(57)【要約】【課題】太陽電池が周辺障害物により受ける陰影の影響およびその陰影影響を受けた太陽電池の出力特性を自動予測できる、新しい太陽電池の陰影影響予測プログラムおよび出力特性予測プログラムを提供する。【解決手段】コンピュータを、陰影の影響を予測しようとする場所と日時、ならびに太陽電池および周辺障害物の位置と大きさを入力するデータ入力手段（１）、太陽電池および周辺障害物の位置と大きさに基づいて太陽電池モデルおよび周辺障害物モデルを作成するモデル作成手段（２）、予測しようとする場所および日時に対応する太陽位置を算出する太陽位置算出手段（３）、太陽電池モデル上に所定間隔で設定された複数の基準ドット毎に、当該基準ドットと太陽位置とを結ぶ仮想直線を、基準ドット位置を表す空間座標および太陽位置を三角関数を用いて算出する仮想直線算出手段（４）、および全仮想直線のうちで周辺障害物モデルと接触する仮想直線を検出し、当該接触する仮想直線の基準ドットに周辺障害物モデルから延びる陰影画像を作成する陰影画像作成手段（５）として機能させる。【選択図】      図１
2004178098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池に対する周辺障害物による陰影の影響を予測するためにコンピュータを、
陰影の影響を予測しようとする場所と日時、ならびに太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさを入力するデータ入力手段、
太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさに基づいて太陽電池モデルおよび周辺障害物モデルを作成するモデル作成手段、
予測しようとする場所および日時に対応する太陽位置を算出する太陽位置算出手段、
太陽電池モデル上に所定間隔で設定された複数の基準ドット毎に、当該基準ドットと太陽位置とを結ぶ仮想直線を、基準ドット位置を表す空間座標および太陽位置を三角関数を用いて算出する仮想直線算出手段、および
全仮想直線のうちで周辺障害物モデルと接触する仮想直線を検出し、当該接触する仮想直線の基準ドットに周辺障害物モデルから延びる陰影画像を作成する陰影画像作成手段、
として機能させることを特徴とする太陽電池の陰影影響予測プログラム。
【請求項２】
太陽電池に対する周辺障害物による陰影の影響を予測するためにコンピュータを、
陰影の影響を予測しようとする場所と日時、ならびに太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさを入力するデータ入力手段、
太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさに基づいて太陽電池モデルおよび周辺障害物モデルを作成するモデル作成手段、
予測しようとする場所および日時に対応する太陽位置を算出する太陽位置算出手段、
太陽電池モデル上に所定間隔で設定された複数の基準ドット毎に、当該基準ドットと太陽位置とを結ぶ仮想直線を、基準ドット位置を表す空間座標および太陽位置を三角関数を用いて算出する仮想直線算出手段、および
全仮想直線のうちで周辺障害物モデルと接触する仮想直線を検出し、当該接触する仮想直線の基準ドットに周辺障害物モデルから延びる陰影画像を作成する陰影画像作成手段、
として機能させることを特徴とする太陽電池の陰影影響予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項３】
太陽電池に対する周辺障害物による陰影の影響を予測する装置であって、
陰影の影響を予測しようとする場所と日時、ならびに太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさを入力するデータ入力手段、
太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさに基づいて太陽電池モデルおよび周辺障害物モデルを作成するモデル作成手段、
予測しようとする場所および日時に対応する太陽位置を算出する太陽位置算出手段、
太陽電池モデル上に所定間隔で設定された複数の基準ドット毎に、当該基準ドットと太陽位置とを結ぶ仮想直線を、基準ドット位置を表す空間座標および太陽位置を三角関数を用いて算出する仮想直線算出手段、および
全仮想直線のうちで周辺障害物モデルと接触する仮想直線を検出し、当該接触する仮想直線の基準ドットに周辺障害物モデルから延びる陰影画像を作成する陰影画像作成手段、
を備えたことを特徴とする太陽電池の陰影影響予測装置。
【請求項４】
太陽位置算出手段は、予測しようとする場所および日時に対応する太陽高度および太陽方位を算出し、当該太陽高度および太陽方位に基づいて太陽位置を表す空間座標を算出する請求項１記載の太陽電池の陰影影響予測プログラムまたは請求項２記載の太陽電池の陰影影響予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体または請求項３記載の太陽電池の陰影影響予測装置。
【請求項５】
陰影画像作成手段は、仮想直線上の空間座標と障害物モデルの空間座標とが一致する場合に当該仮想直線が周辺障害物モデルと接触すると判断する請求項１記載の太陽電池の陰影影響予測プログラムまたは請求項２記載の太陽電池の陰影影響予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体または請求項３記載の太陽電池の陰影影響予測装置。
【請求項６】
任意の結線状態にある太陽電池の出力特性を予測するためにコンピュータを、
出力特性を予測しようとする場所と日時と太陽電池結線状態、ならびに太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさを入力するデータ入力手段、
太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさに基づいて太陽電池モデルおよび周辺障害物モデルを作成するモデル作成手段、
