材料と環境とのかかわり

エネルギー変換と効率
本時の目標
エネルギーを有効に活用する
にはエネルギー変換効率を髙
める必要があることを知る。
燃料電池車 MIRAI
燃料電池のしくみ
エネルギー変換効率とは
あるエネルギーから別のエネルギーに変換し
たとき、有効に利用できるエネルギーの割合
出力エネルギー
エネルギー
×100(%)
=
変換効率
入力エネルギー
40
10
100
出力エネルギー
×100
入力エネルギー
30
=
×100
100
30
=30(%)
火力発電 (石炭)
入力
有効出力
エネルギー
化学
電力
40–43
原子力発電[注 2]
原子力
電力
33
水力発電
力学
電力
80–90
風力発電
力学
電磁波(太
陽光)
電力
< 59
電力
5–40
エネルギー変換機械・装置
燃料電池
熱電対
蒸気機関
化学
熱
化学
電力
電力
動力
30–70
3–8
3–44
ガソリンエンジン (自動車)
化学
動力
20-30
ディーゼルエンジン
化学
動力
電気モーター
電力
動力
< 50
20–
99.5
自転車用ダイナモ
力学
電力
発電機
力学
電力
白熱電球
蛍光灯
LED
電力
電力
電力
電磁波(可視光)
電磁波(可視光)
電磁波(可視光)
変換形態
太陽光発電
効率 %
備考
独版には「効率は10%」の
注意書きがある。
普及品12%~21%[2]、
理論限界85-90%
出力200W以上のモーターでは
70%以上
高効率のハブダイナモもあるが、
20–65 一般のタイヤ・リム式の効率は
20%前後。
95–
99.5
3–5
28
5–25
○○○スポーツクラブの例
電気がコンセントに届くまで
交流(A
C)
周波数
50Hz
60Hz
発電所
コンセント
変電所
分電盤
柱状変圧器
電力量計
日本の周波数の分布
周波数の違いで生じる不具合
• 以下の製品はそのまま使えますが、モーター
の毎分回転数などがかわり、性能が変化す
るものがあります。
【代表例】 冷蔵庫、扇風機、洗濯機、
空気清浄機、加湿器
• 以下の製品は周波数の違う地域でそのまま
使うことのできないものがあります。
【代表例】 電子レンジ、蛍光灯器具、洗濯機
交流電源(AC)の特徴
発電所から供給されるエネルギー
電圧や電流の向きが変化する。
• 大量に発電が可能
• 大きな電力を扱いやすい
• 電圧や周波数の変更ができる。
• 高電圧で送電すると損失が少ない。
• 貯蔵できない。
直流電源(DC)の特徴
電池や太陽光などで発電されるエネルギー
電圧や電流の向きが変化しない。
・ 貯蔵が可能で持ち運びができる。
・ 電子機器の電源に利用できる。
・ 化学電池は長時間連続して使用できない。