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技術 発電電力急減予兆検知装置、太陽光発電システム、発電電力急減予兆検知方法、及びプログラム

出願人 株式会社日立産業制御ソリューションズ
発明者 花岡駿介中尾隆司古川博基三沢博章
出願日 2014年3月7日 (7年0ヶ月経過) 出願番号 2014-045162
公開日 2015年9月28日 (5年6ヶ月経過) 公開番号 2015-171247
状態 特許登録済
技術分野 光起電力装置 交流の給配電 インバータ装置
主要キーワード 変化率閾値 予兆判定 予兆検知 高輝度画素数 ガスエンジン発電機 太陽光パネル リチウムイオン蓄電池 太陽光発電パネル
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

太陽光発電パネル発電電力急減予兆を適切に検知する発電電力急減予兆検知装置等を提供する。

解決手段

発電電力急減予兆検知装置5は、輝度値が所定の輝度閾値以上である画素個数高輝度画素数として計数する高輝度画素数計数部531と、高輝度画素数の時間的な変化率を算出する高輝度画素数変化率算出部532と、前記変化率が、高輝度画素数の増加を示す所定の変化率閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合、太陽光発電パネル1の発電電力の急減予兆ありと判定する急減予兆判定部533と、を備える。

概要

背景

近年、地球環境の保護やエネルギ資源の有効利用を目的として、太陽光発電システムの開発が進められている。太陽光発電システムは、太陽光発電パネルを用いて、太陽光光エネルギ電気エネルギに変換するシステムである。

ところで、太陽光発電パネルの発電電力は、日射量に依存するため天候に左右されやすい。太陽光発電パネルの発電電力が変動すると、この太陽光発電パネルと電気的に接続される電力系統にも影響が出る可能性がある。例えば、太陽光発電パネルの発電電力が急変した場合、電力系統を介して供給される電力周波数も変動し、電力供給不安定化を招くおそれがある。

なお、一地域に関する気象情報に基づいて、太陽光発電パネルの発電電力の変動を予測することも考えられる。しかしながら、例えば、気象情報で「晴れ」と観測されていても、一時的に太陽がに隠れるだけで太陽光発電パネルの発電電力が急減することがあり、このような変動を正確に予測することは困難である。

例えば、特許文献1には、太陽光パネルと、全天を撮像する全方位カメラと、全天の画像に基づき雲の分布及び動きを検出する画像処理部と、前記した雲の分布及び動きに基づいて太陽光パネルの発電電力を予測する電力予測処理部と、を備える太陽光発電システムについて記載されている。

概要

太陽光発電パネルの発電電力の急減予兆を適切に検知する発電電力急減予兆検知装置等を提供する。発電電力急減予兆検知装置5は、輝度値が所定の輝度閾値以上である画素個数高輝度画素数として計数する高輝度画素数計数部531と、高輝度画素数の時間的な変化率を算出する高輝度画素数変化率算出部532と、前記変化率が、高輝度画素数の増加を示す所定の変化率閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合、太陽光発電パネル1の発電電力の急減予兆ありと判定する急減予兆判定部533と、を備える。

目的

本発明は、太陽光発電パネルの発電電力の急減予兆を適切に検知する発電電力急減予兆検知装置等を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

太陽光発電パネル付近に設置されるとともに少なくとも太陽を撮像する撮像手段から時系列的に入力される空画像のうち、輝度値が所定の輝度閾値以上である画素個数高輝度画素数として計数する高輝度画素数計数部と、前記高輝度画素数計数部によって計数される前記高輝度画素数の時間的な変化率を算出する高輝度画素数変化率算出部と、前記高輝度画素数変化率算出部によって算出される前記変化率が、前記高輝度画素数の増加を示す所定の変化率閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合、前記太陽光発電パネルの発電電力急減予兆ありと判定する急減予兆判定部と、を備えることを特徴とする発電電力急減予兆検知装置

請求項2

請求項1に記載の発電電力急減予兆検知装置と、太陽光照射されることで発電する前記太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネル、電力系統、及び蓄電池電気的に接続される電力制御装置と、を備え、前記電力制御装置は、前記太陽光発電パネルの発電電力を前記電力系統に供給するとともに、前記急減予兆判定部によって前記急減予兆ありと判定された場合、前記蓄電池の放電電力を前記電力系統に供給することを特徴とする太陽光発電システム