予測しようとする場所および日時に対応する太陽位置を算出する太陽位置算出手段、
太陽電池モデル上に所定間隔で設定された複数の基準ドット毎に、当該基準ドットと太陽位置とを結ぶ仮想直線を、基準ドット位置を表す空間座標および太陽位置を三角関数を用いて算出する仮想直線算出手段、
全仮想直線のうちで周辺障害物モデルに接触する仮想直線を検出し、当該接触する仮想直線の基準ドットに周辺障害物モデルから延びる陰影画像を作成する陰影画像作成手段、
太陽電池モデルを太陽電池枚数で分割してなる結線マスを作成し、予測しようとする太陽電池結線状態で各結線マスを結線する結線マス作成手段、
太陽電池モデルの全結線マスを、陰影画像が乗る結線マスと陰影画像が乗らない結線マスとに区分する結線マス区分手段、
陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は散乱光成分のみあるいは直達光成分と散乱光成分との合成成分とし、且つ、陰影画像が乗らない結線マスによる光起電流は直達光成分と散乱光成分との合成成分として、太陽電池等価回路のダイオード電流電圧式を用いて、結線マス毎の電流電圧出力特性を算出する結線マス出力特性算出手段、および
結線状態に基づき各結線マスの電流電圧出力特性を足し引きして、全結線マスの総合電流電圧出力特性を算出する総合出力特性算出手段、
として機能させることを特徴とする太陽電池の出力特性予測プログラム。
【請求項７】
任意の結線状態にある太陽電池の出力特性を予測するためにコンピュータを、
出力特性を予測しようとする場所と日時と太陽電池結線状態、ならびに太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさを入力するデータ入力手段、
太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさに基づいて太陽電池モデルおよび周辺障害物モデルを作成するモデル作成手段、
予測しようとする場所および日時に対応する太陽位置を算出する太陽位置算出手段、
太陽電池モデル上に所定間隔で設定された複数の基準ドット毎に、当該基準ドットと太陽位置とを結ぶ仮想直線を、基準ドット位置を表す空間座標および太陽位置を三角関数を用いて算出する仮想直線算出手段、
全仮想直線のうちで周辺障害物モデルに接触する仮想直線を検出し、当該接触する仮想直線の基準ドットに周辺障害物モデルから延びる陰影画像を作成する陰影画像作成手段、
太陽電池モデルを太陽電池枚数で分割してなる結線マスを作成し、予測しようとする太陽電池結線状態で各結線マスを結線する結線マス作成手段、
太陽電池モデルの全結線マスを、陰影画像が乗る結線マスと陰影画像が乗らない結線マスとに区分する結線マス区分手段、
陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は散乱光成分のみあるいは直達光成分と散乱光成分との合成成分とし、且つ、陰影画像が乗らない結線マスによる光起電流は直達光成分と散乱光成分との合成成分として、太陽電池等価回路のダイオード電流電圧式を用いて、結線マス毎の電流電圧出力特性を算出する結線マス出力特性算出手段、および
結線状態に基づき各結線マスの電流電圧出力特性を足し引きして、全結線マスの総合電流電圧出力特性を算出する総合出力特性算出手段、
として機能させることを特徴とする太陽電池の出力特性予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項８】
任意の結線状態にある太陽電池の出力特性を予測する装置であって、
出力特性を予測しようとする場所と日時と太陽電池結線状態、ならびに太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさを入力するデータ入力手段、
太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさに基づいて太陽電池モデルおよび周辺障害物モデルを作成するモデル作成手段、
予測しようとする場所および日時に対応する太陽位置を算出する太陽位置算出手段、
太陽電池モデル上に所定間隔で設定された複数の基準ドット毎に、当該基準ドットと太陽位置とを結ぶ仮想直線を、基準ドット位置を表す空間座標および太陽位置を三角関数を用いて算出する仮想直線算出手段、
全仮想直線のうちで周辺障害物モデルに接触する仮想直線を検出し、当該接触する仮想直線の基準ドットに周辺障害物モデルから延びる陰影画像を作成する陰影画像作成手段、
太陽電池モデルを太陽電池枚数で分割してなる結線マスを作成し、予測しようとする太陽電池結線状態で各結線マスを結線する結線マス作成手段、
太陽電池モデルの全結線マスを、陰影画像が乗る結線マスと陰影画像が乗らない結線マスとに区分する結線マス区分手段、
陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は散乱光成分のみあるいは直達光成分と散乱光成分との合成成分とし、且つ、陰影画像が乗らない結線マスによる光起電流は直達光成分と散乱光成分との合成成分として、太陽電池等価回路のダイオード電流電圧式を用いて、結線マス毎の電流電圧出力特性を算出する結線マス出力特性算出手段、および
結線状態に基づき各結線マスの電流電圧出力特性を足し引きして、全結線マスの総合電流電圧出力特性を算出する総合出力特性算出手段、
を備えたことを特徴とする太陽電池の出力特性予測装置。
【請求項９】
