(57)【要約】【課題】  太陽電池の出力変動による電力系統の周波数や電圧への影響を蓄電装置を設けずに低減する。【解決手段】  太陽電池２と、該太陽電池の出力を変換して電力系統４に出力する系統連系インバータ３と、電力系統４に接続された複数の発電装置５とを含む発電システム１０において、発電制御手段２０は、撮像カメラ２１で撮影された複数の画像に基づいて、太陽電池の所定時間後の出力を予測する予測手段２３と、予測された出力の変化に基づいて、電力系統に太陽電池及び発電装置から出力される電力の合計が減少しないように、複数の発電装置の起動／停止を制御する起動手段２４を含んでいる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、該太陽電池の出力を変換して電力系統に出力する系統連系インバータと、前記電力系統に接続された複数の発電装置とを含む発電システムにおける前記複数の発電装置を制御する発電制御装置であって、
前記太陽電池の所定時間後の出力を予測する予測手段と、
予測された出力の変化に基づいて、前記電力系統に前記太陽電池及び前記発電装置から出力される電力の合計が減少しないように、前記複数の発電装置の起動状態を制御する起動手段と、を備えることを特徴とする発電制御装置。
【請求項２】
前記所定時間は、前記発電装置が起動に要する時間よりも長く、
前記制御手段は、前記所定時間後に予測された前記太陽電池の出力の低下量が既に起動されている発電装置では補えないと判断したときに、前記起動に要する時間を考慮して、停止状態の発電装置を起動させることを特徴とする請求項１に記載の発電制御装置。
【請求項３】
少なくとも太陽の周囲の画像を所定の時間間隔で撮影する撮像手段を更に備えており、
前記予測手段は、前記撮像手段によって撮影された複数の画像に基づいて、太陽の周囲にある所定の大きさ以上の雲に関する情報を取得する雲情報取得手段を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電制御装置。
【請求項４】
前記雲に関する情報は、雲の位置、移動方向及び移動速度の情報を含むことを特徴とする請求項３に記載の発電制御装置。
【請求項５】
前記撮像手段が、カラー撮像カメラ、モノクロ撮像カメラ、フィルタ付のカラー撮像カメラ及びフィルタ付のモノクロ撮像カメラのいずれか１つであることを特徴とする請求項３又は４に記載の発電制御装置。
【請求項６】
前記予測手段は、太陽の位置と移動方向及び移動速度の情報を取得する太陽情報取得手段を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発電制御装置。
【請求項７】
前記予測手段は、距離を隔てて設置された複数の光強度測定手段の出力に基づいて、太陽の周囲にある所定の大きさ以上の雲に関する情報を取得する雲情報取得手段を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電制御装置。
【請求項８】
太陽電池と、
該太陽電池の出力を変換して電力系統に出力する系統連系インバータと、
前記電力系統に接続された複数の発電装置と、
前記複数の発電装置を制御する発電制御装置であって、
前記太陽電池の所定時間後の出力を予測する予測手段と、
予測された出力の変化に基づいて、前記電力系統に前記太陽電池及び前記発電装置から出力される電力の合計が減少しないように、前記複数の発電装置の起動状態を制御する起動手段と、を含む発電制御手段と、を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項９】
前記複数の発電装置は、燃料電池、内燃機関を発電手段とした装置、水力発電機の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項８に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電制御装置及び発電システムに関し、より詳細には、太陽光発電システムが系統連系される電力系統に接続された複数の発電装置を制御する発電制御装置及び該発電制御装置を含む発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の使用に伴う二酸化炭素等の排出による地球温暖化や、原子力発電所の事故や放射性廃棄物による放射能汚染などの問題が深刻となり、地球環境とエネルギーに対する関心が高まっている。このような状況の下、無尽蔵かつクリーンなエネルギー源として太陽光を利用する太陽光発電システムなど、商用交流電力系統（以下、単に「電力系統」とも呼ぶ）と連系する分散型電源が普及してきている。
【０００３】
現在の太陽光発電システムは、一般住宅の屋根などに個別に設置するものが主流である。図８は、一般的な太陽光発電システムの構成を示すブロック図であり、図示されたように、太陽光発電システム１では、太陽電池２が発電した直流電力を系統連系インバータ３により交流電力に変換して電力系統４に出力するように構成されており、太陽電池の出力の変動に応じて系統連系インバータ３から電力系統４への出力も変動する。