請求項3

前記電力制御装置は、前記急減予兆判定部によって前記急減予兆ありと判定された場合、前記蓄電池の残量が大きいほど、前記蓄電池の放電電力を大きな値に設定することを特徴とする請求項2に記載の太陽光発電システム。

請求項4

太陽光発電パネル付近に設置されるとともに少なくとも太陽を撮像する撮像手段から時系列的に入力される空画像のうち、輝度値が所定の輝度閾値以上である画素の個数を高輝度画素数として計数する高輝度画素数計数処理と、前記高輝度画素数計数処理によって計数される前記高輝度画素数の時間的な変化率を算出する高輝度画素数変化率算出処理と、前記高輝度画素数変化率算出処理によって算出される前記変化率が、前記高輝度画素数の増加を示す所定の変化率閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合、前記太陽光発電パネルの発電電力の急減予兆ありと判定する急減予兆判定処理と、を含むことを特徴とする発電電力急減予兆検知方法。

請求項5

請求項4に記載の発電電力急減予兆検知方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム

技術分野

0001

本発明は、太陽光発電パネル発電電力急減予兆を検知する発電電力急減予兆検知装置等に関する。

背景技術

0002

近年、地球環境の保護やエネルギ資源の有効利用を目的として、太陽光発電システムの開発が進められている。太陽光発電システムは、太陽光発電パネルを用いて、太陽光光エネルギ電気エネルギに変換するシステムである。

0003

ところで、太陽光発電パネルの発電電力は、日射量に依存するため天候に左右されやすい。太陽光発電パネルの発電電力が変動すると、この太陽光発電パネルと電気的に接続される電力系統にも影響が出る可能性がある。例えば、太陽光発電パネルの発電電力が急変した場合、電力系統を介して供給される電力周波数も変動し、電力供給不安定化を招くおそれがある。

0004

なお、一地域に関する気象情報に基づいて、太陽光発電パネルの発電電力の変動を予測することも考えられる。しかしながら、例えば、気象情報で「晴れ」と観測されていても、一時的に太陽がに隠れるだけで太陽光発電パネルの発電電力が急減することがあり、このような変動を正確に予測することは困難である。

0005

例えば、特許文献1には、太陽光パネルと、全天を撮像する全方位カメラと、全天の画像に基づき雲の分布及び動きを検出する画像処理部と、前記した雲の分布及び動きに基づいて太陽光パネルの発電電力を予測する電力予測処理部と、を備える太陽光発電システムについて記載されている。

先行技術

0006

特開2007−184354号公報

発明が解決しようとする課題

0007

特許文献1に記載の技術では、画像処理部によって雲の分布及び動きを予測する際、画像中の明度に基づく領域分割や雲の移動ベクトルの算出等、非常に複雑な処理が行われる。したがって、画像処理部のプログラムを作成する際に多大な労力を費やしたり、画像処理部の処理負荷が大きくなったりするという問題がある。また、天候、季節地形等によって画像中の明度が異なるため、雲の分布及び動きを正確に予測できない可能性がある。

0008

なお、太陽光発電パネルの発電電力の急変のうち、特に、発電電力の急減の予兆を適切に検知することが強く求められている。蓄電池からの放電によって発電電力の減少分を補おうとしても、この放電を開始するタイミングが発電電力の急減に追い付かず、前記したように電力供給の不安定化を招くおそれがあるからである。

0009

そこで、本発明は、太陽光発電パネルの発電電力の急減予兆を適切に検知する発電電力急減予兆検知装置等を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0010

前記課題を解決するために、本発明は、高輝度画素数変化率が、高輝度画素数の増加を示す所定の変化率閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合、太陽光発電パネルの発電電力の急減予兆ありと判定することを特徴とする。
なお、詳細については、発明を実施するための形態において説明する。