結線マス出力特性算出手段は、各結線マスに４隅点および中心点を設定し、４隅点および中心点の５点の内で所定数以上の点に陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は散乱光成分のみとし、４隅点および中心点の５点の内で所定数未満の点に陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は直達光成分と散乱光成分との合成成分とし、４隅点および中心点の５点の内で所定数未満の点であっても中心点に陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は散乱光成分のみとして、太陽電池等価回路のダイオード電流電圧式を用いて、結線マス毎の電流電圧出力特性を算出する請求項６記載の太陽電池の出力特性予測プログラムまたは請求項７記載の太陽電池の出力特性予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体または請求項８記載の太陽電池の出力特性予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、コンピュータを用いて、太陽電池が周辺障害物により受ける陰影の影響を自動予測することができ、且つその陰影影響を受けた太陽電池の出力特性を自動予測することができる、新しい太陽電池の陰影影響予測プログラムおよび太陽電池の出力特性予測プログラム、ならびに当該予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、ならびに太陽電池の陰影影響予測装置および太陽電池の出力特性予測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽電池の設置に際しては、その設置場所付近に存在する建造物等の陰影が太陽電池の発電電力に大きな影響を及ぼすので、その影響の有無を考慮した設置位置や設置方向の検討が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、その検討は設置対象地における緯度・経度や太陽軌跡などから経験則に基づいて人間が主観的に判断しており、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）などのコンピュータソフトウェアを使用した太陽電池やその周辺建造物の図面表示を補助的に参考にすることもあるが、その場合であっても経験則に基づく判断であることには変わりなく、正確な客観的判断を実現する技術はなかった。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑み、コンピュータを用いて、太陽電池が周辺障害物により受ける陰影の影響を自動予測することができ、且つその陰影影響を受けた太陽電池の出力特性を自動予測することができる、新しい太陽電池の陰影影響予測プログラムおよび太陽電池の出力特性予測プログラム、ならびに当該予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、ならびに太陽電池の陰影影響予測装置および太陽電池の出力特性予測装置を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、太陽電池に対する周辺障害物による陰影の影響を予測するためにコンピュータを、陰影の影響を予測しようとする場所と日時、ならびに太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさを入力するデータ入力手段、太陽電池の位置と大きさおよび周辺障害物の位置と大きさに基づいて太陽電池モデルおよび周辺障害物モデルを作成するモデル作成手段、予測しようとする場所および日時に対応する太陽位置を算出する太陽位置算出手段、太陽電池モデル上に所定間隔で設定された複数の基準ドット毎に、当該基準ドットと太陽位置とを結ぶ仮想直線を、基準ドット位置を表す空間座標および太陽位置を三角関数を用いて算出する仮想直線算出手段、および全仮想直線のうちで周辺障害物モデルと接触する仮想直線を検出し、当該接触する仮想直線の基準ドットに周辺障害物モデルから延びる陰影画像を作成する陰影画像作成手段、として機能させることを特徴とする太陽電池の陰影影響予測プログラム（請求項１）を提供し、ならびに、任意の結線状態にある太陽電池の出力特性をも予測するためにコンピュータを、上記各手段に加え、出力特性を予測しようとする場所と日時と太陽電池結線状態をさらに入力するデータ入力手段、太陽電池モデルを太陽電池枚数で分割してなる結線マスを作成し、予測しようとする太陽電池結線状態で各結線マスを結線する結線マス作成手段、太陽電池モデルの全結線マスを、陰影画像が乗る結線マスと陰影画像が乗らない結線マスとに区分する結線マス区分手段、陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は散乱光成分のみあるいは直達光成分と散乱光成分との合成成分とし、且つ、陰影画像が乗らない結線マスによる光起電流は直達光成分と散乱光成分との合成成分として、太陽電池等価回路のダイオード電流電圧式を用いて、結線マス毎の電流電圧出力特性を算出する結線マス出力特性算出手段、および結線状態に基づき各結線マスの電流電圧出力特性を足し引きして、全結線マスの総合電流電圧出力特性を算出する総合出力特性算出手段、としてさらに機能させることを特徴とする太陽電池の出力特性予測プログラム（請求項６）を提供する。
【０００６】
また、この出願の発明は、これらの予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体（請求項２、７）をも提供する。
【０００７】
さらにまた、この出願の発明は、太陽電池に対する周辺障害物による陰影の影響を予測する装置であって、上記と同様な各手段を備えたことを特徴とする太陽電池の陰影影響予測装置（請求項３）、ならびに、任意の結線状態にある太陽電池の出力特性を予測する装置であって、上記と同様な各手段を備えたことを特徴とする太陽電池の出力特性予測装置（請求項８）をも提供する。
【０００８】
