(57)【要約】【課題】局所的な気象変動を把握して地域ごとに最適なエネルギー管理をすることができる。【解決手段】エネルギー管理システムは、太陽光発電装置１０とエネルギー管理装置２０とサーバ４０とを備え、太陽光発電装置１０は発電データを送信する発電データ送信部１１０を備え、サーバ４０は気象データを送信する気象データ送信部４１を備え、エネルギー管理装置１０は発電データを取得する発電データ取得部２０２と、第１の領域の気象データを取得する気象データ取得部２０１と、日射量を算出する日射量算出部２２１と、地表温度を算出する地表温度算出部２２２と、第１の領域の気象データ、日射量および地表温度に基づいて、第２の領域の気象データを推定する気象データ推定部２２３と、第２の領域の局所エネルギー需給計画を生成する局所エネルギー需給計画生成部２２４と、を備える。【選択図】図１
2020038453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電装置とエネルギー管理装置とサーバとを備えるエネルギー管理システムであって、
前記太陽光発電装置は、
太陽光パネルと、
前記太陽光パネルが出力する、開放電圧の電圧値と短絡電流の電流値とを含む発電データを送信する発電データ送信部と、
を備え、
前記サーバは、
気象データを送信する気象データ送信部を備え、
前記エネルギー管理装置は、
前記太陽光発電装置が送信する前記発電データを取得する発電データ取得部と、
前記太陽光パネルが設置されている地点を含む第１の領域の前記気象データを前記サーバから取得する気象データ取得部と、
前記電流値に基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の日射量を算出する日射量算出部と、
前記電圧値に基づいて前記太陽光パネルの表面温度を算出し、前記表面温度と前記日射量とに基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の地表温度を算出する地表温度算出部と、
前記第１の領域の気象データ、前記日射量および前記地表温度に基づいて、前記太陽光パネルが設置されている地点を含み前記第１の領域よりも狭い第２の領域の気象データを推定する気象データ推定部と、
少なくとも、前記気象データ推定部が推定した前記気象データと、気象データに紐づけられた前記第２の領域の過去の電力需給履歴と、に基づいて前記第２の領域の再生可能エネルギーの供給量を推定して局所エネルギー需給計画を生成する局所エネルギー需給計画生成部と、
を備えるエネルギー管理システム。
【請求項２】
請求項１に記載のエネルギー管理システムにおいて、
少なくとも、前記気象データ取得部が取得した気象データおよび天気と関連付けられて記録された過去の電力需要の履歴に基づいて、前記第１の領域の再生可能エネルギーの供給量を推定するエネルギー需給推定部と、
前記エネルギー需給推定部が推定した前記第１の領域の前記再生可能エネルギーの供給量に基づいて広域エネルギー需給計画を生成する広域エネルギー需給計画生成部と、
前記局所エネルギー需給計画生成部が推計した前記再生可能エネルギーの供給量が、前記エネルギー需給推定部が推計した前記再生可能エネルギーの供給量と比較して所定の基準以下であれば前記広域エネルギー需給計画を補正する運用計画補正部と、
をさらに備えるエネルギー管理システム。
【請求項３】
請求項２に記載のエネルギー管理システムにおいて、
前記局所エネルギー需給計画生成部は、前記太陽光発電装置が電力を供給することを含む前記局所エネルギー需給計画を生成する、
エネルギー管理システム。
【請求項４】
請求項１に記載のエネルギー管理システムにおいて、
前記発電データ取得部は、前記太陽光発電装置が出力した前記開放電圧の電圧値が所定の値よりも低い場合に、警告を発する、
エネルギー管理システム。
【請求項５】
請求項１に記載のエネルギー管理システムにおいて、
前記太陽光発電装置は建築物に備え付けられている、
エネルギー管理システム。
【請求項６】
請求項１に記載のエネルギー管理システムにおいて、
前記太陽光発電装置は、前記太陽光パネルがエアフローウィンドウを構成する複数のガラスのうち少なくとも一つの面に設けられた透過型の薄膜太陽電池である、
エネルギー管理システム。
【請求項７】
太陽光発電装置が備える太陽光パネルが出力する、開放電圧の電圧値と短絡電流の電流値とを含む発電データを取得する発電データ取得部と、
前記太陽光パネルが設置されている地点を含む第１の領域の気象データを取得する気象データ取得部と、
前記電流値に基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の日射量を算出する日射量算出部と、
前記電圧値に基づいて前記太陽光パネルの表面温度を算出し、前記表面温度と前記日射量とに基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の地表温度を算出する地表温度算出部と、
前記第１の領域の気象データ、前記日射量および前記地表温度に基づいて、前記太陽光パネルが設置されている地点を含み前記第１の領域よりも狭い第２の領域の気象データを推定する気象データ推定部と、
前記気象データ推定部が推定した前記気象データに基づいてエネルギー需給計画を生成するエネルギー需給計画生成部と、
を備える、
エネルギー管理装置。
【請求項８】
太陽光発電装置が備える太陽光パネルが出力する、開放電圧の電圧値と短絡電流の電流値とを含む発電データを取得する発電データ取得部と、
前記電流値に基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の日射量を算出する日射量算出部と、
