ITパスポート 2020年 秋期 問74

IoTデバイスへの電力供給でも用いられ、周りの環境から光や熱（温度差）などの微小なエネルギーを集めて、電力に変換する技術はどれか【ITパスポート 解説】

正解の理由

解法ステップ

1. 問題文のキーワードを探します：今回なら「光や熱（温度差）などの微小なエネルギーを集めて、電力に変換」。
2. 各選択肢の意味を短く確認します。
   • PLC：Power Line Communication（電力線通信）。電力線を使ってデータを送る技術。
   • PoE：Power over Ethernet（イーサネットを通して電力供給）。LANケーブルで電力を供給する技術。
   • エネルギーハーベスティング：環境にある微小エネルギーを回収して電力に変換する技術。
   • スマートグリッド：電力ネットワークにICTを組み合わせ、需給や供給を最適化する仕組み。
3. 問題文の「周りの環境から集める」という点と一致する選択肢を選びます。これが ウ です。

選択肢別の誤答解説

• ア: PLC（Power Line Communication：電力線通信）
  • 説明：家庭や工場の電力ケーブルを使ってデータを送る技術です。電力の「伝送路」を利用して通信するもので、周囲の光や熱を電力に変換する技術ではありません。
  • なぜ違うか：通信のための技術であり、環境エネルギーの回収とは目的が異なります。
• イ: PoE（Power over Ethernet：イーサネット経由の電力供給）
  • 説明：LANケーブル（イーサネット）を通じてネット機器に電力を供給する方式です。IP電話やネットワークカメラでよく使われます。
  • なぜ違うか：電力はケーブルを通して供給します。周囲の光や熱を「集める」技術ではありません。
• ウ: エネルギーハーベスティング（Energy Harvesting：環境発電）
  • 説明：周囲にある微小なエネルギー（光、温度差、振動、電波など）を回収して電気に変える技術です。IoTセンサーやウェアラブル機器の電源として使われます。
  • なぜ合うか：問題文の「周りの環境から集めて電力に変換する」という表現に正確に当てはまります。
• エ: スマートグリッド（Smart Grid）
  • 説明：電力の発・配・需をICTで最適化する次世代の電力網です。需給の調整や再生可能エネルギーの統合などが主な目的です。
  • なぜ違うか：電力網の管理・最適化が目的であって、環境エネルギーを個別に回収して電力に変換する技術そのものではありません。

よくある誤解

• 「太陽光発電＝エネルギーハーベスティング」とだけ覚えている
  • 太陽光（小型ソーラー）は確かに一例ですが、エネルギーハーベスティングは他にも熱電、圧電、電波回収など多様な方式を含みます。
• 「PoEやPLCも“外から電力を取る”から同じ」と考える
  • PoE・PLCは外部から電力やデータを伝送する仕組みですが、どちらも“既存の電力線やケーブルから供給する”方式であり、環境エネルギーの回収（harvesting）ではありません。
• 「エネルギーハーベスティングはスマホやPCの主電源になる」と期待する
  • 実際は発電量が小さいため、主に消費電力が極めて小さなセンサーなどに適します。高出力機器の主電源には向きません。

補足コラム

• 主なエネルギーハーベスティング方式と例
  • 太陽光（小型ソーラーパネル）：屋外センサーの電源など。
  • 熱電発電（Thermoelectric Generator, TEG）：温度差を利用して発電。産業機械の表面や人体と外気の差で利用。
  • 圧電発電（Piezoelectric）：振動や圧力を電気に変える。歩行発電や機械振動監視センサーで使用。
  • RFエネルギーハーベスティング：周囲の電波（Wi‑Fiや携帯電波）を微量回収。
  • トライボ（摩擦）発電：材料の摩擦で電荷を発生させる新しい方式。
• 利点と課題
  • 利点：バッテリー交換が不要な場合がある、配線不要で設置自由度が高い。
  • 課題：発電量が不安定で小さいため、エネルギーの蓄積（コンデンサや二次電池）や省電力設計が必須。
• 実用例：スマート農業の土壌センサー、橋梁の振動監視センサー、ウェアラブル機器の補助電源 など。

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