して電力系統に接続することが多い。その際には，電圧，周波数等の保護リレーの設置が義務づけられている。また系統が停電となったときに，低圧・高圧配電線に接続された太陽光発電装置が$ \ \fbox {　（５）　} \ $により運転を継続すると配電線の保安等の面で支障を来すため，太陽光発電装置を解列させる必要がある。

〔問2の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　1 \ \mathrm {kW／m^{2}}　　　　　&（ロ）&　形状因子　　　　　　　&（ハ）&　単独運転 \\[ 5pt ] &（ニ）&　最大出力追従　　　　　&（ホ）&　入力電圧一定　　　　　&（ヘ）&　自立運転 \\[ 5pt ] &（ト）&　独立運転　　　　　&（チ）&　整流器　　　　　&（リ）&　2 \ \mathrm {kW／m^{2}} \\[ 5pt ] &（ヌ）&　サイクロコンバータ　　　　　　　&（ル）&　1 \ \mathrm {W／{cm}^{2}}　　　　　&（ヲ）&　パワーコンディショナ \\[ 5pt ] &（ワ）&　太陽追尾　　　　　&（カ）&　開放電圧　　　　　&（ヨ）&　短絡電流 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

太陽光発電システム及びその連系に関する問題です。
(2)が少し悩ましい問題ですが，それ以外の空欄はできれば正答しておきたい問題です。
太陽電池の単位（セル→モジュール→ストリング→アレイ）も覚えておくようにしましょう。

1.最大出力追従制御（$ \ \mathrm {MPPT} \ $制御）
太陽光の日射量の変化による太陽電池の出力変動に応じて，最大電力を得られるようにする制御です。
太陽光が地球に降り注ぐ光エネルギーのエネルギー密度は$ \ 1 \ \mathrm {m^{2}} \ $当たり約$ \ 1 \ \mathrm {kW} \ $程度で，太陽電池セルでは$ \ 1 \ \mathrm {V} \ $程度かそれ以下の直流電圧しか出力されないので図1のように直並列して太陽電池アレイとして，パワーコンディショナを介して交流にし系統に連系します。
日射強度一定時の太陽電池の出力電流・出力電圧特性は図2左のようになるため，出力電力は電圧に応じて異なり出力電力・出力電圧特性は図2右のようになります。最大出力追従制御（$ \ \mathrm {MPPT} \ $制御）は，パワーコンディショナにおいて太陽電池から常に最大の電力を取り出すような制御を行うもので，この最大点を追従する制御となります。

【解答】

(1)解答：イ
題意より解答候補は，（イ）$ \ 1 \ \mathrm {kW／m^{2}} \ $，（リ）$ \ 2 \ \mathrm {kW／m^{2}} \ $，（ル）$ \ 1 \ \mathrm {W／{cm}^{2}} \ $，になると思います。
ワンポイント解説「1.最大出力追従制御（$ \ \mathrm {MPPT} \ $制御）」の通り，太陽光が地球に降り注ぐ光エネルギーのエネルギー密度（日射強度）は$ \ 1 \ \mathrm {kW／m^{2}} \ $程度となります。

(2)解答：ヨ
題意より解答候補は，（ロ）形状因子，（カ）開放電圧，（ヨ）短絡電流，になると思います。
太陽光発電の原理から，日射強度が上昇すると電子正孔対が生成されるので，短絡電流が増加するようになります。開放電圧は，太陽電池の直列数によるものとなります。

(3)解答：ニ
題意より解答候補は，（ニ）最大出力追従，（ホ）入力電圧一定，（ワ）太陽追尾，になると思います。
ワンポイント解説「1.最大出力追従制御（$ \ \mathrm {MPPT} \ $制御）」の通り，最大出力が得られるようにする制御を最大出力追従制御といいます。

(4)解答：ヲ
題意より解答候補は，（チ）整流器，（ヌ）サイクロコンバータ，（ヲ）パワーコンディショナ，になると思います。
ワンポイント解説「1.最大出力追従制御（$ \ \mathrm {MPPT} \ $制御）」の通り，太陽電池はパワーコンディショナを介して電力系統に接続されます。

(5)解答：ハ
題意より解答候補は，（ハ）単独運転，（ヘ）自立運転，（ト）独立運転，になると思います。
太陽光発電装置の単独運転は、系統事故後の保安等の面で支障を来たす恐れがあるので認められていません。電気設備技術基準の解釈でも解列しなければならないとされています。

＜電気設備の技術基準の解釈第227条(抜粋)＞
低圧の電力系統に分散型電源を連系する場合は、次の各号により、異常時に分散型電源を自動的に解列するための装置を施設すること。
一　次に掲げる異常を保護リレー等により検出し、分散型電源を自動的に解列すること。
　イ　分散型電源の異常又は故障
　ロ　連系している電力系統の短絡事故、地絡事故又は高低圧混触事故
　ハ　分散型電源の単独運転又は逆充電