JP2007184354A - Solar photovoltaic power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、観測する上空の雲の動きに基づいて将来の雲の分布を予測してそれに基づいて太陽光発電電力を予測する太陽光発電システムに関するものである。 The present invention relates to a photovoltaic power generation system that predicts future cloud distribution based on the movement of clouds in the sky to be observed and predicts photovoltaic power generation based on the predicted cloud distribution.
従来の太陽光発電システムは、連系された系統に、天候条件によって変動する発電量をそのまま出力するため、太陽光発電システムの規模が大きくなると、発電電力変動に伴い周波数が大きく変動する、または電圧が大きく変動するという問題がある。
また、小規模マイクログリッド等の地域内でエネルギーの自給自足を行う分散型電源システムにおいては、太陽光発電システムの発電電力変動によって、システム全体の周波数変動許容値や電圧変動許容値等の電力品質を満足できないという問題がある。
そこで、この電力品質の問題を解決するために、電力平準化用の二次電池を設置する、または電圧変動抑制用のSVCなどを設置しても、その設備容量が大きくなるという問題がある。
また、雲の動きを画像としてとらえて太陽光発電電力を予測しようとする提案がある。この提案されているシステムでは、常に太陽の方向を向くように設定された赤道儀に中央をマスクしたカラーCCDカメラを設置し、太陽を自動的に追尾させ、得られた画像を解析して雲の移動ベクトルを求めて雲が太陽の位置に到達する時刻を求め、太陽光発電システムの発電電力を予測している(例えば、非特許文献1参照)。
The conventional photovoltaic power generation system outputs the power generation amount that fluctuates depending on the weather conditions to the interconnected system as it is, so when the size of the photovoltaic power generation system increases, the frequency greatly fluctuates with the generated power fluctuation, or There is a problem that the voltage fluctuates greatly.
Also, in distributed power supply systems that self-sufficiency energy in regions such as small microgrids, power quality such as frequency fluctuation tolerance and voltage fluctuation tolerance of the entire system due to fluctuations in the power generation of the photovoltaic power generation system There is a problem that can not be satisfied.
Therefore, in order to solve this problem of power quality, there is a problem that even if a secondary battery for power leveling is installed or an SVC for suppressing voltage fluctuation is installed, the equipment capacity becomes large.
There is also a proposal for predicting photovoltaic power generation by capturing the movement of clouds as an image. In this proposed system, a color CCD camera masked at the center is installed on an equatorial mount that is set to always face the sun, the sun is automatically tracked, and the resulting image is analyzed to analyze the cloud. The movement time of the cloud is calculated to determine the time when the cloud reaches the position of the sun, and the generated power of the photovoltaic power generation system is predicted (see, for example, Non-Patent Document 1).
しかし、この提案のシステムでは、カメラを正確に太陽に追従させる回転式システムが必要であるだけでなく、マスクにより太陽近辺の画像が得られないため至近の発電電力を予測することができないし、直到光とともに太陽光発電システムに与える影響の大きな間接光の影響を考慮できないという問題がある。
また、太陽から遠い方位にある雲を認識できないため、短時間の予測しかできないという問題がある。
However, this proposed system not only requires a rotating system that causes the camera to follow the sun accurately, but it cannot predict the power generated in the vicinity because an image of the vicinity of the sun cannot be obtained with a mask. There is a problem that the influence of indirect light which has a great influence on the photovoltaic power generation system together with direct light cannot be considered.
In addition, there is a problem that only a short time prediction is possible because clouds in a direction far from the sun cannot be recognized.
この発明の目的は、太陽光発電に影響する雲を全天に亘って観察でき、予測する時点の雲の分布を正確に予測して発電電力の変動を予測する太陽光発電システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a solar power generation system that can observe clouds that affect solar power generation over the entire sky, accurately predict the cloud distribution at the time of prediction, and predict fluctuations in generated power. It is.
この発明に係わる太陽光発電システムは、太陽光を受光して発電する太陽光パネルと、上記太陽光パネルが設置されている地点の全天を画像として撮像する360度全方位カメラと、上記全天の画像から雲の分布と雲の動きとを検出する画像処理部と、上記雲の分布と雲の動きとに基づいて所定の未来の時点での雲の分布を予測し、該予測した雲の分布に基づいて上記未来の時点での上記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。 A solar power generation system according to the present invention includes a solar panel that receives sunlight to generate power, a 360-degree omnidirectional camera that captures an image of the entire sky at a location where the solar panel is installed, An image processing unit that detects a cloud distribution and a cloud movement from a sky image, and predicts a cloud distribution at a predetermined future time point based on the cloud distribution and the cloud movement, and the predicted cloud A power prediction processing unit that predicts the generated power of the solar panel at the future time point based on the distribution of