【０００４】
電力系統４には、通常、複数の発電機（５ａ、５ｂ）を備えた発電装置５が接続されている。制御手段５０は電力系統４の電圧及び周波数が安定するように、また、予め定められた需給計画に基づいて、発電機（発電装置５）の運転（起動及び停止）を制御する。この需給計画は、過去の負荷６の変動を考慮して計画されるのが一般的である。
【０００５】
以上のように、発電システム１０は、電力系統４、制御装置５０、太陽光発電システム１に構成されている。離島や山岳僻地などでは、発電装置５として複数台のディーゼル発電機を使用し、電力系統４へ給電するよう構成されている。
【０００６】
一般に、電力系統４において周波数や電圧の安定化は重要である。負荷６での消費電力の変動に対しては、上記の需給計画に基づいて発電装置５の運転を制御することで周波数や電圧が変動しないようにしている。
【０００７】
ところが、発電装置５として複数台のディーゼル発電機を用いる比較的小規模な電力系統では、相対的に太陽光発電システム１の出力の比率が高くなることがあり、そのような場合には、太陽光発電システム１の出力変動が、電力系統４の周波数や電圧に与える影響が大きくなる。
【０００８】
このような太陽光発電システムの出力変動の影響を低減する制御方法やシステムが多数提案されている。例えば、特公平２−６１２２７号公報（特許文献１）には、太陽電池を系統に連系する際、太陽電池の急峻な出力変動が系統に影響を及ぼさないようにするため、太陽電池の出力をバッテリ等の蓄電装置に一旦蓄電し、太陽電池の出力または日射強度を検出して、これを平滑した値となるように系統連系インバータの出力を制御することが記載されている。
【０００９】
また、特開昭６３−１８６５３８号公報（特許文献２）には、電力系統にバッテリ（蓄電装置）と双方向コンバータからなる系統安定化装置を設け、負荷変動が生じた際に、系統安定化装置からの出力を調整する方法が記載されている。
【００１０】
すなわち、これらの文献に記載された方法においては、太陽光発電システムを連系した際に、太陽光発電システムの出力変動が、電力系統に影響を与える場合、太陽光発電システムの出力が閾値より低下した場合には系統安定化装置から足りない電力を供給するとともに、出力が閾値を越えた場合には系統安定化装置に吸収するロードレベリングを行う。
【特許文献１】特公平２−６１２２７号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８６５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献２に記載されたような発電システムでは、太陽電池の発電容量に応じた容量の蓄電装置が必要となる。蓄電装置は大容量となるほど大型で高価となり、発電システム全体のコストやサイズに大きく影響する。
【００１２】
そこで、本願の発明者らは、上記のような構成の発電システムにおいて蓄電装置が無い場合について詳細に検討した結果、以下のような問題が生じる可能性があること分かった。以下、図面を用いて説明する。
【００１３】
図９は、ディーゼル発電機の起動タイミングについて説明するタイムチャートである。（ａ）から（ｃ）において横軸はいずれも時刻である。（ａ）は、２台のディーゼル発電機５ａ及び５ｂの出力、太陽電池２の出力、負荷６への供給電力を示すタイムチャートである。（ｂ）は、最初は停止状態にあるディーゼル発電機（５ｂ）の起動または停止の状態を示すタイムチャートであり、（ｃ）は、制御手段５０から発電装置５ｂへの指令の状態（起動または停止）を示すタイムチャートである。
【００１４】
図９においてｔ０で示す最初の時刻においては、１台のディーゼル発電機（５ｂ）は停止状態にあり、もう１台のディーゼル発電機（５ａ）だけが起動している。制御手段５０では、停止状態にあるディーゼル発電機（５ｂ）に対して停止指令を出力している。
【００１５】
次に、時刻ｔ３では、（ａ）に示すように、太陽電池２の出力が低下し始め、起動状態にあるディーゼル発電機（５ａ）からの出力が増加する。
【００１６】
時刻ｔ４で、ディーゼル発電機（５ａ）の出力が高くなり設備容量に近くなるので、図（ｃ）に示すように制御手段５０は停止状態にあるディーゼル発電機（５ｂ）に対して起動指令を出力する。
【００１７】
時刻ｔ５で、ディーゼル発電機（５ａ）の出力が設備容量に達し、時刻ｔ５より後では太陽電池２の出力低下分を補うことができなくなるので、負荷に対する供給電力が低下してしまう。これにより、電力系統４の電圧及び周波数が変動し、場合によっては所定の電力品質範囲を逸脱する恐れがある。
【００１８】
時刻ｔ４で起動指令を受けたディーゼル発電機（５ｂ）が起動に要する時間Ｔｓｂ経過後の時刻ｔ６では、（ｂ）に示すように、停止状態であったディーゼル発電機（５ｂ）が起動し、（ａ）に示すように、発電機５ａ及び５ｂとの出力によって負荷への供給電力が次第に増えて元の値まで回復する。
【００１９】
