太陽光発電と必要な設備―接続箱の選定・設置ポイント

太陽光発電と必要な設備―接続箱の選定・設置ポイント

世界的に注目される再生可能エネルギーのなかで、太陽光発電は日本でも特に注目され今後の導入増加も期待されています。この太陽光発電にはどういった設備が必要でしょうか。日本を取り巻くエネルギー政策と、太陽光発電の仕組みと設備についてご紹介します。

太陽光発電をはじめとする再生可能エネルギーは世界的に導入が進められています。ここでは再生可能エネルギーの種類や国が掲げるエネルギー政策と導入率の目標を紹介した後、再生可能エネルギーのなかでも期待の大きい太陽光発電、またその重要な機器である接続箱について見ていきます。

高まる再生可能エネルギーの重要性

以前から国の重要課題だったエネルギー政策は、東日本大震災のあとさらに重要性を増すようになっています。東日本大震災の影響により多くの原子力発電所が稼働を停止し、改めてエネルギー政策について考えるきっかけとなったためです。

こういった状況のなかで、再生可能エネルギーの活用がエネルギー運用の明暗を分ける存在として注目されています。国内で運用されている再生可能エネルギーには次のような種類があります。

太陽光発電

太陽からの光をエネルギーとして太陽電池により電気に変換し、発電する方法です。太陽電池は、シリコン半導体に光が当たることで電気が発生する仕組みのことを表しています。

他の自然エネルギーと比べ設置する地域を選ばず、建物の屋上や屋根上のスペースを使えるため、導入しやすい点がメリットです。

しかし、気候によって発電出力が安定しないことがデメリットといえます。以前は導入コストが高額であることも課題とされていましたが、システム化が進み基本的な構成が定型化したこともあり、低コストでの導入が可能になってきています。

風力発電

風をプロペラで受けることで回転エネルギーを電気に変える発電方法です。欧州では導入件数が多く、日本でも年々増加しています。

陸上では安定した風力を得られる地域が限定されるため、洋上での導入が検討されています。これが実現すれば、現在の限定された立地という条件から解放され大きく導入が伸びると予想されています。

また、発電コストが低く高効率で、夜間でも発電可能です。

中小水力発電

水力発電というと大規模なダムでの発電が想像されがちですが、水資源の豊富な日本では中小規模の水力発電も増加傾向にあり、今後の期待も高まっています。

小規模なものでは農業用水や上下水道の利用も可能で、今後さらに多くの場所に導入されると考えられます。発電出力も安定的で長期の運用が可能、低炭素でクリーンなエネルギーと多くのメリットがあります。また、水力発電は長い歴史があり技術も蓄積されているため、安定した導入や稼働が見込めます。

一方で、河川の流れを変えてしまうおそれは常にあり、生態系や侵食の影響について十分な調査が必要です。

 

地熱発電

火山帯に位置する日本では古くから注目され、1960年代から活用されている発電方法です。

全国では本格的な導入に至っておらず、総発電量は多くないものの、他国に頼らず発電できる国産可能なエネルギーとして期待されています。

石油をエネルギーとする火力発電に比べ低炭素で枯渇の心配もなく、天候に左右されず夜間でも発電可能、さらに安定した出力が見込めます。

しかし、地熱発電に適した場所はすでに温泉地や公園として活用されている場所と重なるため、土地所有者や自治体との調整が必要となります。

 

バイオマス発電

バイオマス発電は、バイオマス(生物資源)を利用した発電方法の総称で、このなかにはいくつかの種類があります。間伐材や製材所で排出された木くずを燃焼して発電する方法、牧場で集まった家畜の排泄物からメタンガスを抽出して発電する方法などは、すでに導入されています。

再利用を前提とした発電方式であるのが大きな特徴。そのため循環型社会の実現といった意味では大きく期待できますが、収集や運搬、保管のコストが大きいなどのデメリットがあります。そのため、地域ごとに分散した小規模の発電設備になりやすく、導入コストとのバランスが難しいという課題があります。

特に注目される太陽光発電

資源エネルギー庁のまとめた資料によると、2011年から2017年にかけて国内の再エネ比率は10.4%から16.0%に増加しています。

水資源が豊富な日本では以前から水力発電の比率が高く、16.0%に増加した再エネ比率のうちおよそ半分を担っています。しかし、その大半は大規模なダムでの発電で、今後の劇的な増加は見込めません。