この発明に係わる太陽光発電システムの効果は、太陽光パネルの上空全天の画像を撮像する360度全方位カメラを備え、至近の発電に影響を与える太陽の周囲の雲や、将来の発電に影響を与える可能性のある雲も判別することができるので、例えば、ある地域内でのエネルギーの自給自足を目指すマイクログリッドのようなシステムにおいては、需給バランスをよりとりやすくなり、この結果、マイクログリッド内の周波数精度を向上できる。 The effect of the photovoltaic power generation system according to the present invention is that it has a 360-degree omnidirectional camera that captures an image of the entire sky above the solar panel, and can be used for clouds around the sun that affect the nearest power generation and future power generation. Clouds that may have an impact can also be identified. For example, in a system such as a microgrid aiming at self-sufficiency of energy in a certain area, it becomes easier to balance the supply and demand. The frequency accuracy in the grid can be improved.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係わる太陽光発電システムの構成図である。
この発明の実施の形態1に係わる太陽光発電システム1は、太陽8からの太陽光を受光して発電する太陽光パネル10、太陽光パネル10が発電する電力を系統5に送電するパワーコンディショナー11、太陽光パネル10が設置されている地点の上空の様子を全天に亘って撮像する360度全方位カメラ12、360度全方位カメラ12から送信される全天画像から雲9の識別処理を行う画像処理部6、画像処理部6の処理結果に基づき太陽光パネル10の将来の時点での太陽光発電電力を予測する電力予測処理部7、雲9の分布と太陽光パネル10の発電電力とが関連付けられて登録されるデータベース4を備える。図1に描く雲9は、太陽8を遮るように移動する。
なお、画像処理部6、電力予測処理部7およびデータベース4は、CPU、ROM、RAM、インターフェース回路を備えるコンピュータから構成されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to
A solar
The image processing unit 6, the power
以下の説明において天頂から地平線に亘る全天の位置を地平座標系により表現する。地平座標系の高度は、地平線方向を0度、天頂方向を+90度とする。また、地平座標系の西回りに測った方位角は、南を0度、西を90度、北を180度、東を270度とする。
そして、全天の画像を、例えば高度5度、方位角10度により囲まれた部分を領域として、以下の処理の処理単位として用いる。全天の画像は、格子状に配列されるパターンとして図示される。
In the following description, the position of the whole sky from the zenith to the horizon is expressed by the horizon coordinate system. The altitude of the horizon coordinate system is 0 degree in the horizon direction and +90 degrees in the zenith direction. Also, the azimuth angles measured westward of the horizon coordinate system are 0 degrees south, 90 degrees west, 180 degrees north, and 270 degrees east.
Then, the whole sky image is used as a processing unit of the following processing, for example, with a portion surrounded by an altitude of 5 degrees and an azimuth angle of 10 degrees. The whole sky image is illustrated as a pattern arranged in a grid pattern.
次に、実施の形態1に係わる太陽光発電システム1の動作について説明する。
360度全方位カメラ12は、太陽光パネル10が設置されている地点の全天を天頂から地平線に亘る画像として1つのフレームで撮像する。この360度全方位カメラ12は、図示しないレンズの組合せにより、地平線から天頂に亘る360度の天空をひずみ無く撮影できるカメラであり、太陽8を追尾しなくても、太陽8および天空に雲9があれば雲9としての画像を撮像することができる。
また、360度全方位カメラ12は、赤外線透過フィルタ13が装着されているので、撮像される画像は色彩情報を失い明度の高低情報だけとなる。
Next, the operation of the photovoltaic
The 360-degree
In addition, since the 360-degree
太陽光発電システム1の発電電力予測には、太陽8の周辺の雲9の動きが最も重要であるが、太陽8の周辺の画像は、ハレーションが発生しやすく、これを解決する方法が重要である。従来では、太陽8に向かう部分にマスクをし、太陽8を追尾することで、常にマスクが太陽8と重なるようにしている。
The movement of the
実施の形態1に係わる太陽光発電システム1では、赤外線透過フィルタ13を360度全方位カメラ12に装着し、可視光線を遮り赤外線のみをとらえることにより、太陽8を視野にとらえながら360度全方位カメラ12に発生するハレーションを防止することで、太陽8の周辺の雲9がハレーションで見えなくなることを避けている。
これにより、画像処理のために絞りを固定しておけるので、全天が曇りのときでも雲9の形状が識別できる程度に調整することができる。また、完全にハレーションが防止できない場合は、画像処理部6および電力予測処理部7にて補完処理を行う。この天空の画像撮影は連続的に行い、画像処理部6に入力される。
In the photovoltaic
As a result, the diaphragm can be fixed for image processing, so that the shape of the
図2は、実施の形態1に係わる画像処理部6で実行する画像処理ルーチンに関するフローチャートである。図3は、画像の領域の明度の高低に基づいて空、雲9、ハレーションを分離する処理を説明するための図である。図4は、雲9に分離された領域を曇9の塊としてまとめるラベリング処理を説明するための図である。図5は、雲9の塊の移動ベクトルを記入した画像である。
次に、実施の形態1に係わる画像処理部6で実行する画像処理ルーチンについて図2、3、4、5を参照して説明する。
ステップS1において、360度全方位カメラ12により撮像された全天画像を取り込み周期ΔT1で取り込み、格子状の複数の領域に全天画像を区分けする。なお、以下の説明において使用する領域の明度は、領域の平均値を意味するがこれに限るものではない。。
ステップS2において、取り込んだ全天画像を、領域毎に空、薄い雲9、厚い雲9またはハレーションの分離処理を行う。空、薄い雲9、厚い雲9またはハレーションの分離処理は、図3に示すように、領域の明度の高低情報を用いて行う。
