(57)【要約】【課題】太陽電池ユニットを横方向に連続して長距離設置した場合にでも、太陽光発電ユニットのＡＣ出力の接続ケーブルでの電力損失を低減できる太陽光発電システムを提供することである。【解決手段】太陽光発電システム１０は、高電圧出力太陽電池モジュールを並列接続した、又は高電圧出力太陽電池モジュールを直列接続したストリングスを並列接続した太陽電池ユニット１５と、太陽電池ユニット１５から出力される直流電流を交流電流に変換する変換部１６と、変換部１６から出力された交流電流を適当な電圧の交流電流に昇圧する一次変圧器１７とを有する太陽光発電ユニット１１を複数備え、複数の太陽光発電ユニット１１に併設され、複数の太陽光発電ユニット１１それぞれが接続される高電圧ケーブル１２を備える構成とする。【選択図】図１A
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧出力太陽電池モジュールを並列接続した、又は前記高電圧出力太陽電池モジュールを直列接続したストリングスを並列接続した太陽電池ユニットと、前記太陽電池ユニットから出力される直流電流を交流電流に変換する変換部と、前記変換部から出力された交流電流を適当な電圧の交流電流に昇圧する一次変圧器とを有する太陽光発電ユニットを複数備え、
複数の前記太陽光発電ユニットに併設され、複数の前記太陽光発電ユニットそれぞれが接続される高電圧ケーブルを備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
前記高電圧出力太陽電池モジュールを前記高電圧ケーブルと並設することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
前記高電圧出力太陽電池モジュールを並設して並列接続することを特徴とする請求項１又は２記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記変換部と前記一次変圧器を隣接して設置することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記変換部と前記一次変圧器とを金属箱内に併設することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
前記高電圧ケーブルから出力される交流電流を適当な電圧の交流電流に昇圧する二次変圧器を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の太陽光発電システム。
【請求項７】
前記二次変圧器から出力される交流電流を送電する送電線を備えることを特徴とする請求項６記載の太陽光発電システム。
【請求項８】
前記高電圧出力太陽電池モジュールを前記送電線と並設することを特徴とする請求項７記載の太陽光発電システム。
【請求項９】
前記太陽電池ユニットを設置する架台を備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１０】
前記架台が取付部を有し、前記高電圧ケーブル及び／又は前記送電線を前記取付部で支持することを特徴とする請求項９記載の太陽光発電システム。
【請求項１１】
前記高電圧ケーブル及び／又は前記送電線が管路に収納された状態で前記取付部で支持されていることを特徴とする請求項１０記載の太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムに関し、特に複数の太陽電池モジュールによって構成され、送電線に沿って設置して発電を行うタイプの太陽光発電システム及びその送電系統における変電設備の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、一つの土地に複数の太陽電池モジュールをアレイ状に設置して発電を行うタイプが一般的である。近年、この太陽電池アレイを広大な土地に大量に敷き詰めた大規模な発電システムが注目されており、ＭＷ(メガワット)級の発電システムも世界各地で設置事例がある。
【０００３】
