JP6649861B2 - 発電量予測装置、及び発電量予測方法 - Google Patents
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Description
気象情報等の外部からの情報から太陽光発電設備による発電量を予測する技術や、外部からの情報ではなく、気圧センサー等のセンサーが計測した情報から太陽光発電設備による発電量を予測する技術がある。気象情報には、天気予報、雲量等から得られる情報が含まれる。
<発電量予測装置>
実施形態に係る発電量予測装置は、東向きに設置する日射計等のセンサーから得られる日射量の特性を利用して、太陽光発電量を予測する。
図1は、日中に晴天となる日における時間と日射量との関係を示す。図1の上図は南向きの日射量の特性であり、下図は東向きの日射量の特性である。図1によれば、日中に晴天となる日は、日の出から1時間程度経過した時間の前後の東向きの日射量は、南向きの日射量と比較すると倍以上の数値となる。
実施形態に係る発電量予測装置は、晴天又は曇天における日の出から数時間程度の間の東向き日射量と南向きの日射量とが異なることを利用して、その日終日の発電量が一定量を超えるか否かを予測する。
センサー102は、日射計等によって構成され、日射量を検知する。具体的には、センサー102は、該センサー102の感部が東向きとなるように設置される。また、センサー102は、該センサー102の感部となる面が地表と垂直となるように設置される。センサー102は、検知した日射量を示す情報をデータ蓄積装置104へ出力する。
データ蓄積装置104は、センサー102と接続され、センサー102が出力した日射量を示す情報を蓄積する。これによって、データ蓄積装置104には、日射量を示す情報の時間推移が蓄積される。
制御部106は、発電量が急激に増加する時間を、日の出の時間とする。具体的には、制御部106は、発電量の増加率が所定の発電量増加率閾値以上となる時間を日の出の時間とする。ここで、発電量増加率閾値とは、時間と発電量との関係において、日の出とみなせるときの発電量の増加率である。
制御対象機器108は、制御部106が出力した制御信号を取得すると、該制御信号に応じて、動作する。
図5は、実施形態に係る発電量予測装置100の一例を示すフローチャートである。センサー102は、検知した日射量を示す情報をデータ蓄積装置104へ出力する。データ蓄積装置104は、センサー102が出力した日射量を示す情報を蓄積する。
ステップS502では、発電量予測装置100の制御部106は、データ蓄積装置104に日射量を示す情報が蓄積されると、蓄積された日射量を発電量へ変換する。制御部106は、発電量の急激な変化を検出することによって、日の出か否かを判定する。日の出を検出しない場合、ステップS502へ戻る。
ステップS504では、発電量予測装置100の制御部106は、日の出を検出した場合、日の出の時間から第1の時間の間での第1の発電量Ep1を求める。制御部106は、第1の発電量Ep1が第1の晴天識別閾値Cf1以上であるか否かを判定する。
ステップS506では、制御部106は、第1の発電量Ep1が第1の晴天識別閾値Cf1以上である場合、制御部106は、晴天であると予測する。
ステップS508では、制御部106は、晴天であると予測すると、晴天用の制御を行う。制御部106は、晴天用の制御信号を制御対象機器108へ出力する。
ステップS512では、制御部106は、第2の発電量Epが発電終了値Ce以下である場合、曇天用の制御を行う。制御部106は、曇天用の制御信号を制御対象機器108へ出力する。その後、ステップS502に戻る。
ステップS514では、ステップS504で、制御部106は、第1の発電量Ep1が第1の晴天識別閾値Cf1以上でないと判定した場合、曇天であると予測する。
ステップS516では、制御部106は、曇天であると予測すると、曇天用の制御を行う。制御部106は、曇天用の制御信号を制御対象機器108へ出力する。その後、ステップS502に戻る。
図5に示されるフローチャートでは、ステップS510の処理が日中に一回だけ行われるように記載されているが、晴天用の制御が行われている場合に、日中に任意の時間間隔で複数回行われてもよい。
<発電量予測装置>
実施形態に係る発電量予測装置は、東向きに設置する日射計等のセンサーと南向きに設置する日射計等のセンサーとから得られる日射量の特性を利用して、太陽光発電量を予測する。