FIG. 2 is a flowchart relating to an image processing routine executed by the image processing unit 6 according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram for explaining a process of separating the sky, the
Next, an image processing routine executed by the image processing unit 6 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
In step S1, the uptake in the period [Delta] T 1 takes in the whole sky image captured by the 360-degree
In step S2, the sky,
赤外線画像では空は明度が低く、雲9は明度が高くなるので、雲9と空とを分離することができる。また、厚い雲9は明度が低く、薄い雲9は明度が高くなるので、厚い雲9と薄い雲9とを分離することができる。また、明度が閾値以上に高い場合はハレーションであるとして分離することができる。
そこで、明度の高低に係わる3つの第1から第3の明度閾値を予め定め、画像の領域毎の明度の高低をこの3つの閾値と比較することにより、ハレーション、薄い雲9、厚い雲9または空の4つに分離することができる。このようにして、全天画像の各領域に対して空、厚い雲9、薄い雲9またはハレーションを指定することができる。
In the infrared image, since the sky has low brightness and the
Therefore, three first to third lightness thresholds relating to the lightness level are determined in advance, and by comparing the lightness level for each region of the image with these three thresholds, halation,
ステップS3において、図4に示すように、雲9として指定された領域に隣接する領域のうち雲9として指定された領域を雲9の塊としてまとめて行くラベリング処理を行う。図4には、領域内に符号1または2が記入されている第1の雲9の塊と第2の雲9の塊が図示されている。
In step S3, as shown in FIG. 4, a labeling process is performed in which the area designated as the
ステップS4において、雲9の移動ベクトルを検出周期ΔT2で検出する。
雲9と指定された領域について、現在の画像と1つ取り込み周期ΔT1前の画像とを用いて例えば、オプティカルフロー法を用いて移動ベクトルの速度と方向とを検出する。
図5には、第1の雲9の塊と第2の雲9の塊に関する領域に対して検出された移動ベクトルが図示されている。
ステップS5において、ステップS2、3、4における処理で得られた各領域の雲9、空またはハレーションに関する分離情報、雲9として指定された領域に対するラベリング情報および雲9として指定された領域に対する移動ベクトル情報を電力予測処理部7に対して出力する。
In step S4, it detects the
For the area designated as
FIG. 5 shows the motion vectors detected for the area related to the
In step S5, the
図6は、実施の形態1に係わる予測処理部7で実行する発電出力予測ルーチンのフローチャートである。図7は、雲の分布と発電電力を登録することを説明するための図である。図8は、将来の雲の分布を予測することを説明するための図である。図9は、将来の雲の分布から発電電力を予測することを説明するための図である。
次に、実施の形態1に係わる予測処理部7で実行する発電出力予測ルーチンについて図6、7、8、9を参照して説明する。
ステップS11において、検出周期ΔT2で各領域の雲9、空またはハレーションに関する分離情報、雲9として指定された領域に対するラベリング情報および雲9として指定された領域に対する移動ベクトル情報とパワーコンディショナー11の電力値が入力される。
ステップS12において、検出周期ΔT2で入力される画像処理部6からの出力情報およびパワーコンディショナー11の電力値に関する計測情報に基づいて、雲9の分布情報と太陽光発電電力とを関連付けてデータベース4に登録する。
雲9の分布情報と太陽光発電電力とを関連付けてデータベース4に登録するときには、図7に示すように、太陽8が現在位置している領域からなるドメイン31、太陽8が現在位置している領域に隣接する周辺ドメイン32および全天ドメイン33に分けて行う。太陽が現在位置している領域は、日時から計算により正確に求めることができる。そして、それぞれのドメインにおける雲9の占める割合および雲9の平均濃度、例えば、春夏秋冬の4季節からなる季節、例えば1時間おきの時間に対する太陽光発電電力を定格に対する割合として登録する。
なお、画像処理部6でハレーションと判定された領域については、1つ検出周期ΔT2前のステップS13で得られた検出周期ΔT2先の同領域の雲9の分布予測情報を用いて補完する。
また、割合については例えば10%刻みでの度数分布として登録を行う。
FIG. 6 is a flowchart of a power generation output prediction routine executed by the
Next, the power generation output prediction routine executed by the
In step S11, the
In step S12, the distribution information of the
When the distribution information of the
Note that the region determined to be halation by the image processing unit 6 is complemented using the distribution prediction information of the
The ratio is registered as a frequency distribution in increments of 10%, for example.
ステップS13において、現在の雲9の分布情報と移動ベクトル情報とに基づき予測周期ΔT3先の時点での雲9の分布を予測する。予測周期ΔT3は、現時点から予測する時点までの時間であり、例えば10秒先から30分先までの予め定められた時間である。
雲9の分布情報と雲9の移動ベクトル情報から、図8に示すように、予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布を予測する。また、雲9のラベリング情報を用いて、雲9の塊毎に予測処理を実施する。このようにして、予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布が計算される。
In step S13, to predict the distribution of
The distribution information and the moving
ステップS14において、予測周期ΔT3先の時点の太陽光発電電力の予測を行う。すなわち、ステップS13で得られた予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布情報とステップS12でデータベース4に登録されている雲9の分布と太陽光発電電力とのデータを検索して、図9に示すように、予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布に一致する登録されている雲9の分布に関連する太陽光発電電力を読み出し、その値を太陽光発電電力の予測値とする。このとき、完全に一致する雲9の分布がデータベース4に登録されていないときには、例えばある条件(全天の雲9の平均濃淡情報)を緩めるとか、不使用とするなどにより、類似する条件の実績データを用いる。
また、同じ条件において太陽光発電電力の実績値がばらついている場合は、その単純平均値や重み付け平均値を用いる。
In step S14, it performs prediction of the photovoltaic power point in the estimated cycle [Delta] T 3 destination. That is, by searching the data of the distribution and
Moreover, when the actual value of photovoltaic power generation varies on the same conditions, the simple average value and the weighted average value are used.