前記電圧値に基づいて前記太陽光パネルの表面温度を算出し、前記表面温度と前記日射量とに基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の地表温度を算出する地表温度算出部と、
を備える、
地表温度推計装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エネルギー需給計画を生成するエネルギー管理システム、エネルギー管理装置および地表温度推計装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人口集中、交通またはインフラの集中などを背景とした都市部への一極集中が問題視されている。さらに、都心および地方において、急激な気象変化、豪雨の発生など、短時間かつ局所的な気象変動が観測されている。このような気象変動は、交通および電力消費などのインフラに影響を及ぼし、短時間で都市機能に急速な変化をもたらすことから、予測と対策が不可欠である。
【０００３】
このような都市部および地方の局所的な気象状況の変化とその気象状況の変化に伴うエネルギー需給の変化は、従来の天気予報で予測できる５００〜７００ｍ２四方の範囲よりも微小な範囲で起こることが多く、天気予報では把握し切れない。また、急速な気象変化は太陽光発電または風力発電といった変動再生可能エネルギー（Variable Renewable Energy：VRE）の発電量に大きな影響を及ぼすため、従来の天気予報より細かいメッシュでの天候予測および天候の把握が求められている。
【０００４】
例えば、天気予報と実際の気象状況とのずれを把握するため、地域の需要家の電力需給状況（再生可能エネルギーの発電状況および電力消費状況）に基づいて気象状況を推計し、さらにその結果に基づいて再生可能エネルギーの発電量や消費電力の将来予測を補正することによって地域の電力配分を決定する電力供給システムがこれまでに提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２７７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の局所的な気象変動の一因は、ヒートアイランド現象と考えられている。ヒートアイランド現象を把握するためには、地域の地表温度に相当するデータの解析が有効である。しかしながら、地表温度を把握するためには新たなセンサ設置を伴い、コストが増大するため現実的ではない。また、特許文献１に記載された発明では、地域内の電力需給状況を利用して天気予報に基づく電力需給予想を補正する方式を取っている。言い換えると、特許文献１に記載された発明は、本質的な気象変動の一因を直接的に把握して電力需給予想を補正しているわけではない。
【０００７】
本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、局所的な気象変動を把握して地域ごとに最適なエネルギー管理をすることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、太陽光発電装置とエネルギー管理装置とサーバとを備えるエネルギー管理システムであって、前記太陽光発電装置は、太陽光パネルと、前記太陽光パネルが出力する、開放電圧の電圧値と短絡電流の電流値とを含む発電データを送信する発電データ送信部と、を備え、前記サーバは、気象データを送信する気象データ送信部を備え、前記エネルギー管理装置は、前記太陽光発電装置が送信する前記発電データを取得する発電データ取得部と、前記太陽光パネルが設置されている地点を含む第１の領域の前記気象データを前記サーバから取得する気象データ取得部と、前記電流値に基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の日射量を算出する日射量算出部と、前記電圧値に基づいて前記太陽光パネルの表面温度を算出し、前記表面温度と前記日射量とに基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の地表温度を算出する地表温度算出部と、前記第１の領域の気象データ、前記日射量および前記地表温度に基づいて、前記太陽光パネルが設置されている地点を含み前記第１の領域よりも狭い第２の領域の気象データを推定する気象データ推定部と、少なくとも、前記気象データ推定部が推定した前記気象データと、気象データに紐づけられた前記第２の領域の過去の電力需給履歴と、に基づいて前記第２の領域の再生可能エネルギーの供給量を推定して局所エネルギー需給計画を生成する局所エネルギー需給計画生成部と、を備えるエネルギー管理システムを提供する。
【０００９】
また、太陽光発電装置が備える太陽光パネルが出力する、開放電圧の電圧値と短絡電流の電流値とを含む発電データを取得する発電データ取得部と、前記太陽光パネルが設置されている地点を含む第１の領域の気象データを取得する気象データ取得部と、前記電流値に基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の日射量を算出する日射量算出部と、前記電圧値に基づいて前記太陽光パネルの表面温度を算出し、前記表面温度と前記日射量とに基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の地表温度を算出する地表温度算出部と、前記第１の領域の気象データ、前記日射量および前記地表温度に基づいて、前記太陽光パネルが設置されている地点を含み前記第１の領域よりも狭い第２の領域の気象データを推定する気象データ推定部と、前記気象データ推定部が推定した前記気象データに基づいてエネルギー需給計画を生成するエネルギー需給計画生成部と、を備える、エネルギー管理装置を提供する。