発明の効果

0011

本発明によれば、太陽光発電パネルの発電電力の急減予兆を適切に検知する発電電力急減予兆検知装置等を提供できる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの構成図である。
(a)は画像生成装置によって生成される空画像の例を示す説明図であり、(b)は太陽光発電パネルの発電電力の変化を模式的に示すグラフであり、(c)は高輝度画素数の変化を模式的に示すグラフである。
発電電力急減予兆検知装置の演算処理部が実行する処理を示すフローチャートである。
(a)は高輝度画素数の変化を示すグラフであり、(b)は高輝度画素数の差分移動平均の変化を示すグラフであり、(c)は発電電力の変化を示すグラフである。
電力制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。

実施例

0013

≪実施形態≫
<太陽光発電システムの構成>
図1は、本実施形態に係る太陽光発電システムの構成図である。太陽光発電システムSは、太陽光発電パネル1によって太陽光の光エネルギを電気エネルギに変換し、この電気エネルギを電力制御装置2を介して電力系統Kに供給するシステムである。
図1に示すように、太陽光発電システムSは、太陽光発電パネル1と、電力制御装置2と、蓄電池3と、画像生成装置4と、発電電力急減予兆検知装置5と、を備えている。

0014

太陽光発電パネル1は、太陽光の光エネルギを電気エネルギに変換するものであり、複数の太陽電池セルを有している。なお、太陽光発電パネル1は、その向きが太陽に位置に関わらず固定されていてもよいし、太陽を追尾するように向きを調整するものであってもよい。

0015

電力制御装置2(パワーコンディショナ)は、太陽光発電パネル1の発電電力に応じて電力変換等を行うものであり、太陽光発電パネル1、蓄電池3、及び電力系統Kと電気的に接続されている。
電力制御装置2は、太陽光発電パネル1の発電電力(直流電力)を交流電力に変換し、この交流電力を電力系統Kに供給する機能を有している。また、電力制御装置2は、太陽光発電パネル1又は電力系統Kからの電力を蓄電池3に充電したり、蓄電池3からの放電電力を電力系統Kに供給したりする機能も有している。電力制御装置2は、ネットワークEを介して画像生成装置4及び発電電力急減予兆検知装置5に接続されている。

0016

蓄電池3は、直列又は直並列に接続された複数の電池セル(図示せず)を有し、電力制御装置2に接続されている。蓄電池3として、例えば、リチウムイオン蓄電池を用いることができる。
画像生成装置4は、少なくとも太陽を含む領域をカメラ41で撮像することで空画像を生成するものであり、カメラ41と、通信処理部42と、を有している。

0017

カメラ41(撮像手段)は、例えば、日の出から日没まで継続的に太陽を撮像できるように、比較的大きな画角広角レンズ(図示せず)を有している。なお、カメラ41として、全天方位カメラを用いてもよいし、太陽を追尾するように向きを自動調整するカメラを用いてもよい。
カメラ41は、太陽光発電パネル1の付近に設置されており、太陽を含む領域を所定周期で(例えば、5秒毎に)撮像する。そして、カメラ41は、撮像によって得られる空画像の情報を時系列的に通信処理部42に出力する。
通信処理部42は、カメラ41から入力される空画像の情報と、撮像時刻を示す時刻情報と、を対応付けた空画像情報を生成し、ネットワークEを介して発電電力急減予兆検知装置5に送信する。

0018

発電電力急減予兆検知装置5は、画像生成装置4から入力される空画像情報に基づき、近い将来(例えば、数秒後)、太陽光発電パネル1の発電電力が急減するか否かを検知するものである。発電電力急減予兆検知装置5は、例えばマイコン(Microcomputer:図示せず)であり、ROM(Read Only Memory)に記憶されたプログラムを読み出してRAM(Random Access Memory)に展開し、CPU(Central Processing Unit)が各種処理を実行するようになっている。
以下では、発電電力急減予兆検知装置5の各構成に関する説明に先立って、図2を参照しつつ、発電電力急減予兆検知装置5の機能について簡単に説明する。

0019

図2(a)は、画像生成装置によって生成される空画像の例を示す説明図であり、紙面左から時系列順で並んでいる。
図2(b)の縦軸は太陽光発電パネルの発電電力であり、図2(c)の縦軸は空画像の高輝度画素数である。なお、前記した「高輝度画素数」とは、空画像のうち輝度値が所定の輝度閾値以上である画素個数であり、空画像中の白く輝いている部分の面積を表している。

