《電力》〈新エネルギー発電〉[H23:問5]太陽光発電設備の特徴に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆(やや易しい)

太陽光発電は,\( \ \fbox {  (ア)  } \ \)を用いて,光のもつエネルギーを電気に変換している。エネルギー変換時には,\( \ \fbox {  (イ)  } \ \)のように\( \ \fbox {  (ウ)  } \ \)を出さない。

すなわち,\( \ \fbox {  (イ)  } \ \)による発電では,数千万年から数億年間の太陽エネルギーの照射や,地殻における変化等で優れた燃料特性となった燃料を電気エネルギーに変換しているが,太陽光発電では変換効率は低いものの,光を電気エネルギーに瞬時に変換しており長年にわたる\( \ \fbox {  (エ)  } \ \)の積み重ねにより生じた資源を消費しない。そのため環境への影響は小さい。

上記の記述中の空白箇所(ア),(イ),(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{ccccc}
& (ア) & (イ) & (ウ) & (エ) \\
\hline
(1) &  半導体   &  化石燃料  &  排気ガス  &  環境変化   \\
\hline
(2) &  半導体   &  原子燃料  &  放射線   &  大気の対流  \\
\hline
(3) &  半導体   &  化石燃料  &  放射線   &  大気の対流  \\
\hline
(4) &  タービン  &  化石燃料  &  廃 熱   &  大気の対流  \\
\hline
(5) &  タービン  &  原子燃料  &  排気ガス  &  環境変化   \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

従来の火力発電では,化石燃料燃焼時に温室効果ガスである二酸化炭素や大気汚染物質である窒素酸化物\( \ \left( \mathrm {{NO}_{\mathrm {x}}}\right) \ \)や硫黄酸化物\( \ \left( \mathrm {{SO}_{\mathrm {x}}}\right) \ \)を発生するという内容を少し学術的な言い回しにしている問題です。
あまり難しく考えず,基本をしっかりと理解していれば解ける問題かと思います。

1.太陽電池の構造
図1のように\( \ \mathrm {pn} \ \)接合した半導体に光を照射すると,電子正孔対が生成され,電子は\( \ \mathrm {n} \ \)形半導体側に正孔は\( \ \mathrm {p} \ \)形半導体側に引き寄せられエネルギーが溜まった状態になります。その後,外部負荷を接続すると,溜まった電子及び正孔が外部抵抗側に行き,抵抗でエネルギーを消費することになります。

2.太陽光発電の特徴
・太陽から注がれるエネルギーを利用するため,エネルギーが無尽蔵にある
・発電時に温室効果ガスである二酸化炭素\( \ \left( \mathrm {CO_{2}}\right) \ \)を発生しない。
・日射量が昼間に多いため,需要ピークと重なる昼間に多く発電する。
・発電量や出力が日照量,気温等の気象条件に大きく左右され,安定的に発電しない。
・半導体の特性を利用する発電なので,出力が直流となり,インバータで交流に変換する必要がある。
・太陽光の光エネルギーを電気エネルギーにするエネルギー変換効率が\( \ 15~20 \ \mathrm {%} \ \)程度と低い。

【解答】

解答:(1)
(ア)
ワンポイント解説「1.太陽電池の構造」の通り,太陽光発電は半導体を用いて発電する方法です。

(イ)
(ウ)
ワンポイント解説「2.太陽光発電の特徴」の通り,化石燃料のように二酸化炭素や大気汚染物質を含む排気ガスを排出しません。

(エ)
化石燃料は,生物の死骸などが何億年という時間をかけて燃料となったもので,少し難しめの言い方をすれば長年にわたる環境変化の積み重ねにより生じた資源となります。