JP2014011345A

JP2014011345A - 発電量予測装置、発電量予測方法、プログラム、および電力制御システム

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Publication number: JP2014011345A
Application number: JP2012147481A
Authority: JP
Inventors: Akira Hibi; 晶日比; Toshiro Motosawa; 壽郎本澤; Minoru Sasaki; 稔佐々木
Original assignee: Ibaraki University NUC; Hitachi Information and Control Systems Inc; Hitachi Information and Control Solutions Ltd
Current assignee: Ibaraki University NUC; Hitachi Information and Control Systems Inc; Hitachi Information and Control Solutions Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: JP5898004B2

Abstract

【課題】所定時間後の発電出力の低下量を高い精度で予測する。
【解決手段】太陽光発電パネルの発電量を予測する発電量予測装置２０であって、太陽の領域が雲に覆われる割合に対応付けて、当該割合で太陽の領域が雲に覆われた場合の太陽光パネルの発電量を格納する発電量格納部２５と、外部のカメラが空を逐次撮影した画像を取得する画像取得部２１と、取得した各画像において、太陽が映っている領域である太陽領域と、雲が映っている領域である雲領域とを特定する領域特定部２２と、取得した複数の画像から、雲領域の画像上の移動方向および移動速度を算出し、所定時間後の雲領域の画像上の位置を算出する雲位置予測部２３と、所定時間後に雲領域によって太陽領域が隠される割合を算出し、算出した割合に対応する発電量を発電量格納部２５から抽出して、太陽光発電パネルの所定時間後の発電量として出力する発電量予測部２４とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、発電量予測装置、発電量予測方法、プログラム、および電力制御システムに関する。

太陽光発電による発電量は、日射量の影響を受けて大きく変動するため、電力の安定供給のためには日射量の変動を予測することが重要である。下記の非特許文献１には、ビデオカメラを太陽の方向に向けて設置し、適当な時間間隔をおいて画像を取得し、取得した時間的に連続した２枚の画像から画像上の運動物体（雲）の速度場（オプティカルフロー）を検出し、得られたオプティカルフローに基づき今後の天候に影響を与える可能性のある雲の移動方向と速度を検出し、一定時間後の天候、または、雲と空の境界が太陽に達するまでの時間を予測する、と記載されている。

山本、他４名、「雲の画像解析による太陽光発電の出力変動予測に関する基礎的研究」、電気学会電力・エネルギー部門論文誌、電気学会、平成１１年８月、１１９巻、８／９号、ｐ９０９−９１５

ところで、非特許文献１の発明では、日射量の低下によって太陽光発電出力が低下するタイミングを予測することができるものの、そのタイミングで発電出力がどの程度低下するかまでは予測していない。そのため、実際に安定的な電力を供給するためには、発電出力が低下するタイミングで、どの程度の電力を補填すべきかがわからない。そのため、発電出力の低下を補填するために蓄電池や補助発電装置などで発生させた電力が少なかったり、多すぎる場合には、系統に供給される電力は、結局、大きく変動してしまうことになる。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、所定時間後の発電出力の低下量を高い精度で予測することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、太陽光発電パネルによる発電量を予測する発電量予測装置であって、
太陽の領域が雲に覆われる割合に対応付けて、当該割合で太陽の領域が雲に覆われた場合の前記太陽光パネルの発電量を格納する発電量格納部と、
外部のカメラが空を逐次撮影した画像を逐次取得する画像取得部と、
逐次取得したそれぞれの画像において、太陽が映っている領域である太陽領域と、雲が映っている領域である雲領域とを特定する領域特定部と、
逐次取得した複数の画像から、前記雲領域の画像上の移動方向および移動速度を算出し、所定時間後の前記雲領域の画像上の位置を算出する雲位置予測部と、
所定時間後に前記雲領域によって前記太陽領域が隠される割合を算出し、算出した割合に対応する発電量を前記発電量格納部から抽出して、前記太陽光発電パネルによる所定時間後の発電量として出力する発電量予測部と
を備える。

本発明によれば、所定時間後の発電出力の低下量を高い精度で予測することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る電力制御システム１０の構成の一例を示すシステム構成図である。画像作成装置および太陽光発電パネルの配置の一例を示す概念図である。発電量予測装置の機能構成の一例を示すブロック図である。画像作成装置によって撮影された画像の一例を示す概念図である。太陽領域の中心座標を算出する過程を説明するための概念図である。画像作成装置によって撮影された画像の中で、処理対象となる領域を説明するための概念図である。第１の実施形態において、切り取られた領域の中で特定された雲領域を説明するための概念図である。太陽領域と雲領域が特定された領域画像を説明するための概念図である。移動ベクトルの算出過程を説明するための概念図である。第１の実施形態において、所定時間後の雲領域の予測位置を説明するための概念図である。第１の実施形態において、発電量格納部内に格納されるデータの構造の一例を示す図である。第１の実施形態において、発電実績格納部内に格納されるデータの構造の一例を示す図である。発電量予測装置２０の動作の一例を示すフローチャートである。第２の実施形態において、切り取られた領域の中で雲の濃さ毎に特定された雲領域を説明するための概念図である。第２実施形態において、発電量格納部内に格納されるデータの構造の一例を示す図である。第２の実施形態において、所定時間後の雲領域の予測位置を説明するための概念図である。第２の実施形態において、発電実績格納部内に格納されるデータの構造の一例を示す図である。発電量予測装置２０の機能を実現するコンピュータ５０のハードウェア構成の一例を示す図である。

