(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の環境に対応した太陽電池発電システムの発電量を演算する太陽電池発電システムシミュレータにおいて、
基準温度と評価したい日射エネルギーとに基づき、出力電圧毎に太陽電池の発電電流を演算する発電電流演算手段と、
評価したい周囲温度、太陽電池に当たる風の風速及び前記日射エネルギーにより太陽電池の温度を求める温度算出手段と、
この温度に基づいて前記発電電流及び前記出力電圧を補正する発電量補正演算手段と、
前記太陽電池発電システムに用いるインバータの変換効率を、このインバータの種類毎に記憶するインバータデータベースと、
前記補正された発電電流及び出力電圧と、インバータデータベースに記憶された前記変換効率とに基づいて、太陽電池発電システムの予測発電量を演算する発電量演算部と、
前記予測発電量を太陽電池の種類毎に対応して記憶する発電量データベースと
を具備し、
前記温度算出手段が、前記周囲温度、前記風速及び入射エネルギーにより求められる太陽電池の温度を、太陽電池の発電電流により発生するジュール熱を用いて補正する
ことを特徴とする太陽電池発電システムシミュレータ。
【請求項２】
前記温度算出手段が、前記ジュール熱により補正した吸収率を用いて、前記日射エネルギーにより発生する熱量の演算を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池発電システムシミュレータ。
【請求項３】
前記温度算出手段が、季節毎の平均的な周囲温度、風速及び入射エネルギーに基づき、太陽電池の温度を季節毎に演算し、
前記発電量演算部が、前記温度算出手段が演算した季節毎の対応電池の温度に基づいて、太陽電池の種類に対応させて、季節毎、及び時間毎に前記予測発電量を演算して、前記発電量データベースに記憶させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の太陽電池発電システムシミュレータ。
【請求項４】
周囲の環境に対応した太陽電池の発電量を演算する太陽電池発電量の演算方法において、
基準温度と評価したい日射エネルギーとに基づき、出力電圧毎に太陽電池の発電電流を演算する発電電流演算過程と、
評価したい周囲温度、太陽電池に当たる風の風速及び前記日射エネルギーにより太陽電池の温度を求める温度算出過程と、
この温度に基づいて前記発電電流及び前記出力電圧を補正する発電量補正演算過程と、
前記太陽電池発電システムに用いるインバータの変換効率を、このインバータの種類毎にインバータデータベースへ記憶させる変換効率記憶過程と、
前記補正された発電電流及び出力電圧と、インバータデータベースに記憶された前記変換効率とに基づいて、太陽電池発電システムの予測発電量を演算する発電量演算過程と、
太陽電池の種類毎に対応して、前記予測発電量を発電量データベースに記憶させる発電量記憶過程と
を有し、
前記温度算出過程において、前記周囲温度、前記風速及び入射エネルギーにより求められる太陽電池の温度を、太陽電池の発電電流により発生するジュール熱を用いて補正する
ことを特徴とする太陽電池発電システム発電量の演算方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３の太陽電池発電システムシミュレータを動作させ、太陽電池の発電量を演算する太陽電池発電システムの発電量演算プログラムであって、
基準温度と評価したい日射エネルギーとに基づき、出力電圧毎に太陽電池の発電電流を演算する発電電流演算処理と、
評価したい周囲温度、太陽電池に当たる風の風速及び前記日射エネルギーにより太陽電池の温度を求める温度算出処理と、
この温度に基づいて前記発電電流及び前記出力電圧を補正する発電量補正演算処理と、
前記太陽電池発電システムに用いるインバータの変換効率を、このインバータの種類毎にインバータデータベースへ記憶させる変換効率記憶処理と、
前記補正された発電電流及び出力電圧と、インバータデータベースに記憶された前記変換効率とに基づいて、太陽電池発電システムの予測発電量を演算する発電量演算処理と、
太陽電池の種類毎に対応して、前記予測発電量を発電量データベースに記憶させる発電量記憶処理と
を有し、
前記温度算出処理において、前記周囲温度、前記風速及び入射エネルギーにより求められる太陽電池の温度を、太陽電池の発電電流により発生するジュール熱を用いて補正する
することを特徴とする太陽電池発電システムの発電量演算プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池出力及びインバータ変換効率の各々のデータベースのデータに基づき、住宅や事業所など設置される太陽電池発電システムの発電量をシミュレーションする太陽電池システム特性シミュレータに係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石油の消費を削減し、環境に対してクリーンな電気エネルギーを得ようと、エネルギーの多様化と分散とが行われ始めている。
その中でも、再生可能エネルギーとしての太陽光発電において、太陽電池を用いた発電が、太陽電池の日射エネルギーを電気エネルギーへ変換する変換効率の向上が進んでいるため、特に盛んに住宅や事業所等の施設で用いられるようになっている。