0020

時刻t1に撮像された空画像Q1(図2(a)参照)には、太陽hと、この太陽hを囲んで白く輝いている部分i(ハレーション)と、が写されている。符号h,iで示す領域の画素数が、前記した高輝度画素数に相当する(図2(c)参照)。この場合、太陽光発電パネル1に向けて太陽光が良好に照射されているため、時刻t1における発電電力は比較的高い値になっている(図2(b)参照)。

0021

時刻t2に撮像された空画像Q2には、太陽hと、この太陽hの近くに出現した雲jと、が写されている。この状態において太陽hと雲jとは比較的離れており、太陽光発電パネル1には太陽光が良好に照射されている。したがって、空画像Q2の撮像時である時刻t2の発電電力は、時刻t1からほとんど変化していない(図2(b)参照)。また、高輝度画素数(符号h,iの画素数)に関しても、時刻t1からほとんど変化していない(図2(c)参照)。

0022

時刻t3に撮像された空画像Q3(図2(a)参照)には、太陽hと、この太陽hに接近した雲jと、が写されている。このように雲jが太陽hに接近すると、太陽光が雲jに照射されて散乱するため、雲jの一部j1(太陽hに近い箇所)が白く輝いて見える。この場合、符号h,i、j1で示す領域の画素数が高輝度画素数になるため、時刻t2よりも高輝度画素数が増加する(図2(c)参照)。
なお、空画像Q3の状態でも太陽hは雲jに隠れていないため、太陽光発電パネル1の発電電力は、時刻t2からほとんど変化していない(図2(b)参照)。

0023

時刻t4に撮像された空画像Q4(図2(a)参照)には、太陽hと、この太陽hに非常に接近した雲jと、が写されている。これは、太陽hが雲jに隠れる直前の状態である。空画像Q4では、雲jのうち太陽光の照射によって散乱する部分j2の面積が、空画像Q3よりも増えている。つまり、高輝度画素数(符号h,i,j2の画素数)が、時刻t3よりも増加している(図2(c)参照)。
なお、空画像Q4の状態でも太陽hは雲jに隠れていないため、太陽光発電パネル1の発電電力は、時刻t3からほとんど変化していない(図2(b)参照)。

0024

時刻t5に撮像された空画像Q5(図2(a)参照)では、太陽hが雲jに隠れた状態になっている。したがって、高輝度画素数(符号iの画素数)は、空画像Q4の場合と比較して大幅に減少する(図2(c)参照)。つまり、図2(c)に示す高輝度画素数は、雲jが太陽hに近づく過程で増加し(時刻t2〜t4)、太陽hが雲jに隠れる直前でピークに達し(時刻t4)、その後、太陽hが雲jに隠れることで急減する(時刻t4〜t5)。
また、空画像Q5に示すように太陽hが雲jに隠れることで、太陽光発電パネル1への太陽光の照射量が急減する。その結果、太陽光発電パネル1の発電電力も急減する(図2(b)の時刻t4〜t5)。

0025

このように、太陽光発電パネル1の発電電力が急減する前に、太陽hに接近した雲jに太陽光が照射されて散乱することで、空画像の高輝度画素数が増加する。図1に示す発電電力急減予兆検知装置5は、空画像中の高輝度画素数の増加を(図2(c)の時刻t2〜t4)、太陽光発電パネル1の発電電力が急減(図2(b)の時刻t4〜t5)する際の予兆として利用するものである。

0026

次に、図1に戻って発電電力急減予兆検知装置5の構成について説明する。図1に示すように、発電電力急減予兆検知装置5は、通信処理部51と、記憶部52と、演算処理部53と、を備えている。
通信処理部51は、画像生成装置4から送信される空画像情報を受信するものであり、ネットワークEを介して電力制御装置2及び画像生成装置4に接続されている。
記憶部52には、演算処理部53を動作させるためのプログラムや、通信処理部51によって受信した空画像情報、各空画像の高輝度画素数に関する情報等が格納される。