このような太陽光発電システム1は、太陽光パネル10の上空全天の画像を撮像する360度全方位カメラ12を備え、直ぐ発電に影響を与える太陽の周囲の雲9や、将来の発電に影響を与える可能性のある雲9も判別することができるので、例えば、ある地域内でのエネルギーの自給自足を目指すマイクログリッドのようなシステムにおいては、需給バランスをよりとりやすくなり、この結果、マイクログリッド内の周波数精度を向上できる。
また、360度全方位カメラ12に駆動部を設けて太陽8を追尾させる必要がないため、安価で信頼性を高めることができる。
また、マイクログリッド内で二次電池を使用している場合には、その二次電池を他の電源によって充電する際に、今後の太陽光発電システムによる発電量が予測できる分、過不足なく充電量を決定でき、二次電池の充放電効率を向上できる。
また、二次電池容量については、太陽光発電出力を予測しない場合に比較し、計画の裕度を低減することが可能であり、その設置容量低減を図れる。
Such a solar
In addition, since it is not necessary to provide a driving unit to the 360-degree
In addition, when a secondary battery is used in the microgrid, when the secondary battery is charged by another power source, the power generation amount by the future solar power generation system can be predicted and charged without excess or deficiency. The amount can be determined, and the charge / discharge efficiency of the secondary battery can be improved.
In addition, regarding the secondary battery capacity, it is possible to reduce the margin of the plan as compared with the case where the photovoltaic power generation output is not predicted, and the installation capacity can be reduced.
なお、実施の形態1において、太陽光発電電力を登録するとき定格に対する割合として登録しているが、電力の値そのものを登録してもよい。
また、実施の形態1において、地平座標系を用いて画像を区分けしたが、XY座標系に変換した上で行ってもよい。XY座標系に変換するときには雲9の高度hが必要となるが、太陽光パネル10と360度全方位カメラ12との位置が隣接する場合は適当な高度を仮定してもよい。
また、雲9の分布の予測を、地平座標系で行っているが、XY座標系に変換してから行ってもよい。
In the first embodiment, when the photovoltaic power is registered, it is registered as a ratio to the rating, but the power value itself may be registered.
In the first embodiment, the image is segmented using the horizon coordinate system. However, the image may be converted into the XY coordinate system. When converting to the XY coordinate system, the altitude h of the
Further, although the
実施の形態2.
図10は、この発明の実施の形態2に係わる太陽光発電システムの構成図である。
この発明の実施の形態2に係わる太陽光発電システム1Bは、実施の形態1に係わる太陽光発電システム1に太陽光パネル10aが設置されている地点と異なる地点に第2の太陽光パネル10bおよびパワーコンディショナー11bを追加し、それに伴って電力予測処理部7Bとデータベース4Bが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
FIG. 10 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to
The solar power generation system 1B according to the second embodiment of the present invention includes a second
実施の形態2に係わる太陽光発電システム1Bは、360度全方位カメラ12が設置されている太陽光パネル10a(図11では第1パネルと略記する。)の太陽光発電電力の予測とともに、360度全方位カメラ12が設置されていない太陽光パネル10b(図11では第2パネルと略記する。)の太陽光発電電力の予測を行う。
そして、360度全方位カメラ12が設置されている太陽光パネル10aの太陽光発電電力の予測は、実施の形態1において説明しているので省略し、360度全方位カメラ12が設置されていない太陽光パネル10bの太陽光発電電力の予測についてだけ説明する。なお、図10では360度全方位カメラ12が設置されていない太陽光パネル10bを1つとして説明するが、複数であっても同様に太陽光発電電力の予測ができる。
The solar power generation system 1B according to the second embodiment is configured with 360 prediction of the solar power generation power of the
The prediction of the photovoltaic power generation of the
実施の形態2に係わる太陽光パネル10bは、太陽光パネル10aと離れた地点に設置されている。
実施の形態2に係わるデータベース4Bには、360度全方位カメラ12から撮像される太陽光パネル10aの設置されている地点の全天画像に関する実施の形態1で説明した情報と太陽光パネル10aの太陽光発電電力とが関連付けられて登録されている。さらに、実施の形態2に係わるデータベース4Bには、360度全方位カメラ12から撮像された全天画像から変換される太陽光パネル10bが設置されている地点の全天画像に関する情報と太陽光パネル10bの太陽光発電電力とが関連付けられて登録されている。
The
In the database 4B according to the second embodiment, the information described in the first embodiment regarding the all-sky image of the spot where the
図11は、実施の形態2に係わる電力予測処理部7Bで実行する電力予測処理ルーチンに関するフローチャートである。図12は、雲の高度と雲の分布の関係を説明するための図である。図13は、異なる雲の高度に対する発電電力の推移の様子を示す図である。
次に、実施の形態2に係わる電力予測処理部7Bで実行する電力予測処理ルーチンについて図11、12、13を参照して説明する。
ステップS21において、検出周期ΔT2で、各領域の雲9、空またはハレーションに関する分離情報、雲9として指定された領域に対するラベリング情報、雲9として指定された領域に対する移動ベクトル情報およびパワーコンディショナー11a、11bの電力値の計測情報を受信する。
ステップS22において、ステップS12での手順と同様に各領域の雲9、空またはハレーションに関する分離情報、雲9として指定された領域に対するラベリング情報および雲9として指定された領域に対する移動ベクトル情報と太陽光パネル10aの太陽光発電電力とが関連付けられてデータベース4Bに登録される。
FIG. 11 is a flowchart relating to a power prediction processing routine executed by the power prediction processing unit 7B according to the second embodiment. FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between cloud altitude and cloud distribution. FIG. 13 is a diagram illustrating a transition of generated power with respect to different cloud altitudes.
