JP6626081B2 - 影の影響の予測装置及びプログラム - Google Patents
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第1に、全天球カメラで真南の水平方向が中心点となるように撮影地点で撮影した全天球画像を、上記中心点を中心に上下方向が±90度、水平方向が±180度の円筒座標系に投影したフラット画像としてメモリに記憶する画像データ記憶手段と、上記フラット画像をディスプレイに表示する表示制御手段と、上記フラット画像において、上記中心点が南、両端が北、地面と空を分ける中央水平線がフラット画像の上記中心点を通るように認識する画像処理手段と、入力手段から入力された所定の年月日及び時間の太陽方位、太陽高度を演算することにより上記所定の年月日の太陽軌跡を演算する太陽軌跡演算手段とを具備し、上記画像処理手段は、上記フラット画像上に上記太陽軌跡を重ねて表示すべく画像処理を行うことで上記ディスプレイには上記フラット画像と上記太陽軌跡が重ねて表示される影の影響の予測装置であって、上記画像処理手段は、上記フラット画像に上記中央水平線に平行な複数の水平線と、上記水平線に直交する複数の垂直線を設定し、上記水平線と上記垂直線による複数の平面グリッドを生成するグリッド生成手段と、上記フラット画像上の上記平面グリッドの位置をメモリに記憶するグリッド記憶手段とを具備しており、上記撮影地点の緯度経度情報に基づいて、上記撮影地点の日射量データベースを検索する日射量データベース検索手段と、検索した上記撮影地点の日射量に基づいて、積算散乱日射量を演算により求める積算散乱日射量演算手段と、上記全天球カメラの上記撮影地点を中心とした球体において、上記平面グリッドに対応する上記球体上の球面グリッドについて、上記球面グリッドの個々の面積を演算するグリッド面積演算手段と、上記球体において、上記撮影地点に太陽光発電パネルがあるとして、上記太陽光発電パネルから上記球面グリッドへ向かう太陽光のベクトルの上記太陽光発電パネルの法線方向成分を全球面グリッドについて演算により求める発電寄与分演算手段と、上記積算散乱日射量に、上記球面グリッド毎の面積と、上記球面グリッド毎の上記法線方向成分とを掛け合わせて、全平面グリッドについて平面グリッド毎の散乱日射量を演算するグリッド散乱日射量演算手段と、上記平面グリッド毎の散乱日射量を各平面グリッドの位置に対応づけてメモリに記憶するグリッド散乱日射量記憶手段とを具備するものである影の影響の予測装置により構成される。
また、上述のように上記平面グリッドGと上記球体グリッドG’は一対一に対応しているので、CPU12は、例えば配列変数G(1,2),G(2,3)等により平面グリッドGの位置を認識すると共に、それらに対応する球面グリッドG’の位置についても、G’(1,2),G’(2,3)等の同一の配列変数にて認識できるものとする。
まず、上記任意の日時の元旦からの通し日数dnに基づいて式(1)のθ0を求め、このθ0より、当該日の太陽赤緯δ、地心太陽距離r/r*、均時差Eqを式(2)(3)(4)より求める。
δ=0.006918−0.399912cos(θ0)+0.070257sin(θ0)−0.006758cos(2θ0)
+0.000907sin(2θ0)−0.002697cos(3θ0)+0.001480sin(3θ0)
・・・・(2)
r/r*=1/{1.000110+0.034221cos(θ0)+0.001280sin(θ0)
+0.000719cos(2θ0)+0.000077sin(2θ0)}^0.5 ・・・・(3)
Eq=0.000075+0.001868cos(θ0)−0.032077sin(θ0)
-0.014615cos(2θ0)-0.040849sin(2θ0) ・・・・(4)
そして、太陽赤緯δ、緯度φ、時角hが既知となったので、各時間毎の太陽方位Ψ、太陽高度αは、各々、式(6)、(7)にて求めることができる。
α=arcsin{sin(φ)sin(δ)+cos(φ)cos(δ)cos(h)}
・・・・・・・(6)
Ψ=arctan[cos(φ)cos(δ)sin(h)/{sin(φ)sin(α)
−sin(δ)}] ・・・・・・・(7)
(定量的な影の影響の評価)
年間散乱日射量Rt=散乱日射量(年平均)×365.25 (8)
より年間散乱日射量Rt=635.54として求める(図17参照)。尚、365ではなく、365.25とするのは、うるう年を考慮したものである。
日射量=散乱日射量+直達日射量 (9)