0027

演算処理部53は、通信処理部51を介して入力される空画像情報に基づく演算処理を行うものであり、高輝度画素数計数部531と、高輝度画素数変化率算出部532と、急減予兆判定部533と、を有している。
高輝度画素数計数部531は、画像生成装置4から取得した空画像情報に関して、空画像の高輝度画素数Ptを計数する機能を有している。前記したように、高輝度画素数Ptとは、輝度値が所定の輝度閾値以上である画素の個数を意味している(添え字の「t」は空画像の撮像時刻を表している)。この輝度閾値は、雲j(図2(a)参照)のうち太陽光が散乱している部分と、それ以外の部分と、を区別できるように予め設定されている。なお、赤、緑、青の三原色全ての輝度値が所定値以上である画素を高輝度画素としてもよい。

0028

高輝度画素数変化率算出部532は、高輝度画素数に関して時間的な変化率を算出する機能を有し、差分算出部532aと、差分移動平均算出部532bと、を備えている。
差分算出部532aは、空画像の高輝度画素数Ptと、1フレーム前の空画像の高輝度画素数Pt-1と、の差分PDt=Pt−Pt-1を算出する。この差分PDtは、空画像のうち白く輝いている部分の面積の変化量に相当する。

0029

差分移動平均算出部532bは、差分算出部532aによって算出される高輝度画素数の差分PDt(=Pt−Pt-1)に関して、1フレーム分の差分移動平均MAt(高輝度画素数の時間的な変化率)を算出する。本実施形態では、差分移動平均MAt=(PDt+PDt-1)÷2とし、時間的に隣り合う差分PDt-1及び差分PDtの平均値を差分移動平均MAtとした。このように差分移動平均MAtを算出することによって、高輝度画素数を時間的に平滑化してノイズを除去し、後記する急減予兆判定部533の誤判定を防止できる。

0030

急減予兆判定部533は、差分移動平均算出部532bによって算出される差分移動平均MAtが、所定の変化率閾値MA1(>0)以上であるか否かを判定する。この変化率閾値MA1は、雲jのうち太陽光が散乱している部分の面積が所定速度以上で増加しているか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。

0031

差分移動平均MAtが変化率閾値MA1以上である状態が所定時間Δtα以上継続した場合、急減予兆判定部533は、太陽光発電パネル1の「発電電力の急減予兆あり」と判定する。前記した所定時間Δtαは、接近しつつある雲jによって太陽hが隠されるか否かの判定基準となる閾値であり、予め設定されている。
急減予兆判定部533は、太陽光発電パネル1の発電電力の急減予兆に関する判定結果を通信処理部51に出力する。この判定結果は、通信処理部51によって、ネットワークEを介して電力制御装置2に送信される。

0032

<太陽光発電システムの動作>
次に、太陽電池システムの動作として、図3図4を用いて発電電力急減予兆検知装置5の動作を説明した後、図5を用いて電力制御装置2の動作を説明する。

0033

(発電電力急減予兆検知装置の動作)
図3は、発電電力急減予兆検知装置の演算処理部が実行する処理を示すフローチャートである。なお、「START」時には、太陽h(図2参照)が雲jに隠れておらず、太陽光発電パネル1に太陽光が良好に照射されているものとする。
テップS101において演算処理部53は、n=0に設定する。なお、値nは、ステップS106で差分移動平均MAtが変化率閾値MA1以上であった場合にインクリメントされる整数である(S107)。

0034

ステップS102において演算処理部53は、画像生成装置4から空画像情報を取得したか否かを判定する。前記したように画像生成装置4からは、ネットワークEを介して時系列的に空画像情報が送信される。画像生成装置4から空画像情報を取得した場合(S102→Yes)、演算処理部53の処理はステップS103に進む。一方、画像生成装置4から空画像を取得していない場合(S102→No)、演算処理部53はステップS102の処理を繰り返す。

0035

ステップS103において演算処理部53は、高輝度画素数計数部531によって、ステップS102で取得した空画像について高輝度画素数Ptを計数する(高輝度画素数計数処理)。演算処理部53は、計数した高輝度画素数Ptを、撮像時の時刻情報に対応付けて記憶部52に格納する。
ステップS104において演算処理部53は、差分算出部532aによって、1フレーム前の(例えば、5秒前に撮像された)空画像の高輝度画素数Pt-1と、今回取得した空画像の高輝度画素数Ptと、の差分PDt(=Pt−Pt-1)を算出する。