Next, a power prediction processing routine executed by the power prediction processing unit 7B according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
In step S21, detected with a period [Delta] T 2, moving vector information and
In step S22, as in the procedure in step S12, the
ステップS23において、時刻が雲9の高度見直し周期、例えば1時間を超えたか否かを判断し、高度見直し周期を超えたときにはステップS24に進み、時刻が高度見直し周期を経過していないときにはステップS28に進む。
ステップS24〜S27の手順は、地平座標系の雲9の分布および移動ベクトルをXY座標系の雲9の分布および移動ベクトルに変換するときに必要な雲9の高度hを求める手順である。
ステップS24において、現在設定されている高度の値hと予め定められている偏差αとを用いて雲9の3つの高度h、h+α、h−αを仮定する。
ステップS25において、地平座標系の雲9の分布を高度h、h+α、h−αを用いてXY座標系の雲9の分布に変換する。すなわち、図12に示すように、雲9の高度hが実際の雲9の高度よりも低ければ、実際の雲9の分布よりも得られた雲9の分布の方が狭い。
ステップS26において、高度h、h+α、h−αを用いて変換して得られたXY座標系の雲9の分布を太陽光パネル10bが設置されているXY座標系の位置を地平座標系の中心としてXY座標系の雲9の分布を地平座標系の雲9の分布に変換する。
In step S23, it is determined whether or not the time exceeds the altitude review period of the
The procedure of steps S24 to S27 is a procedure for obtaining the altitude h of the
In step S24, three altitudes h, h + α, and h−α of the
In step S25, the distribution of the
In step S26, the distribution of the
ステップS27において、太陽光パネル10bが設置された地点における高度h、h+α、h−αに対応する地平座標系の雲9の分布を用いて太陽光パネル10bの太陽光発電電力の実績値を検索する。そして、図13に示すように、現在の太陽光パネル10bの太陽光発電電力に最も近いデータベース4Bに登録されている太陽光パネル10bの太陽光発電電力に関連する地平座標系の雲9の分布を現在の雲9の分布とし、その雲9の分布が求められたときに用いられた高度を実際の雲9の高度とする。
In step S27, the actual value of the photovoltaic power generation of the
そして、次回以降の地平座標系の雲9の分布および移動ベクトルをXY座標系の雲9の分布および移動ベクトルに変換するときに使用する高度hに置き換える。さらに、求めた高度に対応する太陽光パネル10bの地平座標系の雲9の分布と太陽光パネル10bの太陽光発電電力とを関連付けてデータベース4Bに記憶する。
さらに、求めた高度を用いて移動ベクトルを太陽光パネル10bを中心とする地平座標系上の移動ベクトルに変換してステップS29に進む。
Then, the distribution and movement vector of the
Further, the movement vector is converted into a movement vector on the horizon coordinate system centered on the
ステップS28において、高度hを用いて地平座標系の雲9の分布および移動ベクトルをXY座標系の雲9の分布および移動ベクトルに変換する。そして、高度hを用いて得られたXY座標系の雲9の分布および移動ベクトルを太陽光パネル10bが設置されているXY座標系の位置を地平座標系の中心として地平座標系の雲9の分布および移動ベクトルに変換する。
In step S28, the distribution and movement vector of the
ステップS29において、太陽光パネル10bが設置されている位置を地平座標系の中心としたときの地平座標系の雲9の分布および移動ベクトルに基づき予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布を予測する。すなわち、雲9の分布情報と雲9の移動ベクトル情報とから、予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布を予測する。また、雲9のラベリング情報を用いて、雲9の塊毎に予測処理を実施する。
In step S29, the distribution and distribution on the basis of the motion vector estimated cycle [Delta] T 3
ステップS30において、ステップS29で得られた太陽光パネル10bに対する予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布情報とステップS27で登録した太陽光パネル10bの雲9の分布と太陽光パネル10bの太陽光発電電力のデータとを用いて、予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布に一致する記憶されている雲9の分布に対応する太陽光発電電力を太陽光パネル10bの太陽光発電電力の予測値とする。
In step S30, the sun of the distribution and
このような太陽光発電システム1Bは、360度全方位カメラ12が1台であっても、離れた地点に設置された2つの太陽光パネル10a、10bの太陽光発電電力の実績値を用いて、雲9の高度を推定し、360度全方位カメラ12が設置されていない太陽光パネル10bでの雲9の分布を予測できるので、360度全方位カメラ12から離れた位置に設置された太陽光パネル10bの太陽光発電電力の予測の精度が向上することができる。
Such a solar power generation system 1B uses the actual value of the solar power generation power of the two
実施の形態3.
