JP2007281060A - 太陽光発電システムの発電予測方法、装置、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電システムの発電量を、天気予報が誤報であった場合や、天気予報では説明できない気象変動であった場合にも安定して予測する。
【解決手段】予測式導出部１３は、履歴ＤＢ１２に蓄積されている過去の発電量をもとに、予測対象の太陽光発電システムの予測対象時刻帯の発電量を目的変数とし、該予測対象時刻帯の以前の時刻帯における各太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cの発電量を説明変数とした、時刻帯別の発電予測式を導出する。予測計算部１４は発電量受信部１１で、予測実施日に受信された予測対象時刻帯前の発電量を、予測式導出部１３で導出された発電予測式に代入することにより、発電量を予測する。発電量出力部１４は予測計算部１３で予測された発電量を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムの発電予測方法、装置、およびプログラムに関する。

太陽光発電システムは、石油等の化石燃料に依存しない無限エネルギーとして注目され、ＣＯ₂の排出権問題やＲＰＳ（Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｐｏｒｔｆｏｌｉｏ Ｓｔａｎｄａｒｄ）制度の導入により、今後さらにその価値が向上することが予想されている。また、太陽光発電システムは気象条件により発電量が変動する非常に不安定な発電設備であるため、その発電量の予測が可能となれば、適用範囲はさらに広がるものと考えられる。

太陽光発電システムの発電量を予測する従来の方法として、月別・時間帯別の天気現象別に平均発電量を事前に計算するとともにデータベース化しておき、天気予報により予報された天気現象に対してデータベースより平均発電量を引用する予測方法が特許文献１で提案されている。
特開２００５−０８６９５３号公報

上記従来の方法では、発電量の予測精度が天気予報の予報精度に依存するとともに、天気現象は晴れ、曇り、雨などの定性的な表現であるため、天気予報の誤報時や天気現象では説明できない気象変動の際には予測誤差が大きくなる可能性がある。

本発明の目的は、天気予報が誤報であった場合や、天気予報では説明できない気象変動であった場合にも、太陽光発電システムの発電量の安定した予測が可能な、太陽光発電システムの発電予測方法、装置、およびプログラムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、太陽光発電システムの発電予測装置は、
履歴ＤＢと、
複数の地点に設置された太陽光発電システムの発電量の情報を受信し、履歴ＤＢに格納する発電量受信部と、
履歴ＤＢに蓄積されている過去の発電量をもとに、予測対象の太陽光発電システムの予測対象時刻帯の発電量を目的変数とし、該予測対象時刻帯の以前の時刻帯における各太陽光発電システムの発電量を説明変数とした、時刻帯別の発電予測式を導出する予測式導出部と、
発電量受信部で、予測実施日に受信された予測対象時刻帯前の発電量を、予測式導出部で導出された発電予測式に代入することにより、発電量を予測する予測計算部と、
予測計算部で予測された発電量を出力する発電量出力部と
を有する。

本発明の第２の態様によれば、太陽光発電システムの発電予測装置は、
履歴ＤＢと、
複数の地点に設置された太陽光発電システムの発電量の情報を受信し、履歴ＤＢに格納する発電量受信部と、
発表された気象情報および気象予報を受信し、前記履歴ＤＢに格納する気象情報受信部と、
履歴ＤＢに蓄積されている過去の発電量と気象実績の情報をもとに、予測対象の太陽光発電システムの予測対象時刻帯の発電量を目的変数とし、該予測対象時刻帯の以前の時刻帯における各太陽光発電システムの発電量と、該予測対象時刻帯に対する気象実績を説明変数とした、時刻帯別の発電予測式を導出する予測式導出部と、
発電量受信部で、予測実施日に受信された予測対象時刻帯前の発電量と、気象情報受信部で受信された、予測対象時刻帯に対する気象予報を、予測式導出部で導出された発電予測式に代入することにより、発電量を予測する予測計算部と、
予測計算部で予測された発電量を出力する発電量出力部と
を有する。