0036

ステップS105において演算処理部53は、差分移動平均算出部532bによって、高輝度画素数の時間的な変化率を表す差分移動平均MAtを算出する(高輝度画素数変化率算出処理)。つまり、演算処理部53は、時間的に隣り合う差分PDt-1及び差分PDtの平均値(PDt+PDt-1)÷2を算出し、その値を差分移動平均MAtとする
ステップS106において演算処理部53は、急減予兆判定部533によって、ステップS105で算出した差分移動平均MAtが所定の変化率閾値MA1(>0)以上であるか否かを判定する。つまり、演算処理部53は、空画像中の白く輝いている部分の面積が所定速度以上で増加しているか否かを判定する。

0037

差分移動平均MAtが変化率閾値MA1以上である場合(S106→Yes)、演算処理部53の処理はステップS107に進む。
ステップS107において演算処理部53は、値nをインクリメントする。
ステップS108において演算処理部53は、値nが閾値Nに達したか否かを判定する。つまり、演算処理部53は、高輝度画素数の変化率が変化率閾値MA1以上である状態が、所定時間Δtα以上継続したか否かを判定する(急減予兆判定処理)。ここで、所定時間Δtαは、空画像の撮像周期Δt(図2参照)を用いて、Δtα=Δt×Nで表される。

0038

値nが閾値Nに達した場合(S108→Yes)、演算処理部53の処理はステップS109に進む。この場合、空画像の高輝度画素数が継続的に増加しており、雲jが太陽hに接近しつつあるといえる。ステップS109において演算処理部53は、急減予兆判定部533によって、太陽光発電パネル1の「発電電力の急減予兆あり」と判定する。
一方、値nが閾値Nに達していない場合(S108→No)、演算処理部53の処理はステップS102に戻る。

0039

また、ステップS106で差分移動平均MAtが変化率閾値MA1未満である場合(S106→No)、演算処理部53の処理はステップS110に進む。
ステップS110において演算処理部53は、値nを0にリセットする。つまり、演算処理部53は、差分移動平均MAtが変化率閾値MA1以上である状態の継続時間(=Δt×n)をゼロに戻す。

0040

ステップS111において演算処理部53は、急減予兆判定部533によって、太陽光発電パネル1の「発電電力の急減予兆なし」と判定する。
ステップS112において演算処理部53は、通信処理部51を介して、ステップS109又はステップS110の判定結果を電力制御装置2に送信する。ステップS112の処理を行った後、演算処理部53の処理は「START」に戻る(RETURN)。

0041

次に、高輝度画素数、差分移動平均、及び発電電力の変化と、演算処理部53の動作と、の関係について、図4を用いて説明する。
図4(a)は、高輝度画素数の変化を示すグラフである。図4(a)に示す期間Aでは太陽hが雲jから離れており、期間Bでは太陽hが雲jに接近し、期間Cでは太陽hが雲jに隠され、期間Dでは太陽hが雲jから出現した後、この雲jが太陽hから離れていっている。
なお、図2(a)に示す各空画像のうち、空画像Q1,Q2は期間Aに、空画像Q3,Q4は期間Bに、空画像Q5は期間Cの初期に対応している。

0042

図4(a)に示す期間Bでは太陽hに雲jが接近しつつあるため(図2(a)の空画像Q3,Q4)、太陽光の散乱によって高輝度画素数が増加している。
図4(b)は、高輝度画素数の差分移動平均の変化を示すグラフである。前記したように、期間Bでは高輝度画素数が増加しているため、その時間的な変化率である差分移動平均は正の値になる。図4(b)に示す例では、時刻t12〜t14の間、高輝度画素数の差分移動平均が、前記した変化率閾値MA1以上になっている(S106→Yes)。つまり、時刻t12〜t14に亘って、空画像中の白く輝いている部分の面積が継続的に増加している(雲jが太陽hに接近している)。

0043

また、図4(b)の期間Bでは、差分移動平均が変化率閾値MA1以上である状態が、時刻t12から所定時間Δtα以上継続している(S108→Yes)。したがって、時刻t12から所定時間Δtα後である時刻t13に、急減予兆判定部533によって「発電電力の急減予兆あり」と判定される(S109)。