このように、ディーゼル発電機の起動にはある程度時間（数十秒から５分程度）を要するため、太陽電池２の出力が急激に低下すると、運転中のディーゼル発電機からの出力では発電容量が不足し、電力系統の周波数や電圧が低下する恐れがある。
【００２０】
また、通常の電力系統では、例えば電力調整用に水力発電機が用いられることもあるが、水力発電機も起動に時間（２分から５分程度）を要する。よって、通常の電力系統においても太陽光発電システムが普及して発電容量が大きくなると、太陽光発電システムの出力変動は、ディーゼル発電機による比較的小規模な場合と同様に、電力系統の周波数や電圧へ大きく影響する。
【００２１】
これは、発電装置としてディーゼル発電機以外の内燃機関を用いた発電装置、燃料電池をエネルギー源として交流電力に変換して給電する発電装置など、起動に時間を要する発電装置を用いる場合でも同様である。
【００２２】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、太陽電池の出力変動による電力系統の周波数や電圧への影響を蓄電装置を設けずに低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の目的を達成する本発明の一態様としての発電制御装置は、太陽電池と、該太陽電池の出力を変換して電力系統に出力する系統連系インバータと、前記電力系統に接続された複数の発電装置とを含む発電システムにおける前記複数の発電装置を制御する発電制御装置であって、
前記太陽電池の所定時間後の出力を予測する予測手段と、
予測された出力の変化に基づいて、前記電力系統に前記太陽電池及び前記発電装置から出力される電力の合計が減少しないように、前記複数の発電装置の起動状態を制御する起動手段と、を備えている。
【００２４】
このようにすると、太陽電池と、該太陽電池の出力を変換して電力系統に出力する系統連系インバータと、電力系統に接続された複数の発電装置とを含む発電システムにおいて、太陽電池の所定時間後の出力が低下すると予測されたときに、予測された出力の変化に基づいて、電力系統に太陽電池及び発電装置から出力される電力の合計が減少しないように、複数の発電装置の起動／停止が制御される。
【００２５】
従って、太陽電池の出力が低下した場合においても発電装置から供給される電力によって電力系統への給電量が補償されるので、太陽電池の出力変動による電力系統の周波数や電圧への影響が低減される。また、蓄電装置が不要となるため、発電システム全体を小型化、低コスト化できる。
【００２６】
なお、所定時間は、発電装置が起動に要する時間よりも長く、起動手段は、所定時間後に予測された太陽電池の出力の低下量が既に起動されている発電装置では補えないと判断したときに、起動に要する時間を考慮して、停止状態の発電装置を起動させるのがよい。
【００２７】
少なくとも太陽の周囲の画像を所定の時間間隔で撮影する撮像手段を更に備え、予測手段は、撮像手段によって撮影された複数の画像に基づいて、太陽の周囲にある所定の大きさ以上の雲に関する情報を取得するように構成されていてもよい。ここで、雲に関する情報としては、雲の位置、移動方向及び移動速度などがある。
【００２８】
撮像手段としては、カラー撮像カメラ、モノクロ撮像カメラ、フィルタ付のカラー撮像カメラ及びフィルタ付のモノクロ撮像カメラのいずれかを利用可能である。
【００２９】
予測手段が、太陽の位置と移動方向及び移動速度の情報を取得する太陽情報取得手段を含んでいてもよい。
【００３０】
また、予測手段が、距離を隔てて設置された複数の光強度測定手段の出力に基づいて、太陽の周囲にある所定の大きさ以上の雲に関する情報を取得するように構成されていてもよい。
【００３１】
また、上記目的を達成する本発明の別の態様としての電力システムは、太陽電池と、
該太陽電池の出力を変換して電力系統に出力する系統連系インバータと、
前記電力系統に接続された複数の発電装置と、
前記複数の発電装置を制御する発電制御装置であって、
前記太陽電池の所定時間後の出力を予測する予測手段と、
予測された出力の変化に基づいて、前記電力系統に前記太陽電池及び前記発電装置から出力される電力の合計が減少しないように、前記複数の発電装置の起動状態を制御する起動手段と、を含む発電制御手段と、を備えている。
【００３２】
更に、本発明の目的は、上記の電力制御装置に対応した発電システムの電力制御方法、該方法をコンピュータ装置によって実行させるコンピュータプログラム、該プログラムを記憶した記憶媒体によっても達成される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、太陽電池の出力が低下した場合においても発電装置から供給される電力によって電力系統への給電量が補償されるので、太陽電池の出力変動による電力系統の周波数や電圧への影響が低減される。また、蓄電装置が不要となるため、発電システム全体を小型化、低コスト化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３５】