まず、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御システム１０の構成の一例を示すシステム構成図である。電力制御システム１０は、画像作成装置１１、太陽光発電パネル１３、電力制御装置１４、蓄電池１５、および発電量予測装置２０を備える。画像作成装置１１、電力制御装置１４、および発電量予測装置２０は、通信回線１２に接続され、当該通信回線１２を介して互いに通信が可能である。

画像作成装置１１は、カメラ１１０および通信部１１１を有する。カメラ１１０は、所定時間（例えば数秒）毎に、太陽を含む空の画像を撮影する。カメラ１１０は、全天空の画像を撮影することが好ましい。通信部１１１は、カメラ１１０が撮影した画像を、通信回線１２を介して発電量予測装置２０へ送信する。画像作成装置１１は、例えば、４０００×３０００ドットの画像を撮影して発電量予測装置２０へ送信する。

図２は、画像作成装置１１および太陽光発電パネル１３の配置の一例を示す概念図である。画像作成装置１１は、例えば図２に示すように、太陽光発電パネル１３が配置されている場所に近い位置に設置されることが好ましい。

発電量予測装置２０は、通信回線１２を介して画像作成装置１１から画像のデータを受け取る都度、当該画像において、太陽が映っている画像上の領域（以下、太陽領域と呼ぶ）と、雲が映っている画像上の領域（以下、雲領域と呼ぶ）を特定する。そして、発電量予測装置２０は、複数の画像に渡る雲領域の動きから、所定時間後（例えば数秒後）の雲領域の画像上の位置を予測する。

そして、発電量予測装置２０は、所定時間後に、雲領域によって太陽領域が隠れる割合を求める。そして、発電量予測装置２０は、太陽光発電パネル１３の発電出力の低下量を、太陽領域が雲に隠れる割合に対応付けたテーブルを参照して、所定時間後の太陽光発電パネル１３の発電出力の低下量を予測し、予測結果を通信回線１２を介して電力制御装置１４へ出力する。

また、雲領域の位置を予測した時刻になった場合、発電量予測装置２０は、通信回線１２を介して電力制御装置１４に、太陽光発電パネル１３による現在の発電出力に関する情報を要求する。そして、電力制御装置１４から現在の発電出力に関する情報を取得した場合、発電量予測装置２０は、取得した発電出力の情報でデータベースの情報を更新する。

電力制御装置１４は、通信回線１２を介して発電量予測装置２０から受け取った発電量の予測結果に基づいて、系統へ出力する電力を制御する。例えば、電力制御装置１４は、発電量予測装置２０によって太陽光発電パネル１３の発電量が低下すると予測された時刻に、発電量予測装置２０によって予測された発電出力の低下量分を蓄電池１５に出力させるように、蓄電池１５を制御することで、系統に供給される電力を安定化する。蓄電池１５は、発電装置であってもよい。

また、電力制御装置１４は、太陽光発電パネル１３による発電出力を測定する。そして、通信回線１２を介して発電量予測装置２０から発電出力の値を要求された場合、電力制御装置１４は、測定した発電出力の最新の値を、通信回線１２を介して発電量予測装置２０へ送信する。

図３は、発電量予測装置２０の機能構成の一例を示すブロック図である。発電量予測装置２０は、画像取得部２１、領域特定部２２、雲位置予測部２３、発電量予測部２４、発電量格納部２５、発電量更新部２６、および発電実績格納部２７を有する。

図４は、画像作成装置１１によって撮影された画像３０の一例を示す概念図である。画像取得部２１は、通信回線１２を介して画像作成装置１１から画像３０のデータを受信し、受信したデータを領域特定部２２へ送る。画像作成装置１１によって撮影された画像３０には太陽が映っているが、太陽からの光は強いため、画像３０上では、実際の太陽の領域よりも広い範囲の領域３１がハレーションにより白く表示されている。

領域特定部２２は、画像取得部２１から受け取った画像３０のデータをグレースケールに変換する。領域特定部２２は、例えば、各画素のＲ、Ｇ、およびＢの画素値の平均値をグレースケールにおける画素値に変換する。なお、画像作成装置１１は、撮影した画像３０をグレースケールに変換してから発電量予測装置２０へ送るようにしてもよい。

図５は、太陽領域の中心座標を算出する過程を説明するための概念図である。領域特定部２２は、グレースケールに変換した画像３０の各画素の値が所定値（画素値が８ビットの場合、例えば２４３）以上の画素の領域を、太陽領域を含むハレーションの領域３１として特定する。そして、領域特定部２２は、ハレーションの領域の中心を、太陽領域の画像３０上の中心座標３２として特定する。領域特定部２２は、例えば、ハレーション領域に含まれる画素の座標の平均値の座標を、太陽領域の画像３０上の中心座標３２として特定する。

図６は、画像作成装置１１によって撮影された画像３０の中で、処理対象となる領域３３を説明するための概念図である。領域特定部２２は、特定した中心座標３２を中心とする所定範囲の領域３３を画像３０から切り取る。なお、領域特定部２２が切り取った領域３３は、グレースケールに変換された画像３０から切り取ったものであるため、領域３３もグレースケールの画像である。

