太陽光発電と風力発電の×と〇を解き明かす【シン・Dr.フドー研究所】Vol.14

電験三種の論説問題にズームイン

2026.02.27

Vol.14
新エネルギー発電関連①

　電験の学習が、どのように現場実務に結びつくかを研究する「Dr.フドー研究所」。設立から4年、電験三種の問題を徹底的に分析し、現場実務と照合した結果、論説の「正誤問題」と「空白問題」に攻略の糸口をみつけることができた。電験三種を制し、主任技術者を志す受験者に狂喜乱舞のテーマを究明する。それが「シン・Dr.フドー研究所」だ。
　正誤問題の「×の理由」とは？　そして、空白問題に潜む「〇の理由」とは？
　正解の理由に迫ることで知識を確実にストックし、現場実務とのリンクを盤石にすることができる。さあ、いますぐ研究所のドアをノックしようじゃないか！

太陽光発電（1）

問題　太陽光発電に関する記述として、誤っているのは次のうちどれか。
（1）システムが単純であり、保守が容易である。
（2）発生電力の変動が大きい。
（3）発生電力が直流である。
（4）エネルギーの変換効率が高い。
（5）出力は周囲温度の影響を受ける。
2001（平成13）年度「電力」問1

×の理由
　太陽光発電の変換効率は以下の式で表される。
　変換効率＝ $\frac{取り出せる電気エネルギー}{照射される光エネルギー}$ ×100［％］
　太陽光発電の変換効率は20％以下と低い。
　上記より、誤っている選択肢は（4）と判断できる。
答（4）

太陽光発電（2）

問題　次の文章は、太陽光発電に関する記述である。記述中の空白箇所（ア）～（エ）にあてはまる語句の組み合わせとして、正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。

（1）（ア）半導体（イ）化石燃料（ウ）排気ガス（エ）環境変化
（2）（ア）半導体（イ）原子燃料（ウ）放射線（エ）大気の対流
（3）（ア）半導体（イ）化石燃料（ウ）放射線（エ）大気の対流
（4）（ア）タービン（イ）化石燃料（ウ）廃熱（エ）大気の対流
（5）（ア）タービン（イ）原子燃料（ウ）排気ガス（エ）環境変化

　太陽光発電はを用いて、光の持つエネルギーを電気に変換している。エネルギー変換時にはのようにを出さない。
　すなわち、による発電では、数千万年から数億年間の太陽エネルギーの照射や、地殻における変化などで優れた燃焼特性になった燃料を電気エネルギーに変換しているが、太陽光発電では変換効率は低いものの、光を電気エネルギーへ瞬時に変換しており、長年にわたるの積み重ねにより生じた資源を消費しない。そのため環境への影響は小さい。
2011（平成23）年度「電力」問5

○の理由
（ア）（イ）（ウ）太陽光発電はシリコンなどの半導体を用いて「光→電気」へエネルギーを変換している。エネルギー変換時には化石燃料のように排気ガスを出さない。
（エ）太陽光発電は長年にわたる環境変化の積み重ねにより生じた資源（化石燃料など）を消費しないので、環境への影響は小さい。
　上記より、正しい組み合わせは（1）と判断できる。
答（1）

太陽光発電（3）

問題　次の文章は、太陽光発電に関する記述である。記述中の空白箇所（ア）～（エ）にあてはまる語句の組み合わせとして、正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。

（1）（ア）10 （イ）1 （ウ）逆流防止ダイオード（エ）日中
（2）（ア）10 （イ）10 （ウ）パワーコンディショナ（エ）夜間
（3）（ア）1 （イ）1 （ウ）パワーコンディショナ（エ）日中
（4）（ア）10 （イ）1 （ウ）パワーコンディショナ（エ）日中
（5）（ア）1 （イ）10 （ウ）逆流防止ダイオード（エ）夜間

　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。地球に降りそそぐ太陽光エネルギーは1m²あたり1秒間に約 kJに相当する。太陽電池の基本単位はセルと呼ばれ、 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。
2020（令和2）年度「電力」問5

○の理由
（ア）地球に降りそそぐ太陽光エネルギーは1m²あたり1秒間に約1kJに相当するので、約1kWである。
（イ）太陽電池は約15cm四方のセルでの1V程度の直流電圧を組み合わせている。
（ウ）太陽電池を系統に接続する際にはパワーコンディショナ（PCS）で直流電力を交流電力に変換する。
（エ）一部の地域では太陽光発電の普及によって日中に余剰電力が発生している。
　上記より、正しい組み合わせは（3）と判断できる。
答（3）

太陽光発電（4）

（1）（ア）7～20 （イ）平均気温（ウ）影（エ）コンバータ
（2）（ア）7～20 （イ）発電電力量（ウ）方位（エ）パワーコンディショナ
（3）（ア）20～30 （イ）発電電力量（ウ）強度（エ）インバータ
（4）（ア）15～40 （イ）平均気温（ウ）面積（エ）インバータ
（5）（ア）30～40 （イ）日照時間（ウ）方位（エ）パワーコンディショナ