本発明によれば、予測対象の太陽光発電システムおよび他の地点に設置された太陽光発電システムの発電実績を利用することにより、天気予報が誤報であった場合や、天気予報では説明できない気象変動であった場合にも、太陽光発電システムの発電量の安定した予測が可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

[第１の実施形態]
図１に示すように、本実施形態による、太陽光発電システムの発電予測装置１は、３つの地点Ａ、Ｂ、Ｃにそれぞれ設置された予測対象の太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cの発電量の情報を蓄積、データベース化し、これをサンプルとした発電予測式を導出し、予測実施時刻以降の一時間単位の積算発電量を予測するものである。

各太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cにはそれぞれ計測転送装置４_A、４_B、４_Cが接続されている。計測転送装置４_A、４_B、４_Cは、太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cで発電され、負荷５に供給される発電量を、一般的な電力計の機能を用いて計測し、計測した情報をインターネット網などにより、発電予測装置１に転送する装置である。なお、太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cにパルス信号や電流信号（４−２０ｍＡ）などの計測信号の出力が可能な電力計が設置されている場合には、この計測信号を計測転送装置４_A、４_B、４_Cに入力することにより、電力計から計測情報を受信することも可能である。ここで、「電流信号（４−２０ｍＡ）」という記載は、従来から用いられている発電量計測装置においては、一般に、発電量０ｋＷの時には４ｍＡの電流信号が出力され、発電量１００ｋＷの時には２０ｍＡの電流信号が出力されることに基づいている。

発電予測装置１は、履歴ＤＢ１２と、太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cの発電量の情報を受信し、履歴ＤＢ１２に格納する発電量受信部１１と、履歴ＤＢ１２に蓄積されている過去の発電量をもとに、予測対象の太陽光発電システムの予測対象時刻帯の発電量を目的変数とし、該予測対象時刻帯の以前の時刻帯における各太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cの発電量を説明変数とした、時刻帯別の発電予測式を導出する予測式導出部１３と、発電量受信部１１で、予測実施日に受信された予測対象時刻帯前の発電量を、予測式導出部１３で導出された発電予測式に代入することにより、発電量を予測する予測計算部１４と、予測計算部１３で予測された発電量を出力する発電量出力部１４とで構成されている。

次に、予測式導出部１３における発電予測式の導出について図２により説明する。ここで、太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cを便宜上それぞれＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃと表す。ＰＶ−Ａの発電予測式の導出について説明する。予測計算前の工程として、まず、予測実施日以前の１ヶ月程度の各太陽光発電システムＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃの時刻帯別発電量１０１、１０２、１０３を基に、目的変数をＰＶ−Ａのｎ時における発電量、説明変数１〜３を各太陽光発電システムＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃのｎ−１時における発電量とした回帰分析を実施する。回帰モデルを以下に示す。

回帰係数１、回帰係数２、回帰係数３、および定数項を最小二乗法により求め、各時刻帯における発電予測式１０４、１０５、・・・を導出する。

次に、予測計算部１４における発電予測計算の流れを、図２を参照して説明する。ＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃのｎ−１時の実測発電量１０１、１０２、１０３を予測対象時刻帯であるｎ時のＰＶ−Ａ発電予測式１０４に入力することにより、予測計算実施時刻帯であるｎ時における予測発電量１０６を計算する。たとえば、予測計算を１０時に実施した場合、前時間である９時の時刻帯におけるＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃの実測発電量を１０時のＰＶ−Ａ発電予測式に入力することにより、１０時の時刻帯におけるＰＶ−Ａの予測発電量が求められる。ここで、１１時の時刻帯における発電量を予測する場合、１０時の実測発電量がまだ得られていないため、１１時のＰＶ−Ａ発電予測式に１０時のＰＶ−Ａ発電予測式、ＰＶ−Ｂ発電予測式、ＰＶ−Ｃ発電予測式で予測されたＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃの予測発電量を入力する。このように、ｎ＋１時の予測発電量１０９は、ｎ時の実測発電量がまだ得られていないため、ｎ時の時刻帯における予測発電量１０６、１０７、１０８をｎ時の実測発電量としてｎ＋１時のＰＶ−Ａ発電予測式１０５に入力することにより計算する。以上から、各時刻帯における発電量を予測することができる。

ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃの発電予測式の導出および発電予測計算のフローもＰＶ−Ａと同様である。なお、前時刻帯の発電実績の他に各地点の座標情報を説明変数に加えてもよい。さらに、予測手法は回帰分析のほかにニューラルネットワークやカルマンフィルタなどを用いてもよい。

[第２の実施形態]
図３に示すように、本実施形態による、太陽光発電システムの発電予測装置２は、３つの地点Ａ、Ｂ、Ｃにそれぞれ設置された予測対象の太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cの発電量の情報と、気象情報提供会社（または気象庁）６から提供される、太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cの設置地域の気象情報（天気実績および天気予報）を蓄積、データベース化し、これをサンプルとした発電予測式を導出し、予測実施時刻以降の一時間単位の積算発電量を予測するものである。ここで、気象情報は、晴れ：１、曇り：２、雨：３、雪：４と数値化する。また、３時間である予測時刻帯に含まれる時刻の予報をすべて同じとした。たとえば、１２時〜１４時の時刻帯が晴れの予報である場合、１２時、１３時、１４時において、それぞれ晴れの予報であることとした。

本実施形態による、太陽光発電システムの発電予測装置２は、履歴ＤＢ２２と、太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cの発電量の情報を受信し、履歴ＤＢ２２に格納する発電量受信部２１と、気象情報提供会社６から提供された気象情報を受信し、履歴ＤＢ２２に格納する気象情報受信部２６と、履歴ＤＢ２２に蓄積されている過去の発電量と気象実績の情報をもとに、予測対象の太陽光発電システムの予測対象時刻帯の発電量を目的変数とし、該予測対象時刻帯の以前の時刻帯における各太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cの発電量と、予測対象時刻帯に対する気象実績を説明変数とした、時刻帯別の発電予測式を導出する予測式導出部２３と、発電量受信部２１で、予測実施日に受信された予測対象時刻帯前の発電量と、気象情報受信部２６で受信された、予測対象時刻帯に対する気象予報を、予測式導出部２３で導出された発電予測式に代入することにより、発電量を予測する予測計算部２４と、予測計算部２４で予測された発電量を出力する発電量出力部２５とで構成されている。

次に、予測式導出部２３における発電予測式の導出について図４により説明する。ここで、太陽光発電システム３_A、３_B、３_Cを便宜上それぞれＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃと表す。ＰＶ−Ａの発電予測式の導出について説明する。予測計算前の工程として、まず、予測実施日以前の１ヶ月程度の各太陽光発電システムＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃの時刻帯別発電量２０１、２０２、２０３と、太陽光発電システムＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃの設置地域の時刻帯別天気実績２０４を基に、目的変数をＰＶ−Ａのｎ時における発電量、説明変数１〜３を各太陽光発電システムＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃのｎ−１時における発電量、説明変数４をｎ時における天気実績とした回帰分析を実施する。回帰モデルを以下に示す。

回帰係数１、回帰係数２、回帰係数３、回帰係数４、および定数項を最小二乗法により求め、各時刻帯における発電予測式２０５、２０６、・・・を導出する。

次に、予測計算部２４における発電予測計算の流れを、図４を参照して説明する。ＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃの実測発電量２０１、２０２、２０３と、予測対象時刻帯の天気予報２０７を予測対象時刻帯のＰＶ−Ａ発電予測式２０５に入力することにより、予測計算実施時刻帯であるｎ時における予測発電量２０８を計算する。たとえば、予測計算を１０時に実施した場合、前時間である９時の時刻帯におけるＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃの実測発電量と、１０時に対する天気予報を１０時のＰＶ−Ａ発電予測式に入力することにより、１０時の時刻帯におけるＰＶ−Ａの予測発電量が求められる。ここで、１１時の時刻帯における発電量の予測について、１０時の実測発電量がまだ得られていないため、１１時のＰＶ−Ａ発電予測式に１０時のＰＶ−Ａ発電予測式、ＰＶ−Ｂ発電予測式、ＰＶ−Ｃ発電予測式で予測されたＰＶ−Ａ、ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃの予測発電量と、１１時に対する天気予報を入力する。このように、ｎ＋１時の予測発電量２１２は、ｎ時の実測発電量がまだ得られていないため、ｎ時の時刻帯における予測発電量２０８、２０９、２１０をｎ時の実測発電量として、ｎ＋１時の天気予報２１１とともにｎ＋１時のＰＶ−Ａ発電予測式２０６に入力することにより計算する。