そしてさらに、この出願の発明は、前記太陽位置算出手段が、予測しようとする場所および日時に対応する太陽高度および太陽方位を算出し、当該太陽高度および太陽方位に基づいて太陽位置を表す空間座標を算出することを特徴とする太陽電池の陰影影響予測プログラム、当該予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、太陽電池の陰影影響予測装置（請求項４）、前記陰影画像作成手段が、仮想直線上の空間座標と障害物モデルの空間座標とが一致する場合に当該仮想直線が周辺障害物モデルと接触すると判断することを特徴とする太陽電池の陰影影響予測プログラム、当該予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、太陽電池の陰影影響予測装置（請求項５）を提供し、また、前記結線マス出力特性算出手段が、各結線マスに４隅点および中心点を設定し、４隅点および中心点の５点の内で所定数以上の点に陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は散乱光成分のみとし、４隅点および中心点の５点の内で所定数未満の点に陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は直達光成分と散乱光成分との合成成分とし、４隅点および中心点の５点の内で所定数未満の点であっても中心点に陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は散乱光成分のみとして、太陽電池等価回路のダイオード電流電圧式を用いて、結線マス毎の電流電圧出力特性を算出することを特徴とする太陽電池の出力特性予測プログラム、当該予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、太陽電池の出力特性予測装置（請求項９）を提供する。
【０００９】
上記のとおりの特徴を有するこの出願の発明によれば、コンピュータを用いて陰影の影響を予測しようとする場所と日時ならびに太陽電池および周辺障害物の位置と大きさを入力するだけで、コンピュータ上で入力データに対応して算出された仮想的な太陽電池およびその周辺の障害物のモデルが表示され、周辺障害物モデルが仮想太陽光を遮ることにより太陽電池モデル上に生じる仮想陰影が算出されて表示されることになり、この表示をコンピュータによる自動予測結果つまり客観的判断材料として実際の太陽電池の設置計画などに参照でき、正確な客観的判断を実現できるようになる。
【００１０】
またさらには、太陽電池の結線状態についてのデータを入力することで、上記仮想陰影を重畳表示した太陽電池モデルが入力結線状態にあるときに発電できる電流電圧出力の特性が自動算出されることになり、仮想陰影の表示だけでなくこの仮想発電特性をも客観的データとして用いることで、太陽電池設備に関するより一層正確な客観的判断を実現できるようにもなる。
【００１１】
したがって、たとえば、どのような場所及び周辺環境でどのような時期にどのような陰影が太陽電池上に生じるかを画面表示から客観的に見極め、さらにその陰影状態においてどのような結線状態にするとどのような発電がなされるか、つまりどのような結線状態が最も優れた発電電力あるいは発電電力量を生むのかを出力特性値から極めて簡単に且つ正確に客観的判断できるのである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここでは、上記特徴を有するこの出願の発明の一実施形態について、機能ブロック図およびフローチャートを例示した図１および図２を適宜参照しながら、説明する。
【００１３】
［Ｉ．陰影影響予測］
＜データ入力＞
まず、コンピュータに、自動予測に必要となる以下の各種データ▲１▼〜▲６▼を入力する（図１−データ入力手段（１）、図２−ステップＳ１）。
【００１４】
このとき、たとえばコンピュータディスプレイには、図３に例示したような場所データ設定画面（１００）が▲１▼場所データ入力用に表示され、図４に例示したような日時データ設定画面（２００）が▲２▼日時データ入力用に表示され、図５に例示したような太陽電池データ設定画面（３００）が▲３▼▲４▼太陽電池位置＆大きさデータ入力用に表示され、図６に例示したような周辺障害物データ設定画面（４００）が▲５▼▲６▼周辺障害物位置＆大きさデータ入力用に表示され、それぞれの画面内の各入力枠に対してデータ入力可能とされている。
【００１５】
▲１▼陰影の影響を予測しようとする場所データ
コンピュータに自動予測させたい場所、つまり太陽電池の設置候補として考慮している場所に関するデータを入力する。図３の場所データ設定画面（１００）では、設置候補地の地理的情報として住所、地域名、地点名、緯度、経度を入力可能とし（画面中の「住所」「地域」「地点」「計算で使用する緯度／経度」入力枠）、さらにはその設置候補地において具体的にどのような敷地を設置候補として考慮しているのかを敷地情報（幅、奥行き、方位角）として入力可能としている（画面中の「敷地  幅」「敷地  奥行き」「敷地  方位角」入力枠）。方位角についてはたとえば真南方向から敷地の奥行きに相当する方向線が成す角度を入力する。地理的情報は主に後述の太陽位置算出処理にて必要なデータ、敷地情報は主に後述のモデル作成処理にて必要なデータである。
【００１６】
▲２▼陰影の影響を予測しようとする日時データ
上記設置候補地に太陽電池を設置した場合において自動予測させたい日時に関するデータ、つまり一年のうちでいつ頃の陰影を自動予測させたいかを日時情報として入力する。図３の日時データ設定画面（２００）では年月日および時刻、さらには時間範囲を入力可能としている（画面中の「日付」「時刻指定」「範囲指定」入力枠）。これらは、主に後述の太陽位置算出処理にて上記場所データとともに必要とされるデータである。
【００１７】
▲３▼太陽電池の位置データ