【０００３】
すなわち、変換効率が向上したため、小型・軽量化が進み、住宅でも簡易に施設可能となって来ていることが、使用の伸びる要因と考えられる。
そこで、各住宅や事業所等に太陽電池発電システムを設置する場合に、あらかじめ太陽電池の出力容量と、インバータの変換効率とに基づき、住宅及び事業所各々に必要な電力を満足させるために必要な太陽電池発電システムの発電量を，太陽電池発電システムにより演算し、太陽電池発電システムの構成を決定する必要がある。
このとき、太陽電池データベース，インバータデータベースに各々格納された、太陽電池モジュール毎の太陽電池の出力容量と、インバータの負荷率に応じた変換効率とが、上記演算に用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の太陽電池発電システムシミュレータには、住宅や事業所などに設置するとき、太陽電池発電システムの発電容量を決定するために用いられる、上記太陽電池データベースに格納する太陽電池モジュールの発電量の計算を、図１５に示す太陽電池の等価回路に基づく以下の(1)式により行っている。
I＝Iph−Io(exp((V＋IRs)/a)−1)−(V＋IRs)/Rsh                    …(1)
ここで、Ｉphは入射エネルギーに対応した光誘起電流であり、Ｖは太陽電池電圧であり、Ｉoは逆方向飽和電流であり、Iは太陽電池の発電電流であり、Ｒsはモジュール抵抗（の抵抗値）であり、Ｒshは漏れ抵抗（の抵抗値）である。
【０００５】
すなわち、太陽電池の出力する電流は、日射エネルギーにより発生する光電流ＩPhと、P-N接合で構成されたダイオードデバイスであるために逆方向に流れるダイオード電流「Io(exp((V＋IRs)/a)−1)」，P-N接合が完全に形成されていない部分で流れる漏れ電流「(V＋IRs)/Rsh」からなる。
これらを等価回路で表すと、図１１に示すように、光電流Ｉphは電流源として、漏れ電流は動作電圧に比例するため漏れ抵抗Ｒshとして、ダイオード電流はダイオードｄとして、また太陽電池のモジュール抵抗や電極の抵抗の和を抵抗Ｒsとして表す。
【０００６】
また、(1)式において、
a  ＝  (Tc×ar)／Tcr                                             …(2)
ここで、Tcは太陽電池モジュールの温度であり、ar及びＴcrはデータベースに蓄積された特性値であり、太陽電池のモジュールが２５℃であり、吸収された日射エネルギーが「１.０ｋＷ／ｍ2」における値である。
【０００７】
しかしながら、従来の太陽電池発電システムシミュレータには、上述した(1)式を用いて発電量のシミュレーションを行うとき、温度によっては計算結果が発散してしまい、太陽電池データベースにおける太陽電池モジュールの必要な部分の発電量の数値が得られないという欠点がある。
また、従来の太陽電池発電システムシミュレータには、太陽電池モジュールの温度を、入射する日射エネルギーと、外気温度と、太陽電池モジュールに当たる風の風速により求めているが、太陽電池の発電電流により発生するジュール熱を考慮していないため、正確な太陽電池モジュールの温度に対応した発電量のシミュレーションが行えないという欠点がある。
【０００８】
したがって、従来の太陽電池発電システムシミュレータには、上述したように正確に演算された太陽電池モジュールの発電量の演算が行われないため、住宅や事業所等に設置する太陽電池発電システムの精度の高いシミュレーションが行えず、適切なシステム構成を得ることができないという問題がある。
これにより、従来の太陽電池発電システムシミュレータには、シミュレーション結果において適切として設置された太陽電池発電システムが、設置して実際に運転した場合に、十分な発電能力が無い場合や、不必要に大きな発電能力を有する場合などが生じる問題がある。
【０００９】
本発明はこのような背景の下になされたもので、太陽電池発電システムの特性シミュレーションに対して、太陽電池（太陽電池モジュール）の発電量を発散せずに、正確な太陽電池モジュールの温度に基づくシミュレーションにより得られた、太陽電池モジュールの正確な発電量が格納された太陽電池データベースを用いることにより、実際の使用に即した太陽電池発電システムの予測発電量をシミュレーションすることができる太陽電池発電システムシミュレータを提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池発電システムシミュレータは、周囲の環境に対応した太陽電池発電システムの発電量を演算する太陽電池発電システムシミュレータにおいて、基準温度と評価したい日射エネルギーとに基づき、出力電圧毎に太陽電池の発電電流を演算する発電電流演算手段（例えば、基準電流演算部４）と、評価したい周囲温度，太陽電池に当たる風の風速及び前記日射エネルギーにより太陽電池の温度を求める温度算出手段（例えば、吸収熱量演算部１，吸収率演算部２，温度補正部３）と、この温度に基づいて前記発電電流及び前記出力電圧を補正する発電量補正演算手段（例えば、発電量補正部５）と、前記太陽電池発電システムに用いるインバータの変換効率を、このインバータの種類毎に記憶するインバータデータベース（例えば、インバータデータベース７）と、前記補正された発電電流及び出力電圧と、インバータデータベースに記憶された前記変換効率とに基づいて、太陽電池発電システムの予測発電量を演算する発電量演算部（例えば、発電量演算部８）と、前記予測発電量を太陽電池の種類毎に対応して記憶する発電量データベース（例えば、発電量データベース６）とを具備し、前記温度算出手段が、前記周囲温度、前記風速及び入射エネルギーにより求められる太陽電池の温度を、太陽電池の発電電流により発生するジュール熱を用いて補正することを特徴とする。