このように、ひとまとまりの土地に複数の太陽電池モジュールをアレイ状に設置して発電を行う場合、大規模発電になるほど広大な土地が必要となり、土地の確保が困難になる。例えば、１０ＭＷ程度のシステムの場合、おおよそ４００ｍ×７００ｍという広大な土地が必要である。
【０００４】
これに対して、複数の太陽電池モジュールによって構成される太陽電池ユニットを高速道路などに沿って設置して発電を行うタイプの太陽光発電システムも提案されている。例えば、特許文献１には、ＰＣＳ（パワーコンディショナシステム）の出力を既設の道路照明灯の為の配電線に接続する構成が開示されている。
【０００５】
また特許文献２には、横方向に細長く設置するアレイ構造において太陽電池ユニットとＰＣＳを接続するケーブルが長くなることによる電力損失の低減を図ることができる太陽光発電システムが開示されている。このシステム構成によると、高電圧出力太陽電池モジュールを並列接続した太陽電池ユニットを用いることにより、接続ケーブルの引回しを少なくでき、ケーブルの電力損失の低減が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３２６０１９号公報
【特許文献２】特開２０１０−９８７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の太陽光発電システムは、太陽電池ユニットと、太陽電池ユニットから出力される直流電流を交流電流に変換するＰＣＳと、表示灯等の負荷とを有する太陽光発電ユニットを複数備えている。複数の太陽光発電ユニットは太陽電池ユニットの長手方向が例えば高速道路の遮音壁に沿って配置される。
【０００８】
この太陽光発電システムは、複数の太陽電池ユニットに対して１つずつ配置されているＰＣＳからのＡＣ４００Ｖ出力をＰＣＳ出力ケーブルを用いて並列接続している。また、ＰＣＳ出力ケーブル側からの電圧を高電圧に変圧して高電圧送電線に供給し、逆に、高電圧送電線からの電圧をＡＣ４００Ｖに変圧してＰＣＳ出力ケーブルへ供給する、定格容量１５０ｋＶＡの変圧器を備えている。ここでの高電圧送電線は、例えば、ＡＣ６６００Ｖ又はＡＣ２２ｋＶのような遠隔地への送電を目的としている。
【０００９】
また、特許文献２の太陽光発電システムにおける各太陽電池ユニットは、開放電圧２４０Ｖ以上の高電圧出力薄膜太陽電池モジュールを７５個備え、これらを７５並列で接続し、高電圧出力薄膜太陽電池モジュールの並列方向を太陽電池ユニットの長手方向としている。そして、太陽電池ユニットとＰＣＳとがＰＣＳ入力ケーブルで接続されている。
【００１０】
このような構成の場合、各太陽光発電ユニットの発電容量は１４０Ｗを７５個用いるため約１０ｋＷとなる。各ＰＣＳの定格容量も１０ｋＷである。さらに、各太陽光発電ユニットを並列接続した後に１５０ｋＶＡの変圧器へ入力しているため、太陽光発電ユニットは合計１５個まで並列接続されている。この場合、太陽電池ユニットの全長は７５ｍとなり、各ＰＣＳの設置間隔も７５ｍとなる。仮にこれら１５個の太陽光発電ユニットの中央に変圧器を設置した場合、最も外側にあるＰＣＳから変圧器までの距離は約３５０ｍとなる。ＡＣ４００Ｖであれば、この程度の距離に対する送電ロスは特に問題にならない。
【００１１】
ところで、上述したようにＭＷ級の発電システムの設置事例があり、高速道路に設置する太陽光発電システムについても同様に大容量化が検討される方向にある。もし、特許文献２のような構成で、例えば１０ＭＷの発電システムを構築しようとすると、１０ｋＷのＰＣＳを１０ｋＷ毎に１つずつ並べていくのではコストアップに繋がるため、近年の動向を鑑みると２５０ｋＷのＰＣＳを使用するのが妥当である。よって、太陽電池ユニットも同様に２５０ｋＷになるように配置することになる。
【００１２】
ここで、２５０ｋＷのＰＣＳの仕様として１４０Ｗの薄膜太陽電池モジュールを２個直列接続したストリングスを入力するような仕様のものを選定してシステムを構築すると、２直列×１０００並列の太陽電池ユニットとなり、１０００個分のモジュールが横一列に設置されるために、太陽電池ユニットの全長は１０００ｍになる。よって、ＰＣＳの設置間隔も同様に１０００ｍになる。
【００１３】