0044

なお、期間Cでは太陽hが雲jに隠されるため(図2(a)の空画像Q5を参照)、高輝度画素数は急減した後に略一定となり(図4(a)参照)、その変化率である差分移動平均は負の値になった後に略ゼロとなる(図4(b)参照)。また、期間Cにおいて太陽光発電パネル1への日射量が急減するため、その発電電力も急減する(図4(c)参照)。

0045

また、期間Dでは、雲jから太陽hが出た直後に高輝度画素数が急増し(図4(a)参照)、その変化率である差分移動平均も瞬間的に大きな値となる(図4(b)参照)。
しかしながら、前記したように、高輝度画素数がピークに達するのは太陽hが雲jに最も近接しているときであり、その後、太陽hから雲jが離れるにつれて散乱の程度が小さくなる(高輝度画素数はすぐに減少に転じる)。すなわち、期間Dにおいて差分移動平均が変化率閾値MA1以上となる継続時間は、所定時間Δtαよりも短い(S108→No)。したがって、この場合には、急減予兆判定部533によって「発電電力の急減予兆なし」と判定される(S111)。

0046

(電力制御装置の動作)
図5は、電力制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。
ステップS201において電力制御装置2は、発電電力急減予兆検知装置5から「発電電力の急減予兆あり」の信号を受信したか否かを判定する。「発電電力の急減予兆あり」の信号を受信していない場合(S201→No)、電力制御装置2の処理はステップS202に進む。

0047

ステップS202において電力制御装置2は、通常制御を実行する。つまり、電力制御装置2は、太陽光発電パネル1の発電電力(直流電力)を交流電力に変換し、この交流電力を電力系統Kに供給する。その他、電力制御装置2は、太陽光発電パネル1の発電電力の余剰分を蓄電池3に充電したり、所定時刻(例えば、夜間)に電力系統Kからの電力を蓄電池3に充電したりする。ステップS202の処理を実行した後、電力制御装置2の処理は「START」に戻る(RETURN)。

0048

ステップS201において発電電力急減予兆検知装置5から「発電電力の急減予兆あり」の信号を受信した場合(S201→Yes)、電力制御装置2の処理はステップS202に進む。
ステップS203において電力制御装置2は、蓄電池3の残量を取得する。蓄電池3の残量は、例えば、電圧センサ(図示せず)から入力される蓄電池3の端子電圧に基づいて算出される。
ステップS204において電力制御装置2は、蓄電池3の残量に応じて、電力系統Kへの放電電力を設定する。つまり、電力制御装置2は、蓄電池3の残量が大きいほど、電力系統Kへの放電電力を大きい値に設定する。これによって、太陽光発電パネル1の発電電力の減少分を蓄電池3からの放電で補いつつ、その後も発電電力の急減に応じて蓄電池3を適宜放電させることができる。
なお、1日のうち太陽hが雲jに隠れる頻度を考慮し、次回の充電時までに太陽光発電パネル1の発電電力の減少分を補えるように、蓄電池3の放電電力を設定することが好ましい。

0049

ステップS205において電力制御装置2は、ステップS204で設定した放電電力に基づいて、蓄電池3を放電させる。図4(c)に示す例では、急減予兆判定部533によって「発電電力の急減予兆あり」と判定された時刻t13の直後に、電力制御装置2が蓄電池3の放電を開始している。
蓄電池3からの放電電力(直流電力)は電力制御装置2によって交流電力に変換され、この交流電力が電力系統Kに供給される。これによって、太陽光発電パネル1の発電電力の減少分を、蓄電池3からの放電電力で補うことができる(図4(c)の期間C:破線を参照)。
なお、図5では省略したが、雲jから太陽hが出ることで太陽光発電パネル1の発電電力が回復した場合、電力制御装置2は蓄電池3の放電を停止する。

0050

<効果>
本実施形態によれば、雲jが太陽hに接近したときに太陽光が雲jに照射されて散乱する現象(つまり、空画像中の高輝度画素数が増加する現象)を利用することで、太陽光発電パネル1の発電電力の急減予兆を適切に検知できる。つまり、特許文献1のような複雑な画像処理を行うことなく、閾値との比較(S106、S108)等の単純な処理で発電電力の急減予兆を検知できる。