＜基本的構成＞
図１は、本発明に係る発電システムの基本的構成例を示すブロック図である。
【００３６】
図１の発電システム１０は、太陽光発電システム１、電力系統４、発電制御装置２０を備えている。
【００３７】
太陽光発電システム１は、太陽電池２からの出力を電力変換して電力系統４へ出力する系統連系インバータ３を備えている。電力系統４は、複数の発電装置（５ａ及び５ｂ）からなる発電装置と、太陽光発電システム１及び発電装置５から電力が供給される負荷６とを備えている。
【００３８】
太陽光発電システム１に特に制限はない。ただし、太陽光発電システム１の定格出力容量が発電装置５の定格出力（発電装置５ａ及び５ｂの合計出力）に対する割合が高いと、太陽光発電システム１が電力系統４へ及ぼす影響が大きくなるので、本発明による効果が大きくなり好適である。例えば、太陽光発電システム１の定格出力容量が、発電装置５の定格出力の５％以上となる場合は、本発明による効果が大きくなり好ましい。
【００３９】
太陽電池２の種類や設置形態などに特に制限はない。例えば、太陽電池２の発電層として、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、ＣＩＳ、色素増感などの様々なものが使用でき、これらの組合せたものを使用してもよい。また同種あるいは異種の材質の発電層を複数積層したスタック形太陽電池も使用可能である。また、太陽電池２の設置形態として、屋根材一体型、屋根架台設置型、地上架台設置型、壁材一体型、両面発電設置型などの種々の形態のものが使用できる。
【００４０】
系統連系インバータ３は、電力系統４の電気方式、電圧、周波数などが適合するものであれば特に制限はない。回路方式としては、三相ブリッジ回路、単相ブリッジ回路、昇圧コンバータと単相ブリッジ回路を組合せたもの、正弦波変調高周波インバータ出力を全波整流して折り返しインバータで正弦波とする回路方式など種々のものが使用できる。また、系統連系インバータ３の入出力間は絶縁されていても非絶縁であってもよい。
【００４１】
電力系統４としては、発電装置５の発電電力を送配電し、適宜変圧トランスを介して電圧変換、電気方式の変換を行なうものが一般的であるが、本発明においては特に制限はない。また、通常用いられる交流系統だけでなく、直流系統であっても本発明を適用できる。
【００４２】
発電装置５としては、電気方式や電圧、周波数等に特に制限はなく様々なものが使用できる。通常三相３線式が用いられるが、発電容量が小さい場合には単相２線式が用いられる。発電装置５は、複数の発電装置（５ａ及び５ｂ）を備えており、そのうち５ａが最初に起動される。最初に起動する発電装置５ａに特に制限はない。発電装置５から給電すべき電力が増加した際に停止状態から起動される発電装置５ｂは、停止状態から起動指令を受けて起動するまで時間Ｔｓを要するものであって、その起動時間Ｔｓが予め分かるものであることが、本発明では必要である。
【００４３】
発電装置５の具体例としては、例えば、起動時間Ｔｓが数十秒から５分程度のディーゼル発電機などの内燃機関を用いた発電装置、起動時間Ｔｓが数十秒から１時間程度の燃料電池をエネルギー源とし電力変換して供給する発電装置、あるいは、起動時間Ｔｓが２分から５分程度の水力発電機を用いた発電装置などがある。
【００４４】
また、図１では発電装置５内の発電装置の台数は２台であるが、３台以上であってもよい。発電装置５からの給電すべき電力に応じて、複数の発電機の一部の起動及び停止が可能であれば、本発明を適用できる。また、複数の発電装置５は同種のものである必要性はなく、異なる種類の組合せであっても良い。
【００４５】
加えて、発電装置５の発電容量には特に制限はない。発電装置５が比較的小容量（数十ＭＷ以下）或いは、発電装置５の設備容量に対して、太陽光発電システム１の発電が５％以上を占めるような場合には、太陽光発電システムの出力変動の影響を受け易いため、本発明は適している。特にディーゼル発電機を主体として運用する孤立的な電力系統では、比較的発電容量が小規模であるため、ディーゼル発電機の運転（起動・停止）に発電システムの出力変動の影響を受け易く、太陽電池出力を予測し予め発電装置５ｂを起動させて電力系統の安定化を図る本発明は好適である。
【００４６】
発電制御装置２０は、本発明に係る発電制御装置の一例であり、太陽電池２の上空の画像を撮影する撮像カメラ２１、撮像カメラ２１からで撮影した複数の画像に基づいて太陽電池２の予測される出力の情報を出力する予測手段２３、予測手段２３による太陽電池の出力予測情報に応じて、発電装置５の運転を制御する起動手段２４を有する。この起動手段２４は、例えば、発電装置５ｂが停止しており発電装置５ｂの起動時間Ｔｓより長い所定時間Ｔ１以内に太陽電池の出力が減少し、負荷６の消費電力に対して起動中の発電装置５ａだけでは発電能力が不足する判断したときに、発電装置５ｂを起動させる。
【００４７】