【００１０】
また、太陽光発電装置が備える太陽光パネルが出力する、開放電圧の電圧値と短絡電流の電流値とを含む発電データを取得する発電データ取得部と、前記電流値に基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の日射量を算出する日射量算出部と、前記電圧値に基づいて前記太陽光パネルの表面温度を算出し、前記表面温度と前記日射量とに基づいて前記太陽光パネルが設置されている地点の地表温度を算出する地表温度算出部と、を備える、地表温度推計装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、局所的な気象変動を把握して地域ごとに最適なエネルギー管理をすることができる。上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係るエネルギー管理システムの全体構成を示す図である。
【図２】エネルギー管理システムの構成を概略的に示す図である。
【図３】エネルギー管理装置が備える表示部の表示画面例を示す図である。
【図４】局所エネルギー需給計画システムの処理を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係るエネルギー管理システムの全体構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態の局所エネルギー需給計画システムの処理を示すフローチャートである。
【図７】エアフローウィンドウを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて、本開示の実施例を説明する。なお、本開示の実施例は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。また、後述する各実施例の説明に使用する各図の対応部分には同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。本明細書において、エネルギー需給計画（またはエネルギーの運用計画）の生成方法およびエネルギー需給計画の定義は、例えば、周知の方法および定義にしたがう。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
［エネルギー管理システムの構成］
図１は、第１の実施形態に係るエネルギー管理システム１の全体構成を示す図である。この第１の実施形態のエネルギー管理システム１は、太陽光発電装置１０と、エネルギー管理装置２０と、需要家３０と、天気予報データを送信するサーバ４０と、を備える。太陽光発電装置１０とエネルギー管理装置２０と需要家３０とサーバ４０とは、互いに有線または無線でつながったネットワークを構成する。
【００１５】
太陽光発電装置１０は、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光パネル１００、太陽光パネル１００が出力する開放電圧の電圧値と短絡電流の電流値とを含む発電データを送信する発電データ送信部１１０および太陽光パネル１００の出力電流を交流に変換するＰＣＳ（パワーコンディショニングシステム）１０１を備える。発電データは、例えば、個別の太陽光パネル１００の出力値と複数の太陽光パネル１００からなるユニットの出力値との両方のデータを含む。太陽光パネル１００で発電した電力は、需要家３０に向けて送電される。
【００１６】
太陽光パネル１００は、例えば、地域内の郊外や近郊にある野路置きの太陽光パネル１００である。太陽光パネル１００の設置要件に特に制約はないが、太陽光パネル１００が野路置きである場合、地表面との距離が近いため、より高い精度で地表温度の推計が可能となる。後述するように、第１の実施形態のエネルギー管理システム１は、太陽光パネル１００の出力値を利用してパネル付近の地表温度を推測する。
【００１７】
また、エネルギー管理装置２０は、地域エネルギー管理システム（Area Energy Management System：ＡＥＭＳ）２００、広域エネルギー需給計画システム２１０および局所エネルギー需給計画システム２２０を備える。エネルギー管理装置２０の詳細は後述する。地域エネルギー管理システム２００は、外部装置と通信をして各種データを取得すると共に、電力の運用計画を実行するための指示信号またはデータを送信する。広域エネルギー需給計画システム２１０は、例えば、天気予報などに基づいて、比較的メッシュの粗い領域のエネルギー需給計画を生成する。局所エネルギー需給計画システム２２０は、太陽光発電装置１０から取得したデータに基づいて、メッシュの細かい領域の気象データを推測し、当該領域のエネルギー需給計画を生成する。
【００１８】
需要家３０は、例えば、電力を必要とする一般の家庭および企業の集合を示す。需要家３０は電力の供給者でもあり、独自に備える蓄電池に蓄えられた電力および発電設備によって発電した電力を、ネットワークを介して需要家３０の間で互いに融通することができる。また、需要家３０は、太陽光発電装置１０で発電した電力ならびに電力供給会社で発電した電力を消費する。需要家３０は、家電製品および工場等で必要とする電力量のデータおよび供給可能な電力量のデータを、ネットワークを介してエネルギー管理装置２０に送信する。
【００１９】
サーバ４０は、従来の手法によって予測されたメッシュの粗い領域（第１の領域）の気象データを蓄える。具体的には、サーバ４０は、気象庁または民間の気象情報提供会社等から提供されている一般的な気象データを蓄え、当該気象データがカバーする最小単位、即ち地域の分解能は、例えば、５００〜７００ｍ２程度である。サーバ４０は、気象データ送信部４１を備え、上記気象データをエネルギー管理装置２０に送信する。
