今回は令和2年度 電力科目 A問題5を解説します。太陽光発電について、太陽光エネルギーの大きさ・セルの電圧・系統接続の装置・余剰電力が発生する時間帯を埋める空欄補充問題です。
数字は2つとも「約1」。地表の太陽光は1m²あたり毎秒約1kJ（＝約1kW/m²）、太陽電池のセル1枚は約1V程度の直流。系統へはパワーコンディショナで交流に変え、余剰が出るのは太陽の出ている日中です。
出題のポイント
令和2年度 電力科目 A問題5：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 電力科目 【新エネルギー】 令和2年度 A問題5
次の文章は、太陽光発電に関する記述である。太陽光発電は、太陽電池の光電効果を利用して太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する。地球に降り注ぐ太陽光エネルギーは、1m²当たり1秒間に約(ア)kJに相当する。太陽電池の基本単位はセルと呼ばれ、(イ)V程度の直流電圧が発生するため、これを直列に接続して電圧を高めている。太陽電池を系統に接続する際は、(ウ)により交流の電力に変換する。
一部の地域では太陽光発電の普及によって(エ)に電力の余剰が発生しており、余剰電力は揚水発電の揚水に使われているほか、大容量蓄電池への電力貯蔵に活用されている。上記の記述中の空白箇所(ア)〜(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) 10 1 逆流防止ダイオード 日中 (2) 10 10 パワーコンディショナ 夜間 (3) 1 1 パワーコンディショナ 日中 (4) 10 1 パワーコンディショナ 日中 (5) 1 10 逆流防止ダイオード 夜間
ポイント解説：約1kJ/(m²·s)＝約1kW/m²、セル約1V、パワコン、余剰は日中
(ア)(イ)：地球に降り注ぐ太陽光エネルギーは1m²あたり1秒間に約1kJ——これは約1kW/m²と同じ意味で、太陽光の強さの基本定数として覚えておく。太陽電池の基本単位セルの発生電圧は約1V程度（厳密には0.5〜0.6V）と低いため、直列に接続して電圧を高め（モジュール→アレイ）、使える電圧にする。
(ウ)(エ)：太陽電池の直流を系統用の交流に変換する装置がパワーコンディショナ（PCS。インバータに連系保護機能などを加えたもの）。逆流防止ダイオードはモジュール間の電流の逆流を防ぐ部品で、交流変換はできない。そして太陽光発電の余剰電力が発生するのは、太陽が出ていて発電量が需要を上回る日中——この余剰は揚水発電の揚水や大容量蓄電池への貯蔵に活用されている（火力15のR04下問11で学んだ構図）。よって(ア)1・(イ)1・(ウ)パワーコンディショナ・(エ)日中で答えは(3)。
問題の解説
STEP1 (ア)(イ)
太陽光は約1kJ/(m²·s)=約1kW/m²。セルは約1Vの直流→直列で昇圧。
STEP2 (ウ)
直流→交流はパワーコンディショナ（逆流防止ダイオードは変換装置ではない）。
STEP3 (エ)
余剰が出るのは発電する日中→揚水や蓄電池に活用→(3)。
答え：(3)
💡 覚え方
太陽光の基本数値：**約1kW/m²＝1kJ/(m²·s)**（地表の太陽光強度）／**セル約1V**（直列でモジュール→アレイ）。**パワーコンディショナ（PCS）**＝インバータ＋連系保護装置など（直流→交流）。**余剰は日中**→揚水・蓄電池で吸収（R04下問11とつながる）。光電効果で直接発電（熱ではない）。
⚠️ よくある間違い
(ア)10kJではなく約1kJ（1kW/m²）。(イ)セルは約1V（10Vではない）。(ウ)逆流防止ダイオードは逆流防止部品で交流変換はしない。(エ)余剰は「日中」（夜間は発電しない）。
まとめ
| (ア) | 太陽光は1m²・1秒あたり約1kJ（≒1kW/m²） |
| (イ) | セルは約1V程度の直流→直列接続で昇圧 |
| (ウ) | 系統接続はパワーコンディショナで交流化 |
| (エ) | 余剰電力は日中に発生→揚水・蓄電池へ |
| 答え | (3) |
▼あわせて解きたい関連問題
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