【００１１】
本発明の太陽電池発電システムシミュレータは、前記温度算出手段が、前記ジュール熱により補正した吸収率を用いて、前記日射エネルギーにより発生する熱量の演算を行うことを特徴とする。
本発明の太陽電池発電システムシミュレータは、前記温度算出手段が、季節毎の平均的な周囲温度、風速及び入射エネルギーに基づき、太陽電池の温度を季節毎に演算し、前記発電量演算部が、前記温度算出手段が演算した季節毎の対応電池の温度に基づいて、太陽電池の種類に対応させて、季節毎、及び時間毎に前記予測発電量を演算して、前記発電量データベースに記憶させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の太陽電池発電システム発電量の演算方法は、周囲の環境に対応した太陽電池の発電量を演算する太陽電池発電量の演算方法であって、基準温度と評価したい日射エネルギーとに基づき、出力電圧毎に太陽電池の発電電流を演算する発電電流演算過程と、評価したい周囲温度、太陽電池に当たる風の風速及び前記日射エネルギーにより太陽電池の温度を求める温度算出過程と、この温度に基づいて前記発電電流及び前記出力電圧を補正する発電量補正演算過程と、前記太陽電池発電システムに用いるインバータの変換効率を、このインバータの種類毎にインバータデータベースへ記憶させる変換効率記憶過程と、前記補正された発電電流及び出力電圧と、インバータデータベースに記憶された前記変換効率とに基づいて、太陽電池発電システムの予測発電量を演算する発電量演算過程と、太陽電池の種類毎に対応して、前記予測発電量を発電量データベースに記憶させる発電量記憶過程とを有し、前記温度算出過程において、前記周囲温度、前記風速及び入射エネルギーにより求められる太陽電池の温度を、太陽電池の発電電流により発生するジュール熱を用いて補正することを特徴とする。
【００１４】
本発明の太陽電池発電システムの発電量演算プログラムは、上記太陽電池発電システムシミュレータを動作させ、太陽電池の発電量を演算する太陽電池発電システムの発電量演算プログラムであって、基準温度と評価したい日射エネルギーとに基づき、出力電圧毎に太陽電池の発電電流を演算する発電電流演算処理と、評価したい周囲温度、太陽電池に当たる風の風速及び前記日射エネルギーにより太陽電池の温度を求める温度算出処理と、この温度に基づいて前記発電電流及び前記出力電圧を補正する発電量補正演算処理と、前記太陽電池発電システムに用いるインバータの変換効率を、このインバータの種類毎にインバータデータベースへ記憶させる変換効率記憶処理と、前記補正された発電電流及び出力電圧と、インバータデータベースに記憶された前記変換効率とに基づいて、太陽電池発電システムの予測発電量を演算する発電量演算処理と、太陽電池の種類毎に対応して、前記予測発電量を発電量データベースに記憶させる発電量記憶処理とを有し、前記温度算出処理において、前記周囲温度、前記風速及び入射エネルギーにより求められる太陽電池の温度を、太陽電池の発電電流により発生するジュール熱を用いて補正することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による太陽電池発電システムシミュレータの構成を示すブロック図である。
この図において、吸収熱量演算部１は、吸収率演算部２から得られる単位面積当たりの吸収率に基づいて、入射エネルギーとして得られる日射エネルギーの吸収に対して、太陽電池の得る単位時間当たりの吸収熱量を演算する。
また、吸収熱量演算部１は、太陽電池の発電電流と、太陽電池モジュールのモジュール抵抗とに基づき、太陽電池において発生するジュール熱の計算を行う。
【００１６】
吸収率演算部２は、後に詳細に説明するが、上記吸収率を、太陽電池の発電電流に基づき生成されるジュール熱を考慮して演算する。
すなわち、吸収率演算部２は、単位時間当たり（例えば、１時間毎）に測定される太陽電池の温度変化に対応する第１の熱量と、単位時間当たりに放射される第２の熱量との加算値から、単位時間当たりの前記ジュール熱の第３の熱量を減算した値を、単位時間当たりに入射される日射量で除算することにより、上記単位時間毎に、温度特性のシミュレーションに用いる上記吸収率の演算を行う。
【００１７】
温度補正部３は、外気と太陽電池との温度差により、太陽電池の放射する単位時間当たりに放射する放射熱量を演算する。
また、温度補正部３は、上記吸収熱量から上記放射熱量を減算し、単位時間当たりの温度変化量（熱量の収支）を演算する。
さらに、温度補正部３は、太陽電池の温度に前記温度変化量を加算し、単位時間当たりの太陽電池の温度推移を求める。