撮像カメラ２１は、少なくとも太陽の周囲の雲の画像を撮影できるものであればよく、特に限定はない。例えば、カラーＣＣＤカメラ、モノクロＣＣＤカメラ、カラーＣＭＯＳカメラ、モノクロＣＣＤカメラ、対数変換型ＣＭＯＳカメラなど種々のものが使用できる。ＣＭＯＳカメラは、撮影画面内に太陽がある場合にＣＣＤカメラで問題となるスミアやブルーミングが発生しないので、雲の画像を正確に撮影できるので好ましい。また、対数変換型ＣＭＯＳカメラでは、通常の線形出力型のものよりダイナミックレンジが広く、非常に高輝度な太陽近辺の雲を正確に撮影できるので好ましい。また、ＣＣＤカメラにおいてフレームインターライン転送方式のものではスミアが生じにくくまた、雲の画像を正確に撮影できるので好ましい。また、例えば赤色フィルタ、黄色フィルタ、赤外透過フィルタなどのフィルタを用いることで、雲と空とのコントラストを強められ、雲がはっきりとした画像が得られるため、雲の位置、雲の移動方向、雲の移動速度を正確に算出する上では好ましい。
【００４８】
また、撮像カメラ２１の設置方法としては、固定的な設置や、太陽を自動追尾する追尾架台上への設置など種々の設置方法が適用できる。固定的な設置においては、撮像カメラ２１から見て太陽は約１８０度の広い角度を移動するので、天空の大半、少なくとも太陽電池２に対して太陽光が入射する範囲が撮影可能な魚眼レンズなどの広角レンズを用いて撮影するように構成することが望ましい。
【００４９】
予測手段２３は、撮影カメラ２１から入力された複数の画像に基づいて、雲や太陽の状態から太陽電池２の出力を予測するものであればよい。演算速度としては、出力の予測に必要な処理時間が数秒から５分程度以下であればよく、特に制限はない。例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ワークステーションまたは組込み型コンピュータなどにより構成できる。
【００５０】
予測手段２３が出力予測のために用いる情報としては、雲に関する情報と太陽に関する情報とが有り、雲に関する情報としては、例えば、雲の位置Ｐｃ、雲の移動方向Ｄｃ、雲の移動速度Ｖｃ、雲の大きさなどを利用するとよい。また、太陽に関する情報としては、例えば、太陽の位置Ｐｓ、太陽の移動方向Ｄｓ、太陽の移動速度Ｖｓなどを利用するとよい。太陽に関する情報は、撮影カメラ２１の画像から画像処理等によって算出しても、設置場所の緯度、経度、日時などから算出してもよい。
【００５１】
太陽電池２の出力予測の方法としては、例えば、所定以上の大きさの雲に関して、雲の位置Ｐｃ、雲の移動方向Ｄｃ、雲の移動速度Ｖｃと、太陽の位置Ｐｓ、太陽の移動方向Ｄｓ、太陽の移動速度Ｖｓから、太陽と雲の位置が重なるタイミングを予測する方法がある。また、雲の濃度（または日射透過の度合い）や太陽周囲及びより広範囲の雲の状況から日射の低下量を予測して太陽電池２の出力を予測するようにすると、太陽電池２の出力をより正確に予測でき好ましい。
【００５２】
起動手段２４は、予測手段２３から受信した太陽電池２の出力予測情報に基づいて、少なくとも発電装置５に対して起動を指示する信号を出力できるものであればよく、特に制限はない。例えば、ＰＣ、ワークステーションまたは組込みコンピュータなどにより構成できる。また、予測手段２３と一部または全部の構成を兼用することもでき、その場合は小型化、低コスト化できるというメリットがある。
【００５３】
起動手段２４は、起動発電装置５のうち停止中の発電装置５ｂが起動に要する時間Ｔｓｂより長い所定時間Ｔ１ｂ以内に太陽電池２の出力が低下すると判断した場合に、発電装置５ｂの起動を指示し、発電装置５ｂを起動させる。また、現在運転中の発電装置５ａの発電容量と現在の発電電力とから、所定時間Ｔ１ｂ以内に太陽電池２の出力が低下して発電装置５ａの発電能力では不足すると判断した場合に、発電装置５ｂの起動を指示し、発電装置５ｂを起動させるとよい。また更に、過去の負荷変動を考慮した需給計画に基づいた予測負荷電力に対して、所定時間Ｔ１ｂ以内に太陽電池２の出力が低下して運転中の発電装置５ａの発電能力では不足すると判断した場合に、発電装置５ｂの起動を指示し、発電装置５ｂを起動させるとよい。また、現在の負荷がどのくらいあるかを検知して、必要となる電力を監視するように構成してもよく、このようにするとより高精度の制御が行なえる。また、需給計画に基づいて負荷の変動を予測して、発電能力が不足するか否かを判断する機能を有していてもよい。
【００５４】
起動時間Ｔｓは発電装置５により変わるが、所定時間Ｔ１は起動時間Ｔｓより大きく（長く）設定する必要がある。一般に、ディーゼル発電機などでは定格出力付近では発電効率が高く、低出力では発電効率が低下するので、所定時間Ｔ１を大きくし過ぎると、発電装置５内の各発電装置の出力が低い状態で長い期間運転することとなり、発電装置５の発電効率が低下して運転コストが増大してしまう。よって、所定時間Ｔ１の長さは、出力予測時刻における出力予測の精度を考慮して適宜設定するとよい。例えば、所定時間Ｔ１を起動時間Ｔｓよりも１分から１０分程度大きい値に設定するとよい。また、所定時間Ｔ１を起動時間Ｔｓの１．１倍から３倍程度の値に設定してもよい。
