第一種電工 令和6年度 問17｜電気機器・蓄電池・配線器具

太陽光発電設備では、太陽電池モジュールで発電した直流電力を交流に変えて電力系統に送る。複数のモジュールを接続してまとめるのが「接続箱」、直流を交流に変換するのが「パワーコンディショナ（PCS）」、低圧交流を高圧に昇圧して系統に連系するのが「変圧器」。順序は太陽電池モジュール→接続箱→パワーコンディショナ→変圧器→電力系統（正答イ）。マイクロインバータ方式では各モジュールにPCSが内蔵されるが本問は除外。

高圧連系太陽光発電設備の機器接続順序を問う問題。各機器の役割を整理する。太陽電池モジュール：光エネルギーを直流電力に変換。接続箱：複数の太陽電池ストリング（直列接続）を並列に束ねる。逆流防止ダイオード・開閉器・避雷器を内蔵し、直流回路を集約する。パワーコンディショナ（PCS）：直流→交流変換（DC/AC インバータ）と系統連系保護（単独運転防止、周波数・電圧制御）を担う。変圧器：PCSの出力低圧交流を6.6kV等の高圧に昇圧して電力系統に連系。接続順：太陽電池モジュール→接続箱（直流集約）→パワーコンディショナ（DC→AC変換）→変圧器（低圧→高圧）→電力系統（正答イ）。パワーコンディショナの前が直流側、後が交流側という点が重要。

【高圧連系太陽光発電設備の系統構成】本問は第一種電気工事士における再生可能エネルギー設備の必須論点。系統連系規程（JEAC 9701）に基づく機器構成の理解が問われる。

【各機器の詳細機能】太陽電池モジュール：単結晶/多結晶シリコン、薄膜（CIS/CIGS/CdTe）等の種類がある。出力特性はI-V曲線で表され、最大電力点追従（MPPT）制御が重要。接続箱（Junction Box）：直列接続したモジュール群（ストリング）を並列に集約。逆流防止ダイオードで各ストリング間の電流逆流を防止。直流開閉器・SPD（サージ防護デバイス）・端子台を内蔵。マイクロインバータ方式では各モジュールに直流→交流変換機能があるため接続箱・大型PCSが不要となる（本問の除外事項）。パワーコンディショナ（PCS）：系統連系型インバータで主要機能は①MPPT制御による最大電力追従②高効率DC/AC変換（最新機種は変換効率98%以上）③単独運転防止（系統電圧・周波数監視、能動的/受動的検出方式）④電圧変動・周波数変動への連系保護。変圧器：低圧交流を高圧（6.6kV/22kV等）に昇圧。高圧連系では変圧器が必須。低圧連系（低圧配電線への直結）では変圧器不要だが容量制限がある。

【第一種電工と再生可能エネルギー】電気工事士法施行規則の改正により、10kW未満の太陽光発電設備の電気工事は第二種電工でも可能になったが、高圧連系（系統電圧6.6kV以上への連系）には第一種電工の資格が必要。電験三種では系統連系時の有効・無効電力制御、電圧調整、保護協調の設計が問われる。