上記設置候補敷地内において設置させたい太陽電池の位置に関するデータ、つまり具体的に敷地内のどのような位置に太陽電池を設置させたいかを位置情報として入力する。図５の太陽電池データ設定画面（３００）では、上記敷地情報データ（幅、奥行き、方位角）で決まる敷地内における太陽電池のＸ方向位置（幅方向での太陽電池の左端の基準位置）、Ｙ方向位置（太陽電池の地上からの高さ位置）、Ｚ方向位置（奥行き方向での太陽電池の左端の基準位置）を入力可能とし（画面中の「位置」入力枠）、さらには太陽電池の傾斜角（太陽電池表面の水平状態０°からの傾斜角度）、方位角（太陽電池表面が向く真南方向０°からの方位角度）、Ｚ軸中心回転角（Ｚ軸を中心にして太陽電池表面が向く回転角度）をも入力可能としている（画面中の「回転角度」入力枠）。これらは、主に後述のモデル作成処理にて太陽電池モデルを作成するために必要なデータである。
【００１８】
▲４▼太陽電池の大きさデータ
設置しようとする太陽電池自体の大きさに関するデータを入力する。図５の太陽電池データ設定画面（３００）では、枚数（太陽電池アレイを構成するモジュールの縦枚数及び横枚数）や設置向き（アレイが横向きか縦向きか）を入力可能としており（画面中の「モジュール」入力枠）、また入力された大きさデータに基づき太陽電池アレイのモジュール構成図をプレビュー表示可能ともしている（画面中の「プレビュー」表示枠）。この大きさデータは、主に後述のモデル作成処理にて太陽電池モデルを作成するために上記位置データとともに必要とされるデータである。
【００１９】
▲５▼周辺障害物の位置データ
上記設置候補敷地内に存在する建物等の障害物の位置に関するデータを入力する。図６の周辺障害物データ設定画面（４００）では、上記敷地情報データ（幅、奥行き、方位角）で決まる敷地内における建物のＸ方向位置（幅方向での建物の左端の基準位置）、Ｙ方向位置（建物の地上からの高さ寸法）、Ｚ方向位置（奥行き方向での建物の左端の基準位置）を入力可能とし（画面中の「位置」入力枠）、さらには建物のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心とした回転角度をも入力可能としている（画面中の「位置」入力枠）。これらは、主に後述のモデル作成処理にて周辺障害物モデルを作成するために必要なデータである。
【００２０】
▲６▼周辺障害物の大きさデータ
上記設置候補敷地内に存在する建物等の障害物の大きさに関するデータを入力する（図４参照）。図４の周辺障害物データ設定画面（４００）では、建物の寸法情報（幅、奥行き、高さ）を入力可能としている（画面中の「サイズ」入力枠）。また入力された大きさデータおよび上記位置データに基づき建物の平面図および正面図をプレビュー表示可能ともしている（画面中の「Ｔｏｐ」「Ｆｒｏｎｔ」表示枠）。この大きさデータは、主に後述のモデル作成処理にて周辺障害物モデルを作成するために上記位置データとともに必要とされるデータである。本実施形態は周辺障害物として建物を主に考慮したものとなっているが、もちろんそれ以外のたとえば木や鉄塔などの周辺障害物の位置及び大きさに関するデータを入力可能にしてもよいことは言うまでもない。
【００２１】
以上の各種入力データは一端、コンピュータの記憶装置（図示なし）に格納される。
【００２２】
＜モデル作成＞
さて、コンピュータの演算処理装置では、上記のとおりに入力された太陽電池の位置及び大きさデータに基づいて太陽電池モデルが作成され、且つ周辺障害物の位置及び大きさデータに基づいて周辺障害物モデルが作成される（図１−モデル作成手段（２）、図２−ステップＳ２）。
【００２３】
より具体的には、まず記憶装置から読み出した▲１▼場所データのうちの敷地情報データ（幅、寸法、方位角）に基づいて敷地モデルが作成され、太陽電池の▲３▼位置データ（Ｘ方向位置、Ｙ方向位置、Ｚ方向位置ならびに傾斜角、方位角、Ｚ軸中心回転角）及び▲４▼大きさデータ（モジュール枚数、設置向き）に基づいて太陽電池モデルが敷地モデル上に作成され、且つ周辺障害物の▲５▼位置データ（Ｘ方向位置、Ｙ方向位置、Ｚ方向位置ならびにＸ軸中心回転角、Ｙ軸中心回転角、Ｚ軸中心回転角）及び▲６▼大きさデータ（幅、奥行き、高さ）に基づいて周辺障害物モデルが敷地モデル上に作成される。そしてこれら各モデルがコンピュータ画面に表示される（図１−出力手段（６））。
【００２４】
図７は作成された敷地モデル、太陽電池モデルおよび周辺障害物モデルの一表示例を示したものである。この例では敷地モデル上に周辺障害物モデルとしての２つの建物モデルが表示されており、右側の建物モデル上の中段屋上位置およびトップ屋上位置に４×４モジュールでなる太陽電池アレイモデルが３次元表示されている。なお、図７に例示したような３次元表示だけでなく、平面表示、正面表示、側面表示も可能となるように構築されていてもよい。３方向の位置及び寸法さらには各種角度が入力されるので、２次元モデル化処理および３次元モデル化処理のいずれも可能である。
【００２５】
＜太陽位置算出＞
続いて、上記のとおりに入力された場所データおよび日時データに基づいて太陽位置が算出される（図１−太陽位置算出手段（３）、図２−ステップＳ３）。
【００２６】
より具体的には、記憶装置から読み出した▲１▼場所データのうちの地理的情報データ（住所、地域名、地点名、緯度、経度）および▲２▼日時データ（年月日、時刻）に基づき、「太陽エネルギー利用ハンドブック」（日本太陽エネルギー学会編）等に記載されている一般的な計算式（図１−計算式記憶手段（１１））を用いて算出される。たとえば図３および図４の入力例では、近畿地方・和歌山の緯度３４°０′０″・緯度１３５°０′０″地点にて１９９９年１２月２２日１４時３０分に観察し得る太陽の位置として太陽高度および太陽方位が算出され、この太陽高度および太陽方位に基づいて太陽位置を表す空間座標が算出される。空間座標は上記モデル表示画面上での３次元空間座標（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）であり、太陽高度および太陽方位がＸ，Ｙ，Ｚ座標値に換算されたものである。
【００２７】
計算式については予め記憶させておき、算出処理時に読み出すように構築しておけばよく（図１−計算式記憶手段（１１））、また太陽高度および太陽方位については予め住所、地域、地点及び日時に対応させてデータベース化させておき、データベースにある住所等及び日時が入力された場合にはデータベースから読み出して空間座標への換算処理を行うように構築しておいてもよい。