【００５５】
また、撮像カメラ２１と予測手段２３との接続、予測手段２３と起動手段２４との接続、起動手段２４と発電装置５との接続の一部または全部において、通信手段を介して接続するよう適宜構成することもでき、設置自由度、構成の柔軟性が向上する。通信手段としては、例えば、有線通信または無線通信、電話回線通信、インターネット／イントラネット通信、専用線通信、衛星回線通信、あるいはこれらの組合せを適宜使用できる。同種または異種の複数の通信手段を有すると、通信の信頼性が向上するので好ましい。
【００５６】
また、太陽光発電システム１が複数ある場合には、各々に撮像カメラと予測手段２３を設けて、各太陽光発電システム１の出力予測値を１つの起動手段２４に入力して、起動手段２４が、出力予測値の合計値に基づいて、発電装置５ｂが停止しており、発電装置５ｂの起動時間Ｔｓより長い所定時間Ｔ１以内に太陽電池の出力が減少し、負荷６の消費電力に対して運転中の発電装置５ａだけでは発電能力が不足すると判断したときに、発電装置５ｂを起動させるように構成してもよい。
【００５７】
＜第１の実施形態＞
以下に上記で説明した本発明に係る発電システムについて、具体的な実施形態を例に挙げて説明する。
【００５８】
本発明の第１の実施形態の具体的構成は、図１に示した基本構成と同様であるが、本実施形態においては、撮像カメラ２１として、固定設置したカラーＣＣＤカメラを使用し、発電装置５として、ディーゼル発電機を２台用いている。
【００５９】
予測手段２３には、カラーＣＣＤカメラで一定時間間隔に撮影した複数の画像が入力され、画像処理を用いて雲の情報を算出する。すなわち、画像の明るさや色に基づいて雲の雲の位置Ｐｃを認識し、複数の画像から雲の画像について相関の高い場所を探して、その差から雲の移動方向Ｄｃ、雲の移動速度Ｖｃを求める。
【００６０】
図２は、カラーＣＣＤカメラで撮像された複数の画像の例を示す図である。（ａ）から（ｃ）で示した３つの画像は、ぞれぞれ時刻ｔａ、ｔｂ及びｔｃで撮影されたものとする。
【００６１】
時刻ｔａで撮影された（ａ）の画像について画像処理を行い、画像における大きさが所定の大きさ以上（例えば、画像における太陽の大きさの１／１０以上）の雲２０２の輪郭等を抽出すると、雲２０２は太陽２０１からある程度離れて右側にあることが認識される。次に、時刻ｔｂで撮影された（ｂ）の画像について同様な処理を行なうと、雲２０２は太陽２０１の近傍右側にあることが認識される。そして、（ａ）及び（ｂ）の雲の画像部分の相関が高い部分を探すことで、時刻ｔａから時刻ｔｂにおいて雲２０２の移動方向Ｄｃが図２における左方向であることがわかる。また、（ａ）の雲の位置と（ｂ）の雲の位置との差から時刻ｔａから時刻ｔｂの間の移動速度Ｖｃが算出できる。このようにして得られた雲に関する情報、すなわち位置Ｐｃ、移動方向Ｄｃ、及び移動速度Ｖｃから、時刻ｔｂからある時間経過後の時刻ｔｃにおいて、雲の位置が（ｃ）に示すような位置となることを予測することができる。
【００６２】
また、太陽に関する情報である位置Ｐｓ、移動方向Ｄｓ及び移動速度Ｖｓについては、予め設定した太陽電池２（カラーＣＣＤカメラ）の設置場所の緯度及び経度と日時の情報から容易に算出できる。この場合、非常に黒い（暗い）雲に太陽が覆われている場合でも、太陽の位置を算出できる。算出した太陽の方位及び仰角と、カラーＣＣＤカメラで撮影する画像上での位置との対応をとる必要があるが、カラーＣＣＤカメラの設置角度（方位、仰角、回転角）とカラーＣＣＤカメラの画角特性は予め分かっているので、両者の対応付けができる。また同時に、カラーＣＣＤカメラの画像から高輝度の部分を太陽の位置と判定して、算出された太陽の位置と同じ位置となるように太陽電池の情報及び／または雲の情報を補正する。これにより、緯度、経度、日時の情報の誤差や、カラーＣＣＤカメラの設置角度の誤差を修正でき、太陽電池２の出力予測の精度が向上する。
【００６３】
次に、図３のフローチャートを参照して、予測手段２３及び起動手段２４の動作について説明する。図３は、太陽光発電システム１が運転時に実行される、ディーゼル発電機の起動に関する動作フローチャートである。
【００６４】
最初に、ステップＳ０１では、カラーＣＣＤカメラで撮影された複数の画像に基づいて、上記のようにして雲の位置Ｐｃ、雲の移動方向Ｄｃ、雲の移動速度Ｖｃと、太陽の位置Ｐｓ、太陽の移動方向Ｄｓ、太陽の移動速度Ｖｓを算出する。
【００６５】
次に、ステップＳ０２では、算出された雲及び太陽の情報に基づいて太陽の位置と雲の動きから太陽に雲がかかる時刻を算出し、太陽の少なくとも一部が所定時間Ｔ１以内に雲に隠れるか否かを判定する。雲に隠れると判定した場合にはステップＳ０３に進み、雲に隠れないと判定した場合はステップＳ０３を実行せずに処理を終了する。
【００６６】
雲に隠れると判定した場合、ステップＳ０３では、ディーゼル発電機の発電必要量を計算し、起動中のディーゼル発電機（５ａ）の発電容量では不足する場合にもう１台のディーゼル発電機５ｂを起動するよう指令を出力する。この場合、本実施形態では、ディーゼル発電機５ｂの起動時間Ｔｓｂが５分であるので、所定時間Ｔ１ｂを１０分と設定している。