【００１８】
発電量データベース６には、複数の太陽電池の種類毎に対応して、各太陽電池の特性（太陽電池のモジュールの面積，重量，モジュール抵抗Ｒs，解放電圧，短絡電流，直列抵抗等）が記憶されている。
すなわち、発電量データベース６には、太陽電池発電システムシミュレータで行われる（１）〜（７）式において使用される各パラメータが記憶されている。
また、発電量データベース６には、図２に示す発電量演算部８で計算される各時間毎の予測発電量と、その予測発電量における出力電圧とが、太陽電池発電システムに対応して、季節毎に記憶される。
さらに、データベース６には、季節及び時間毎の統計的に求められた標準的な気象データ（標準気象データ）が記憶されている。
ここで、標準気象データとは、春夏秋冬の特徴的な日（晴れの日，曇りの日、雨の日等）の外気の温度や、吹く風の風速等のデータ、時刻範囲毎の日射エネルギーのデータが格納されており、発電量のシミュレーションに用いられる。
【００１９】
基準電流演算部４は、(１)式により基準状態、すなわち太陽電池モジュールの温度が基準温度２５℃における、図３に示す電流値（発電電流の電流値）と電圧値（出力電圧の電圧値）との関係（I-Vカーブ）を算出する。
例えば、基準電流演算部４は、日射エネルギーが１kＷ／ｍ2のときの各温度における発電量を求める場合、評価したい日射エネルギーを１kＷ／ｍ2とし、太陽電池温度を２５℃としてI-Vカーブを求める。
【００２０】
すなわち、基準電流演算部４は、上述した基準状態において、電圧値毎の発電電流Iを算出する。
このとき、日射エネルギーは、発電量のシミュレーションを行う季節の標準的な日に対応して、データベース６に蓄積されている値を用いる。
【００２１】
発電量補正部５は、以下(3)及び(4)式を用いて、上記IVカーブにおける発電電流と電圧とを、シミュレーションを行う温度に対応して補正する。
V1＝V2−β(25−T1)−Rs(I2−I1)−Ｋ・I2(25−T1)                   …(3)
I1＝I2−Isc（1000／E1)−α(25−T1)                               …(4)
ここで、T1は任意の温度、すなわち発電量を求めたい太陽電池モジュールの温度である。I1は任意の温度に対応する電流、すなわち求めたい温度に対応する発電電流である。I２は基準状態の電流、すなわち(1)式で求めた発電電流である。V１は任意の温度に対応する電圧、すなわち求めたい温度に対応する電圧である。V2は基準状態の電流に対応した電圧である。
【００２２】
また、αは短絡電流の温度係数であり、βは開放電圧の温度係数であり、Iscは短絡電流である。
上記α，β，Iscは、太陽電池毎のカタログに記載されている数値である。
上述したように、発電量補正部５は、基準上記(3)及び(4)式を用いて、図３の標準状態のI-Vカーブから、求めたい温度における発電電流と、電圧との関係を演算し、同様に、図３に示す任意状態（求めたい温度における）のI-Vカーブを生成して出力する。
【００２３】
発電量演算部８は、発電量補正部５の出力する、季節及び時間毎のＩ-Ｖカーブから最大出力点を求め、この最大出力点における発電量と、インバータデータベース７に記憶されている変換効率とを、各々使用する太陽電池モジュールの発電量及びインバータの変換効率に基づき、太陽電池発電システムの季節及び時間毎の予測発電量を演算する。
インバータデータベース７には、図４に示すテーブルの形式において、太陽電池発電システムに用いられるインバータの種類毎に、インバータの直流から交流への変換効率が格納されている。
【００２４】
次に、図１及び図５を参照して、一実施形態による太陽電池発電システムシミュレータの動作例を説明する。
図５は、太陽電池モジュールの温度の計算の概要を示す概念図である。
図示しない端末から、太陽電池発電システムシミュレータを構成する太陽電池モジュールＭの種類と，この太陽電池モジュールＭの数，及び使用されるインバータの種類が、利用者により入力される。
そして、太陽電池発電システムシミュレータは、第１段階として、各太陽電池モジュールの発電量を、シミュレーションによる演算を行う。
この発電量は、季節及び時間毎にシミュレーションされて出力される。
次に、太陽電池発電システムシミュレータは、第２段階として、太陽電池発電システムに用いられている太陽電池モジュールの総発電量を求め、この総発電量に使用されるインバータの変換効率を乗ずることにより、利用者により指定された太陽電池発電システムの予測発電量を求める。
【００２５】
以下、太陽電池発電システムシミュレータが行う第１段階における発電量のシミュレーションの説明を行う。
基本的な動作としては、まず、図６に示すように、太陽電池温発電システムシミュレータが、日の出前の太陽電池温度に対して、日の出からある時刻までの温度変化量を加算することにより、上記時刻における太陽電池温度を求めている。
ここで、図７にあるように、温度変化量（Δｔ）は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの、吸収される熱量と放射される熱量との収支（熱量の収支）で決定される。