以上から、各時刻帯における発電量を予測することができる。ＰＶ−Ｂ、ＰＶ−Ｃの発電予測式の導出および発電予測計算のフローもＰＶ−Ａと同様である。なお、前時刻帯の発電実績の他に各地点の座標情報を説明変数に加えてもよい。さらに、予測手法は回帰分析のほかにニューラルネットワークやカルマンフィルタなどを用いてもよい。さらに、利用する気象情報としては風向、風速、気温などの他の気象情報を利用してもよい。

各実施形態において、予測する値を発電量の瞬時値（Ｗ）ではなく、積算発電量（Ｗｈ）としている理由は、回帰分析時間（ミューラルネットを利用する場合には、学習時間）や他地点のデータを収集する時間などを考慮すると、積算値発電量を予測する方が現実的と考えられるためである。しかし、原理的は、目的変数を発電量の瞬時値とすることにより、発電量の瞬時値を予測することも可能である。

なお、以上説明した、太陽光発電システムの発電予測装置の機能は、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み込ませ、実行するものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク装置等の記憶装置を指す。さらに、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネットを介してプログラムを送信する場合のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体もしくは伝送波）、その場合のサーバとなるコンピュータ内の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含む。

本発明の第１の実施形態による太陽光発電システムの発電予測装置のブロック図である。 第１の実施形態における発電予測式の導出と発電量予測計算の説明図である。 本発明の第２の実施形態による太陽光発電システムの発電予測装置のブロック図である。 第２の実施形態における発電予測式の導出と発電量予測計算の説明図である。

符号の説明

１、２ 発電予測装置
３_A、３_B、３_C 太陽光発電システム
４_A、４_B、４_C 計測転送装置
５ 負荷
６ 気象情報提供会社
１１ 発電量受信部
１２ 履歴ＤＢ
１３ 予測式導出部
１４ 予測計算部
１５ 予測発電量出力部
２１ 発電量受信部
２２ 履歴ＤＢ
２３ 予測式導出部
２４ 予測計算部
２５ 予測発電量出力部
２６ 気象情報受信部
１０１ ｎ−１時のＰＶ−Ａ発電実績
１０２ ｎ−１時のＰＶ−Ｂ発電実績
１０３ ｎ−１時のＰＶ−Ｃ発電実績
１０４ ｎ時のＰＶ−Ａ発電予測式
１０５ ｎ＋１時のＰＶ−Ａ発電予測式
１０６ ｎ時のＰＶ−Ａ予測発電量
１０７ ｎ時のＰＶ−Ｂ予測発電量
１０８ ｎ時のＰＶ−Ｃ予測発電量
１０９ ｎ＋１時のＰＶ−Ａ予測発電量
２０１ ｎ−１時のＰＶ−Ａ発電実績
２０２ ｎ−１時のＰＶ−Ｂ発電実績
２０３ ｎ−１時のＰＶ−Ｃ発電実績
２０４ 天気実績
２０５ ｎ時のＰＶ−Ａ発電予測式
２０６ ｎ＋１時のＰＶ−Ａ発電予測式
２０７ ｎ時の天気予報
２０８ ｎ時のＰＶ−Ａ予測発電量
２０９ ｎ時のＰＶ−Ｂ予測発電量
２１０ ｎ時のＰＶ−Ｃ予測発電量
２１１ ｎ時の天気予報
２１２ ｎ＋１時のＰＶ−Ａ予測発電量

