JP5447295B2

JP5447295B2 - 発電量推定システム

Info

Publication number: JP5447295B2
Application number: JP2010186022A
Authority: JP
Inventors: アッタウィリヤヌパープパトム
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-08-23
Also published as: JP2012044089A

Description

この発明は、太陽光発電の技術分野に属するものであり、日射量に基づいて発電量を推定するシステムに関するものである。

従来の太陽光発電の発電量推定システムでは、所定地点の実測日射量データを含む実測日射量データベースと、衛星写真データに基づいて算出された所定区域の衛星写真日射量データからなる推定日射量データを少なくとも含む推定日射量データベースとを備える。太陽光発電の発電量を推定しようとする推定地点の日射量は、実測日射量データベースおよび推定日射量データベースの少なくとも一方から読み出された日射量データに基づいて算出される。太陽光発電の発電量は、算出された推定地点の日射量に基づいて推定される（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−２１０７５０号公報

従来の発電量推定システムでは、衛星写真データに基づく推定日射量データについてデータ信頼性を高めるため、隣接エリアの実測日射量データと比較する必要があった。具体的には、衛星写真データに基づく推定日射量データが、実測日射量データの９０％以上１１０％以下の範囲にある場合に、推定日射量データとして設定していた。衛星写真データは定期的に更新されるから、その度に推定日射量データを設定する必要がある。

しかしながら、衛星写真データに基づく推定日射量データを実測日射量データと比較することから、推定日射量データベースの作成が煩雑であった。このため、推定日射量データを用いて太陽光発電の発電量を推定する際も、短時間で発電量推定できないという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、衛星写真データから日射量を推定することなく、短時間で太陽光発電の発電量を推定できる発電量推定システムを提供する。

この発明における発電量推定システムは、日射量と第一の太陽光発電装置の発電量との関係を示す第一の相関モデル及び日射量と第二の太陽光発電装置の発電量との関係を示す第二の相関モデルを記憶するデータベース部と、実測日射量データを用いて日射量推定場所における推測日射量データを算出する日射量推定処理部と、実測日射量データ及び第一の相関モデルを用いて第一の太陽光発電装置の発電量を算出するとともに推定日射量データ及び第二の相関モデルを用いて第二の太陽光発電装置の発電量を算出する発電量推定処理部とを備えるものである。

この発明によれば、日射量実測場所における実測日射量データを用いて日射量推定場所における推測日射量データを算出し、実測日射量データ及び推測日射量データを用いて太陽光発電装置の発電量を算出するので、短時間で発電量を推定できる。

実施の形態１を説明するための発電量推定システムの構成図である。実施の形態１を説明するための日射量実測場所と日射量推定場所の位置関係図である。実施の形態１を説明するための日射量と発電量の相関モデルである。実施の形態１を説明するための日射量推定ルーチンのフローチャートである。実施の形態１を説明するための発電量推定ルーチンのフローチャートである。実施の形態２を説明するための日射量推定ルーチンのフローチャートである。実施の形態２を説明するための地形類似度テーブルである。

実施の形態１
図１は、この発明が適用される実施の形態１を説明するための発電量推定システムの構成図である。図１において、発電量推定システム１００は、日射量測定装置１と、日射量測定装置１の周辺領域に設置される太陽光発電装置２と備える。日射量測定装置１によって測定された実測日射量データは、通信ネットワーク３を経由して管理装置１０に送信される。管理装置１０は、データベース部１１、データ処理部１２、日射量推定処理部１３及び発電量推定処理部１４を備える。

図２は、日射量測定装置１が設置される日射量実測場所と、日射量測定装置１が設置されない日射量推定場所との位置関係を示す図である。それぞれの場所の位置は経度と緯度で表現できる。場所Ａは経度Ｘａ、緯度Ｙａであり、場所Ｂは経度Ｘｂ、緯度Ｙｂであり、場所Ｃは経度Ｘｃ、緯度Ｙｃである。場所Ｔは、場所Ａと場所Ｂと場所Ｃとで形成する三角形の内部に位置し、経度Ｘｔ、緯度Ｙｔである。また、場所Ａ〜Ｃのそれぞれの間の距離は図２に示すとおり、Ｄａｂ、Ｄｂｃ、Ｄｃａであり、場所Ａ〜Ｃと場所Ｔとの間の距離は、Ｄａｔ、Ｄｂｔ、Ｄｃｔである。各場所の経度と緯度がわかるので、各距離を計算できる。

図１及び図２において、場所Ａには日射量測定装置１Ａと太陽光発電装置２Ａが設置され、場所Ｂには日射量測定装置１Ｂと太陽光発電装置２Ｂが設置され、場所Ｃには日射量測定装置１Ｃと太陽光発電装置２Ｃが設置されている。場所Ｔ（または場所Ｔの周辺領域）には太陽光発電装置２Ｔが設置されているが、日射量測定装置１は設置されない。すなわち、場所Ａ、場所Ｂ及び場所Ｃが日射量実測場所であり、場所Ｔが日射量推定場所である。