【００２０】
［エネルギー管理装置２０の詳細］
図２は、エネルギー管理システム１の構成を概略的に示す図である。以下では、エネルギー管理装置２０について詳細に説明し、太陽光発電装置１０、需要家３０およびサーバ４０についての説明は省略する。
【００２１】
上述のとおり、エネルギー管理装置２０は、記録部２１と制御部２２と表示部２３とを備える。記録部２１は、例えば、制御部２２が実行するプログラムが記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）、計算結果等のデータを一時的に記録するＲＡＭ（Random Access Memory）ならびに電力需給履歴および過去の天気と当該天気の日の発電量とが対応づけられたエネルギー供給履歴が記録されたＨＤＤ（Hard Disk Drive）を備える。
【００２２】
制御部２２は、記録部２１に記録されたプログラムを実行することによって、地域エネルギー管理システム２００、広域エネルギー需給計画システム２１０および局所エネルギー需給計画システム２２０として機能する。
【００２３】
［地域エネルギー管理システム２００の詳細］
地域エネルギー管理システム２００の機能は、さらに、気象データ取得部２０１、発電データ取得部２０２、電力需要データ取得部２０３、運用計画補正部２０４および運用計画実施部２０５として分類される。
【００２４】
気象データ取得部２０１は、太陽光パネル１００が設置されている地点を含むメッシュの粗い領域（第１の領域）の気象データをサーバ４０から取得する。ここでメッシュの粗い領域とは、例えば、５００〜７００ｍ２程度の広さの領域を意味する。気象データ取得部２０１は、例えば、エネルギー管理システム１がカバーする地域全体の気象データを複数のメッシュの粗い領域に分割し、それら複数の領域に関する気象データをサーバ４０から取得する。気象データ取得部２０１は、取得したメッシュの粗い領域の気象データを記録部２１に記録する。
【００２５】
発電データ取得部２０２は、太陽光発電装置１０の発電データ送信部１１０が送信する発電データを取得する。また、発電データ取得部２０２は、電力供給会社等が発電した電気量のデータを取得する。発電データ取得部２０２は、取得した発電データを記録部２１に記録する。
【００２６】
なお、太陽光発電装置１０の回路構成において、太陽光パネル１００は複数個直列に接続されるため、太陽光パネル１００が一つでも故障すると太陽光発電装置１０が出力する開放電圧の電圧値が大きく低下してしまう。それ故、発電データ取得部２０２は、太陽光発電装置１０が出力した開放電圧の電圧値が所定の値よりも低い場合に、警告を発してもよい。このようにすると、エラー値の発電データに基づいて気象を予測してしまうことを防ぐことができる。なお、上記所定の値は、設置される太陽光パネル１００の規格および枚数等によって定まる値であり、例えば、想定される最大電圧値の３０％程度である。
【００２７】
電力需要データ取得部２０３は、需要家３０の電力需要に関するデータを取得する。電力需要データ取得部２０３は、例えば、地域の複数の需要家３０の家電製品または工場の使用状況に関するデータおよびネットワーク上の蓄電池の蓄電状況を取得する。電力需要データ取得部２０３は、取得した電力需要に関するデータを需要家３０の位置に関する天気と関連付けて記録する。つまり、電力需要データ取得部２０３は、エネルギー管理システム１内の需要家３０の過去の電力需要履歴を蓄積する。
【００２８】
後述する、広域エネルギー需給計画システム２１０が生成した広域のエネルギー需給計画（広域運用計画）と局所エネルギー需給計画システム２２０が生成した局所のエネルギー需給計画（局所運用計画）とでは、ずれが生じることがある。
【００２９】
運用計画補正部２０４は、例えば、局所エネルギー需給計画システム２２０が推計した再生可能エネルギーの供給量が、広域エネルギー需給計画システム２１０が推計した再生可能エネルギーの供給量と比較して所定の基準以下であれば運用計画を補正する。言い換えると、運用計画補正部２０４は、局所的な豪雨に起因して「広域運用計画」において見積もられた再生可能エネルギーの供給量よりも「局所運用計画」において見積もられた再生可能エネルギーの供給量の方が所定量以上小さい場合に、運用計画を補正する。具体的には、運用計画補正部２０４は、需要家３０のデマンドレスポンスを実施する、または、蓄電エネルギーを使用してピークシフトを図るといった「補正運用計画」を生成する。
【００３０】
運用計画実施部２０５は、補正運用計画に基づいて、発電所に配電データを送信し、蓄電池に電力分配データを送信する。言い換えると、運用計画実施部２０５は、生成されたエネルギー需給計画を実行する。即ち、運用計画実施部２０５は、需要家３０のエネルギー消費を最適化する機能を有する。なお、運用計画実施部２０５は、局所運用計画と広域運用計画とに大きな差がなければ、広域運用計画をそのまま実行してもよい。
【００３１】
［広域エネルギー需給計画システム２１０の機能］
広域エネルギー需給計画システム２１０の機能は、さらに、エネルギー需給推定部２１１および広域エネルギー需給計画生成部２１２として分類される。
【００３２】
エネルギー需給推定部２１１は、気象データ取得部２０１が取得した気象データ、当該気象データに対応する地域（メッシュの粗い第１の領域）の現状の電力需給データ、当該地域の主として太陽光発電からなる再生可能エネルギーの供給データおよび天気と関連付けられて記録された需要家３０の過去の電力需要の履歴に基づいて、需要家３０の電力需給（第１の領域の電力需給）を予想する。ここで、電力需給の予想には、再生可能エネルギーの供給予想が内包されている。広域エネルギー需給計画生成部２１２は、上記需要家３０の電力需給の予想に基づいて「広域運用計画」を生成する。