本実施形態において、領域３３は、例えば１００×１００ドットの大きさである。このように、太陽の位置を中心とする所定範囲の画像を処理対象とすることで、処理負荷を低減することができる。

図７は、第１の実施形態において、切り取られた領域３３の中で特定された雲領域３４を説明するための概念図である。領域特定部２２は、切り取った領域３３の画像内において、画素値が所定範囲（画素値が８ビットの場合、例えば、１７９以上かつ２４２以下の範囲）の画素を、雲領域３４として特定する。なお、雲領域として特定する画素値の範囲は、１７９以上かつ２４２以下の範囲に限られず、これよりも広い範囲や狭い範囲の画素値の画素を雲領域として特定してもよい。

図８は、太陽領域３５と雲領域３４が特定された領域画像３６を説明するための概念図である。領域特定部２２は、特定した座標３２を中心とする予め定められた半径の円を太陽領域３５として特定し、特定した太陽領域３５と、先に特定した雲領域３４とを含む領域画像３６を作成する。そして、領域特定部２２は、作成した領域画像３６を雲位置予測部２３へ送る。

このように、ハレーションの領域内に太陽領域の中心座標を算出し、その座標を中心とする円を太陽領域として特定するため、簡易な手法で、太陽領域を高い精度で特定することができる。また、太陽を追従するようにカメラを回転させる機構が不要となるため、より低コストに電力制御システム１０を実現することができる。

雲位置予測部２３は、領域特定部２２から受け取った領域画像３６を保持し、保持している複数の領域画像３６を用いて、雲領域３４の移動方向および移動速度を示す移動ベクトルを算出する。そして、雲位置予測部２３は、算出した移動ベクトルを用いて、最新の領域画像３６内の雲領域３４の所定時間後の画像上の位置を予測する。以下、その手順の詳細について説明する。

図９は、移動ベクトルの算出過程を説明するための概念図である。雲位置予測部２３は、最新の領域画像３６（図９（ａ））を複数の小領域３７に分割し、それぞれの小領域３７内の画像の特徴が、例えば、その一つ前の領域画像３６（図９（ｂ））内のどこの小領域３７にマッチングするかを検索し、一致度の高い小領域が見つかった場合、その２つの小領域３７を結ぶベクトルを、移動ベクトル３８として算出する（図９（ｃ））。

なお、本実施形態では、最新の領域画像３６とその直前の領域画像３６とを用いて雲領域３４の移動ベクトルを算出するが、本発明はこれに限られず、新しい順に３つ以上の領域画像３６を用いて雲領域３４の移動ベクトルを算出してもよい。

この場合、雲位置予測部２３は、例えば、連続する２つの領域画像３６間で移動ベクトルを求め、求めた複数の移動ベクトルを平均して移動ベクトルを求めたり、複数の移動ベクトルの変化の傾向から、所定時間後の位置を示す移動ベクトルを求める。これにより、雲領域３４が直線的に移動しない場合であっても、雲領域３４の所定時間後の位置を精度よく求めることができる。

図１０は、第１の実施形態において、所定時間後の雲領域３４の予測位置を説明するための概念図である。雲位置予測部２３は、最新の領域画像３６内の雲領域３４を、所定時間（例えば数秒）分、算出した移動ベクトル３８に沿って移動させることにより、所定時間後の雲領域３４の領域画像３６上の位置を予測する。そして、雲位置予測部２３は、最新の領域画像３６内の太陽領域３５の位置を示す情報と共に、予測した雲領域３４の位置を示す情報を発電量予測部２４へ送る。

図１１は、第１の実施形態において、発電量格納部２５内に格納されるデータの構造の一例を示す図である。発電量格納部２５には、例えば図１１に示すように、太陽領域３５が雲領域３４で隠れる割合２５０に対応付けて、その割合で太陽領域３５が雲領域３４に隠れた場合の太陽光発電パネル１３の発電出力の低下量２５１が格納されている。本実施形態において、発電量格納部２５には、太陽光発電パネル１３の定格出力に対する割合が発電出力の低下量２５１として格納されている。

発電量予測部２４は、太陽領域３５の位置を示す情報と共に、予測した雲領域３４の位置を示す情報を雲位置予測部２３から受け取った場合に、太陽領域３５と予測された雲領域３４との画像上の位置関係から、太陽領域３５が所定時間後の雲領域３４によって隠される割合を算出する。太陽領域３５が雲領域３４によって隠される割合は、例えば、太陽領域３５内の画素数に対する、太陽領域３５と雲領域３４の両方に含まれる画素数の割合として算出される。

そして、発電量予測部２４は、算出した割合に基づいて発電量格納部２５を参照して発電出力の低下量を取得し、取得した発電出力の低下量を、通信回線１２を介して電力制御装置１４へ送る。なお、算出した割合と同一の値が発電量格納部２５にない場合、発電量予測部２４は、算出した割合に近い値を、例えば線形補間して、対応する発電出力の低下量を取得する。