Claims (5)

1. 複数の地点に設置された太陽光発電システムの発電量の情報を受信し、履歴ＤＢに格納する発電量受信ステップと、
   前記履歴ＤＢに蓄積されている過去の発電量の情報をもとに、予測対象の太陽光発電システムの予測対象時刻帯の発電量を目的変数とし、該予測対象時刻帯の以前の時刻帯における前記各太陽光発電システムの発電量を説明変数とした、時刻帯別の発電予測式を導出する予測式導出ステップと、
   前記発電量受信ステップで、予測実施日に受信された前記予測対象時刻帯前の発電量を、前記予測式導出ステップで導出された発電予測式に代入することにより、発電量を予測する予測計算ステップと、
   前記予測計算ステップで予測された発電量を出力する発電量出力ステップと
   を有する、太陽光発電システムの発電予測方法。
2. 複数の地点に設置された太陽光発電システムの発電量の情報を受信し、履歴ＤＢに格納する発電量受信ステップと、
   発表された気象実績および気象予報を受信し、前記履歴ＤＢに格納する気象情報受信ステップと、
   前記履歴ＤＢに蓄積されている過去の発電量と気象実績の情報をもとに、予測対象の太陽光発電システムの予測対象時刻帯の発電量を目的変数とし、該予測対象時刻帯の以前の時刻帯における前記各太陽光発電システムの発電量と、前記予測対象時刻帯の気象実績を説明変数とした、時刻帯別の発電予測式を導出する予測式導出ステップと、
   前記発電量受信ステップで、予測実施日に受信された前記予測対象時刻帯前の発電量と、前記気象情報受信ステップで受信された、前記予測対象時刻帯に対する気象予報を、前記予測式導出ステップで導出された発電予測式に代入することにより、発電量を予測する予測計算ステップと、
   前記予測計算ステップで予測された発電量を出力する発電量出力ステップと
   を有する、太陽光発電システムの発電予測方法。
3. 履歴ＤＢと、
   複数の地点に設置された太陽光発電システムの発電量の情報を受信し、前記履歴ＤＢに格納する発電量受信部と、
   前記履歴ＤＢに蓄積されている過去の発電量をもとに、予測対象の太陽光発電システムの予測対象時刻帯の発電量を目的変数とし、該予測対象時刻帯の以前の時刻帯における前記各太陽光発電システムの発電量を説明変数とした、時刻帯別の発電予測式を導出する予測式導出部と、
   前記発電量受信部で、予測実施日に受信された前記予測対象時刻帯前の発電量を、前記予測式導出部で導出された発電予測式に代入することにより、発電量を予測する予測計算部と、
   前記予測計算部で予測された発電量を出力する発電量出力部と
   を有する、太陽光発電システムの発電予測装置。
4. 履歴ＤＢと、
   複数の地点に設置された太陽光発電システムの発電量の情報を受信し、前記履歴ＤＢに格納する発電量受信部と、
   発表された気象実績および気象予報を受信し、前記履歴ＤＢに格納する気象情報受信部と、
   前記履歴ＤＢに蓄積されている過去の発電量と気象実績の情報をもとに、予測対象の太陽光発電システムの予測対象時刻帯の発電量を目的変数とし、該予測対象時刻帯の以前の時刻帯における前記各太陽光発電システムの発電量と、予測対象時刻帯に対する気象実績を説明変数とした、時刻帯別の発電予測式を導出する予測式導出部と、
   前記発電量受信部で、予測実施日に受信された前記予測対象時刻帯前の発電量と、前記気象情報受信部で受信された、前記予測対象時刻帯に対する気象予報を、前記予測式導出部で導出された発電予測式に代入することにより、発電量を予測する予測計算部と、
   前記予測計算部で予測された発電量を出力する発電量出力部と
   を有する、太陽光発電システムの発電予測装置。
5. コンピュータを請求項３または４に記載の、太陽光発電システムの発電予測装置として機能させるためのプログラム。

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