0051

また、図4(b)に示すように、急減予兆判定部533によって「発電電力の急減予兆あり」と判定されるのは、太陽hが雲jに隠れる時刻t14よりも前の時刻t13である。このように、実際に太陽hが雲jに隠れるよりも前に太陽光発電パネル1の発電電力の急減予兆を検知し、その直後に電力制御装置2によって蓄電池3の放電が開始される。このように適切なタイミングで蓄電池3の放電が開始されるため、太陽光発電パネル1の発電電力の減少分を蓄電池3からの放電電力で補うことができる。したがって、電力系統Kに対して電力を安定供給することができ、ひいては電力系統Kの周波数変動を抑制できる。

0052

また、発電電力の急減予兆の検知に用いられる所定時間Δtα(S108の閾値Nに対応:図4参照)を適宜設定することで、太陽光発電パネル1の発電電力が急減する場合と、それ以外の場合と、を適切に区別できる。雲jが太陽hに接近する際には太陽光が雲jに照射されて散乱するため、高輝度画素数が継続的に上昇するからである(図4(a)、(b)の期間Bを参照)。

0053

また、発電電力急減予兆検知装置5から「発電電力の急減予兆あり」の信号を受信した場合、電力制御装置2は、蓄電池3の残量が大きいほど電力系統Kへの放電電力を大きい値に設定する。これによって、太陽光発電パネル1の発電電力の急減の影響を緩和しつつ、蓄電池3の残量が比較的少ない場合には放電電力を抑えることで、その後も発電電力の急減に応じて蓄電池3を適宜放電させることができる。

0054

≪変形例≫
以上、本発明に係る太陽光発電システムS等について前記実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記実施形態では、発電電力の急減予兆の検知に用いられる所定時間Δtαが一定である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、太陽光発電パネル1の上空風速に関する気象情報を通信処理部51を介して取得し、この風速に基づいて演算処理部53が所定時間Δtαを設定するようにしてもよい。つまり、演算処理部53は、風速が速くなるほど所定時間Δtαを短く設定する。これによって、例えば、風が強いため雲jが太陽hに接近するスピードが速い場合でも、発電電力の急減予兆を正確に検知できる。

0055

また、前記実施形態では、発電電力急減予兆検知装置5が、高輝度画素数の差分PDn-1,PDnの平均値(PDn+PDn-1)÷2を算出する差分移動平均算出部532bを備える場合について説明したが、これに限らない。すなわち、差分移動平均算出部532bを省略し、空画像の撮像周期Δtを比較的長くして、この撮像周期Δtにおける高輝度画素数の差分PDnを「高輝度画素数の時間的な変化率」とみなしてもよい。

0056

また、前記実施形態では、発電電力急減予兆検知装置5から「発電電力の急減予兆あり」の信号を受信した場合、電力制御装置2が、蓄電池3の残量に応じて放電電力を設定する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、蓄電池3の放電電力を固定値としてもよい。
また、図1に示す蓄電池3に代えて、電力制御装置2に接続される発電装置(例えば、ガスエンジン発電機)を備える構成にしてもよい。この場合、電力制御装置2は、発電電力急減予兆検知装置5から「発電電力の急減予兆あり」の信号を受信したとき、前記した発電装置を駆動する。この発電装置の発電電力が電力系統Kに供給されることで、太陽光発電パネル1の発電電力の減少分を補うことができる。

0057

また、図1に示す各構成は、それらの一部又は全部を、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、前記の各構成は、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してもよい。各機能を実現するプログラム、テープ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、又は、ICカードSDカード、DVD等の記録媒体に格納することができる。
なお、前記した機能には、発電電力急減予兆検知装置5が実行する高輝度画素数計数処理(S103)、高輝度画素数変化率算出処理(S104,S105)、及び急減予兆判定処理(S106〜S109)が含まれる。

0058

また、図1に示す制御線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。

0059

S太陽光発電システム
1太陽光発電パネル
2電力制御装置
3蓄電池
4画像生成装置
5発電電力急減予兆検知装置
41カメラ(撮像手段)
42通信処理部
51 通信処理部
52 記憶部
53演算処理部
531高輝度画素数計数部
532 高輝度画素数変化率算出部
532a差分算出部
532b 差分移動平均算出部
533 急減予兆判定部
K電力系統
h 太陽
j 雲

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