図１２は、第１の実施形態において、発電実績格納部２７内に格納されるデータの構造の一例を示す図である。発電実績格納部２７には、太陽領域が雲領域に隠れる割合２７０毎に、実測値テーブル２７１が格納されている。それぞれの実測値テーブル２７１には、発電量予測部２４によって雲領域の位置が予測された予測時刻２７２に対応付けて、その時刻に実際に出力された発電量の実測値２７３が格納される。

発電量予測部２４は、所定時間後に太陽領域が雲領域に隠される割合を算出した場合に、算出した割合に対応する実測値テーブル２７１を発電実績格納部２７内で特定し、特定した実測値テーブル２７１に、所定時間後の時刻を予測時刻２７２としてセットする。この時点では、予測時刻が到来していないため、セットされた予測時刻に対応する実測値２７３の欄は空欄となっている。

発電量更新部２６は、発電実績格納部２７内のそれぞれの実測値テーブル２７１を参照し、現在時刻に一致する予測時刻を含む実測値テーブル２７１が存在するか否かを監視する。現在時刻に一致する予測時刻を含む実測値テーブル２７１がある場合、発電量更新部２６は、通信回線１２を介して電力制御装置１４に、太陽光発電パネル１３による現在の発電出力の値を要求する。

電力制御装置１４から現在の太陽光発電パネル１３の発電出力の値を受け取った場合、発電量更新部２６は、受け取った発電出力の実測値を、太陽光発電パネル１３の発電出力の定格値からの低下量に換算し、換算した低下量を、空欄となっている実測値の欄に格納する。

このとき、発電量更新部２６は、所定時間（例えば１年）以上前の予測時刻およびそれに対応付けられている実測値を実測値テーブル２７１から削除するようにしてもよい。これにより、実測値テーブル２７１内の実測値を、太陽光発電パネル１３のより最近の状態に合わせることができる。

実測値テーブル２７１内に実測値を格納した場合、発電量更新部２６は、当該実測値テーブル２７１において、実測値の平均を算出する。そして、発電量更新部２６は、当該実測値テーブル２７１に対応付けられている、太陽領域が雲領域に隠される割合２７０と同一の割合２５０を発電量格納部２５内で特定し、特定した割合２５０に対応付けられている発電出力の低下量２５１を、算出した平均値で置き換えることにより更新する。

これにより、発電量格納部２５内の情報を、実際の太陽光発電パネル１３の発電出力の変化に近づけることができる。また、太陽光発電パネル１３を設置してからの時間の経過と共に、太陽光発電パネル１３の経年劣化や、太陽光発電パネル１３の汚れなどによる発電出力の変化にも追従して、発電量格納部２５内の情報を、実際の太陽光発電パネル１３の発電出力の変化を反映した精度の高いものにすることができる。これにより、発電量予測装置２０による発電量の予測精度を高めることができる。

図１３は、発電量予測装置２０の動作の一例を示すフローチャートである。発電量予測装置２０は、例えば、適切な初期設定後に、本フローチャートに示す動作を開始する。

まず、画像取得部２１は、通信回線１２を介して画像作成装置１１から画像データを受信したか否かを判定する（Ｓ１００）。画像データを受信した場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、画像取得部２１は、受信した画像データを領域特定部２２へ送る。

次に、領域特定部２２は、図５を用いて説明したように、画像取得部２１から受け取った画像データをグレースケールに変換し、所定値以上の画素値の領域をハレーション領域として特定する。そして、領域特定部２２は、ハレーションの領域の中心を、太陽領域の画像上の中心座標として特定する（Ｓ１０１）。

次に、領域特定部２２は、図６〜図８を用いて説明したように、画像取得部２１より受け取った画像から、太陽領域の中心座標から所定範囲を切り取り、切り取った画像内で所定範囲内の画素値の領域を雲領域として特定する。そして、領域特定部２２は、中心座標から所定半径の円を太陽領域として特定し、特定した太陽領域と、先に特定した雲領域とを含む領域画像３６を作成する（Ｓ１０２）。そして、領域特定部２２は、作成した領域画像３６を雲位置予測部２３へ送る。

次に、雲位置予測部２３は、領域特定部２２から受け取った複数の領域画像３６から雲領域の移動ベクトルを算出し、算出した移動ベクトルを用いて、最新の領域画像３６内の雲領域の所定時間後の画像上の位置を予測する。そして、雲位置予測部２３は、太陽領域の位置を示す情報と共に、予測した雲領域の位置を示す情報を発電量予測部２４へ送る（Ｓ１０３）。

次に、発電量予測部２４は、雲位置予測部２３から受け取った太陽領域と予測された雲領域との画像上の位置関係から、太陽領域が所定時間後の雲領域によって隠される割合を算出する。そして、発電量予測部２４は、算出した割合に基づいて発電量格納部２５を参照して発電出力の予測値を取得し、取得した発電出力の予測値を、通信回線１２を介して電力制御装置１４へ送る（Ｓ１０４）。なお、太陽領域と所定時間後の雲領域とが重ならない場合、画像取得部２１は、再びステップＳ１００に示した処理を実行する。

次に、発電量予測部２４は、算出した割合に対応する実測値テーブルを発電実績格納部２７内で特定する。そして、発電量予測部２４は、特定した実測値テーブルに、所定時間後の時刻を予測時刻としてセットし（Ｓ１０５）、画像取得部２１は、再びステップＳ１００に示した処理を実行する。

