パワエレ46【電験3種機械】太陽光発電システムの基本構成（昇圧チョッパ+PWMインバータ）！平成27年 A問題11 完全解説

2026年7月8日2026年7月18日

電験3種機械科目【パワーエレクトロニクス】平成27年度 A問題11 太陽光発電システムの基本構成

今回は平成27年度機械科目 A問題11を解説します。太陽光発電システムの基本構成（昇圧チョッパ＋PWMインバータ）と、太陽電池の出力特性・インバータの力率に関する空欄補充問題です。

太陽電池の出力特性曲線は電力を最大化する点（最大点）で運転するよう制御されます。A部分は昇圧チョッパ、B部分はPWMインバータで、インバータ出力の力率を1（同相）に近づけて小形化を図ります。系統との接続にはインダクタンス成分を含む要素（絶縁変圧器など）の挿入が必須です。

平成27年度機械科目 A問題11：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種機械科目パワーエレクトロニクス平成27年度 A問題11 問題文 — 平成27年度機械科目 A問題11 問題文

電験3種機械科目【パワーエレクトロニクス】平成27年度 A問題11

　次の文章は，太陽光発電システムに関する記述である。

　図1には，商用交流系統に接続して電力を供給する太陽光発電システムの基本的な構成の一つを示す。

　シリコンを主な材料とした太陽電池は，通常1V以下のセルを多数直列接続した数十ボルト以上の直流電源である。電池の特性としては，横軸に電圧を，縦軸に（ア）をとると，図2のようにその特性曲線は上に凸の形となり，その時々の日射量，温度などの条件によって特性が変化する。使用するセル数をできるだけ少なくするために，図2の変化する特性曲線において，△印で示されている最大点で運転するよう制御を行うのが一般的である。

　この最大点の運転に制御し，変動する太陽電池の電圧を一定の直流電圧に変換する図1のA部分は（イ）である。現在家庭などに導入されている多くの太陽光発電システムでは，この一定の直流電圧を図1のB部分のPWMインバータを介して商用周波数の交流電圧に変換している。交流系統の端子において，インバータ出力の電流位相は交流系統の電圧位相に対して通常ほぼ（ウ）になるように運転され，インバータの小形化を図っている。

　一般的に，インバータは電圧源であり，その出力が接続される交流系統も電圧源とみなせる。そのような接続には，（エ）成分を含む回路要素を間に挿入することが必須である。

　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。

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。

（ア）（イ）（ウ）（エ）
(1) 電力昇圧チョッパ同相インダクタンス
(2) 電流昇圧チョッパ 90°位相進みキャパシタンス
(3) 電力降圧チョッパ同相インダクタンス
(4) 電力昇圧チョッパ 90°位相進みインダクタンス
(5) 電流降圧チョッパ 90°位相進みキャパシタンス

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）
(1)	電力	昇圧チョッパ	同相	インダクタンス
(2)	電流	昇圧チョッパ	90°位相進み	キャパシタンス
(3)	電力	降圧チョッパ	同相	インダクタンス
(4)	電力	昇圧チョッパ	90°位相進み	インダクタンス
(5)	電流	降圧チョッパ	90°位相進み	キャパシタンス

図1 太陽光発電システムの構成（昇圧チョッパ+PWMインバータ）と図2 太陽電池の出力特性

出題のポイント：最大電力点・力率1・Lで系統連系

太陽電池アレイからMPPT昇圧チョッパ、PWMインバータ、連系インダクタンスを経て商用系統へ接続する図 — 太陽電池の変動電圧を昇圧して一定化し、PWMインバータと直列インダクタンスを介して系統へ連系します。

太陽電池の電力-電圧特性は山形で、最大点が最大電力点です。A部の昇圧チョッパはMPPTを行いながら変動する太陽電池電圧を一定の直流電圧へ整え、B部のPWMインバータが商用周波数の交流へ変換します。系統電圧とインバータ電流をほぼ同相にして力率を1へ近づけ、電圧源であるインバータと系統の間には電流を制御するインダクタンスを直列に挿入します。