また、日の出前の温度は、図７に示すように、外気温（外気の温度）との熱の交換のみであるため、外気温と同様と仮定している。
【００２６】
従来は、すでに説明したように、図７における温度変化量（Δｔ）を求める場合、図５に示す１秒間（単位時間）の温度変化量として、▲２▼及び▲３▼の項目、すなわち、「日射エネルギーの吸収による１秒間の熱量」と「外気の温度差や周囲の風による１秒間の放熱量」との収支として考慮していた。
しかしながら、一実施形態の太陽電池発電システムシミュレータでは、▲１▼の項目として、太陽電池モジュールＭにおける「発電電流（Ｉ）によりモジュール抵抗から発生するジュール熱」による熱量を考慮している。
【００２７】
ここで、項目▲２▼の日射量（日射エネルギー）の吸収による発熱としての熱量は、日射エネルギーのうち特に長波長成分を熱として吸収され発生する。
そして、吸収熱量演算部１は、入射される入射日射量に吸収率を乗じて、日射エネルギーにより発生する熱量を算出する。
また、項目▲３▼の外気との温度差や周囲の風による放射される熱量は、放射熱量演算部３において、以下の式により算出される。
すなわち、熱量が項目▲３▼の外気との温度差や周囲の風による放射される項は、強制対流熱伝達によるものであり、空気中へ放射される放射熱量は、ニュートンの冷却則として、下記の（５）式で表される。
【００２８】
放射熱量をｑcとすると、
0004837191.tif 000002
と表される。
ここで、θf：外気温度（℃），θ：太陽電池温度（℃），v：風速（ｍ／ｓ），αc：強制対流熱伝達率（ユルゲスの実験による式）
【００２９】
さらに、太陽電池モジュールＭにおける「発電電流（Ｉ）によりモジュール抵抗から発生するジュール熱」による熱量は、モジュール抵抗の抵抗値Ｒｓと、発電電流Ｉの２乗とによる「Ｒｓ・Ｉ2」に基づき求められる。
従来例においては、上述したジュール熱の発熱による熱量を、太陽電池温度の変化において考慮せずに、このジュール熱による熱量を日射エネルギーにより発生する熱量に含めて、太陽電池の吸収率を求めていたため、太陽電池の温度変化のシミュレーション値に大きな誤差が発生すると考えられる。
【００３０】
すなわち、図８に示すように、１秒間の太陽電池の熱量の変化（左辺）は、１秒間の太陽電池の変化した温度に太陽電池モジュールの比熱を乗じることで求まる。
そして、図８の右辺において、第１項が▲１▼上述したジュール損失（ジュール熱の発生）により１秒間に発生する熱量であり、第２項が▲２▼入射日射量（入射エネルギー）に吸収率を乗じた、日射エネルギーの吸収により１秒間に発生する熱量であり、第３項が▲３▼外気との温度差や周囲の風により１秒間に放熱する熱量である。
【００３１】
したがって、ジュール損失を考慮した吸収率を求める場合、図９に示す式の構成となる。
そして、吸収率演算部２は、図９の式に対応した演算を行い、太陽電池モジュールの吸収率を求める。
すなわち、吸収率は、吸収率演算部２において、１秒間の太陽電池の変化した温度に太陽電池モジュールの比熱を乗じて得られた熱量と、上記▲３▼の熱量とを加えた値から▲１▼のジュール損失による熱量を減算し、この減算結果を１秒間の入射日射量で除算して得ることができる。
【００３２】
このように、１度、吸収率演算部２により、各太陽電池モジュール毎の熱吸収率を求めることで、以後、太陽電池モジュールの温度特性のシミュレーションを正確に行うことが可能となる。
吸収率演算部２で用いる正確な吸収率算出の式は、以下に示す（6）式となる。  ε(ω)＝((5.8＋3.9v(t))(θ(t)−θf(t))−Ｉ(t)・Ｒs2＋C(θ(t)−θ(t-1)))
/It(t)                                                   …(6)
【００３３】
ここで、上述の式は風速vが５ｍ／ｓ以下の場合に適用される。風速が５ｍ／ｓを超える場合、左辺の分子の第１項を（５）式に合わせて変更する必要がある。
（６）式において、ε(ω)が吸収率であり、Ｉt(t)が日射強度（入射日射量）であり、θf(t)が外気温であり、θ(t)が太陽電池モジュールの温度であり、v(t)が風速であり、Ｉ(t)が太陽電池モジュールＭの発電電流であり、ｔが時刻であり、Ｒsが太陽電池モジュールのモジュール抵抗である。
【００３４】
吸収率演算部２で用いられる、吸収率ε(ω)を求める（６）式の各数値は、図１０に示す測定装置により、所定の時間毎（例えば、１秒単位）に測定される。
図１０において、測定器５０は、各時刻毎に、風速計２０により出力される風速ｖ(t)の値を測定し、日射計２１により出力される受光面日射量Ｉt(t)の値の測定し、熱電対２４により外気温θf(t)を測定し、熱電対２５により太陽電池モジュールの温度θ(t)の値を測定し、電流測定用シャント抵抗により発電電流Ｉ(t)を測定し、これらの測定された各値を吸収率演算部２へ出力する。
【００３５】
ここで、電子負荷２６は、太陽電池モジュールＭの発電電力が、常にその時点での最大値（最大出力点）となるように、太陽電池モジュールＭの出力電圧を調整するため、内部の抵抗値の制御を行う。
そして、吸収率演算部２は、得られた受光面日射量Ｉt(t)，風速ｖ(t)，外気温θf(t)，太陽電池モジュールの温度θ(t)，発電電流Ｉ(t)（発電電流Ｉ）に基づき、（２）式により吸収率ε(ω)を求める。