【００２８】
なお当然、以上の太陽位置算出処理は上記モデル作成処理と並行に行われるように構築されていてもよい。
【００２９】
＜仮想直線算出＞
次に、上記のとおりに算出された太陽位置ならびに太陽電池モデルに基づき、太陽電池モデル上に所定間隔で設定された複数の基準ドット毎に、当該基準ドットと太陽位置とを結ぶ仮想直線が三角関数を用いて算出される（図１−仮想直線算出手段（４）、図２−ステップＳ４）。
【００３０】
より具体的には、たとえば図７に例示したように、まず太陽電池モデルの表面上に所定間隔で複数の基準ドットが設定され、各基準ドットの空間座標（ＸＤ１，ＹＤ１，ＺＤ１〜ＸＤｎ，ＹＤｎ，ＺＤｎ（ｎ＝総数））と上記算出された太陽位置の空間座標（ＸＳ，ＹＳ，ＺＳ）とを結ぶ仮想直線が三角関数を用いて作成される。三角関数については予め記憶させておき、算出処理時に読み出すように構築しておけばよい（図１−計算式記憶手段（１１））。
【００３１】
なお、図７の例では、太陽電池モデルだけでなく建物モデルおよび敷地モデル上にも基準ドットが所定間隔で設定されており、それらと太陽位置とを結ぶ仮想直線も算出されているが、基本的には後述のとおりに太陽電池モデル上に落ちる陰影画像を作成できればよいので、建物モデルおよび敷地モデルに関してはオプションである。
【００３２】
＜陰影画像作成＞
そして、上記のとおりに算出された仮想直線ならびに太陽電池モデル、周辺障害物モデルに基づき、全仮想直線のうちで周辺障害物モデルと接触する仮想直線が検出され、当該接触する仮想直線の基準ドットに対して周辺障害物モデルから延びる陰影画像が作成される（図１−陰影画像作成手段（５）、図２−ステップＳ５）。
【００３３】
より具体的には、まず仮想直線上に存在する複数の空間座標（ＸＬ１，ＹＬ１，ＺＬ１〜ＸＬｎ，ＹＬｎ，ＺＬｎ（ｎ＝総数））が算出され（たとえば仮想直線が通る座標を所定間隔毎に検出すればよい）、それら複数の空間座標のうちで周辺障害物モデル上に存在する空間座標（ＸＯ１，ＹＯ１，ＺＯ１〜ＸＯｎ，ＹＯｎ，ＺＯｎ（ｎ＝総数））と交差するつまり一致するものがあるか否かが判断され、一致座標が存在すればそれを有する仮想直線が周辺障害物モデルに接触するものとして検出される。この処理が全仮想直線に対して行われる。
【００３４】
そして、周辺障害物モデルに接触すると判断された仮想直線の交差座標点（ＸＬ，ＹＬ，ＺＬ＝ＸＯ，ＹＯ，ＺＯ）からその仮想直線が結ぶ基準ドットの座標点（ＸＤ，ＹＤ，ＺＤ）に対して延びる陰影画像が作成され、上記モデル表示画面にて各モデルに重畳されて表示される（図１−出力手段（６））。
【００３５】
図８はこの一表示例を示したものであり、図７に例示した各モデルに陰影画像が重畳表示されている。この例では太陽位置は左上方にあり、左側の建物モデルによって右側の建物モデルの中段屋上位置にある太陽電池アレイモデル上に陰影が生じていることがわかる。
【００３６】
この陰影画像は、上記▲２▼日時データとして入力された時間範囲に従って連続表示や軌跡表示させることもできる。たとえば図４の入力例では、日の出から日の入り（「範囲指定」「表示範囲」入力枠）までの間を３０分（「範囲指定」「間隔」入力枠）毎に連続表示させるように指定しており（「表示方法」入力枠）、この場合では１９９９年１２月２２日（「日付」入力枠）における日の出時刻から日の入り時刻までの時間を３０分で区切り、それぞれの時間区分毎に上記太陽位置算出処理、仮想直線算出処理、陰影画像作成処理を行って陰影画像を求め、各陰影画像をモデル表示画面上にて連続表示つまりコマ送りの要領で動画表示させればよい。軌跡表示の場合は一コマ前の画像を残しながら連続表示させて陰影の軌跡を表すようにすればよい。
【００３７】
なお、図７および図８には仮想太陽および仮想直線が表示されているが、太陽位置および仮想直線に関する上記処理は陰影画像を作成表示する過程で行われるものであるため、それらをモデル表示画面に表示させる必要はない。
【００３８】
以上により、陰影の影響を予測しようとする場所と日時ならびに太陽電池および周辺障害物の位置と大きさを入力するだけで、その場所、日時、位置、大きさに従ってコンピュータが算出した正確な仮想陰影が太陽電池および周辺障害物の仮想モデル上に重畳されて自動表示されるので、この表示を客観的判断材料として参照することで、どのような場所及び周辺環境にてどのような時期にどのような陰影が太陽電池上に生じるかを、極めて簡単に且つ正確に、客観的に見極めることができるようになる。
【００３９】
［ＩＩ．出力特性予測］
さて、以上の各処理は太陽電池に対する周辺障害物による陰影の影響を自動予測するためのものであるが、ここでは、任意の結線状態にある太陽電池の出力特性をさらに自動予測するための各処理を説明する。
【００４０】
＜データ入力＞
出力特性予測の場合には、先に説明した▲１▼〜▲６▼の各種データに加え、出力特性を予測しようとする太陽電池の結線状態を入力する（図１−データ入力手段（１）、図２−ステップＳ１）。
【００４１】
＜結線マス作成＞
太陽電池モデルを太陽電池枚数で分割してなる結線マスを作成し、上記入力された太陽電池結線状態で各結線マスが結線される（図１−結線マス作成手段（７）、図２−ステップＳ６）。
【００４２】
これらデータ入力および結線マス作成は、より具体的には次のように実行される。まず、たとえば図９に例示したような太陽電池結線画面（５００）に、前記作成した太陽電池モデルが平面表示されており、前記入力した太陽電池大きさデータとしてのモジュール枚数で太陽電池モデルが平面分割されて、各モジュールマスが結線マスとして表示されている。そしてこの表示画面上にて、ユーザーが任意の結線マスにマウスポインターを合わせてクリック等することで、その結線マスに結線端子が設定される。結線端子が設定されると、自動的に各結線端子間を結ぶ結線が作成され、表示される（図１−出力手段（６））。この自動結線処理では、たとえば予め複数の結線パターンを記憶させておき（図１−結線パターン記憶手段（１２））、太陽電池結線画面（５００）上に表示されたそれらの結線選択ボタンをクリック等選択することで、結線端子間を結ぶ様々な結線を自動作成させることができる。たとえば、直列結線パターンとしては、横方向の結線端子のみを結ぶパターン、縦方向の結線端子のみを結ぶパターン、横方向及び縦方向を順に結ぶパターンなど様々なものが考慮できる。図９では横方向の結線端子のみを結ぶパターンが選択され、その直列結線が作成表示されている。また並列結線パターンについては、全ての始点端子同士あるいは終点端子同士を接続することで可能となる。図９にて並列結線パターンを選択すると内部処理により５並列結線が作成表示される。