【００６７】
カラーＣＣＤカメラで新たな画像が撮影される度に以上の動作を繰り返すことで、太陽の少なくとも一部が雲に隠れて太陽電池の出力が低下しても、負荷へ供給する電力が不足するのを防止できる。
【００６８】
図５は、本実施形態におけるディーゼル発電機に関する信号の状態を示すタイムチャートである。横軸はいずれも時刻であり、（ａ）はディーゼル発電機５ａ及び５ｂ、太陽電池２の出力、及び負荷６の消費電力を示している。（ｂ）は最初は停止状態にあるディーゼル発電機（５ｂ）の起動または停止の状態を示している。（ｃ）は起動手段２４からディーゼル発電機５ｂに対する指令信号の状態（起動または停止）を示している。
【００６９】
図５において最初の時刻ｔ０では、１台のディーゼル発電機（５ｂ）は停止状態にあり、もう１台のディーゼル発電機（５ａ）だけが起動している。起動手段２４では、停止状態にあるディーゼル発電機（５ｂ）に対して停止を指令している。
【００７０】
次に、時刻ｔ１において、（ｃ）に示すように、図３に示す動作フローチャートに基づいて所定時間Ｔ１ｂ後の太陽電池２の出力低下が予測され、停止状態にあるディーゼル発電機（５ｂ）に対して起動信号を送信する。
【００７１】
時刻ｔ１から停止状態にあるディーゼル発電機（５ｂ）の起動時間Ｔ１ｂ経過後の時刻ｔ２では、（ｂ）に示すように、停止状態であったディーゼル発電機（５ｂ）が起動する。これに伴い、発電装置５から出力する電力は、太陽電池の出力電力に、ディーゼル発電機５ａの出力電力とディーゼル発電機５ｂの出力電力との和を加えた値となる。
【００７２】
その後、時刻ｔ３以降では、（ａ）に示すように、太陽電池２の出力が低下するが、予め停止状態にあったディーゼル発電機（５ｂ）も既に起動しているので、太陽電池の出力低下分を２台のディーゼル発電機（５ａ及び５ｂ）の出力増加により補うことができ、発電装置５から負荷へ供給される電力は低下しない。これにより、負荷に供給する電力の周波数や電圧への影響を抑えられる。
【００７３】
図５の例においては、予測手段での予測どおり太陽電池２の出力低下が所定時間Ｔ１ｂ後に発生した場合を示している。実際には、予測よりも多少早く太陽電池２の出力が低下する場合もあるが、太陽電池２の出力が低下する時間についての予測誤差を考慮して、起動時間Ｔｓｂよりも所定時間Ｔ１ｂを大きく設定すれば、太陽電池２の出力が低下する前に停止状態であったディーゼル発電機（５ｂ）を予め起動できるので、電力系統の安定化が図れる。
【００７４】
また、本実施形態において太陽電池２の出力が増加した場合（太陽が雲から現れた）には、出力電力に応じてディーゼル発電機を停止させるが、図４に示すフローチャートを参照してこのような場合の動作について説明する。
【００７５】
最初に、ステップＳ１１では、上記で説明した図３のステップＳ０１と同様に、カラーＣＣＤカメラからで撮影された複数の画像に基づいて、雲の位置Ｐｃ、雲の移動方向Ｄｃ、雲の移動速度Ｖｃと、太陽の位置Ｐｓ、太陽の移動方向Ｄｓ、太陽の移動速度Ｖｓを算出する。
【００７６】
次に、ステップＳ１２では、算出された雲及び太陽の情報から、太陽が所定時間Ｔ１ｂの後で雲に隠れているか否かを判定する。所定時間Ｔ１ｂの後で雲に隠れていないと判定した場合にはステップＳ１３に進み、所定時間Ｔ１ｂの後で雲に隠れていると判定した場合にはステップＳ１３及びスキップＳ１４を実行せずに処理を終了する。
【００７７】
所定時間Ｔ１の後で雲に隠れていないと判定した場合、ステップＳ１３では、ディーゼル発電機の発電必要量を計算し、該発電必要量が１台のディーゼル発電機の発電容量以内であるか、すなわち、現在起動している２台のディーゼル発電機のうち１台のディーゼル発電機５ｂを停止させてもよいか（発電機が余るかどうか）を判定し、１台のディーゼル発電機の発電容量以内である（発電機が余る）場合には、ステップＳ１４に進み、１台のディーゼル発電機の発電容量よりも大きい場合には、ステップＳ１４を実行せずに処理を終了する。
【００７８】
ステップＳ１４では、該１台のディーゼル発電機（５ｂ）を停止させるよう停止信号を出力し、ディーゼル発電機５ｂを停止させる。
【００７９】
カラーＣＣＤカメラで新たな画像が撮影される度に以上の動作を繰り返すことで、太陽のが雲から現れて太陽電池の出力が増大する場合には、余ったディーゼル発電機を速やかに停止させることができる。
【００８０】
これにより、発電装置５で発電すべき電力量が少ない場合には、起動するディーゼル発電機の台数を減らすことにより、ディーゼル発電機を有効に利用できる。また、燃料消費量と発電システムのランニングコストも低減できる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態によれば、蓄電装置無しで電力系統を安定化できるので、発電システムの小型化、低コスト化が実現できる。また、太陽電池２の出力の低下／上昇を予測して必要となる場合にのみ予備の発電装置５ｂを起動させるので、常に全ての発電装置５を起動させるものと比べて、発電装置５を有効に使用できるため、燃料消費量を低減できると共にランニングコスト及びＣＯ2排出量を低減できるという効果も得られる。