次に、これらのＰＣＳを特許文献２と同様に複数個並列接続した場合、ＰＣＳの個数×１０００ｍの並列接続となる。よって、ＰＣＳ出力ケーブルの全長がかなりの長距離になり、電力損失が大きくなるという課題が生じる。なお、１０ＭＷの発電システムを系統連系する場合は特許文献２のように６６００Ｖでなく特別高電圧と連系する必要があるため、６６ｋＶ等の超高電圧と連系させる必要がある。例えば、ＰＣＳの並列数を４個にして一次変圧器で一旦６６００Ｖに昇圧し、さらにそれらを１０並列した後に変圧器にて６６ｋＶに昇圧させるような構成を考えた場合、１ＭＷ分の発電システムの中央に一次変圧器を設置したとして、最も外側のＰＣＳから一次変圧器までの距離は２０００ｍになり、これにＡＣ４００Ｖを供給すると電力損失を無視できなくなる。なお、ＡＣ４００Ｖで送電できる距離はせいぜい５００ｍまでであると考えられる。
【００１４】
本発明は、太陽電池ユニットを横方向に連続して長距離設置した場合にでも、太陽光発電ユニットのＡＣ出力の接続ケーブルでの電力損失を低減できる太陽光発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、高電圧出力太陽電池モジュールを並列接続した、又は前記高電圧出力太陽電池モジュールを直列接続したストリングスを並列接続した太陽電池ユニットと、前記太陽電池ユニットから出力される直流電流を交流電流に変換する変換部と、前記変換部から出力された交流電流を適当な電圧の交流電流に昇圧する一次変圧器とを有する太陽光発電ユニットを複数備え、複数の前記太陽光発電ユニットに併設され、複数の前記太陽光発電ユニットそれぞれが接続される高電圧ケーブルを備えることを特徴とする太陽光発電システムとする。
【００１６】
この構成によると、変換部と一次変圧器の設置距離を短くできる。
【００１７】
上記の太陽光発電システムを高速道路等に設置する場合、前記高電圧出力太陽電池モジュールを前記高電圧ケーブルと並設することが好ましい。
【００１８】
また上記の太陽光発電システムにおいて、前記高電圧出力太陽電池モジュールを並設して並列接続することが好ましい。このように配置することで、並列接続用コネクタだけで太陽電池ユニットの並列接続が完成し、太陽電池ユニットの片端にあるケーブルを変換部に接続するだけで済むため、従来大規模太陽光発電システムで必要であった接続箱やＤＣ集電箱を省略できる。
【００１９】
また上記の太陽光発電システムにおいて、前記変換部と前記一次変圧器を隣接して設置することが好ましい。
【００２０】
また上記の太陽光発電システムにおいて、前記変換部と前記一次変圧器とを金属箱内に併設することが好ましい。
【００２１】
また上記の太陽光発電システムにおいて、前記高電圧ケーブルから出力される交流電流を適当な電圧の交流電流に昇圧する二次変圧器を備えることが好ましい。
【００２２】
また上記の太陽光発電システムにおいて、前記二次変圧器から出力される交流電流を送電する送電線を備えることが好ましい。
【００２３】
また上記の太陽光発電システムにおいて、前記高電圧出力太陽電池モジュールを前記送電線と並設することが好ましい。これにより、送電線の長さが必要最低限となり、コストアップを抑制できる。
【００２４】
また上記の太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池ユニットを設置する架台を備えてもよい。また、前記架台が取付部を有し、前記高電圧ケーブル及び／又は前記送電線を前記取付部で支持するようにしてもよい。さらに、前記高電圧ケーブル及び／又は前記送電線が管路に収納された状態で前記取付部で支持されるようにしてもよい。これにより、設置する道路が高架であっても陸上であっても高電圧ケーブル及び／又は送電線の設置手法が同じとなり、さらに長さを抑制できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、変換部と一次変圧器の設置距離を短くできるので、ＭＷ級の超大規模太陽光発電システムとして太陽電池ユニットを横方向に連続して長距離設置した場合にでも、変換部と一次変圧器を繋ぐケーブルにおける電力損失を低減できる。したがって、効率の良い発電設備を提供できる。
【００２６】