図３は、日射量と太陽光発電装置２の発電量との関係を示す相関モデルである。横軸を日射量、縦軸を発電量として任意スケールで表現しており、日射量と発電量とが一次直線的に比例している。相関モデルのグラフの傾きは発電量に対する日射量感度を示し、太陽電池パネルの種類や季節によって変動するもので、あらかじめ管理装置１０のデータベース部１１に記憶しておくことができる。

また、管理装置１０において、データ処理部１２は場所Ａ〜Ｄの位置データや場所Ａ〜Ｃの実測日射量データを処理し、日射量推定処理部１３は場所Ａ〜Ｃの実測日射量データを用いて場所Ｔの日射量を推定する。さらに、発電量推定処理部１４は、実測日射量データに関する相関モデルと推定日射量データに関する相関モデルを用いて、場所Ａ〜Ｃ及び場所Ｔにおける発電量を推定する。

次に、発電量推定システムの動作について説明する。発電量推定は、日射量推定ルーチンと、この日射量推定ルーチンの結果を利用する発電量推定ルーチンとに分けられる。図４は、日射量推定ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１１において、データ処理部１２は、日射量推定場所である場所Ｔの経度と緯度をデータベース部１１から読み込む。

ステップＳ１２において、データ処理部１２は、データベース部１１に記憶されている日射量実測場所の中から、場所Ｔに近接かつ地形類似の日射量実測場所を選定する。実施の形態１では、場所Ａ、場所Ｂ及び場所Ｃを選定している。

ここで、日射量推定場所と日射量実測場所とが近接かつ地形類似とは、同一の平野部、同一の海岸部、あるいは同一の山間部といった同一の地形分類にあって、距離は問わないが互いの周辺領域を含まない範囲で近いほうが望ましいことをいう。東京都を例にすると、日射量推定場所が港区にある場合、日射量実測場所を同一の平野部にある新宿区と品川区と江東区から選定すると、近接かつ地形類似の条件を満たす。また、港区に日射量推定場所と日射量実測場所の両方がある場合、日射量実測場所は必ずしも複数選定しなくてもよい。ただし、日射量実測場所が三箇所以上あって三角形以上の多角形を形成し、その多角形の内部に日射量実測場所があると、日射量の推定精度が高いので好ましい。

ステップＳ１３において、データ処理部１２は、選定された日射量実測場所の経度、緯度をデータベース部１１から読み込む。さらに、データ処理部１２は、通信ネットワーク３経由でデータベース部１１に保存された選定された日射量実測場所の実測日射量データを読み込む。

ステップＳ１４において、データ処理部１２は、日射量実測場所と日射量推定場所の間の距離Ｄを、それぞれの経度と緯度に基づいて計算する。

ステップＳ１５において、日射量推定処理部１３は、ステップS１４で求めた距離と日射量実測データに基づいて、以下の計算式を用いて日射量推定場所の日射量を推定する。日射量推定データは、データベース部１１に保存される。

ここで、ＩＲＲは日射量データ、ｗは重み係数である。添え字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｔはそれぞれ場所Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｔに対応する。日射量実測場所の重み係数ｗは、日射量実測場所と日射量推定場所の間の距離Ｄに依存する。この距離Ｄが小さいほど重み係数ｗが大きくなるように、あらかじめ算出方法を決めておく。

日射量推定ルーチンは、対象すべて日射量推定場所について日射量推定が終わるまで、繰り返される。このように日射量推定ルーチンで日射量を推定した後、発電量推定ルーチンに移る。図５は、発電量推定ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ２１において、発電量推定処理部１４は、データベース部１１に保存された日射量実測データ及び日射量推定データの中から、対象の日射量実測場所または日射量推定場所にそれぞれ対応する日射量実測データまたは日射量推定データを読み込む。

ステップＳ２２において、発電量推定処理部１４は、対象の日射量実測場所または日射量推定場所にそれぞれ対応する日射量と発電量の相関モデルを読み込む。相関モデルは上述したように季節によって変動するので、季節に合ったものが読み込まれる。また、相関モデルにおける発電量は、日射量実測場所または日射量推定場所の周辺領域に設置される単数の太陽光発電装置２の発電量に限らず、複数の太陽光発電装置２の全体的な発電量でもよい。

ステップＳ２３において、発電量推定処理部１４は、日射量実測データまたは日射量推定データとそれに対応する相関モデルに基づいて、日射量実測場所または日射量推定場所の発電量を推定する。

発電量推定ルーチンは、対象すべての日射量実測場所及び日射量推定場所について発電量推定が終わるまで、繰り返される。このようにして、実施の形態１における発電量推定システムによれば、衛星写真データから日射量を推定することなく、短時間で太陽光発電の発電量を推定できる。