【００３６】
ここで、吸収率演算部２は、図１１に示すように、各時刻毎に測定された吸収率の平均値を求め、この平均値を最終的な吸収率ε(ω)として、吸収熱量演算部１へ出力する。
このとき、吸収熱量演算部１は、吸収率演算部２から入力される吸収率ε(ω)を、各太陽電池モジュールに対応させて、データベース６へ格納する。
【００３７】
次に、吸収熱量演算部１は、太陽電池モジュールに吸収される熱量をシミュレーションにより求めるとき、対応する太陽電池モジュールの吸収率ε(ω)を、データベース６から読み出し、読み出した吸収率ε(ω)を用いてシミュレーションを開始する。
このとき、吸収熱量演算部１は、データベース６に、シミュレーションを行う季節の平均的な１日の所定の時間範囲毎（例えば、午前７時〜午前８時，午前８時〜午前９，…等の１時間毎）に設定された日射量Ｉt(t)を読み出し、この日射量Ｉt(t)に吸収率ε(ω)を乗じ、各時刻毎（例えば、計算の時間単位である１秒ごとの時刻，午前８時１０分１秒の後は午前８時１０分２秒等）の日射エネルギーによる熱量を演算する。
【００３８】
また、吸収熱量演算部１は、「Ｉ(t)2・Ｒs(t)」の式からジュール熱を求める。
ここで、吸収熱量演算部１は、シミュレーションの開始時点において、日の出前の太陽電池モジュールの温度に対応した発電電流Ｉ(t)をデータベース６から読み出し、この発電電流Ｉ(t)を初期値としてジュール熱を求める。
以降、吸収熱量演算部１は、温度演算部５において、シミュレーションから得られた温度に基づき演算される時間範囲毎の発電電流Ｉ(t)により、時刻毎のジュール熱を求める。
【００３９】
このとき、発電量補正部５は、上述した(1)，(3)，(4)式により、太陽電池モジュールの温度に依存した発電電流Ｉ(t)（発電電流I）を求める。
また、温度補正部３は、データベース６に、シミュレーションを行う季節の平均的な１日の所定の時間範囲毎（例えば、１時間毎）に設定された外気温θf(t)及び風速ｖ(t)を用い、（５）式により放射熱量ｑcを演算する。
【００４０】
そして、温度補正部３は、所定の時刻毎（例えば、１秒単位）に、発電量補正部５により求められた発電電流Iに基づき、吸収熱量演算部１により演算される上記吸収熱量「ε(ω)・Ｉt(t)」及びジュール熱「Ｉ(t)2・Ｒs(t)」を加算した結果から、放射熱量ｑcを減算して、この結果である、熱量収支を温度演算部５へ出力する。
そして、温度演算部５は、入力される上記熱量収支を、上記時間範囲毎に積分して、太陽電池モジュールの時間範囲毎における熱量の変化「Ｃ（θ(t)−θ(t-1)）」を求める。
【００４１】
すなわち、温度演算部５は、吸収熱量演算部１，放射熱量演算部３，温度変化演算部４の演算結果に基づき、以下の（７）式の演算を行う。
C(θ(t)−θ(tー1))＝∫[ε(ω)It(t)＋I(t)2Rs(t)−αc(θ−θf)]dt    …(7)
ここで、Ｃは比熱である。
これにより、温度演算部５は、時刻毎に入力される熱量変化を時刻範囲毎に積分して、時間範囲毎の温度変化量ΔＴ（すなわち、（θ(t)−θ(tー1)））を、左辺を比熱Cで除算することにより求める。
そして、温度演算部５は、求めた温度変化量ΔＴを、順次、直前の時間範囲の温度に加えていくことにより、各時間範囲毎の太陽電池モジュールの温度を演算する。
【００４２】
ここで、本願発明の太陽電池発電システムシミュレータにおける温度演算部５は、ジュール熱を考慮した状態で、太陽電池モジュールの日射エネルギーの吸収率を求め、ジュール熱自体も吸収熱量に対する補正として考慮に入れたため、季節と天候とに対応した状態での温度変化を図１２に示すように、図１０の測定計により、実際に測定した太陽電池モジュールの温度とほぼ同様な温度変化の特性として得ることができる。
【００４３】
そして、発電量補正部５は、基準電流演算部４が（１）式に基づき算出した基準の発電電流Ｉに対して、日の出後の時刻範囲から、温度補正部３の求めた各時間範囲毎の温度を任意の温度Ｔ1として、（３），（４）式に用いて発電電流及び出力電圧の補正を行うことにより、各時刻における太陽電池モジュールＭの発電量（すなわち、電力であり、発電電流I及びそのときの出力電圧の電圧値の積）の計算を行う。
そして、温度補正部３は、順次、発電量補正部５の演算した上記発電電流Ｉに基づき吸収熱量演算部１の求めるジュール熱と、日射エネルギーによる吸収熱量との加算値から、放射熱量を差し引いて、各対応する時刻範囲の太陽電池モジュールＭの温度を上述のように算出する。
【００４４】
すなわち、本願発明の太陽電池発電量シミュレータにおいて、温度補正部３と発電量補正部５とは、互いに求めた現在の時刻範囲の太陽電池モジュールの温度，太陽電池モジュールの発電電流Ｉとを、相互にフィードバックを掛けることにより、次の時刻範囲の太陽電池モジュールＭの温度，太陽電池モジュールＭの発電電流を、順次、演算している。
そして、得られたＩ−Ｖカーブ値の検証として、温度補正部３の演算した発電電流及び出力電流に基づくＩ−Ｖカーブと、図１０に示す実験系により、実測により得られたＩ−Ｖカーブとの比較を行い、結果として、図１３に示すように、演算値と測定値との誤差は３％以内であった。