【００３３】
［局所エネルギー需給計画システム２２０の機能］
局所エネルギー需給計画システム２２０の機能は、さらに、日射量算出部２２１、地表温度算出部２２２、気象データ推定部２２３および局所エネルギー需給計画生成部２２４として分類される。
【００３４】
日射量算出部２２１は、発電データ取得部２０２が取得した太陽光パネル１００が出力する短絡電流の電流値に基づいて太陽光パネル１００が設置されている地点の日射量を算出する。太陽光パネル１００が出力する短絡電流の電流値と日射量との間には高い相関がある。日射量の算出は、個別の太陽光パネル１００が出力した電流値に基づいて算出してもよく、個別の太陽光パネル１００が出力した電流値の平均値に基づいて算出してもよい。ここで、太陽光パネル１００が設置されている地点の日射量とは、例えば、当該太陽光パネル１００が設置されている位置を含む５〜３００ｍ２程度の領域（第２の領域）の日射量を示す。
【００３５】
地表温度算出部２２２は、太陽光パネル１００が出力した電圧値に基づいて太陽光パネル１００の表面温度を算出し、太陽光パネル１００の表面温度と太陽光パネル１００が設置されている地点の日射量とに基づいて太陽光パネル１００が設置されている地点の地表温度を算出する。日射量の算出と同様に、表面温度の算出は、個別の太陽光パネル１００が出力した電圧値に基づいて算出してもよく、個別の太陽光パネル１００の電圧値の平均値に基づいて算出してもよい。
【００３６】
気象データ推定部２２３は、第１の領域の気象データ、日射量および地表温度に基づいて、太陽光パネル１００が設置されている地点を含み第１の領域（例えば、５００〜７００ｍ２）よりも狭い第２の領域（例えば、５〜３００ｍ２）の気象データを推定する。なお、第１の領域の気象データは、相対湿度が主たる利用データであり、雲量の推計に用いる。
【００３７】
局所エネルギー需給計画生成部２２４は、少なくとも、気象データ推定部２２３が推定した気象データと、気象データに紐づけられた第２の領域の過去の電力需給履歴と、に基づいて第２の領域のエネルギー需給計画（局所運用計画）を生成する。局所運用計画には、例えば、第２の領域で発電した再生可能エネルギーの電力量が内包されている。より具体的には、局所エネルギー需給計画生成部２２４は、第２の領域内の太陽光発電装置１０が発電した電力を供給することを含む局所エネルギー需給計画を生成してもよい。
【００３８】
［表示部２３］
図３は、エネルギー管理装置２０が備える表示部２３の表示画面例を示す図である。以下では、エネルギー管理装置２０が備える表示部２３を例にとって説明するが、ネットワークにつながっている各家庭および工場にも表示部２３が接続され、同様の情報を表示することができる。なお、表示部２３としては、一般的な液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイ等が使用されうる。
【００３９】
表示部２３には、例えば、地域内の気象状況、エネルギー需給状況および再生可能エネルギーの供給率が表示され、エネルギー管理システム１の使用者に上記情報を報知する機能を有する。具体的には、表示部２３には、例えば、太陽光発電装置１０の前日までの発電実績（Yesterday）および当日（Today）の発電量を示す発電表示部４０１と、需要家３０の前日までの電力需要（Yesterday）および当日（Today）の電力需給を表示する需要家情報４０２と、電力系統からの受電電力を示す受電電力表示部４０３と、地域内気象情報４０４と、需要家の電力最適制御をグラフで示した最適制御表示部４０５と、これまでの履歴およびコスト削減量などを数値等で示す履歴表示部４０６と、が表示される。
【００４０】
［局所エネルギー需給計画システム２２０の処理フロー］
図４は、局所エネルギー需給計画システム２２０の処理を示すフローチャートである。太陽光発電装置１０の発電データを解析して気象データを推計するステップは、Ｓ１日射量算出、Ｓ２太陽光パネル温度の算出、Ｓ３地表温度の算出、Ｓ４雲量の算出、Ｓ５局所気象データの推定の５ステップからなる。以下に、Ｓ１〜Ｓ５の各ステップについて説明する。なお、広域エネルギー需給計画システム２１０が実行する処理は、周知の気象データを利用した運用計画の生成処理と同様であるため説明を省略する。
【００４１】
（ステップＳ１）
日射量算出部２２１が、太陽光パネル１００が出力する短絡電流の電流値Ｉｓｃに基づいて太陽光パネル１００が設置されている地点の日射量を算出する。太陽光パネル１００が出力する短絡電流Ｉｓｃは日射量と比例関係にあるため、短絡電流の値から太陽光発電システム周辺の日射量を容易に算出できる。短絡電流Ｉｓｃは、以下の式１によって定義され、地表面日射量Ｉｇを計算することができる。
Ｉｓｃ＝Ｉｓｔｃ×ε×ｃｏｓθ×Ｉｇ・・・（式１）
Ｉｓｃ：短絡電流、
Ｉｓｔｃ：標準表面日射量（１ｋＷ／ｍ２）かつ標準温度（気温＝２５℃）の際の標準短絡電流、
ε：太陽光パネルのアルベド数、
θ：太陽光パネルの設置角度と太陽光の入射角のなす角、
Ｉｇ：地表面日射量（ｋＷ／ｍ２）
【００４２】
ステップＳ１で算出した日射量が１０Ｗ／ｍ２以下の場合は、夜間または雲量が９以上の曇天に相当する。算出した日射量が１０Ｗ／ｍ２以下の場合は、雲量９以上として局所気象データを確定する。算出した日射量が１０Ｗ／ｍ２より大きい場合は、Ｓ２の処理に進む。
【００４３】
（ステップＳ２）
地表温度算出部２２２が、太陽光パネル１００が出力した電圧値に基づいて太陽光パネル１００の表面温度を算出する。太陽光パネル１００の表面温度は日射量が決定されると、開放電圧との相関性によって求めることができる。
【００４４】