図6は、実施形態に係る発電量予測装置を示す図である。発電量予測装置200は、センサー202とセンサー203とデータ蓄積装置204と制御部206とを備える。制御部206は、制御対象機器208と接続される。
センサー202、及びセンサー203は、センサー102を適用できる。ただし、センサー202は該センサー102の感部が東向きとなるように設置され、センサー203は該センサー203の感部が南向きとなるように設置される。また、センサー202は該センサー202の感部となる面が地表と垂直となるように設置され、センサー203は該センサー203の感部となる面が太陽光パネルと同方角、同角度に設置される。
データ蓄積装置204は、データ蓄積装置104を適用できる。ただし、データ蓄積装置204は、センサー202及びセンサー203が出力した日射量を示す情報を蓄積する。これによって、データ蓄積装置204には、センサー202及びセンサー203が出力した日射量を示す情報の時間推移が蓄積される。
制御部206は、日の出の時間から第1の時間の間での東向きに設置されたセンサー202から出力された日射量から得られる第1の発電量Ep11を求める。ここで、第1の発電量Ep11は、第1の時間の間で東向きに設置されたセンサー202による発電量である。また、制御部206は、日の出の時間から第1の時間の間で南向きに設置されたセンサー203から出力された日射量から得られる第2の発電量Sp11を求める。ここで、第2の発電量Sp11は、第1の時間の間で南向きに設置されたセンサー203による発電量である。
制御部206は、第1の発電量Ep11が第1の発電量Sp11に係数aを乗算した値以上である場合には晴天であると予測し、第1の発電量Ep11が第1の発電量Sp11に係数aを乗算した値未満である場合には曇天であると予測する。制御部206は、晴天であると予測した場合には晴天用の制御を行い、曇天であると予測した場合には曇天用の制御を行う。
制御対象機器208は、制御対象機器108を適用できる。
図8は、実施形態に係る発電量予測装置200の一例を示すフローチャートである。
センサー202及びセンサー203は、検知した日射量を示す情報をデータ蓄積装置204へ出力する。データ蓄積装置204は、センサー202及びセンサー203が出力した日射量を示す情報を蓄積する。
ステップS802では、図5のステップS502を適用できる。
ステップS804では、発電量予測装置200の制御部206は、日の出を検出した場合、日の出の時間から第1の時間の間での東向きに設置されたセンサー202から出力された日射量から得られる第1の発電量Ep11を求める。また、制御部206は、日の出の時間から第1の時間の間での南向きに設置されたセンサー203から出力された日射量から得られる第2の発電量Sp11を求める。制御部206は、第1の発電量Ep11が第1の発電量Sp11に係数aを乗算した値以上であるか否かを判定する。
ステップS806では、制御部206は、第1の発電量Ep11が第1の発電量Sp11に係数aを乗算した値以上である場合、制御部206は、晴天であると予測する。
ステップS808−S812は、図5のステップS508−S512を適用できる。
ステップS814では、制御部206は、第1の発電量Ep11が第1の発電量Sp11に係数aを乗算した値未満である場合、制御部206は、曇天であると予測する。
ステップS806は、図5のステップS816を適用できる。
前述した実施形態に係る発電量予測装置の適用例について説明する。
図9は、実施形態に係る発電量予測装置を適用した電力供給システムを示す図である。具体的には、前述した実施形態に係る発電量予測装置100の制御対象機器108に電力供給システムが適用される。
電力供給システムは、負荷である通信設備10に電力を供給する。電力供給システムは、太陽電池11とDC/DCコンバータ12と停電監視部13と発電機14と整流器15と蓄電池16と過放電防止部17と制御部18とを備える。太陽電池11とDC/DCコンバータ12と停電監視部13と発電機14と整流器15と蓄電池16と過放電防止部17と制御部18とは、通信設備10に隣接して配置される。
停電監視部13は、商用電源が停電したか否かを監視する。停電監視部13は、監視の結果を制御部18に供給する。