ステップＳ１００において、画像データを受信していない場合（Ｓ１００：Ｎｏ）、発電量更新部２６は、発電実績格納部２７内の各実測値テーブルを参照して、セットされているいずれかの予測時刻が現在時刻となったか否か、即ち、発電出力の実測値の取得タイミンか否かを判定する（Ｓ１０６）。発電出力の実測値の取得タイミンではない場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、画像取得部２１は、再びステップＳ１００に示した処理を実行する。

発電出力の実測値の取得タイミンである場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、発電量更新部２６は、通信回線１２を介して電力制御装置１４に、太陽光発電パネル１３による現在の発電出力の値を要求し、電力制御装置１４から現在の太陽光発電パネル１３の発電出力の値を取得して、取得した発電出力の値から発電出力の低下量を算出して空欄となっている実測値の欄に格納する（Ｓ１０７）。

次に、発電量更新部２６は、実測値を格納した実測値テーブル２７１において、実測値の平均を算出する。そして、発電量更新部２６は、当該実測値テーブル２７１に対応付けられている、太陽領域が雲領域に隠される割合２７０と同一の割合２５０を発電量格納部２５内で特定する。そして、発電量更新部２６は、特定した割合２５０に対応付けられている発電出力の低下量２５１を、算出した平均値で置き換えることにより更新し（Ｓ１０８）、画像取得部２１は、再びステップＳ１００に示した処理を実行する。

以上、本発明の第１の実施形態について説明した。

上記説明から明らかなように、本実施形態の電力制御システム１０によれば、太陽光発電パネル１３による所定時間後の発電出力の低下量を高い精度で予測することができ、系統に供給される電力を安定化することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態は、以下に説明する点を除き、第１の実施形態と同様の構成で実現される。

また、第１の実施形態では、画像上で画素値が所定範囲にある領域は、雲の濃さに関わらず、一律に雲領域として特定したが、本実施形態では、雲領域を雲の濃さ毎に特定し、濃さ毎に発電出力の低下量を予測し、これらを合計して発電出力の低下量の予測値として出力する点が第１の実施形態とは異なる。

図１４は、第２の実施形態において、画像作成装置１１によって撮影された画像から切り取られた領域３３の中で、雲の濃さの範囲毎に特定された雲領域を説明するための概念図である。本実施形態において、領域特定部２２は、太陽領域の中心座標から所定範囲を、画像作成装置１１によって撮影された画像から切り取った領域３３内で画素値の範囲毎に雲領域３４を特定する。そして、領域特定部２２は、画素値の範囲毎に特定した雲領域４３と、特定した太陽領域３５とを含む領域画像３６を作成し、作成した領域画像３６を雲位置予測部２３へ送る。

領域特定部２２は、例えば、画素値が８ビットの場合、２３０以上かつ２４２以下の画素値の領域を第１の濃さの雲領域として特定し、２１７以上かつ２２９以下の画素値の領域を第２の濃さの雲領域として特定し、２０４以上かつ２１６以下の画素値の領域を第３の濃さの雲領域として特定し、１９２以上かつ２０３以下の画素値の領域を第４の濃さの雲領域として特定し、１７９以上かつ１９１以下の画素値の領域を第５の濃さの雲領域として特定する。

なお、上記した雲領域の濃さの範囲の分け方はこれに限られず、画素値が１７９以上かつ２４２以下の範囲を６つ以上の範囲に分割してもよく、４つ以下の範囲に分割してもよい。また、分割する画素値の範囲は１７９以上かつ２４２以下に限られず、これよりも広い範囲や狭い範囲であってもよい。

図１４の例では、領域特定部２２は、画像作成装置１１によって撮影された画像から切り取った領域３３（図１４（ａ））において、第１の濃さの領域４０（図１４（ｂ））、第２の濃さの領域４１（図１４（ｃ））、第３の濃さの雲領域４３（図１４（ｃ））をそれぞれ特定し、画素値の範囲毎に特定した雲領域４３と、太陽領域３５とを含む領域画像３６を作成して雲位置予測部２３へ送る。

図１５は、第２実施形態において発電量格納部２５内に格納されるデータの構造の一例を示す図である。発電量格納部２５には、例えば図１５に示すように、太陽領域３５が雲領域３４で隠れる割合２５０に対応付けて、その割合で太陽領域３５が雲領域３４に隠れた場合の太陽光発電パネル１３の発電出力の低下量２５１が格納されている。本実施形態では、発電出力の低下量２５１には、雲領域の画素値の範囲を示す雲の濃さ毎に、太陽光発電パネル１３の定格出力に対する割合が発電出力の低下量２５１として格納されている。

本実施形態において、雲位置予測部２３は、雲領域の画素値の範囲毎に、所定時間後の画像上の位置を予測する。また、発電量予測部２４は、太陽領域３５と、画素値の範囲毎に予測された雲領域３４との画像上の位置関係から、太陽領域３５が所定時間後の雲領域３４によって隠される割合を、画素値の範囲毎に算出する。