太陽光パネル１００の開放電圧Ｖｏｃと太陽光パネル１００の表面温度Ｔｓ＿ｐｖの間には直線関係があり、開放電圧Ｖｏｃを検出することによって、太陽光パネル１００の表面温度Ｔｓ＿ｐｖが一義的に規定される。太陽光パネル１００の表面温度Ｔｓ＿ｐｖは、太陽光パネル１００の開放電圧値Ｖｏｃを用いて、以下の式２から算出することができる。
Ｖｏｃ＝Ｔｓ＿ｐｖ×（ｎｋ／ｑ）ｌｎ［（ＩＬ／Ｉ０）＋１］・・・（式２）
ｎ：ダイオードパラメータ
ｋ：ボルツマン定数
ｑ：電荷素量
ＩＬ：光照射に伴う光電流
Ｉ０：逆飽和起電力
Ｉ：回路内の電流
Ｖ：電圧
Ｔｓ＿ｐｖ：太陽光パネル１００の表面温度
【００４５】
（ステップＳ３）
地表温度算出部２２２が、太陽光パネル１００の表面温度Ｔｓ＿ｐｖと太陽光パネル１００が設置されている地点の日射量とに基づいて太陽光パネル１００が設置されている地点の地表温度Ｔｓ＿ｇを算出する。地表温度Ｔｓ＿ｇは、以下の式３〜式８および日射量に基づいて、算出することができる。式３〜５は、太陽光パネル１００の熱収支式であり、式６〜８は地表面の熱収支式である。
【００４６】
［太陽光パネルの熱収支式］
Ｒｎ＿ｐｖ＝σ（Ｔｓ＿ｐｖ）４＋Ｈｐｖ＋ｌＥ＋Ｇ・・・（式３）
Ｒｎ＿ｐｖ：太陽光パネル１００の表面における正味放射量
σ：ステファン・ボルツマン係数
Ｔｓ＿ｐｖ：太陽光パネル１００の表面温度
Ｈｐｖ：顕熱輸送量（太陽光パネル１００の表面付近の顕熱）
ｌＥ：潜熱輸送量（太陽光パネル１００の表面付近の潜熱）
Ｇ：地中伝達熱
ここで、太陽光パネル１００の表面においては、潜熱を発生させる要因が通常の地表（アスファルト、芝生、土壌など）に比べて非常に少なく、かつ地中伝達熱Ｇは考慮する必要がないため、野路置きの太陽光パネル１００の表面における熱収支式（式３）は次のように変形できる。
Ｒｎ＿ｐｖ＝Ｈｐｖ＋σ（Ｔｓ＿ｐｖ）４・・・（式４）
Ｒｎ＿ｐｖ：太陽光パネルの表面における正味放射量
Ｈｐｖ：太陽光パネル上の顕熱輸送量
σ：ステファン・ボルツマン係数
Ｔｓ＿ｐｖ：太陽光パネル１００の表面温度
Ｈｐｖは以下のように記述できる。
Ｈｐｖ＝Ｃｐ×ρ×ＣｈＵ（Ｔｓ＿ｐｖ−Ｔ）・・・（式５）
Ｃｐ：空気比熱
ρ：空気密度
ＣｈＵ：コンダクタンス（定数）
Ｔ：大気温度（気温）
【００４７】
［地表面の熱収支式］
Ｒｎ＝σ（Ｔｓ＿ｇ）４＋Ｈ＋ｌＥ＋Ｇ・・・（式６）
Ｔｓ＿ｇ：地表面の温度
Ｈ：地表面の顕熱輸送量
ｌＥ：地表面の潜熱輸送量
Ｇ：地中伝達熱
ここで、地表において、地中伝達熱Ｇは地表温度を議論する範囲においては無視することができ、地表面の熱収支式（式６）は、Ｒｎ＝σ（Ｔｓ＿ｇ）４＋Ｈ＋ｌＥと変形できる。
地表面の顕熱輸送量Ｈは以下のように記述できる。
Ｈ＝Ｃｐ×ρ×ＣｈＵ（Ｔｓ＿ｇ−Ｔ）・・・（式７）
Ｔｓ＿ｇ：太陽光パネル付近の地表温度
地表面の潜熱輸送量ｌＥは以下のように記述できる。
ｌＥ＝β×ＣｈＵ（Ｑｓ−Ｑ）・・・（式８）
β：蒸発効率（アルベド、地表面形状、材質で決まる定数）
Ｑｓ：地表温度Ｔｓ＿ｇに対する飽和比湿（Ｔｓ＿ｇの関数で与えられ、数表から容易に求まる）
Ｑ：大気の比湿
【００４８】
上記の式４〜式８を用いると太陽光パネル１００の表面温度Ｔｓ＿ｐｖから地表温度Ｔｓ＿ｇを求めることができる。地表温度Ｔｓ＿ｇは、地表に含まれる水分（湿度要素）および地表のアルベド要素と関連している。
【００４９】
（ステップＳ４）
気象データ推定部２２３が、相対湿度、地形データおよび算出した地表温度Ｔｓ＿ｇに基づいて雲量を求める。真夏のように地表温度が高い場合、急速に積乱雲が発達して、局所的な豪雨および日照変化が起きる。本開示のエネルギー管理システム１は、このような急激な気象の変化（雲量の変化）を推測することができる。ステップＳ１〜ステップＳ４までで求めた各データは、「局所気象データ」としてエネルギー需給計画の生成に利用される。局所気象データは、従来のアメダス観測点などよりも狭所の気象データであり、データの種類は、温度、湿度、雲量、日射量および天候（晴れ、雨、曇り）等である。
【００５０】
なお、一般に得られる気象データ（温度、湿度、雲量、日射量）と比較して、著しく雲量が少なく見積もられた場合は、湿度および気温を再検証してステップＳ３から再計算してもよい。気象データに対し、著しく雲量が多く見積もられた場合は、局所的な積乱雲発達などが想定される。
【００５１】
（ステップＳ５）
局所エネルギー需給計画生成部２２４が、少なくとも、気象データ推定部２２３が推定した気象データと、気象データに紐づけられた第２の領域の過去の電力需給履歴と、に基づいて第２の領域のエネルギー需給計画（局所運用計画）を生成する。
【００５２】
上記のようにしてエネルギー管理システム１は、局所運用計画および広域運用計画を生成する。局所運用計画と広域運用計画とに差がなければ、例えば、エネルギー管理システム１は広域運用計画を変更せずに実行する。また、局所運用計画と広域運用計画とに差があれば、エネルギー管理システム１は補正運用計画を実行する。したがって、本開示のエネルギー管理システム１は、局所的な気象変動を把握して地域ごとに最適なエネルギー管理をすることができる。なお、上で説明した局所運用計画、広域運用計画および補正運用計画は、いずれも、太陽光発電装置１０が電力を供給することを計画に含んでもよい。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態のエネルギー管理システム２を、図５〜図６を参照して説明する。
図５は、第２実施形態に係るエネルギー管理システム２の全体構成を示す図である。図５において、第１の実施形態と同一の構成要素については図１と同一の参照符号を付しているので、詳細な説明は省略する。
【００５４】