【００４３】
＜結線マス区分＞
続いて、前記作成された陰影画像データに基づき、太陽電池モデルの全結線マスが、陰影画像が乗る結線マスと陰影画像が乗らない結線マスとに区分される（図１−結線マス区分手段（８）、図２−ステップＳ７）。
【００４４】
より具体的には、たとえば、太陽電池モデルの各結線マスについて４隅点および中心点を設定し、いずれか１点でも前記図８に例示したような陰影画像が重畳している場合には、その結線マスを陰影画像が乗る結線マスと判断し、陰影画像が乗らない結線マスと区別するために標準色とは異なる色調で表示する（図１−出力手段（６））。図９のモジュール結線画面（５００）では黒く塗られた結線マスがそれである。
【００４５】
＜結線マス出力特性算出＞
次いで、陰影画像が乗る結線マスによる光起電流は散乱光成分のみあるいは直達光成分と散乱光成分との合成成分とし、且つ、陰影画像が乗らない結線マスによる光起電流は直達光成分と散乱光成分との合成成分として、太陽電池等価回路のダイオード電流電圧式を用いて、結線マス毎の電流電圧出力特性が算出される（図１−結線マス出力特性算出手段（９）、図２−ステップＳ８）。
【００４６】
より具体的には、たとえば、まず、上記結線マス区分処理で実行された各結線マスの４隅点および中心点への陰影画像の重畳判断処理の結果を利用し、４隅点および中心点の５点の内で所定数以上の点に陰影画像が乗る結線マス（たとえばマス半分以上の面積に影が乗る場合）による光起電流は散乱光成分のみによるものと設定し、４隅点および中心点の５点の内で所定数未満の点に陰影画像が乗る結線マス（たとえばマス半分未満の面積に影が乗る場合）による光起電流は直達光成分と散乱光成分との合成成分によるものと設定し、４隅点および中心点の５点の内で所定数未満の点であっても中心点に陰影画像が乗る結線マス（たとえばマス半分未満の面積であっても中心に影が乗る場合）による光起電流は散乱光成分のみによるものと設定し、そして一つの点にも陰影画像が乗らない結線マスによる光起電流は直達光成分と散乱光成分との合成成分によるものと設定する処理が実行される。
【００４７】
次いで、各結線マス毎に、太陽電池等価回路のダイオード電流電圧式を用いて電流電圧出力特性が算出される。このときに散乱光成分のみによる光起電流なのか合成成分による光起電流なのかに従って、各結線マスつまり各太陽電池モジュールの出力特性が異なることになる。
【００４８】
太陽電池等価回路のダイオード電流電圧式について説明すると、まず太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュール１枚が負荷に接続された場合の等価回路は図１０に例示したようになり、この等価回路を流れる電流は数１で与えられ、
【００４９】
【数１】
2004178098.tif 000003
【００５０】
ダイオードＤを介して出入りする電流値は数２〜数４の一般式で与えられ、
【００５１】
【数２】
2004178098.tif 000004
【００５２】
【数３】
2004178098.tif 000005
【００５３】
【数４】
2004178098.tif 000006
【００５４】
これら数２〜数４を数１に代入すると数５になり、
【００５５】
【数５】
2004178098.tif 000007
【００５６】
接点ａに流れる電流は数６で与えられることになる。
【００５７】
【数６】
2004178098.tif 000008
【００５８】
したがって、上記数５および数６の２次元連立方程式を解くことによって、一枚が負荷に接続された場合の太陽電池モジュールの内部電圧分布、出力電圧値および出力電流値などの特性値が導出され、さらにＲＬ値を変化させて同様の計算を繰り返すことにより、Ｉ−Ｖカーブ等の特性曲線が導出される。
【００５９】
そして、通常太陽電池アレイは複数の太陽電池モジュール（ｎ枚）で構成されるため、数５と同様の式がｎ＋１個必要となり、数７および数８で与えられるｎ＋１次元連立方程式を解くことによって、太陽電池アレイのモジュール毎の電流電圧出力特性つまり結線マス毎の電流電圧出力特性が導出可能となる。
【００６０】
【数７】
2004178098.tif 000009
【００６１】
【数８】
2004178098.tif 000010
【００６２】
このとき、光起電流Ｉｐｈ（ｎ）を、陰影画像が乗る結線マスについては散乱光成分のみあるいは直達光成分と散乱光成分との合成成分とし、陰影画像が乗らない結線マスについては直達光成分と散乱光成分との合成成分として、計算を行うことで、結線マス毎に陰影影響を考慮した電流電圧特性の算出が可能になる。
【００６３】
数７および数８をダイオード電流電圧式として予め記憶させておき（図１−計算式記憶手段（１３））、上記結線マス区分処理での区分結果に従って光起電流Ｉｐｈ（ｎ）の設定を変更し、算出処理すればよい。
【００６４】
＜総合出力特性算出＞
そして、以上の各結線マスの電流電圧出力特性を結線状態に従って足し引きすることで、全結線マスの総合電流電圧出力特性が算出される（図１−総合出力特性算出手段（１０）、図２−ステップＳ９）。
【００６５】
より具体的には、各結線マス毎に算出された電流電圧出力特性の各値を、上記のとおりに作成表示（たとえば図９）された結線状態つまり直列結線・並列結線に従って加減算することで、全結線マスつまり太陽電池モデルの総合電流電圧出力特性が算出され、表示される（図１−出力手段（６））。