であることから、
年平均の直達日射量は、日射量−散乱日射量(3.53−1.74)の演算を行うことにより、直達日射量が「1.79」であることを算出する。
年間直達日射量Dt=直達日射量(年平均)×365.25 (10)
より、年間直達日射量Dt=653.80として求める(図17参照)。
(年間散乱日射量の各平面グリッドGへの配分)
ここで、球体3上の緯度φ1〜φ2の環状体Sの面積は、
φ1
S=∫(1/2)4πr2sinθdθ (11)
φ2
により求められる。
各球面グリッドG’は水平方向に1度、垂直方向に1度の方形であるため、φ1=0度〜φ2=1度の環状体の面積S1を求め、(S1/360)とすることにより、中央水平線M’から1度の範囲の環状体に存在する360個の球面グリッドG’の1個の面積(360個が同一の面積S1となる)を求めることができる(図19参照)。
(発電寄与分の考慮)
よって、
cosθ=A・B/|A|・|B| (13)
A・B=X0×X1+Y0×Y1+Z0×Z1
|A|・|B|=√(X02+Y02+Z02)×√(X12+Y12+Z12)
なので、上記式(13)より、このcosθを、上記球体3の上半分の32400個の全ての球面グリッドG’について求める。このように、発電量への寄与は、太陽光パネル2から上記球面グリッドG’へ向かう太陽光のベクトルBの太陽光パネル2の法線方向成分で求められる。
グリッド毎の散乱日射量P
=Rt(年間散乱日射量)×(各グリッドの面積×各グリッドのcosθの値)
・・・・(14)
従って、各グリッド位置についてのグリッド毎の散乱日射量Pは、
P(1,1)=Rt×S90×cosθ(1,1)
P(2,1)=Rt×S90×cosθ(2,1)
・・・・・・・
P(360,5)=Rt×S87×cosθ(360,5)
・・・・・・・
P(360,90)=Rt×S1×cosθ(360,90)
のように、全32400個の散乱日射量Pを演算することができる(図13P6参照)。
(太陽軌跡のグリッド検出)
(直達日射量の時間配分率の演算)
I =日射量H・rt (15)
Id=散乱日射量Hd・rd (16)
により求められる。
尚、rt、rdの推定には、以下の式を用いた。
rd=(π/24){(24/π)・sin(π/24)・cosω−cosωs}/
{sinωs−(π/180)・ωs・cosωs}
rt=rd(a+bcosω)
a=0.4090+0.5016sin(ωs−60)
b=0.6609−0.4767sin(ωs−60)
ここで、
ω:時角
ωs(deg):日没時の時角
ωs=cos−1(−tanδtanψ)
(参考文献 NEDO標準気象データベースの解説書P23,P24)
(マッピング)
年間日射量Tが平均的な数値の平面グリッドGは「白色」とする。
年間日射量Tが平均的な数値よりも大きい平面グリッドGは「赤色」とする。
年間日射量Tが平均的な数値よりも小さい平面グリッドGは「青色」とする。
合成画像25(図26参照)において、背景に山、木等が存在し、太陽光が遮蔽される部分Cが存在する場合は、その遮蔽部分Cを除いた残りのグリッドG毎の年間日射量Tを合計すると、年間の有効な全日射量を算出することができる。
例えば、
年間の全日射量=1289
年間の損失=328
として、年間日射量、及び、年間の損失を定量的に把握することができる。
2 太陽光パネル
5 フラット画像
11 ディスプレイ
12a 表示制御手段
12b 画像データ記憶手段
12c 画像処理手段
12e 太陽軌跡演算手段
12g 日射量データベース検索手段
12h 年間散乱日射量演算手段
12i 年間直達日射量演算手段
12j グリッド面積演算手段
12k 発電寄与分演算手段
12m グリッド散乱日射量演算手段
12n グリッド散乱日射量記憶手段
12p 軌跡グリッド検出手段
12q 時間配分演算手段
12r 軌跡グリッド直達日射量記憶手段
12s 全グリッド日射量演算手段
12v 全グリッド日射量記憶手段
13a グリッド生成手段
13b グリッド記憶手段
26a 輪郭線検出手段
26b 第1の加算手段
26c 第2の加算手段
G 平面グリッド
G’ 球面グリッド
M 水平線
M’ 中央水平線
N 垂直線
N’ 中央垂直線
Claims (7)