図５に示されているように、第２の実施形態のエネルギー管理システム２は、太陽光パネル１００が、需要家３０の建物の建材（壁材、窓、柱材など）の一部をなす、いわゆる建材一体型太陽光発電システムを構成している点で第１の実施形態と異なっている。この場合、太陽光パネル１００の表面の日射量と地表面における日射量とは必ずしも一致しないため、第２の実施形態では、日射量算出部２２１による地表面の日射量を算出するステップが加わり、地表温度算出部２２２による地表温度の算出方法が変わる。なお、図５等に示された実施形態は一例であって、本開示の技術的思想を制限するために示されているものではない。
【００５５】
図６は、第２の実施形態の局所エネルギー需給計画システム２２０の処理を示すフローチャートである。第２の実施形態では、太陽光パネル１００は建築物の躯体に設置されているため、太陽光発電装置１０が出力する発電データから地表面の日射量を算出するステップ（ステップＳ１Ｂ）および地表温度を算出するステップ（ステップＳ３Ｂ）が第１の実施形態とは異なる。具体的には、日射量算出部２２１は、太陽光パネル１００が建物に設置されている方向を考慮して地表面の日射量を算出し、地表温度算出部２２２は、太陽光パネル１００が設置されている建材の影響を考慮して地表温度を算出する。以下では、図６に示されたフローチャートのうち、第１の実施形態とは異なるステップＳ１ＢおよびステップＳ３Ｂについてのみ説明する。
【００５６】
（ステップＳ１Ｂ）
建材一体型太陽光発電システムの多くは、建物の壁面に設置されている場合が多く、太陽光パネル１００に到達する日射量は地表面と異なる。したがって、日射量算出部２２１は、設置されている建物の方位角および太陽光パネルの傾斜角に基づいて周知の天文学的手法により太陽光パネル１００の日射量を地表面への入射角度に換算し、地表面への日射量を算出する。太陽光パネル１００の表面への日射量（日射光強度）をＩｄとし地表面への日射量をＩｇとした場合、ＩｄとＩｇとの関係は以下の式９によって表される。
ε×Ｉｄ＝ε０×Ｉｇ×ｃｏｓθ・・・（式９）
ε：太陽光パネルのアルベド数
Ｉｄ：太陽光パネル表面への入射量
ε０：地表面のアルベド数
Ｉｇ：地表面への入射量
θ：太陽光パネルと入射光とのなす角
【００５７】
（ステップＳ３Ｂ）
建材一体型太陽光発電システムのパネル表面温度は、第１の実施形態と同様に太陽光発電の開放電圧から推計することができる。しかしながら、建材一体型太陽光発電システムは建屋躯体と一体化しているため、一般的な晴天時の場合、パネル表面温度は地表面の温度より高くなる傾向にある。言い換えると、実際の日射で得られる表面温度に加えて顕熱分の蓄熱が大きいために、建材一体型の太陽光パネル１００の表面温度Ｔｓ＿ｂｉｐｖは地表温度Ｔｓ＿ｇよりも高くなる。そこで、第１の実施形態の説明で記載された熱収支式は、以下の式１０のように修正される。
【００５８】
［建材一体型の太陽光パネルの熱収支式］
Ｒｎ＿ｂｉｐｖ＝Ｈｂｉｐｖ＋σ（Ｔｓ＿ｂｉｐｖ）４・・・（式１０）
Ｒｎ＿ｂｉｐｖ：建材一体型の太陽光パネル１００の正味放射量
Ｈｂｉｐｖ：建材一体型の太陽光パネル１００上の顕熱輸送量
Ｔｓ＿ｂｉｐｖ：建材一体型の太陽光パネル１００の表面温度
ここで、Ｔｓ＿ｂｉｐｖは式２より導き出される。また、建材一体型太陽光発電システムの顕熱輸送量Ｈｂｉｐｖは以下の式１１で表される。
Ｈｂｉｐｖ＝Ｃｂｐ×ρｂ×ＣｈＵ’（Ｔｓ＿ｂｉｐｖ−Ｔ）・・・（式１１）
Ｃｂｐ：建物躯体比熱
ρｂ：建物躯体材料の密度
ＣｈＵ’：躯体のコンダクタンス（定数）
Ｔ：大気温度（気温）
【００５９】
一方、建材一体型の太陽光パネル１００の正味放射量と地表面の正味放射量は式９より、以下の式１２のように記述できる。
Ｒｎ＿ｂｉｐｖ／Ｒｎ＝Ｉｄ／Ｉｇ＝ε０／ε×ｃｏｓθ・・・（式１２）
上記式１２によって、太陽光パネル１００のアルベド数ε、地表面のアルベド数ε０、太陽光パネルと入射光とのなす角θ、太陽光パネル１００における正味放射量および地表面における正味放射量を関連付けることができる。上記の式１０〜式１２さらに、式６〜式８に記載されている地表面の水分、湿度といった顕熱、潜熱を考慮することにより、地表温度Ｔｓ＿ｇを算出することができる。
【００６０】
第２の実施形態によると、建物の熱負荷を太陽光発電装置１０から直接算出することができる。そのため、第２の実施形態のエネルギー管理装置は、需要家のエネルギー消費の推計に建物の熱負荷を加味することで、推計精度を向上させることができる。
【００６１】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態では、太陽光発電装置１０が、窓部分に光透過型の太陽電池が組み込まれた高機能窓システムであるエアフローウィンドウを構成する。エアフローウィンドウは、第２の実施形態と同様に建屋の躯体と一体化した建材一体型太陽光発電システムである。エアフローウィンドウは、窓に対して光透過型太陽電池を設けることによって建屋内部に対する熱負荷の低減を図ることが可能であり、且つ、自身が備える排気ファンの駆動を太陽光発電装置１０と連動させて熱の除去が可能である。
【００６２】
［エアフローウィンドウの説明］
図７は、エアフローウィンドウを概略的に示す図である。図７（ａ）は、エアフローウィンドウの外壁側の正面図であり、図７（ｂ）は、エアフローウィンドウの室内側の正面図であり、図７（ｃ）は、エアフローウィンドウの断面図である。エアフローウィンドウは、室外側ガラスと室内側ガラスとを備える複層構成となっている。エアフローウィンドウでは、光透過型太陽電池で吸収した熱線が輻射熱に転じ、排気ファンによって複層ガラス間から温まった空気を強制排気されることによって、室内側の熱負荷を低減できる。
【００６３】
