《電力》〈新エネルギー発電〉[H30:問5]太陽光発電システムの構成に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆(普通)

次の文章は,太陽光発電システムの構成に関する記述である。文中の\(\fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$}\)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。

発電が可能な太陽電池の最小単位をセルといい,結晶系シリコン太陽電池では\(1\)枚の太陽電池セルの出力電圧は約\(\fbox {  (1)  }\)である。数十枚のセルを直並列に接続して必要な出力を得るが,これを\(\fbox {  (2)  }\)といい,製品として流通する単位となる。\(\fbox {  (2)  }\)を直列に接続したものを\(\fbox {  (3)  }\)といい,これが並列に接続されてインバータへ直流電力を供給する。

一部のセルが木の葉などで日陰になると発電しなくなり高抵抗となる。ここに電流が流れると発熱し\(\fbox {  (2)  }\)を破損することがあるので,\(\fbox {  (4)  }\)を設けて防止する。パワーコンディショナー(\(\mathrm {PCS}\))は太陽光発電システムの運転と制御を行うが,異常発生時の保護リレーとして\(\fbox {  (5)  }\)などが備えられている。

〔問5の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&(イ)& 0.5 \ \mathrm {V}   &(ロ)& 距離リレー   &(ハ)& アーム \\[ 5pt ] &(ニ)& 電流差動リレー   &(ホ)& 1.5 \ \mathrm {V}   &(ヘ)& 逆流防止素子 \\[ 5pt ] &(ト)& 過電圧リレー   &(チ)& 昇圧チョッパ   &(リ)& ストリング \\[ 5pt ] &(ヌ)& モジュール    &(ル)& バイパス素子    &(ヲ)& マイクロインバータ \\[ 5pt ] &(ワ)& ヒューズ   &(カ)& アレー   &(ヨ)& 12 \ \mathrm {V} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

新エネルギー発電に関する問題は近年非常に多く,本問も昔の参考書では取り扱っていない内容であると思います。電験ではその時のトレンドに沿った問題が出題されることが多く,本問のような問題は今後も出題される傾向にあると思います。

1.太陽電池の単位
①セル
 太陽電池の最小単位で,一辺約\(10 \ \mathrm {cm}\)程度の四角形の部分となります。街中で太陽電池システムを見ると分かると思いますが,モジュールの中のさらに分けられている部分です。出力電圧は\(0.5~0.6 \ \mathrm {V}\)程度となっています。

②モジュール
 セルを直並列に接続したもので,製品としてパネルとなって売られている単位となります。現在出力が\(250~270 \ \mathrm {W}\)程度のものが主流であると思いますが,年々出力は上がっており,価格も下がっています。

③ストリング
 モジュールを直列接続したものを言います。あまり世間一般では使わない用語ですが,電験二種になると必要なようです。

④アレー
 ストリングを並列接続したもので,屋根等の家庭用の太陽光発電システムであればアレーを乗せた状態,産業用の太陽光発電システムであればアレーを複数接続したものになります。

【解答】

(1)解答:イ
題意より,解答候補は(イ)\(0.5 \ \mathrm {V}\),(ホ)\(1.5 \ \mathrm {V}\),(ヨ)\(12 \ \mathrm {V}\)になると思います。セルの段階では出力電圧は\(0.5 \ \mathrm {V}\)程度とあまり高くないため,直列接続し,電圧を上げる仕組みになっています。

(2)解答:ヌ
題意より,解答候補は(ハ)アーム,(リ)ストリング,(ヌ)モジュール,(ワ)ヒューズ,(カ)アレーになると思います。ワンポイント解説「1.太陽電池の単位」の通り,製品として流通する単位はモジュールとなります。

(3)解答:リ
題意より,解答候補は(ハ)アーム,(リ)ストリング,(ヌ)モジュール,(ワ)ヒューズ,(カ)アレーになると思います。ワンポイント解説「1.太陽電池の単位」の通り,モジュールを直列接続したものをストリングと言います。

(4)解答:ル
題意より,解答候補は(ヘ)逆流防止素子,(チ)昇圧チョッパ,(ル)バイパス素子,(ヲ)マイクロインバータになると思います。一部のセルが木陰になると発電しなくなり高抵抗になり,電流が流れると発熱するので,バイパス素子を設けて過熱を防止します。

(5)解答:ト
題意より,解答候補は(ロ)距離リレー,(ニ)電流差動リレー,(ト)過電圧リレーになると思います。パワーコンディショナーは,直流で発電した電力を交流に変換し系統へ送電するインバータと,異常発生時の保護対策として過電圧リレーを備えています。



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