【００６６】
図１１は、この総合電流電圧出力特性の算出結果出力としての電流電圧特性画面（６００）の一例を示したものであり、横軸に電圧（Ｖ）、左側の縦軸に電流（Ａ）をとって、電流電圧曲線（Ｉ−Ｖカーブ）を表示している。また、この電流電圧特性画面（６００）では、右側の縦軸に電力（Ｗ）を設定し、電圧と電流との積によって求められた電力電圧曲線（Ｐ−Ｖカーブ）をも表示しており、その頂点の電力最大値（図１１では６３４３．６７６Ｗ）が太陽電池アレイの最大電力を示している。電力電圧出力特性は総合出力特性算出処理にて総合電流電圧出力特性とともに算出可能である。
【００６７】
これにより、陰影画像を重畳表示した太陽電池モデルが入力した任意の結線状態にあるときに発電できる電流電圧出力の特性が自動算出、表示されることとなる。すなわち、陰影の影響を考慮した太陽電池の電流電圧出力特性がコンピュータにより自動予測可能となるのである。
【００６８】
＜発電特性算出＞
さて、陰影画像は前記入力した日時データによって決まる日時での瞬間の仮想陰影であるため、たとえば前記図４の例のように１９９９年１２月２２日における日の出時刻から日の入り時刻までの時間を３０分間隔で区切るように指定した場合では、当然３０分毎に太陽位置の変化に応じて作成される各瞬間の陰影画像も変化し、陰影画像が乗る結線マスと乗らない結線マスも変動する。
【００６９】
そこで、たとえば指定時間毎（図４の例では３０分毎）の陰影画像に従って上記結線マス区分処理、結線マス出力特性算出処理、総合出力特性算出処理を行って電流電圧出力特性を求め、各電流電圧出力特性を時系列的に表示させることも可能である（図１−出力手段（６））。特性算出処理について具体的には、たとえば、前記数７および数８のｎ＋１次元連立方程式でなるダイオード電流電圧式を指定時間繰り返し計算し、最大電力をコンピュータの記憶装置（図示なし）に蓄積し、積算することで、指定時間における陰影の影響を考慮した太陽電池アレイの発電電力量が得られる。
【００７０】
図１２は、この時系列表示結果としての発電特性時系列画面（７００）の一例を示したものであり、横軸に時間（時）、左側の縦軸に傾斜面日射（ｋＷ／ｍ２）、右側の横軸に交流発電電力量（ｋＷ）をとって、発電電力量を傾斜面日射カーブ、交流発電電力量カーブ、基準温度出力カーブにして表示している。
【００７１】
これにより、指定した時間（時刻、日、月、年間）において太陽電池の出力特性がどのように変動するのかが一目瞭然になる。
【００７２】
以上により、太陽電池の結線状態についてのデータを入力することで、前記仮想陰影状態において太陽電池をどのような結線状態にするとどのような発電がなされるのかについて極めて簡単に且つ正確に客観的判断できるようになり、たとえばどのような結線状態が最も優れた発電電力あるいは発電電力量を生むのかを客観的に予測して、太陽電池設備に関するより一層正確な判断を実現できるのである。
【００７３】
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、コンピュータを用いて、太陽電池が周辺障害物により受ける陰影の影響を自動予測することができ、且つその陰影影響を受けた太陽電池の出力特性を自動予測することができる、新しい太陽電池の陰影影響予測プログラムおよび太陽電池の出力特性予測プログラム、ならびに当該予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、ならびに太陽電池の陰影影響予測装置および太陽電池の出力特性予測装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の一実施形態を説明するための機能ブロック図である。
【図２】この出願の発明の一実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図３】場所データ設定画面の一例を示した図である。
【図４】日時データ設定画面の一例を示した図である。
【図５】太陽電池データ設定画面の一例を示した図である。
【図６】周辺障害物データ設定画面の一例を示した図である。
【図７】モデル表示の一例を示した図である。
【図８】陰影表示の一例を示した図である。
【図９】太陽電池画面の一例を示した図である。
【図１０】太陽電池等価回路の一例を示した図である。
【図１１】電流電圧特性画面の一例を示した図である。
【図１２】発電特性時系列画面の一例を示した図である。
【符号の説明】
１  データ入力手段
２  モデル作成手段
３  太陽位置算出手段
４  仮想直線算出手段
５  陰影画像作成手段
６  出力手段
７  結線マス作成手段
８  結線マス区分手段
９  結線マス出力特性算出手段
１０  総合出力特性算出手段
１１  計算式記憶手段
１２  結線パターン記憶手段
１３  計算式記憶手段
１００  場所データ設定画面
２００  日時データ設定画面
３００  太陽電池データ設定画面
４００  周辺障害物データ設定画面
５００  太陽電池結線画面
６００  電流電圧特性画面
７００  発電特性時系列画面
【図１】
2004178098.tif 000011
【図２】
2004178098.tif 000012
【図３】
2004178098.tif 000013
【図４】
2004178098.tif 000014
【図５】
2004178098.tif 000015
【図６】
2004178098.tif 000016
【図７】
2004178098.tif 000017
【図８】
2004178098.tif 000018
【図９】
2004178098.tif 000019
【図１０】
2004178098.tif 000020
【図１１】
2004178098.tif 000021
【図１２】
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