第３の実施形態の太陽光発電システムは、エアフローウィンドウの排気駆動の電源は光透過型太陽電池から直接供給され、日射と連動した熱負荷低減が可能となる。また、エアフローウィンドウは、熱負荷低減が太陽光発電と連動しているため、発電データを参照して日射量や輻射熱の大きさを把握しながら、強制排気によって室内の熱負荷を低減することができる。
【００６４】
一般に、エアフローウィンドウは、外側（室外側）および内側（室内側）の二枚のガラスの間に日射を遮蔽するためのブラインドカーテンが設けられて、二枚のガラスの間の空間が遮熱される。二枚のガラスの間の空間は排気ダクトとつながっており、エアフローウィンドウは室内側の汚れた空気を取り込み、排気ダクトを通じて排熱することができる。
【００６５】
上記のとおり第３の実施形態の太陽光発電装置１０は、光透過型の太陽電池を外側のガラスに組み込んだ構造を有している。光透過型の太陽電池は遮光・遮熱機能を有するため、第３の実施形態では二枚のガラスの間のブラインドカーテンは必須ではない。光透過型の太陽電池によって日射は減光されるが、さらに減光したい場合は二枚のガラスの間にブラインドカーテンを設置し、および／または、室内側に従来のインテリアであるカーテンなどを設置してもよい。
【００６６】
光透過型の太陽電池としては、採光できる窓機能を持つものが望ましく、太陽電池の種類としては薄膜太陽電池が特に望ましい。薄膜太陽電池は、薄膜の厚み、材料などで遮光・遮熱機能を調整することができる。薄膜太陽電池を構成する材料に特に制限はなく、アモルファスシリコン、ＣＩＧＳ（銅・インジウム・ガリウム・硫黄・セレン）化合物、ペロブスカイト、有機系などが挙げられる。
【００６７】
第３の実施形態において、エアフローウィンドウに使用される太陽電池は光透過するため、第２の実施形態と比較して局所的な気象データを算出する際の放射熱量の取り扱いが異なる。具体的には、局所エネルギー需給計画システム２２０は、エアフローウィンドウによる排熱分だけ、太陽光パネル１００の顕熱輸送量を補正して局所エネルギー需給計画を生成する。つまり、第２の実施形態において、建材に関するパラメータを調節することによって、局所的な気象データを推定することができる。その他の処理は、第２の実施形態において説明した処理と変わらない。以下では、第２の実施形態の処理とは異なる点のみを記す。
【００６８】
［エアフローウィンドウの熱収支式］
Ｒｎ＿ＡＦＷ＝ＨＡＦＷ＋σ（Ｔｓ＿ＡＦＷ）４−Ｈｉｎ・・・（式１３）
Ｒｎ＿ＡＦＷ：エアフローウィンドウ表面から放出される放射熱量
ＨＡＦＷ：エアフローウィンドウに組み込まれた太陽電池の顕熱輸送量
Ｔｓ＿ＡＦＷ：エアフローウィンドウに組み込まれた太陽電池表面温度
Ｈｉｎ：エアフローウィンドウに組み込まれた太陽電池を透過した日射によるエアフローウィンドウの躯体および室内の顕熱量
エアフローウィンドウに組み込まれた光透過型の太陽電池の放射量と太陽電池を透過した顕熱輸送量の合計が地表の放射量と定義できるため、第２の実施形態の説明において記載された式１２を踏まえて、第３の実施形態の放射熱量の関係式は以下の式１４のように記述できる。
（Ｒｎ＿ＡＦＷ＋Ｈｉｎ）／Ｒｎ＝（Ｉｄ＋Ｉｉｎ）／Ｉｇ・・・（式１４）
ここで、Ｈｉｎは実測できないため、ＨＡＦＷおよびＴｓ＿ＡＦＷから求めることになる。上記の式１３および式１４からわかるとおり、（Ｒｎ＿ＡＦＷ＋Ｈｉｎ）を第２の実施形態の算出式におけるＲｎｂｉｐｖと見做すことにより、第２の実施形態と全く同様に気象データを推定することができる。
【００６９】
第３の実施形態の局所エネルギー需給計画システム２２０は、上記式１３および式１４ならびに第２の実施形態において説明したその他の式に基づいて、エアフローウィンドウに組み込まれた光透過型太陽電池の短絡電流および解放電圧から地表温度を算出し、局所的な領域（第２の領域）の気象データを求めることができる。第３の実施形態のエネルギー管理システムは、第１の実施形態および第２の実施形態のエネルギー管理システムと同様、局所的な気象変動を把握して地域ごとに最適なエネルギー管理をすることができる。
【００７０】
なお、本開示は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、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、上記の各構成、機能等は、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、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０…太陽光発電装置
１００…太陽光パネル
１０１…ＰＣＳ
１１０…発電データ送信部
２０…エネルギー管理装置、２１…記録部、２２…制御部、２３…表示部
２００…地域エネルギー管理システム
２０１…気象データ取得部
２０２…発電データ取得部
２０３…電力需要データ取得部
２０４…運用計画補正部
２０５…運用計画実施部
２１０…広域エネルギー需給計画システム
２１１…エネルギー需給推定部
２１２…広域エネルギー需給計画生成部
２２０…局所エネルギー需給計画システム
２２１…日射量算出部
２２２…地表温度算出部
２２３…気象データ推定部
２２４…局所エネルギー需給計画生成部
３０…需要家
４０…サーバ、４１…気象データ送信部
【図１】
2020038453.tif 000003
【図２】
2020038453.tif 000004
【図３】
2020038453.tif 000005
【図４】
2020038453.tif 000006
【図５】
2020038453.tif 000007
【図６】
2020038453.tif 000008
【図７】
2020038453.tif 000009