第一種電工 平成30年度午後 問16｜電気機器・蓄電池・配線器具

太陽電池が受ける日射は、晴れた日の強い日差しでも1m²当たり約1kW。太陽電池はそのうち一部（おおむね十数〜20%程度）しか電気に変えられないので、1m²から得られる出力は0.2kW程度にとどまる。1kWを得るには数m²以上の面積が必要になる。よって「1m²程度」とするエが誤り。

ア（pn接合に光が当たると電圧が生じる）、イ（出力は直流なので交流機器にはインバータが要る）、ウ（系統と連系するには保護装置が要る）はいずれも正しい。正答はエ。

「誤っているもの」を選ぶ問題。

ア：太陽電池は半導体のpn接合部に光が当たると起電力が生じる現象（光起電力効果）を利用し、光エネルギーを直接電気エネルギーに変える。正しい。

イ：太陽電池の出力は直流である。一般の交流機器に使う場合や系統と連系する場合は、インバータ（パワーコンディショナ）で交流に変換する。正しい。

ウ：一般送配電事業者の系統と連系する場合は、系統側の事故時や停電時に発電設備を切り離す系統連系保護装置が必要。単独運転（系統が停電しているのに発電を続ける状態）を防ぐ機能もこれに含まれる。正しい。

エ：太陽電池の性能を表す基準状態の日射強度は1kW/m²で、変換効率は一般に十数〜20%程度である。1m²当たりの出力は0.15〜0.2kW程度なので、1kWを得るにはおおよそ5〜7m²程度の面積が必要。「1m²程度」は誤り。

正答はエ。

【面積の見積もり】太陽電池の出力は「日射強度×面積×変換効率」で決まる。基準状態の日射強度 1kW/m² を使うと、

・変換効率 20% → 1m²当たり 0.2kW → 1kW には 5m²

・変換効率 15% → 1m²当たり 0.15kW → 1kW には約 6.7m²

となる。1m²で1kWを得るには変換効率100%が必要で、実現できない。エが誤り。

【他の選択肢の根拠】

ア：光起電力効果。p形とn形の半導体の接合部に光が当たると電子と正孔が生じ、接合部の電界で分かれて起電力が生じる。燃料も回転機も使わずに発電する点が特徴（正しい）。

イ：出力は直流。住宅や事業所ではパワーコンディショナが、直流から交流への変換と、出力が最大になる点で運転する制御（最大電力点追従）を受け持つ（正しい）。

ウ：系統連系では、系統側の短絡・地絡や停電に対して発電設備を確実に解列する保護装置が要る。電気設備技術基準の解釈でも、分散型電源の系統連系設備に保護装置の施設を求めている（正しい）。

【関連して押さえること】

・出力は日射量と温度で変わる。セルの温度が上がると出力は下がる。

・太陽電池モジュールを直列にした単位をストリング、並列に集めた全体をアレイと呼ぶ。

・発電量は天候に左右されるため、設備容量に対する年間の発電量の比（設備利用率）は火力などに比べて低い。

数値の問題では「日射1kW/m²」「効率十数〜20%程度」の2つを覚えておけば、面積の見積もりに対応できる。正答はエ。