【００４５】
次に、太陽電池発電システムシミュレータが行う第２段階における予測発電量のシミュレーションの説明を行う。
発電量演算部８は、図１４のように、発電量補正部５から順次出力される発電量のデータ、すなわち発電量を示すＩ−Ｖカーブから太陽電池モジュールＭの最大出力点（太陽電池モジュールＭの出力する電力の最大値）を求める。
次に、発電量演算部８は、指定されたインバータの変換率のデータを、インバータデータベース７から読み出し、この変換率のデータと上記最大出力点における発電量（電力）との乗算を行い、これに太陽電池モジュールの数を乗算することにより、太陽電池発電システムの、季節毎，及び時間毎の予測発電量を演算する。
【００４６】
そして、発電量演算部８は、上述したフローにより得られた予測発電量を、図３に示す形式のテーブルで発電量データベース６に、太陽電池発電システムの種類に対応させて、季節毎，及び時間毎に順次格納する。
次に、発電量演算部８は、利用者が端末から要求する太陽電池発電システムに対応する図３のテーブルを図示しない表示部に表示する。
利用者は、上記表示部に表示された予測発電量により、指定した太陽電池発電システムが、設置する住宅または事業所などで使用する電力に対して、適切か否かの判断を行う。
これにより、利用者は、この予測発電量の数値に対応して、使用する電力が不適当な場合、設置する地域に応じて、季節及び時間毎の上記予測発電量を参考にして、他の種類の太陽電池発電システムを選択して、上述した太陽電池発電システムの予測発電量のシミュレーションを再度行う。
【００４７】
そして、本願発明の対応電池発電量シミュレータを用いることにより、太陽電池モジュールの温度変化を、時刻毎に正確に算出することができるため、太陽電池モジュールの発電量のシミュレーションを正確に行うことが出来る効果がある。
すなわち、本願発明の太陽電池発電量シミュレータは、季節と天候とに対応した状態での太陽電池モジュールの温度変化を演算し、これにより求まる各時刻範囲の太陽電池モジュールＭの温度に基づき、各時刻の発電電流Ｉを（３），（４）式（温度による補正式）により正確に求め、かつ、この発電電流Ｉに対応して太陽電池モジュールＭの温度が正確に算出されるため、この得られた太陽電池モジュールの温度を、次の時刻範囲において（３），（４）式の任意の温度Ｔ1として代入することにより、順次、正確な発電量を計算することが可能となる。
【００４８】
本願発明の太陽電池発電量シミュレータを用いることにより、発電量演算部８が、指定されたインバータの変換率のデータを、インバータデータベース７から読み出し、この変換率のデータと、発電量補正部５の出力する発電量から最大出力点における電力との乗算を行い、これに太陽電池モジュールの数を乗算することにより、太陽電池発電システムの、季節毎，及び時間毎の予測発電量を演算することができるため、従来例のように、正確に演算された太陽電池モジュールの発電量が得られないため、住宅や事業所等に設置する太陽電池発電システムの精度の高いシミュレーションが行えないということが無くなり、設置する住宅や事業所のある地域，設置する場所，季節及び時間毎に適切な太陽電池発電システム構成を得ることができ、設置された太陽電池発電システムが、設置して実際に運転した場合に、十分な発電能力が無い場合や、不必要に大きな発電能力を有する場合などの発生を防止させる効果がある。
【００４９】
次に、本発明の実施の形態によるコンピュータが実行するためのプログラムについて説明する。
図１における太陽電池モジュールの温度特性をシミュレーションする太陽電池温度特性シミュレータにおけるコンピュータシステムのＣＰＵが実行するためのプログラムは、本発明によるプログラムを構成する。
【００５０】
このプログラムを格納するための記録媒体としては、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ、磁気記録媒体等を用いることができ、これらをＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、メモリカード等に構成して用いてよい。
【００５１】
また上記記録媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部のＲＡＭ等の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものも含まれる。
【００５２】
また上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから伝送媒体を介して、あるいは伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されるものであってもよい。上記伝送媒体とは、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体をいうものとする。
【００５３】
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既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。