図14は、この発明の実施の形態3に係わる太陽光発電システムの構成図である。
この発明の実施の形態3に係わる太陽光発電システム1Cは、実施の形態1に係わる太陽光発電システム1に360度全方位カメラ12と特性の異なる360度全方位カラーカメラ52を増設し、それに伴って画像処理部6Cが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態3に係わる360度全方位カラーカメラ52は、カラー画像処理用であり、天候状況に応じて絞りを自動調整としておく。
FIG. 14 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to
The photovoltaic power generation system 1C according to the third embodiment of the present invention is provided by adding a 360-degree
The 360-degree
図15は、実施の形態3に係わる画像処理部6Cで実行する画像処理ルーチンに関するフローチャートである。図16は、画像の領域の明度の高低、および画像の領域の彩度の高低に基づいて空、雲9、ハレーションを分離する処理を説明するための図である。
実施の形態3に係わる画像処理部6Cには、図16に示すように、明度に関する閾値が4つ設定されている。この4つの明度閾値のうち、第1と第2の明度閾値は実施の形態1と同様であり、第4と第5の明度閾値が異なっている。第4の明度閾値より明度の高いと、明らかに厚い雲9であると判断することができ、第5の明度閾値より明度が低いと、明らかに空と判断することができる。
また、画像処理部6Cには、図16に示すように、青色の彩度に関する彩度閾値が設定されている。空の青色彩度は高く、分厚い雲9の青色彩度は低いので、赤外画像では判別が困難な空と分厚い雲9とを青色彩度を用いることにより判別できる。
FIG. 15 is a flowchart relating to an image processing routine executed by the
In the
Further, as shown in FIG. 16, a saturation threshold for blue saturation is set in the
次に、実施の形態3に係わる画像処理部6Cで実行する画像処理ルーチンについて図15、16を参照して説明する。なお、図15のステップS33〜S35の手順は、図2のステップS3〜S5の手順と同様であるので、説明は省略する。
ステップS31において、360度全方位カメラ12により撮影された赤外全天画像を取り込み周期ΔT1で取り込む。また、360度全方位カラーカメラ52により撮影されたカラー全天画像を取り込み周期ΔT2で取り込む。
Next, an image processing routine executed by the
In step S31, capturing in period [Delta] T 1 captures infrared all-sky image taken by the 360-degree
ステップS32において、取り込んだ赤外全天画像の領域の明度を明度に関する4つの閾値と比較することによりハレーション、薄い雲9、厚い雲9または空に分離処理する。次に、カラー全天画像から赤色と黄色を遮断して青色の彩度を青色の彩度に関する彩度閾値と比較することにより分厚い雲9と空とを分離処理する。
In step S32, the brightness of the captured infrared all-sky image region is compared with four threshold values relating to the brightness to separate the light into halation,
このような太陽光発電システム1Cは、赤外画像とカラー画像とを併用することにより、赤外画像だけでは境界が不確かな分厚い雲9と空とを明確に分離することができるので、雲9、空またはハレーションの分離処理の精度を向上することができる。
In such a solar power generation system 1C, by using the infrared image and the color image in combination, it is possible to clearly separate the
実施の形態4.
図17は、この発明の実施の形態4に係わる太陽光発電システムの構成図である。
この発明の実施の形態4に係わる太陽光発電システム1Dは、実施の形態2に係わる太陽光発電システム1Bに第3の太陽光パネル10c、パワーコンディショナー11c、第2の360度全方位カメラ12を増設し、それに伴って電力予測処理部7D、データベース4Dが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
FIG. 17 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to
A photovoltaic power generation system 1D according to the fourth embodiment of the present invention includes a third
実施の形態4に係わる太陽光発電システム1Dは、360度全方位カメラ12がそれぞれ設置されている太陽光パネル10a(図18では第1パネルと略記する。)、10c(図18では第3パネルと略記する。)の太陽光発電電力の予測とともに、360度全方位カメラ12が設置されていない太陽光パネル10b(第2パネルと略記する。)の太陽光発電電力の予測を行う。
そして、360度全方位カメラ12がそれぞれ設置されている太陽光パネル10a、10cの太陽光発電電力の予測は、実施の形態1において説明しているので省略し、360度全方位カメラ12が設置されていない太陽光パネル10bの太陽光発電電力の予測についてだけ説明する。
The solar power generation system 1D according to the fourth embodiment includes a
The prediction of the photovoltaic power generation of the
増設される360度全方位カメラ12は、増設される太陽光パネル10cの近くに設置され、撮像する画像データは、360度全方位カメラ12と同様に画像処理部6に送信される。
実施の形態4に係わるデータベース4Dには、太陽光パネル10a、10c毎に対応する360度全方位カメラ12からの各領域の雲9、空またはハレーションに関する分離情報、雲9として指定された領域に対するラベリング情報および雲9として指定された領域に対する移動ベクトル情報とパワーコンディショナー11a、11cの電力値とが関連付けられて記憶されている。さらに、実施の形態4に係わるデータベース4Dには、360度全方位カメラ12から撮像された全天画像から変換される太陽光パネル10bが設置されている地点の全天画像に関する情報と太陽光パネル10bの太陽光発電電力とが関連付けられて記憶されている。
The 360-degree
In the
図18は、実施の形態4に係わる電力予測処理部7Dで実行する電力予測処理ルーチンのフローチャートである。図19は、XY座標系に変換された異なる地点で撮像された雲分布図を対比する様子を示す図である。
次に、実施の形態4に係わる電力予測処理部7Dで実行される発電電力予測ルーチンについて図18、19を参照して説明する。
ステップS41において、太陽光パネル10a、10c毎の各領域の雲9、空またはハレーションに関する分離情報、雲9として指定された領域に対するラベリング情報および雲9として指定された領域に対する移動ベクトル情報およびパワーコンディショナー11a、11cの電力値を受信する。また、パワーコンディショナー11bの電力値も受信する。
ステップS42において、ステップS12での手順と同様にして、各360度全方位カメラ12で撮像された全天画像から得られる各領域の雲9、空またはハレーションに関する情報、雲9として指定された領域に対するラベリング情報および雲9として指定された領域に対する移動ベクトル情報と太陽光パネル10a、10cの太陽光発電電力とが関連付けられてデータベース4Dに登録される。
ステップS43において、現在設定されている高度の値hと予め定められている偏差αとを用いて雲9の3つの高度h、h+α、h−αを仮定する。
FIG. 18 is a flowchart of a power prediction processing routine executed by the power prediction processing unit 7D according to the fourth embodiment. FIG. 19 is a diagram showing a state of comparing cloud distribution maps captured at different points converted into the XY coordinate system.