また本発明によると、インフラが整備されていない無電化村等へ電力供給することも可能である。さらに、本発明の太陽光発電システムを高速道路に設置することにより、広大なまとまった土地を使う必要がなく、既設の高速道路への設置も容易であるため、設置場所の確保も特に必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】第１実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａにおける交流回路部分の単線結線図である。
【図２Ａ】第１実施形態の太陽光発電ユニットの接続関係を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａにおける直列及び並列に接続する構成を示す図である。
【図３Ａ】第１実施形態に係る太陽光発電システムの設置例を示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの断面図である。
【図４】第２実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を示す図である。
【図５Ａ】第３実施形態に係る太陽光発電システムの設置例を示す斜視図である。
【図５Ｂ】第３実施形態に係る太陽光発電システムの設置例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を図１Ａに示す。ここでは太陽光発電システムの発電容量が１０ＭＷの場合について説明する。太陽光発電システム１０は、複数の太陽光発電ユニット１１と、複数の太陽光発電ユニット１１に併設され、複数の太陽光発電ユニット１１それぞれが接続される高電圧ケーブル１２と、高電圧ケーブル１２から出力される交流電流を適当な電圧の交流電流に昇圧する二次変圧器１３と、二次変圧器１３から出力される交流電流を送電する特別高電圧送電線１４とを備えている。実際には、特別高電圧送電線１４に、複数の太陽光発電ユニット１１、高電圧ケーブル１２、二次変圧器１３からなるユニットが複数接続されている。
【００２９】
太陽光発電ユニット１１は、太陽電池ユニット１５と、太陽電池ユニット１５から出力される直流電流を交流電流に変換する変換部１６と、変換部から出力された交流電流を適当な電圧の交流電流に昇圧する一次変圧器１７とを有する。ここでは太陽光発電ユニット１１を４０個備えている。太陽光発電ユニット１１は、例えば、太陽電池ユニット１５の長手方向が高速道路の遮音壁に沿うように設置する。
【００３０】
太陽電池ユニット１５は、高電圧出力太陽電池モジュールを並列接続した、又は高電圧出力太陽電池モジュールを直列接続したストリングスを並列接続したアレイユニットである。太陽電池ユニット１５については別途詳しく説明する。
【００３１】
変換部１６は、インバータ装置等のＰＣＳ（パワーコンディショナシステム）であり、太陽電池ユニット１５から出力される直流電流を交流電流に変換する。ここではＰＣＳの定格容量を２５０ｋＷとし、ＡＣ４００Ｖに変換するものとする。
【００３２】
一次変圧器１７は、ここでは定格容量を２５０ｋＶＡとし、変換部１６から出力されるＡＣ４００ＶをＡＣ６６００Ｖに昇圧する。そして、同じ太陽光発電ユニット１１内で変換部１６と一次変圧器１７とは隣接して設置することが好ましい。例えば、変換部１６と一次変圧器１７とを１つの金属箱内に設置すれば、数十ｃｍのケーブルを用いるか、又はケーブルを用いないで併設できる。金属箱の材料としては鉄、アルミニウム、ステンレス等を用いることができる。変換部１６と一次変圧器１７の設置距離を短くすることで、変換部１６と一次変圧器１７を繋ぐケーブルにおける電力損失を低減できる。
【００３３】
高電圧ケーブル１２は、各太陽光発電ユニット１１の一次変圧器１７からの出力電力を並列接続するケーブルであり、太陽電池ユニット１５の長手方向に沿って太陽光発電ユニット１１に並設される。
【００３４】
二次変圧器１３は、４０個併設した太陽光発電ユニット１１の中間点（高電圧ケーブル１２の中間点）に設置され、高電圧ケーブル１２から出力される高電圧（ここではＡＣ６６００Ｖ）を特別高電圧（ここでは６６ｋＶ）へ昇圧する。
る。
【００３５】