図１６は、第２の実施形態において、所定時間後の雲領域の予測位置を説明するための概念図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）における太陽領域３５の拡大図である。例えば、図１６（ａ）に示すように、移動ベクトル３８に沿って、画素値の範囲毎の雲領域４３の所定時間後の位置が算出された場合、例えば図１６（ｂ）に示すように、太陽領域３５と第１の濃さの雲領域との重なりは領域４４となり、太陽領域３５と第２の濃さの雲領域との重なりは領域４５となる。

次に、発電量予測部２４は、太陽領域３５が所定時間後の雲領域３４によって隠される割合を、画素値の範囲毎に算出し、算出した割合に基づいて発電量格納部２５を参照して、発電出力の低下量を、画素値の範囲毎に取得する。そして、発電量予測部２４は、取得した発電出力の低下量を合算して、雲領域全体での発電出力の低下量として、通信回線１２を介して電力制御装置１４へ送る。

図１７は、第２の実施形態において発電実績格納部２７内に格納されるデータの構造の一例を示す図である。本実施形態における発電実績格納部２７には、雲領域の画素値の範囲２７４毎に範囲別実測値テーブル２７５が格納されている。それぞれの範囲別実測値テーブル２７５には、図１２を用いて説明したのと同様に、太陽領域が雲領域に隠れる割合２７０毎に、実測値テーブル２７１が格納されており、それぞれの実測値テーブル２７１には、発電量予測部２４によって雲領域の位置が予測された予測時刻２７２に対応付けて、その時刻に実際に出力された発電量の実測値２７３が格納される。

本実施形態における発電量予測部２４は、所定時間後に太陽領域が雲領域に隠される割合を、画素値の範囲毎に算出した場合に、対象となる画素値の範囲毎に範囲別実測値テーブル２７５を特定する。そして、発電量予測部２４は、特定した範囲別実測値テーブル２７５内で、算出した割合に対応する実測値テーブル２７１を発電実績格納部２７内で特定し、特定した実測値テーブル２７１に、所定時間後の時刻を予測時刻２７２としてセットする。

発電量更新部２６は、発電実績格納部２７内のそれぞれの実測値テーブル２７１を参照し、現在時刻に一致する予測時刻を含む実測値テーブル２７１が存在するか否かを監視する。現在時刻に一致する予測時刻を含む実測値テーブル２７１がある場合、発電量更新部２６は、通信回線１２を介して電力制御装置１４に、太陽光発電パネル１３による現在の発電出力の値を要求する。所定時間後に、複数の画素値の範囲の雲領域が太陽領域に重なる場合、発電実績格納部２７内には、画素値の範囲毎に同一の予測時刻が格納されることになる。

そして、電力制御装置１４から現在の太陽光発電パネル１３の発電出力の値を受け取った場合、発電量更新部２６は、受け取った発電出力の実測値を、太陽光発電パネル１３の発電出力の定格値からの低下量に換算し、換算した低下量を、空欄となっている実測値の欄に格納する。

このとき、画素値の範囲毎に同一の予測時刻が複数格納されている場合、即ち、所定時間後に、複数の画素値の範囲の雲領域が太陽領域に重なると予測された場合、発電量更新部２６は、換算した低下量を、例えば以下の方法により、それぞれの画素値の範囲の低下量に振り分ける。

本実施形態では、例えば、発電出力の低下量が、太陽領域が雲領域によって隠される割合に比例し、かつ、雲領域の画素値の範囲と発電量とが比例すると仮定し、発電出力の低下量Ｐを、例えば下記の関係式（１）で表わす。
Ｐ＝ｋ（ｘ₁＋ａ₂ｘ₂＋ａ₃ｘ₃＋ａ₄ｘ₄＋ａ₅ｘ₅）・・・（１）
ここで、ｋは、発電出力の低下量が、太陽領域が雲領域によって隠される割合に比例する場合の比例定数を示し、ｘ_nは、第ｎの濃さの雲領域で太陽領域が隠される割合を示し、ａ_nは、第１の濃さの雲領域に対する第ｎの濃さの雲領域における発電出力の低下量の比例定数を示す。

上記関係式（１）において、各ａ_nの値を実測等により予め定めておけば、電力制御装置１４から発電出力の実際の低下量Ｐを取得し、各画素値の範囲毎の雲領域の割合ｘ_nを算出すれば、比例定数ｋの値が求まる。そして、第１の濃さの雲領域による発電出力の低下量をｋｘ₁と算出することができ、第ｎの濃さの雲領域による発電出力の低下量をｋａ_nｘ_nと算出することができる。

発電量更新部２６は、電力制御装置１４から取得した発電出力の実測値を、発電出力の低下量に換算した後、上記関係式（１）を用いて、それぞれの画素値の範囲毎の発電出力の低下量を算出し、算出した値を、対応する実測値テーブル２７１内の実測値の欄に格納する。

以上、本発明の第２の実施形態について説明した。

上記説明から明らかなように、本実施形態の電力制御システム１０によれば、雲の濃さ毎に太陽光発電パネル１３による発電出力の低下量を算出するため、より高い精度で所定時間後の発電量を予測することができる。

なお、上記した第１および第２の実施形態では、太陽領域が雲領域に隠されていない状態から、太陽領域が雲領域に隠されている状態へ変化する場合を例に説明したが、本発明はこれに限られず、太陽領域が雲領域に隠されている状態から、太陽領域が雲領域に隠されていない状態へ変化する場合についても同様の手法で発電出力の増加量を算出することができる。