Next, the generated power prediction routine executed by the power prediction processing unit 7D according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
In step S41, the
In step S42, in the same manner as in step S12, the
In step S43, three altitudes h, h + α, and h−α of the
ステップS44において、一方の太陽光パネル10aに関係する地平座標系の雲9の分布を高度h、h+α、h−αを用いてXY座標系の雲9の分布に変換する。また、他方の太陽光パネル10cに関係する地平座標系の雲9の分布を高度h、h+α、h−αを用いてXY座標系の雲9の分布に変換する。
ステップS45において、高度毎に、太陽光パネル10aと太陽光パネル10cとに関するXY座標系の雲9の分布を図19に示すように最小自乗法を用いて対比し、最も分布が類似している雲9の分布を算出するために用いられた高さを実際の雲9の高さと推定する。そして、次回以降の地平座標系の雲9の分布および移動ベクトルをXY座標系の雲9の分布および移動ベクトルに変換するときに使用する高度hに置き換える。
In step S44, the distribution of the
In step S45, for each altitude, the distribution of the
ステップS46において、求められた高度で変換された太陽光パネル10aに係わるXY座標系の雲9の分布をXY座標系の太陽光パネル10bの位置を地平座標軸の中心として雲9の分布に変換するとともに求めた高度を用いて移動ベクトルを太陽光パネル10bを中心とする地平座標系上の移動ベクトルに変換し、求められた太陽光パネル10bに関する雲9の分布と太陽光パネル10bの太陽光発電電力とを関連付けてデータベース4Dに記憶してステップS46に進む。
In step S46, the distribution of the
ステップS47において、求められた太陽光パネル10bに係わる雲9の分布と移動ベクトルに基づき予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布を予測する。
ステップS48において、ステップS46で得られた太陽光パネル10bに対する予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布情報とステップS45で登録した太陽光パネル10bの雲9の分布と太陽光パネル10bの太陽光発電電力のデータとを用いて、予測周期ΔT3先の時点の雲9の分布に一致する記憶されている雲9の分布に対応する太陽光発電電力を太陽光パネル10bの太陽光発電電力の予測値とする。
In step S47, the predicting the distribution of the
In step S48, the sun distribution and
このような太陽光発電システム1Dは、設置位置が離れている複数の360度全方位カメラ12が設置され、一方の360度全方位カメラ12により撮像された雲9の分布を他方の360度全方位カメラ12が設置されている位置からの雲9の分布と類似するように雲9の高度を推定することにより、雲9の高度が精度良く推定されるので、360度全方位カメラ12が設置されていない場所に設置された太陽光パネル10bに関する太陽光発電電力を精度良く予測することができる。
In such a photovoltaic power generation system 1D, a plurality of 360-degree
なお、実施の形態4においては画像処理部6、電力予測処理部7D、データベース4Dを、それぞれ1台配置しているが、360度全方位カメラ12の設置箇所にそれぞれ1台づつ配置してもよい。
In the fourth embodiment, one image processing unit 6, one power prediction processing unit 7D, and one
実施の形態5.
図20は、この発明の実施の形態5に係わる太陽光発電システムの構成図である。図21は、実施の形態5に係わる太陽光発電システムにおける発電計画の推移を示す図である。
この発明の実施の形態5に係わる太陽光発電システム1Eは、実施の形態1に係わる太陽光発電システム1に需給制御装置14、2台の調整電源15を追加することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
FIG. 20 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to
The photovoltaic power generation system 1E according to the fifth embodiment of the present invention is different from the photovoltaic
需給制御装置14は、マイクログリッドで電力供給を担当するエリアの需要と供給のバランスが一致するように調整電源15の出力を調整する。このとき、調整電源15の運転特性(発電出力とコストの関係)が同一でない場合、例えば、電気学会2005年電力・エネルギー部門大会で発表された小島らによる「マイクログリッドの需給制御に関する検討」に記載の最適経済負荷配分制御により電源毎の出力指令値を決定する機能が備わっている。
なお、電力供給は行わず太陽光発電と調整電源15の合計値を一定に制御したり、太陽光発電と調整電源15の合計電力を太陽光発電の電力変動よりも緩やかに変動するように制御したりしてもよい。
調整電源15は、需給制御装置14によって出力調整されるディーゼル発電機またはガスエンジン発電機から成るコージェネレーションシステムである。
The supply and
In addition, the power supply is not performed, and the total value of the photovoltaic power generation and the
The
この発明の実施の形態5に係わる太陽光発電システム1Eにおいては、電力需要に対して太陽光発電により常時発電し、さらに足りない分は調整電源15を稼動して発電して満たしている。例えば、図21(a)、(b)に示すように、現在は太陽光発電と1台のガスエンジン発電機とにより需要を満たしている。
太陽光発電電力は、実施の形態1において説明したように、例えば60分先の時点までの間について予測される。例えば、図21(a)に示すように、時点t1で太陽光発電電力が減少することが予測されたとしたら、1台のガスエンジン発電機だけでは電力需要を満たすことができないので、新たに2台目のガスエンジン発電機を稼動して発電する発電計画を立案できる。さらに、2台目のガスエンジン発電機を稼動するためには、暖気運転が必要であるので、時点t1に先立つ時点t2から暖気運転を開始する計画を立案することができる。
In the solar power generation system 1E according to the fifth embodiment of the present invention, power is constantly generated by solar power generation with respect to the power demand, and the remaining power is satisfied by operating the
As described in the first embodiment, for example, the photovoltaic power generation power is predicted for a time period up to 60 minutes ahead. For example, as shown in FIG. 21 (a), Once at the time t 1 and photovoltaic power is expected to decrease, because only one of the gas engine generator can not meet the power demand, new A power generation plan can be made by operating the second gas engine generator. Furthermore, in order to operate the second unit of the gas engine generator are the necessary warm-up operation, it is possible to design plans to start warming up from the time t 2 prior to the time point t 1.