- 全天球カメラで真南の水平方向が中心点となるように撮影地点で撮影した全天球画像を、上記中心点を中心に上下方向が±90度、水平方向が±180度の円筒座標系に投影したフラット画像としてメモリに記憶する画像データ記憶手段と、上記フラット画像をディスプレイに表示する表示制御手段と、上記フラット画像において、上記中心点が南、両端が北、地面と空を分ける中央水平線がフラット画像の上記中心点を通るように認識する画像処理手段と、入力手段から入力された所定の年月日及び時間の太陽方位、太陽高度を演算することにより上記所定の年月日の太陽軌跡を演算する太陽軌跡演算手段とを具備し、上記画像処理手段は、上記フラット画像上に上記太陽軌跡を重ねて表示すべく画像処理を行うことで上記ディスプレイには上記フラット画像と上記太陽軌跡が重ねて表示される影の影響の予測装置であって、
上記画像処理手段は、上記フラット画像に上記中央水平線に平行な複数の水平線と、上記水平線に直交する複数の垂直線を設定し、上記水平線と上記垂直線による複数の平面グリッドを生成するグリッド生成手段と、上記フラット画像上の上記平面グリッドの位置をメモリに記憶するグリッド記憶手段とを具備しており、
上記撮影地点の緯度経度情報に基づいて、上記撮影地点の日射量データベースを検索する日射量データベース検索手段と、
検索した上記撮影地点の日射量に基づいて、積算散乱日射量を演算により求める積算散乱日射量演算手段と、
上記全天球カメラの上記撮影地点を中心とした球体において、上記平面グリッドに対応する上記球体上の球面グリッドについて、上記球面グリッドの個々の面積を演算するグリッド面積演算手段と、
上記球体において、上記撮影地点に太陽光発電パネルがあるとして、上記太陽光発電パネルから上記球面グリッドへ向かう太陽光のベクトルの上記太陽光発電パネルの法線方向成分を全球面グリッドについて演算により求める発電寄与分演算手段と、
上記積算散乱日射量に、上記球面グリッド毎の面積と、上記球面グリッド毎の上記法線方向成分とを掛け合わせて、全平面グリッドについて平面グリッド毎の散乱日射量を演算するグリッド散乱日射量演算手段と、
上記平面グリッド毎の散乱日射量を各平面グリッドの位置に対応づけてメモリに記憶するグリッド散乱日射量記憶手段とを具備するものである影の影響の予測装置。 - 上記日射量データベース検索手段にて検索した上記撮影地点の日射量に基づいて、積算直達日射量を演算により求める積算直達日射量演算手段と、
上記フラット画像において、上記太陽軌跡が横切る平面グリッドである軌跡グリッドを検出する軌跡グリッド検出手段と、
上記軌跡グリッドにおいて、上記積算直達日射量の時間配分率を演算し、上記軌跡グリッド毎の時間配分後の直達日射量を演算する時間配分演算手段と、
上記時間配分後の直達日射量を各軌跡グリッドの位置に対応づけてメモリに記憶する軌跡グリッド直達日射量記憶手段とを具備するものである請求項1記載の影の影響の予測装置。 - 上記グリッド散乱日射量記憶手段により記憶された上記全平面グリッドの上記平面グリッド毎の上記散乱日射量と、上記軌跡グリッド直達日射量記憶手段により記憶された上記軌跡グリッドの上記時間配分後の直達日射量を足し合わせて、全平面グリッドについての日射量を演算する全グリッド日射量演算手段と、
上記全平面グリッドについての日射量を各平面グリッドの位置に対応づけてメモリに記憶する全グリッド日射量記憶手段とを具備するものである請求項2記載の影の影響の予測装置。 - 上記画像処理手段は、上記全グリッド日射量記憶手段により記憶されている各平面グリッドの日射量の大きさに対応して、各グリッドを色分け表示するものであり、
上記表示制御手段は上記ディスプレイに平面グリッド毎に色分けされた色分けグリッド表示を行うものである請求項3記載の影の影響の予測装置。 - 上記画像処理手段は、上記ディスプレイに、上記色分けグリッド表示を上記フラット画像に重ねて表示させるものである請求項4記載の影の影響の予測装置。
- 上記画像処理手段は、上記フラット画像に上記全平面グリッドを対応付けて認識し得るものであり、
かつ、上記画像処理手段は、上記フラット画像における空部分と障害物部分との境界の輪郭線を検出する輪郭線検出手段と、
上記輪郭線検出手段にて検出された輪郭線を境界として、空部分に対応する平面グリッドの日射量を加算して有効な日射量を算出する第1の加算手段と、
上記輪郭線検出手段にて検出された輪郭線を境界として、障害物部分に対応する平面グリッドの日射量を加算して損失となる日射量を算出する第2の加算手段とを具備するものである請求項3〜5の何れかに記載の影の影響の予測装置。 - コンピュータを、請求項1〜6の何れかに記載の影の影響の予測装置として機能させるためのプログラム。
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