とくにスマートグリッドでは、太陽光発電の発電量を短時間で推定できることは重要である。大規模の太陽光発電が電力系統に接続された場合、天気による発電量の変動が大きいと、電力系統の電圧や周波数に与える影響も大きい。そのため、太陽光発電の発電量の変動に応じて、蓄電池や水力発電など他の電源の発電量を調整して、電力系統全体の安定化を図る必要がある。実施の形態１における発電量システムによって推定された発電量データは、他の電源の発電量の調整用データとして利用できる。

実施の形態２
実施の形態２は、実施の形態１の変形例として、日射量推定ルーチンの重み係数において地形類似度を導入したものである。データ処理部１２が日射量実測場所を選定するにあたり、日射量推定場所と日射量実測場所とが必ずしも地形類似でなくともよいので、例えば平野部と山間部とが隣接している場合でも、日射量実測場所の選定範囲が広がる。図６は、実施の形態２における日射量推定ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ３１において、データ処理部１２は、日射量推定場所である場所Ｔの経度、緯度及び地形をデータベース部１１から読み込む。

ステップＳ３２において、データ処理部１２は、データベース部１１に記憶されている日射量実測場所の中から、場所Ｔに近接する日射量実測場所を選定する。実施の形態１同様に実施の形態２においても、場所Ａ、場所Ｂ及び場所Ｃを選定している。

ステップＳ３３において、データ処理部１２は、選定された日射量実測場所の経度、緯度及び地形をデータベース部１１から読み込む。さらに、データ処理部１２は、通信ネットワーク３経由でデータベース部１１に保存された選定された日射量実測場所の実測日射量データを読み込む。

ステップＳ３４において、データ処理部１２は、日射量実測場所と日射量推定場所の間の距離Ｄを、それぞれの経度と緯度に基づいて計算する。

ステップＳ３５において、データ処理部１２は、日射量実測場所と日射量推定場所の地形を比較し、地形類似度を計算する。例えば、地形には平野部、海岸部、あるいは山間部といった分類があって、地形が類似するほど地形類似度が大きくなるように、あらかじめ算出方法を決めておく。

ステップＳ３６において、日射量推定処理部１３は、ステップS１４で求めた距離と日射量実測データに基づいて、実施の形態１と同様の計算式を用いて日射量推定場所の日射量を推定する。ただし、実施の形態２では、重み係数ｗが距離Ｄと地形類似度の両方に依存し、あらかじめ算出方法を決めておく。このようにして得られた日射量推定データは、データベース部１１に保存される。

なお、実施の形態２における重み係数ｗの算出方法の一例を説明する。添え字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｔはそれぞれ場所Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｔに対応する。また、ｋは日射量実測場所と日射量推定場所の地形を比較した地形類似度であって、例えば図７の地形類似度テーブルのようにあらかじめ求めておく。ｄは日射量実測場所と日射量推定場所の間の距離Ｄに依存する係数である。下式及び地形類似度テーブルに基づいて、実施の形態２における重み係数ｗを算出すればよい。

日射量推定ルーチンが終わると発電量推定ルーチンに移るのは実施の形態１と同様であり、実施の形態２に特有の利点として、日射量実測場所の選定範囲が広がる。

１００発電量推定システム、１日射量測定装置、２太陽光発電装置、３通信ネットワーク、１０管理装置、１１データベース部、１２データ処理部、１３日射量推定処理部、１４発電量推定処理部。

Claims

日射量実測場所に設置される日射量測定装置と、前記日射量測定装置の周辺領域に設置される第一の太陽光発電装置と、日射量推定場所に設置される第二の太陽光発電装置と、前記日射量測定装置に接続された通信ネットワークと、前記通信ネットワークを経由して前記日射量測定装置による実測日射量データが送信される管理装置とを備え、
前記管理装置は、日射量と前記第一の太陽光発電装置の発電量との関係を示す第一の相関モデル及び日射量と前記第二の太陽光発電装置の発電量との関係を示す第二の相関モデルを記憶するデータベース部と、前記実測日射量データを用いて前記日射量推定場所における推測日射量データを算出する日射量推定処理部と、前記実測日射量データ及び前記第一の相関モデルを用いて前記第一の太陽光発電装置の発電量を算出するとともに前記推定日射量データ及び前記第二の相関モデルを用いて第二の太陽光発電装置の発電量を算出する発電量推定処理部とを備え、
前記日射量実測場所と前記日射量推定場所の地形を比較して地形類似度を算出するデータ処理部を備え、前記日射量推定処理部が前記推定日射量を算出するときに、前記日射量実測場所と前記日射量推定場所との間の距離及び地形類似度に基づく重み係数を用いることを特徴とする発電量推定システム。
前記地形類似度は、前記日射量実測場所と前記日射量推定場所の地形が類似するほど大きくなるように予め決められた算出方法を用いて算出されることを特徴とする請求項１に記載の発電量推定システム。
前記日射量推定場所一箇所に対して、前記日射量実測場所は三箇所以上選定され、前記日射量実測場所が形成する三角形以上の多角形の内部に前記日射量推定場所があることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電量推定システム。