このような太陽光発電システム1Eは、360度全方位カメラ12を用いて太陽光発電電力の変動を予測し、変動を補償するために必要となる調整電源15の起動停止を予め計画することができるので、適切なタイミングで補償が行われ、発電電力の変動を抑え、電力品質を良好に保つことができる。
Such a photovoltaic power generation system 1E predicts fluctuations in the photovoltaic power generation using the 360-degree
実施の形態6.
図22は、この発明の実施の形態6に係わる太陽光発電システムの構成図である。
この発明の実施の形態6に係わる太陽光発電システム1Fは、図22に示すように、実施の形態5に係わる太陽光発電システム1Eにインターネット17を介して天気予報18を受信することができるようになっていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態6に係わる電力予測処理部7Fは、太陽光発電電力を予測するときに、30分から60分先までの短期予測は実施の形態1において説明したように雲9の分布を予測して、それに基づいて行うが、数時間先までの長期予測は、天気予報18から得られるレーダ画像に基づいて行う。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 22 is a configuration diagram of a photovoltaic power generation system according to Embodiment 6 of the present invention.
As shown in FIG. 22, the photovoltaic
When the power prediction processing unit 7F according to the sixth embodiment predicts the photovoltaic power generation, the short-term prediction from 30 minutes to 60 minutes ahead predicts the distribution of the
このような太陽光発電システム1Fは、気象情報を組み合わせることで、長時間先の太陽光発電出力予測を行うことができるという効果が有る。
Such a photovoltaic
1、1B、1C、1D、1E、1F 太陽光発電システム、4、4B、4D データベース、5 系統、6、6C 画像処理部、7、7B、7D、7F 電力予測処理部、8 太陽、9 曇、10、10a、10b、10c 太陽光パネル、11、11a、11b、11c パワーコンディショナー、12 360度全方位カメラ、13 赤外線透過フィルタ、14 需給制御装置、15 調整電源、17 インターネット、18 天気予報、31 ドメイン、32 周辺ドメイン、33 全天ドメイン、52 360度全方位カラーカメラ。
1, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F Solar power generation system, 4, 4B, 4D database, 5 systems, 6, 6C Image processing unit, 7, 7B, 7D, 7F Power prediction processing unit, 8 Sun, 9
Claims (6)
上記太陽光パネルが設置されている地点の全天を画像として撮像する360度全方位カメラと、
上記全天の画像から雲の分布と雲の動きとを検出する画像処理部と、
上記雲の分布と雲の動きとに基づいて所定の未来の時点での雲の分布を予測し、該予測した雲の分布に基づいて上記未来の時点での上記太陽光パネルの発電電力を予測する電力予測処理部と、
を備えることを特徴とする太陽光発電システム。 A solar panel that receives sunlight to generate electricity;
A 360-degree omnidirectional camera that captures an image of the whole sky at the point where the solar panel is installed;
An image processing unit for detecting a cloud distribution and a cloud movement from the whole sky image;
Predict the cloud distribution at a predetermined future time point based on the cloud distribution and cloud movement, and predict the generated power of the solar panel at the future time point based on the predicted cloud distribution A power prediction processing unit to
A photovoltaic power generation system comprising:
上記画像処理部は、上記360度全方位カメラからの画像と上記カラー画像とを組合せて雲の分布を検出することを特徴とする請求項1に記載する太陽光発電システム。 The 360-degree omnidirectional color camera is installed at a point where the 360-degree omnidirectional camera is installed, and captures the omnidirectional sky as a color image.
The solar power generation system according to claim 1, wherein the image processing unit detects a cloud distribution by combining the image from the 360-degree omnidirectional camera and the color image.
上記電力予測処理部は、上記全天の画像から算出される上記第2の太陽光パネルが設置されている地点での雲の分布と雲の動きとに基づいて当該地点での所定の未来の時点の雲の分布を予測し、該予測した雲の分布に基づいて上記未来の時点での上記第2の太陽光パネルの発電電力を予測することを特徴とする請求項1または2に記載する太陽光発電システム。 A second solar panel installed at a different location from the solar panel,
The power prediction processing unit calculates a predetermined future at the point based on the cloud distribution and the cloud movement at the point where the second solar panel calculated from the sky image is installed. 3. The cloud distribution at a time point is predicted, and the generated power of the second solar panel at the future time point is predicted based on the predicted cloud distribution. Solar power system.
上記第3の太陽光パネルが設置される地点に設置され、該地点の全天を画像として撮像する第2の360度全方位カメラと、
を備え、
上記電力予測処理部は、上記360度全方位カメラと上記第2の360度全方位カメラとからの画像を用いて雲の高度を推定し、該高度を用いて上記全天の画像から上記第2の太陽光パネルが設置されている地点での雲の分布と雲の動きとを算出することを特徴とする請求項3に記載する太陽光発電システム。 A third solar panel installed at a different point from the solar panel and the second solar panel;
A second 360-degree omnidirectional camera that is installed at a point where the third solar panel is installed and that captures the entire sky at the point as an image;
With
The power prediction processing unit estimates a cloud altitude using images from the 360-degree omnidirectional camera and the second 360-degree omnidirectional camera, and uses the altitude to estimate the altitude of the cloud from the omnidirectional image. The solar power generation system according to claim 3, wherein the distribution of clouds and the movement of clouds at a point where the solar panels of 2 are installed are calculated.
上記電力予測処理部で予測される上記太陽光パネルの発電電力の予想値に基づいて上記調整電源を制御する需給制御装置と、
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載する太陽光発電システム。 A regulated power supply for supplying power to the grid connected to the solar panel;
A supply and demand control device for controlling the adjusted power source based on an expected value of the generated power of the solar panel predicted by the power prediction processing unit;
The photovoltaic power generation system according to claim 1 or 2, further comprising:
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