発電機14は、通信設備10に電力を供給する商用電源が停電した場合に稼働して、通信設備10に電力を供給することが可能である。発電機14は、商用電源が停電した場合に、制御部18の制御に基づいて稼働する。整流器15は、発電機14の後段に接続される。整流器15は、例えば、AC/DCコンバータである。整流器15から出力される電力が通信設備10で必要とされる電力と蓄電池16を蓄電させることが可能な電力とを有するように、発電機14は発電する。
過放電防止部17は、蓄電池16が過放電するのを防止する。過放電防止部17は、例えば、スイッチによって実現される。過放電防止部17は、蓄電池16の電圧に基づいて、制御部18によって制御される。
制御部18は、太陽電池11の発電に関する条件に応じて下限電圧値と上限電圧値とを共に変化させる。太陽電池11の発電に関する条件は、太陽電池11の発電量の見込みである。制御部18は、太陽電池11の発電量が所定量以上と見込まれる場合には、太陽電池11の発電量が所定量未満と見込まれる場合よりも、下限電圧値及び上限電圧値それぞれを低く設定する。例えば、太陽電池11の発電量が所定量以上と見込まれる場合には、下限電圧値と上限電圧値とは、それぞれ第3電圧(第1の下限電圧値)V3と第4電圧(第1の上限電圧値)V4とになる。また、太陽電池11の発電量が所定量未満と見込まれる場合には、下限電圧値と上限電圧値とは、それぞれ第1電圧(第2の下限電圧値)V1と第2電圧(第2の上限電圧値)V2になる。ここで、V3<V1、V4<V2である。なお、第3電圧V3は、蓄電池16が過放電した場合の電圧よりも大きい電圧である。ここで、所定量の一例は、前述した総発電量閾値である。
発電量予測装置100の制御部106が出力する制御信号に基づいて太陽電池11の発電量が所定量未満と見込まれる場合には、制御部18は、所定の第1時刻(朝又は昼)になると、第1電圧V1及び第2電圧V2に設定する。発電量予測装置100の制御部106が出力する制御信号に基づいて太陽電池11の発電量が所定量以上と見込まれる場合には、制御部18は、所定の第1時刻(朝又は昼)になると、第3電圧V3及び第4電圧V4に設定する。制御部18は、所定の第2時刻(夕方)になると、第1電圧V1及び第2電圧V2に設定する。つまり、制御部106が晴天用の制御信号を出力した場合には、制御部18は、第3電圧V3と第4電圧V4とに設定する。制御部106が曇天用の制御信号を出力した場合には、制御部18は、第1電圧V1と第2電圧V2とに設定する。
蓄電池16の電圧が第1電圧V1又は第3電圧V3以下になると、蓄電池16から通信設備10への電力の十分な供給ができなくなるため、制御部18は、発電機14を起動させる。これにより、発電機14によって発電された電力は、通信設備10へ供給されると共に、蓄電池16の充電に利用される。ここで、蓄電池16の電圧が第1電圧V1又は第3電圧V3以下になると、発電機14を起動させて蓄電池16を充電させるので、蓄電池16が過放電することがなく、蓄電池16の寿命を延ばすことができる。
太陽電池11の発電量が所定量未満と見込まれる場合に、第1電圧V1及び第2電圧V2に設定する理由は、太陽電池11で発電された電力のみによって通信設備10を稼働させることが不可能であり、発電機14又は蓄電池16から通信設備10に電力を供給する可能性が高いからである。
図10は、実施形態に係る発電量予測装置の適用例の動作を示す図である。図10は、実施形態に係る発電量予測装置が予測したその日の総発電量が総発電量閾値以上となるか否かの判定結果を使用して動作する電力供給システムの動作を説明するための図である。図10において、横軸は時間を示し、縦軸は発電量の電圧と蓄電池の電圧とを示す。線「A」は蓄電池16の電圧を示し、線「B」は太陽電池11の発電量を示し、線「C」は発電機14発電量を示す。
第1電圧V1、第2電圧V2、第3電圧V3、及び第4電圧V4は、整流器15の出力側において最大電力となるように、発電機14の燃費効率が最も効率的になる値が設定される。第1電圧V1と第3電圧V3とは、蓄電池16の放電下限電圧値であり、発電機14の起動電圧値である。第2電圧V2と第4電圧V4とは、蓄電池16の充電上限電圧値であり、発電機14の停止電圧値である。第1電圧V1−第4電圧V4は、一定の経験及び知見に基づいて設定され、それぞれ3つ以上であってもよい。
時刻T3以降では、蓄電池16の電圧Aが所定の下限電圧値になった場合に発電機14が起動すること(時刻T4、時刻T6)と、蓄電池16の電圧Aが所定の上限電圧値になった場合に発電機14を停止させること(時刻T5、時刻T7)とが繰り返される。