例えば、太陽と地球の位置関係から、地球上から見た太陽の軌道は、予め計算により求めることができるため、太陽領域が雲領域に隠されている状態から、太陽領域が雲領域に隠されていない状態へ変化する雲から出るケースでは、カメラを設置した地点の緯度経度を元に現在時刻における太陽の中心座標を画像上に特定することができる。これにより、太陽領域が雲領域に隠れている場合であっても、特定した中心座標から予め定められた半径の円を太陽領域として特定することができる。

なお、上記第１の実施形態または第２の実施形態における発電量予測装置２０は、例えば図１８に示すような構成のコンピュータ５０によって実現される。

図１８は、発電量予測装置２０の機能を実現するコンピュータ５０のハードウェア構成の一例を示す図である。コンピュータ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＲＡＭ（Random Access Memory）５２、ＲＯＭ（Read Only Memory）５３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）５４、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５５、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５６、およびメディアインターフェイス（Ｉ／Ｆ）５７を備える。

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５３またはＨＤＤ５４に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ＲＯＭ５３は、コンピュータ５０の起動時にＣＰＵ５１によって実行されるブートプログラムや、コンピュータ５０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。

ＨＤＤ５４は、ＣＰＵ５１によって実行されるプログラムおよび当該プログラムによって使用されるデータ等を格納する。通信インターフェイス５５は、通信回線１２を介して他の機器からデータを受信してＣＰＵ５１へ送り、ＣＰＵ５１が生成したデータを、通信回線１２を介して他の機器へ送信する。

ＣＰＵ５１は、入出力インターフェイス５６を介して、ディスプレイやプリンタ等の出力装置、および、キーボードやマウス等の入力装置を制御する。ＣＰＵ５１は、入出力インターフェイス５６を介して、入力装置からデータを取得する。また、ＣＰＵ５１は、生成したデータを、入出力インターフェイス５６を介して出力装置へ出力する。

メディアインターフェイス５７は、記録媒体５８に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ５２を介してＣＰＵ５１に提供する。ＣＰＵ５１は、当該プログラムを、メディアインターフェイス５７を介して記録媒体５８からＲＡＭ５２上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。記録媒体５８は、例えば光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。

コンピュータ５０のＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５２上にロードされたプログラムを実行することにより、画像取得部２１、領域特定部２２、雲位置予測部２３、発電量予測部２４、および発電量更新部２６の各機能を実現する。また、ＨＤＤ５４には、発電量格納部２５および発電実績格納部２７等のデータが格納される。

コンピュータ５０のＣＰＵ５１は、これらのプログラムを、記録媒体５８から読み取って実行するが、他の例として、他の装置から、通信回線１２を介してこれらのプログラムを取得してもよい。

なお、上記した各実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明が、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を、他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現されてもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０・・・電力制御システム、１１・・・画像作成装置、１１０・・・カメラ、１１１・・・通信部、１２・・・通信回線、１３・・・太陽光発電パネル、１４・・・電力制御装置、１５・・・蓄電池、２０・・・発電量予測装置、２１・・・画像取得部、２２・・・領域特定部、２３・・・雲位置予測部、２４・・・発電量予測部、２５・・・発電量格納部、２６・・・発電量更新部、２７・・・発電実績格納部、５０・・・コンピュータ、５１・・・ＣＰＵ、５２・・・ＲＡＭ、５３・・・ＲＯＭ、５４・・・ＨＤＤ、５５・・・通信インターフェイス、５６・・・入出力インターフェイス、５７・・・メディアインターフェイス、５８・・・記録媒体