特別高電圧送電線１４は、例えば高速道路に沿って設置されており、各二次変圧器１３から出力される特別高電圧を送電する。ここでは４０個の太陽光発電ユニット１１と高電圧ケーブル１２と二次変圧器１３とからなるユニットをさらに複数連続して設置しているので、各々の二次変圧器１３が連続して特別高電圧送電線１４に接続されている。
【００３６】
このような構成の太陽光発電システム１０における交流回路部分の単線結線図を図１Ｂに示す。一つの特徴としては、各変換部１６に対して一つずつ一次変圧器１７を設置していることが挙げられる。
【００３７】
なお上記の実施形態において、高速道路に沿って照明灯などの負荷を設置し、特別高電圧送電線１４を電力会社の系統と接続し、太陽光発電システム１０の発電があるときは太陽光発電システムから負荷へ電力供給を行い、太陽光発電システム１０の発電が無いとき（夜間等）は、電力会社から電力供給を受けて負荷に電力供給を行う構成としてもよい。
【００３８】
次に、太陽電池ユニット１５の構成について図２Ａ、図２Ｂを参照して説明する。図２Ａに示すように、太陽電池ユニット１５は、例えば出力１４０Ｗの高電圧出力太陽電池モジュール（例えば、薄膜型太陽電池モジュール）２０を２つ直列接続してストリングスとし、このストリングスを１０００個並列接続したものである。
【００３９】
また図２Ｂに示すように、高電圧出力太陽電池モジュール２０を２つずつ直列接続するために、一方の高電圧出力太陽電池モジュール２０の端子ボックス２４のプラス端子と他方の高電圧出力太陽電池モジュール２０の端子ボックス２４のマイナス端子とをケーブル２２で接続してストリングスとする。そして、このストリングスを順次並列に接続するために、残った２本のケーブル２１、２５のプラス同士、マイナス同士を並列接続用コネクタ２３を介して接続を繰り返す。プラス同士を並列接続する並列接続用コネクタ２３間には逆流防止ダイオード２６が設置されている。この逆流防止ダイオード２６には、太陽電池モジュール２０の一部に影がかかったり、何らかの不具合でそのモジュールの発電量が不足した場合に電流が逆流することを防止する役割がある。
【００４０】
そして、図２Ａに示すような２直列のストリングスを５００セットずつ横方向に連続して並設して並列接続したものを２つ設置し、それぞれから変換部１６の入力端子へケーブル２７により直流電流を入力する。このようにして、２０００個の高電圧出力太陽電池モジュールを２直列×１０００並列に接続させた太陽電池ユニット１５と変換部１６と一次変圧器１７とを備えた太陽光発電ユニット１１が形成される。
【００４１】
このような接続構造とすることにより、並列接続を並列接続用コネクタ２３だけで行うことができ、一般的に用いられている接続箱やＤＣ集電箱は必要ない。
【００４２】
以上説明したような太陽光発電ユニット１１は、高電圧出力太陽電池モジュール２０として一般的な縦１．４ｍ×横１ｍのモジュールを用いた場合、縦約２．８ｍ×横約１０００ｍとなる。この太陽光発電ユニット１１を横方向に４０個連続して設置した太陽光発電システム１０は全長４０ｋｍであり、太陽光発電システム１０に並設される（言い換えると、高電圧出力太陽電池モジュール２０に並設される）高電圧ケーブル１２の長さも４０ｋｍである。６６００Ｖの交流電流であれば、４０ｋｍのケーブルに流しても電力損失は実用上問題とならない程度である。
【００４３】
本実施形態では１０ＭＷの発電容量を設定したが、高電圧ケーブル１２の長さの上限値までは発電容量、すなわち太陽光発電ユニット１１の並列数を増やしても構わない。この上限値については電力損失等を考慮して、電気設備の技術基準などに従って決定でき、通常５０ｋｍまでであれば問題ない。
【００４４】
高電圧ケーブル１２及び特別高電圧送電線１４を高速道路に設置する場合、各々を専用の管路３０（図３Ａ、図３Ｂ参照）の内部へ収納した上で、図３Ａ、図３Ｂに示すように道路が高架布設の場合は道路の下部へ、道路が陸上布設の場合は脇側の地下へそれぞれ設置する。すなわち、高電圧出力太陽電池モジュール２０は高電圧ケーブル１２及び特別高電圧送電線１４に並設される。
【００４５】