水力発電に次いで比率が高いのが太陽光発電です。太陽光発電は水力発電に比べ導入の余地が大いに残されており、伸びしろが大きい発電方式といえます。

エネルギー政策においても、2030年の目標として再エネ導入率22~24%を掲げるなかで、太陽光発電の導入率について7.0%と高い水準を目指しています。世界的に太陽光発電にかかるコストが低減していることもこれを後押しする形で、導入増加に有利な環境が整っています。

需要地に近接した小規模なものからメガソーラーのような大規模なものまで、立地を選ばず柔軟に設置できる点も導入しやすい理由になっていると考えられます。

 

太陽光発電の仕組みと必要な設備

太陽光発電導入のハードルが低くなっている理由として、必要な設備が定型化しシステム的に設置しやすいという点が挙げられます。太陽光発電は次のような設備によって構成されます。

 

ソーラーパネル

太陽電池をたくさん連結したものをソーラーパネルといい、光電効果によって光エネルギーを直流電力に変えるための装置です。

接続箱

複数設置されているソーラーパネルで発電した電力を、ひとつの場所に集める装置が接続箱です。ソーラーパネルから伸びる電線(ストリング)を接続箱の中で1本の太いケーブルにまとめます。

接続箱の中では、ソーラーパネルからの電線ごとに少ブレーカが設置され、太いケーブルには集まった電力に対応するブレーカが設置されています。

このように各個に分かれたブレーカがあることでメンテナンスやトラブル対応が容易になります。

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集電箱

大規模な太陽光発電の場合、複数の接続箱が設置されます。この複数の接続箱から伸びるケーブルを、さらに集めてより太いケーブルにまとめる部分が集電箱です。

パワーコンディショナー

パワコンと略されることもあります。ソーラーパネルで発電できるのは直流電力ですが、売電用メーターに通すためには交流電力に変えなければなりません。この変換を行っているのがパワーコンディショナーです。

小型のものでは内部に接続箱の機能を収めているものもあります。数百kwを超える大型のパワーコンディショナーはインバータも大きいため、専用の小屋が建てられてその中に収められます。

分電盤

発電した電力を売電せずに、直接利用する場合には分電盤によって電源を供給します。

電力メーター

電力会社に売った電力の量と、買った電力の量を同時に計測するためのメーターです。

接続箱の選び方と設置の注意点

接続箱はソーラーパネルから入力されたストリングごとのブレーカ、さらにそれを1本のケーブルに集中させたブレーカを収める重要なものです。接続箱には使用できる定格電圧が定められていて、入力電圧が接続箱の定格を超えないよう注意しなければなりません。

また接続箱は屋外に設置されることもあり、堅牢で防水性に優れることが求められます。防水性の目安として、屋内設置ならIP44以上、屋外設置ならIP55以上が必要です。設置場所としては、各ストリングのグループから近く、できるだけ直射日光や雨水の当たらない風通しの良い場所が適しています。また、地面から十分な空間をあけ、メンテナンスがしやすい高さも考慮するのが理想的です。なお、支柱や構造物に水平垂直を保ち、外力によって簡単に脱落しないよう強固に固定する必要があります。

再生可能エネルギーのなかでも期待の大きい太陽光発電について正しく理解しよう

日本の再エネについての状況と太陽光発電に対する期待、太陽光発電で必要な設備についてご紹介しました。

国は2030年までに再エネ導入率を22%以上にすることを目標に掲げ、それぞれの発電方式の普及を進めています。設置の柔軟性が高く小規模な設備からでも導入できる太陽光発電は期待の大きいエネルギーとして、今後さらに普及が進むと考えられます。その特徴を生かして効果的に活用するためには、仕組みや必要となる設備について正しく理解しておくことが大切です。今回の記事をぜひお役立てください。

 

 

 

参考:

規格の企画_海外向け制御盤製作に役立つIEC 61439とULの基礎知識
海外向け制御盤製作に役立つIEC 61439とUL規格の情報を分かり易くまとめました。規格の企画(Rittal)

 

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