令和元年度 電験3種 理論 問11の過去問解説

令和元年度 電験3種 理論 問11

次の文章は、太陽電池に関する記述である。
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに直接変換するものとして、半導体を用いた太陽電池がある。p形半導体とn形半導体によるpn接合を用いているため、構造としては(ア)と同じである。太陽電池に太陽光を照射すると、半導体の中で負の電気をもつ電子と正の電気をもつ(イ)が対になって生成され、電子はn形半導体の側に、(イ)はp形半導体の側に、それぞれ引き寄せられる。その結果、p形半導体に付けられた電極がプラス極、n形半導体に付けられた電極がマイナス極となるように起電力が生じる。両電極間に負荷抵抗を接続すると太陽電池から取り出された電力が負荷抵抗で消費される。その結果、負荷抵抗を接続する前に比べて太陽電池の温度は(ウ)。

上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)及び(ウ)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)
(1) ダイオード 正孔 低くなる
(2) ダイオード 正孔 高くなる
(3) トランジスタ 陽イオン 低くなる
(4) トランジスタ 正孔 高くなる
(5) トランジスタ 陽イオン 高くなる

解答・解説

正解(1)

太陽光発電では、空乏層に太陽光が当たると、電子と正孔が発生し、これが回路内を流れることで発電しています。

電子は内部電界によってn形半導体側に、正孔はp形半導体側に移動し流れるので、p形半導体がプラス極、n形半導体がマイナス極になります。

太陽光発電において、抵抗負荷が接続されれば、エネルギーが抵抗に流れるので太陽光発電の温度は低下します。

(a)太陽電池への光の照射 (b)正孔と電子の移動

よって(ア)ダイオード(イ)正孔(ウ)低くなるとなるので正解は(1)です。

参考に、太陽電池の等価回路を示します。

太陽電池は、光誘起電流を生み出す電流源と、直列抵抗及び並列抵抗で構成されます。

太陽電池に負荷を接続しなければ、発生した光誘起電流は太陽電池の直列抵抗と並列抵抗にながれ、熱として消費され、太陽電池の温度は上昇します。

一方で負荷を接続すれば、その一部が負荷によって消費され、太陽電池内部の抵抗による電力消費が減少し、太陽電池の温度が低下します。

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