前述した電力供給システムでは、一例として、発電量予測装置100の制御対象機器108に電力供給システムを適用した場合について説明したが、この例に限られない。例えば、発電量予測装置200の制御対象機器208に電力供給システムを適用するようにしてもよい。
また、電力供給システムは、前述した発電量予測装置が予測したその日の総発電量が総発電量閾値以上となるか否かの判定結果に基づいて、太陽電池11の発電に関する条件を取得する。これにより、電力供給システムは、その日の総発電量に応じて、所定の下限電圧値と所定の上限電圧値とを設定することができる。
前述した実施形態に係る発電量予測装置では、発電量の増加率が所定の増加率閾値以上となる時間を日の出の時間とする場合について説明したが、この例に限られない。例えば、日射量の増加率が所定の日射量増加率閾値以上となる時間を日の出の時間とするようにしてもよい。
前述した実施形態に係る発電量予測装置では、その日が晴天であるか曇天であるか判断する場合について説明したがこの限りでない。例えば、晴天、曇天に加え、雨天であるか判断する判定するようにしてもよい。
前述した実施形態に係る発電量予測装置では、その日が晴天であるか曇天であるか判断することによって、その日の総発電量が総発電量閾値以上となるか否かを判定する場合について説明したがこの限りでない。例えば、晴天、曇天に加え、雨天であるか判断することによって、その日の総発電量が複数の総発電量閾値のいずれに該当するかを判定するようにしてもよい。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
Claims (8)
- 日の出の時間から第1の時間の間での第1の方位の第1の発電量と、第2の方位の第2の発電量とを算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記第1の発電量に基づいて、前記日の出の時間から一日の総発電量である第1総発電量を予測し、前記第2の発電量に基づいて、前記日の出の時間から一日の総発電量である第2総発電量を予測する予測部と、
前記予測部が予測した前記第1総発電量と、前記第2総発電量とに応じて、前記一日が晴天であるか否かを判定し、該晴天であるか否かの判定結果に応じて、制御対象機器を制御する制御信号を出力する出力部と
を備える、発電量予測装置。 - 前記予測部は、前記第1総発電量が、総発電量閾値を超えるか否かを予測する、請求項1に記載の発電量予測装置。
- 前記算出部は、前記第1の時間の経過後の第2の時間の間での第3の発電量を算出し、
前記予測部は、前記算出部が算出した前記第3の発電量に基づいて、前記第1の発電量を算出した後の発電量を予測する、請求項1又は請求項2に記載の発電量予測装置。 - 第1のセンサーと、
前記第1のセンサーが検出した情報を示す第1の検出情報を蓄積する情報蓄積部と
を備え、
前記算出部は、前記情報蓄積部が蓄積した前記第1の検出情報から、前記第1の発電量を算出する、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発電量予測装置。 - 前記第1のセンサーは、東向きに設置され、前記日の出の時間からの日射量又は発電量を検出する、請求項4に記載の発電量予測装置。
- 第2のセンサー
を備え、
前記情報蓄積部は、前記第2のセンサーが検出した情報を示す第2の検出情報を蓄積し、
前記算出部は、前記日の出の時間から第1の時間の時間の間での第2の発電量を算出する、請求項4又は請求項5に記載の発電量予測装置。 - 前記第2のセンサーは、南向きに設置され、前記日の出の時間からの日射量又は発電量を検出する、請求項6に記載の発電量予測装置。
- 発電量予測装置が実行する発電量予測方法であって、
日の出の時間から第1の時間の時間の間での第1の発電量と、第2の方位の第2の発電量とを算出するステップと、
前記算出するステップで算出した前記第1の発電量に基づいて、該日の出の時間から一日の総発電量である第1総発電量を予測し、前記第2の発電量に基づいて、前記日の出の時間から一日の総発電量である第2総発電量を予測するステップと、
前記予測するステップで予測した前記第1総発電量と、前記第2総発電量とに応じて、前記一日が晴天であるか否かを判定し、該晴天であるか否かの判定結果に応じて、制御対象機器を制御する制御信号を出力するステップと
を有する、発電量予測方法。
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