　現在、広く用いられている太陽電池の変換効率は太陽電池の種類により異なるが、およそ［％］である。太陽光発電を導入する際には、その地域の年間を予想することが必要である。
　また、太陽電池を設置するや傾斜によってが変わるので、これらを確認する必要がある。
　さらに、太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換するためには、一般送配電事業者の配電線に連系して悪影響を及ぼさないための保護装置などを内蔵したが必要である。
2013（平成25）年度「電力」問5

○の理由
（ア）現在、広く用いられている太陽電池の変換効率は、およそ7～20［％］と低い。
（イ）太陽光発電の導入時には、年間発電電力量［kW・h］の予想が必要である。
（ウ）太陽電池を設置する方位や傾斜によって発電電力量が変わる。
（エ）太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換するためには、系統連系保護装置などを内蔵したパワーコンディショナ（PCS）が必要である。
　上記より、正しい組み合わせは（2）と判断できる。
答（2）

風力発電（1）

問題　風力発電に関する記述として、誤っているものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。
（1）風力発電は、風の力で風力発電機を回転させて電気を発生させる発電方式である。風が得られれば燃焼によらずパワーを得ることができるため、発電するときにCO₂を排出しない再生可能エネルギーである。
（2）風車で取り出せるパワーは風速に比例するため、発電量は風速に左右される。このため、安定して強い風が吹く場所が好ましい。
（3）離島においては、風力発電に適した地域が多く存在する。離島の電力供給にディーゼル発電機を使用している場合、風力発電を導入すれば、そのディーゼル発電機の重油の使用量を減らす可能性がある。
（4）一般に、風力発電では同期発電機、永久磁石式発電機、誘導発電機が用いられる。
（5）風力発電では、翼が風を切るため騒音を発生する。風力発電を設置する場所によっては、この騒音が問題となる場合がある。この騒音対策として、翼の形を工夫して騒音を低減している。
2023（令和5）年度上期「電力」問5、2012（平成24）年度「電力」問5

×の理由
　風速をv［m/s］、空気密度をρ［kg/m³］、風車の風に垂直な断面積をS［m²］とすると、単位時間あたりに風車を通過する空気の質量はv（ρS）［kg/s］となり、風速の1乗に比例する。
　また、空気が持っている運動のエネルギーWは、質量をm［kg］とすると、風速の2乗に比例する。
　W＝ $\frac{1}{2}$ mv²［J］
　したがって、単位時間あたりの風力エネルギーP（＝ $\frac{W}{t}$ ）は以下の式で表せる。
　P＝ $\frac{W}{t} = \frac{\frac{1}{2} {mv}^{2}}{t} = \frac{1}{2}$ （ρvS）v²＝kv³［J］
　よって、風車で取り出せるパワーは風速の3乗に比例する。
　上記より、誤っている選択肢は（2）と判断できる。
答（2）

風力発電（2）

問題　次の文章は、風力発電に関する記述である。記述中の空白箇所（ア）～（オ）にあてはまる語句の組み合わせとして、正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。

（1）（ア）水平（イ）2 （ウ）2 （エ）小さい（オ）増速機
（2）（ア）水平（イ）2 （ウ）3 （エ）大きい（オ）電力変換装置
（3）（ア）水平（イ）3 （ウ）3 （エ）大きい（オ）電力変換装置
（4）（ア）垂直（イ）3 （ウ）2 （エ）小さい（オ）増速機
（5）（ア）垂直（イ）2 （ウ）3 （エ）大きい（オ）電力変換装置

　風力発電は、風のエネルギーによって風車で発電機を駆動し、発電を行う。風車は回転軸の方向により水平軸風車と垂直軸風車に分けられ、大電力用には主に軸風車が用いられる。
　風が持つ運動エネルギーは風速の乗に比例する。また、プロペラ型風車を用いた風力発電で取り出せる電力は、損失を無視すると風速の乗に比例する。風が得られれば電力を発生できるため、発電するときに二酸化炭素を排出しない再生可能エネルギーであり、また、出力変動の電源とされる。
　発電機には誘導発電機や同期発電機が用いられる。同期発電機を用いてロータの回転速度を可変とした場合には、発生した電力はを介して電力系統へ送電される。
2022（令和4）年度上期「電力」問5

○の理由
（ア）大電力用の風車は水平軸である。
（イ）空気の質量をm［kg］、風速をv［m/s］とすると、運動エネルギーWはW＝ $\frac{1}{2}$ mv²［J］となるので、風速の2乗に比例する。
（ウ）（エ）電力Pは1秒あたりに取り出せる運動エネルギーである。1秒あたりに風車を通過する空気の質量m₀は、空気密度をρ［kg/m³］、風車の回転面積をS［m²］とすると、m₀＝ρSv［kg］である。
　したがって、P＝ $\frac{1}{2}$ m₀v²＝ $\frac{1}{2}$ ρSv³［W］となり、風速の3乗に比例する。風力発電は出力変動の大きい電源とされる。
（オ）同期発電機を用いてロータの回転速度を可変とした場合には、発生した電力は電力変換装置を介して電力系統へ送電される。
　上記より、正しい組み合わせは（2）と判断できる。
答（2）