Claims

太陽光発電パネルによる発電量を予測する発電量予測装置であって、
太陽の領域が雲に覆われる割合に対応付けて、当該割合で太陽の領域が雲に覆われた場合の前記太陽光パネルの発電量を格納する発電量格納部と、
外部のカメラが空を逐次撮影した画像を逐次取得する画像取得部と、
逐次取得したそれぞれの画像において、太陽が映っている領域である太陽領域と、雲が映っている領域である雲領域とを特定する領域特定部と、
逐次取得した複数の画像から、前記雲領域の画像上の移動方向および移動速度を算出し、所定時間後の前記雲領域の画像上の位置を算出する雲位置予測部と、
所定時間後に前記雲領域によって前記太陽領域が隠される割合を算出し、算出した割合に対応する発電量を前記発電量格納部から抽出して、前記太陽光発電パネルによる所定時間後の発電量として出力する発電量予測部と
を備えることを特徴とする発電量予測装置。
請求項１に記載の発電量予測装置であって、
前記領域特定部は、
逐次取得したそれぞれの画像において、画像をグレースケールに変換し、
第１の閾値以上の画素値の画素の領域内に、前記太陽領域の中心座標を特定し、特定した中心座標から予め定められた半径の円で囲まれた領域を、前記太陽領域として特定し、
前記第１の閾値未満であり、かつ、前記第１の閾値よりも低い第２の閾値以上の画素値の画素の領域を、前記雲領域として特定することを特徴とする発電量予測装置。
請求項２に記載の発電量予測装置であって、
前記領域特定部は、
逐次取得したそれぞれの画像において、前記第１の閾値以上の画素値の画素の画像上の座標の平均値を、前記太陽領域の中心座標として特定することを特徴とする発電量予測装置。
請求項２に記載の発電量予測装置であって、
前記領域特定部は、
前記第１の閾値未満であり、かつ、前記第２の閾値以上の画素値の範囲をさらに複数の画素値の範囲に分け、それぞれの画素値の範囲毎に、当該範囲の画素値を有する画素の領域を雲領域としてそれぞれ特定し、
前記発電量格納部には、
それぞれの雲領域の画素値の範囲毎に、当該範囲内の画素値の雲で太陽が覆われる割合に対応付けて、当該割合で太陽が雲に覆われた場合の前記太陽光パネルの発電出力の低下量が発電量として格納されており、
前記発電量予測部は、
雲領域の画素値の範囲毎に、当該範囲の雲領域によって所定時間後に前記太陽領域が隠される割合を算出し、算出した割合に対応する発電出力の低下量を前記発電量格納部から抽出し、雲領域の画素値の範囲毎に算出した発電出力の低下量の合計を、前記太陽光発電パネルによる所定時間後の発電出力の低下量として出力することを特徴とする発電量予測装置。
請求項１に記載の発電量予測装置であって、
前記太陽光発電パネルによる現在の発電量を取得する発電量取得部と、
前記発電量取得部によって取得された現在の発電量と、所定時間前に前記発電量予測部によって算出された、所定時間後に前記雲領域によって前記太陽領域が隠される割合とに基づいて、前記発電量格納部内の情報を更新する発電量更新部と
をさらに備えることを特徴とする発電量予測装置。
請求項１に記載の発電量予測装置であって、
前記領域特定部は、
逐次取得したそれぞれの画像において、前記太陽領域を中心とした所定範囲内の領域について前記雲領域を特定し、
前記雲位置予測部は、
前記太陽領域を中心とした所定範囲内の領域について、所定時間後の前記雲領域の画像上の位置を算出することを特徴とする発電量予測装置。
太陽光発電パネルによる発電量を予測する発電量予測装置における発電量予測方法であって、
前記発電量予測装置が、
外部のカメラが空を逐次撮影した画像を逐次取得する画像取得ステップと、
逐次取得したそれぞれの画像において、太陽が映っている領域である太陽領域と、雲が映っている領域である雲領域とを特定する領域特定ステップと、
逐次取得した複数の画像から、前記雲領域の画像上の移動方向および移動速度を算出し、所定時間後の前記雲領域の画像上の位置を算出する雲位置予測ステップと、
所定時間後に前記雲領域によって前記太陽領域が隠される割合を算出するステップと、
算出した割合に対応する発電量を、前記太陽領域が雲に覆われる割合に対応付けて、当該割合で太陽領域が雲に覆われた場合の前記太陽光パネルの発電量を格納する発電量格納部から抽出して、前記太陽光発電パネルによる所定時間後の発電量として出力する発電量予測ステップと
を実行することを特徴とする発電量予測方法。
コンピュータを、太陽光発電パネルによる発電量を予測する発電量予測装置として機能させるプログラムであって、
前記コンピュータに、
外部のカメラが空を逐次撮影した画像を逐次取得する画像取得機能と、
逐次取得したそれぞれの画像において、太陽が映っている領域である太陽領域と、雲が映っている領域である雲領域とを特定する領域特定機能と、
逐次取得した複数の画像から、前記雲領域の画像上の移動方向および移動速度を算出し、所定時間後の前記雲領域の画像上の位置を算出する雲位置予測機能と、
所定時間後に前記雲領域によって前記太陽領域が隠される割合を算出し、算出した割合に対応する発電量を、前記太陽領域が雲に覆われる割合に対応付けて、当該割合で太陽領域が雲に覆われた場合の前記太陽光パネルの発電量を格納するデータベースから抽出して、前記太陽光発電パネルによる所定時間後の発電量として出力する発電量予測機能と
を実現させることを特徴とするプログラム。
太陽光発電パネルと、
空を撮影するカメラと、
前記太陽光発電パネルによる発電量を予測する発電量予測装置と、
系統に供給する電力を制御する電力制御装置と
を備え、
前記発電量予測装置は、
太陽の領域が雲に覆われる割合に対応付けて、当該割合で太陽の領域が雲に覆われた場合の前記太陽光パネルの発電出力の低下量を格納する発電量格納部と、
前記カメラが空を逐次撮影した画像を逐次取得する画像取得部と、
逐次取得したそれぞれの画像において、太陽が映っている領域である太陽領域と、雲が映っている領域である雲領域とを特定する領域特定部と、
逐次取得した複数の画像から、前記雲領域の画像上の移動方向および移動速度を算出し、所定時間後の前記雲領域の画像上の位置を算出する雲位置予測部と、
所定時間後に前記雲領域によって前記太陽領域が隠される割合を算出し、算出した割合に対応する発電出力の低下量を前記発電量格納部から抽出して、前記太陽光発電パネルによる所定時間後の発電出力の低下量として出力する発電量予測部と
を有し、
前記電力制御装置は、
前記発電量予測装置から出力された所定時間後の発電出力の低下量に相当する電力を、当該所定時間後に他の電力発生装置に発生させて系統に供給するように当該他の電力発生装置を制御することを特徴とする電力制御システム。