【００５４】
従って、このプログラムを図１のシステム又は装置とは異なるシステム又は装置において用い、そのシステム又は装置のコンピュータがこのプログラムを実行することによっても、上記実施の形態で説明した機能及び効果と同等の機能及び効果を得ることができ、本発明の目的を達成することができる。
【００５５】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００５６】
【発明の効果】
本願発明の太陽電池発電システムシミュレータによれば、ジュール熱を考慮した状態で、太陽電池モジュールの日射エネルギーの吸収率を求め、この吸収率に基づき吸収熱量を求め、かつ太陽電池モジュールの発熱するジュール熱自体も吸収熱量に対する補正として考慮に入れたため、季節と天候とに対応した状態での温度変化を図１０に示すように、実際に測定した温度とほぼ同様な温度変化の特性として得ることができる。
【００５７】
また、本願発明の太陽電池発電システムシミュレータによれば、季節と天候とに対応した状態での太陽電池モジュールの温度変化を演算し、これにより求まる各時刻範囲の太陽電池モジュールＭの温度に基づき、各時刻の発電電流Ｉを（３），（４）式（温度による補正式）により正確に求め、かつ、この発電電流Ｉに対応して太陽電池モジュールＭの温度が正確に算出されるため、この得られた太陽電池モジュールの温度を、次の時刻範囲において（３），（４）式の任意の温度Ｔ1として代入することにより、順次、正確な発電量を計算することが可能となる。
【００５８】
さらに、本願発明の太陽電池発電量シミュレータによれば、発電量演算部が、指定されたインバータの変換率のデータを、インバータデータベースから読み出し、この変換率のデータと、発電量補正演算手段の出力する発電量から最大出力点における電力との乗算を行い、これに太陽電池モジュールの数を乗算することにより、太陽電池発電システムの、季節毎，及び時間毎の予測発電量を演算することができるため、従来例のように、正確に演算された太陽電池モジュールの発電量が得られないため、住宅や事業所等に設置する太陽電池発電システムの精度の高いシミュレーションが行えないということが無くなり、設置する住宅や事業所のある地域，設置する場所，季節及び時間毎に適切な太陽電池発電システム構成を得ることができ、設置された太陽電池発電システムが、設置して実際に運転した場合に、十分な発電能力が無い場合や、不必要に大きな発電能力を有する場合などの発生を防止させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による太陽電池発電量シミュレータの構成を示すブロック図である。
【図２】  予測発電量と、この予測発電量時の出力電圧との関係を示す、発電量データベース６に記憶されているテーブルの形式を示す図である。
【図３】  太陽電池発電量シミュレータの算出するＩ−Ｖカーブを示す図である（横軸：太陽電池の出力電圧値Ｖ，縦軸：太陽電池の発電電流Ｉ）。
【図４】  インバータの種類と、その変換効率との関係を示す、インバータデータベース７に記憶されたテーブルの形式を示す図である。
【図５】  太陽電池モジュールにおける１秒間における温度変化量の概念を示す図である。
【図６】  太陽電池モジュールの温度の計算の概要を示す概念図である。
【図７】  太陽電池モジュールの温度の時刻変化を示す概念図である。
【図８】  太陽電池モジュールに入射する日射エネルギーの吸収率を求めるの式の概念を示す図である。
【図９】  太陽電池モジュールに入射する日射エネルギーの吸収率を求めるの式の概念を示す図である。
【図１０】  太陽電池モジュールに入射する日射エネルギーの吸収率を求めるために必要なデータの測定を行う測定系の構成を説明する概念図である。
【図１１】  図１における吸収率演算部２の求めた各時刻毎の吸収率を示す図である。
【図１２】  本願発明の太陽電池発電システムシミュレータの計算結果によるＩ-Ｖ特性と、実測した太陽電池モジュールＭのＩ-Ｖ特性とを比較した図である。
【図１３】  本願発明の太陽電池温度特性シミュレータの計算結果による時刻毎の温度変化と、実測した太陽電池モジュールの時刻毎の温度変化とを比較した図である。
【図１４】  発電量補正部５の演算するＩ（発電電流）-Ｖ（出力電圧）カーブと、Ｉ（発電電流）-Ｐ（電力）カーブとの関係を示す図である。
【図１５】  （１）式の基本となる太陽電池の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１  吸収熱量演算部
２  吸収率演算部
３  温度補正部
４  基準電流演算部
５  発電量補正部
６  発電量データベース
７  インバータデータベース
８  発電量演算部
２０  風速計
２１  日射計
２２  太陽電池受光面
２３  電流測定用シャント抵抗
２４，２５  熱電対
２６  電子負荷
５０  測定器
Ｍ  太陽電池モジュール
【図１】
0004837191.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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