特別高電圧送電線１４は、道路に沿って配置されており、例えば４０ｋｍの太陽光発電システム１０が３つ連続して設置されている場合には全長１２０ｋｍとなり、発電電力３０ＭＷがここを流れる。なお、太陽光発電システム１０は連続して設置する必要はなく、６６ｋＶの特別高電圧送電線１４の長さが実用上問題無い距離の範囲内となるようにすれば、各々を離して設置しても構わない。また、特別高電圧送電線１４の長さ及び太陽光発電システム１０の設置個数（発電容量）のそれぞれにおける上限値は、電力設備の技術基準及びその設置場所における法令などに従って決定される。
【００４６】
また図３では、太陽電池ユニット１５を道路に沿って設けられた架台３１に設置している。１つの架台３１にはストリングスを３並列に接続したアレイが１つ設置される。
【００４７】
次に、第２実施形態に係る太陽光発電システムについて説明する。第１実施形態の太陽光発電システム１０では、高速道路に沿って特別高圧送電線１４を設置して発電電力を集める場合について説明したが、第２実施形態ではこの特別高圧送電線１４を設置せずに二次変圧器１３からの出力電力を直接、電力会社等の電力系統へ連系させるものとする。
【００４８】
図４に示すように、第２実施形態に係る太陽光発電システム４０は連系ケーブル４１を用いて６６ｋＶの電力系統４２へ接続している。太陽光発電システム４０の構成については、特別高電圧送電線１４を省くこと以外は第１実施形態の太陽光発電システム１０と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４９】
なお、第２実施形態は高速道路の近くに電力系統が存在する場合に対して実施可能であり、インフラが整備されていない無電化村等へ電力供給する場合は前述の第１実施形態で説明した特別高圧送電線１４に配電線を接続し、それを需要地まで設置して供給することになる。
【００５０】
第２実施形態の場合、電力系統へ接続可能な場所に二次変圧器１３を設置することが好ましいため、二次変圧器１３の設置箇所は太陽光発電システム４０の中間点である必要はない。
【００５１】
次に、第３実施形態に係る太陽光発電システムについて説明する。第１実施形態では、高電圧ケーブル１２及び特別高電圧送電線１４を高速道路の高架下又は地下埋設させる場合について説明したが、これを架台３１へ設置させるようにすれば、高速道路が高架であれ陸上であれ、同一仕様の架台３１を連続的に設置して、これに管路３０等を連続して設置することが可能となる。よって、陸上布設箇所であっても管路３０を埋設するための工事も必要なく、設置コストの削減が可能となる。
【００５２】
図５Ａ、図５Ｂに示すように、太陽光発電システム５０の架台３１には取付部（不図示）が設けられ、管路３０を該取付部で支持する構造になっている。なお、管路３０は必ずしも必要ではなく、高電圧ケーブル１２及び／又は特別高電圧送電線１４を取付部で直接支持するようにしてもよい。
【００５３】
なお、第３実施形態では太陽電池ユニット１５を設置するための架台３１を高速道路に布設することが前提である。世界的に高速道路には側壁のようなものがない場合が多く、架台３１の設置が必要な場合が多いため、第３実施形態のような架台３１へ管路３０等を設置する構成は有効である。
【００５４】
本発明は上記の説明に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えての実施が可能である。例えば、太陽光発電システムの中に蓄電池を設置して昼間発電した電力の一部を貯蓄し、夜間や日照不足時にこれを消費するような構成も本発明の技術範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１０、４０、５０  太陽光発電システム
１１  太陽光発電ユニット
１２  高電圧ケーブル
１３  二次変圧器
１４  特別高電圧送電線（送電線）
１５  太陽電池ユニット
１６  変換部
１７  一次変圧器
２０  高電圧出力太陽電池モジュール
３１  架台
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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