【００８２】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明に係る発電システムの第２の実施形態について説明する。第２の実施形態も第１の実施形態と同様な発電システムであり、以下の説明では第１の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【００８３】
図６は、第２の実施形態の具体的構成を示すブロック図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、撮像カメラと、発電装置５が３台のディーゼル発電機であることである。
【００８４】
図１に示した第１の実施形態では、撮像カメラ２１はカラーＣＣＤカメラであったが、本実施形態では、撮像カメラ２１はモノクロＣＣＤカメラであり、該モノクロＣＣＤカメラの受光前面には赤色フィルタ２６を備えている。また、発電装置５は、３台のディーゼル発電機５ａ、５ｂ、５ｃから構成されている。
【００８５】
赤色フィルタ２６を備えたモノクロＣＣＤカメラ（撮像カメラ２１）では、赤色フィルタ２６で空の青色（短波長の光）を吸収することで、雲と空の部分のコントラストが高くなり、雲に関する情報（雲の位置Ｐｃ、雲の移動方向Ｄｃ、雲の移動速度Ｖｃ）を得る処理が高精度かつ容易に行える。
【００８６】
また、起動手段２４は、発電装置５内の３台のディーゼル発電機を、ディーゼル発電機５ａ、ディーゼル発電機５ｂ、ディーゼル発電機５ｃの順に起動させる。
【００８７】
発電装置５の内、１台のディーゼル発電機５ａだけが起動されている場合、ディーゼル発電機５ｂの起動時間Ｔｓｂに対応した所定時間Ｔ１ｂを用いて、該所定時間Ｔ１ｂ後に太陽電池２の出力が低下すると予測された場合には、ディーゼル発電機５ｂに対して起動指令を出力し、ディーゼル発電機５ｂを起動させる。
【００８８】
また、発電装置５の内、２台のディーゼル発電機５ａ及び５ｂが起動されている場合、ディーゼル発電機５ｃの起動時間Ｔｓｃに対応した所定時間Ｔ１ｃを用いて、該所定時間Ｔ１ｃ後に太陽電池２の出力が低下すると予測された場合には、ディーゼル発電機５ｃに対して起動指令を出力し、ディーゼル発電機５ｃを起動させる。
【００８９】
更に、発電装置５の内、１台のディーゼル発電機５ａだけが起動されている場合、所定時間Ｔ１ｂ又は所定時間Ｔ１ｃのうち短いほうの所定時間経過後に太陽電池２の出力が低下すると予測された場合であって、ディーゼル発電機５ｂのみを起動しても起動された２台の発電装置５の発電容量では不足すると判定される場合には、ディーゼル発電機５ｂだけでなく、ディーゼル発電機５ｃに対しても起動指令を出力し、ディーゼル発電機５ｂ及び５ｃを起動させる。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態によれば、ディーゼル発電機の数が３台又はそれ以上の場合において、太陽電池２の出力が低下すると予測される場合に、必要な電力量に応じて必要な台数のディーゼル発電機を予め起動させておくことにより発電装置５の発電容量が確保しされ、太陽電池２の出力低下分を発電装置５の出力によって補うことが可能となり、電力系統の安定化が図れる。
【００９１】
＜第３の実施形態＞
以下、本発明に係る発電システムの第３の実施形態について説明する。第３の実施形態も第１及び第２の実施形態と同様な発電システムであり、以下の説明では第１の実施形態と同様な部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。
【００９２】
第１の実施形態では、撮像カメラ２１で所定間隔で撮影した複数の画像を用いて、太陽電池２の出力の低下／上昇を予測するように構成されているが、第３の実施形態においては、太陽電池２の周囲に距離をおいて光強度測定手段３０を配置し、光強度測定手段の出力に基づいて発電装置５内の発電機の起動を制御するように構成されている。
【００９３】
光強度測定手段３０としては、複数の小面積の光強度測定太陽電池３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを使用する。光強度測定手段３０からの出力信号は予測手段２３に入力される。出力信号としては、太陽電池２に入射する光強度を算出できるものであればよく、光強度測定用太陽電池３０の出力電流、出力電力、出力電圧の値又は情報を用いることができるが、光強度と凡そ比例する出力電流や出力電力の値又は情報を用いるのが好適である。本実施形態においては、光強度測定用太陽電池３０の出力電流を用いるが、予測手段２３と光強度測定用太陽電池３０の距離が離れているので出力電流に関する情報を表す検出信号を送信する。
【００９４】
予測手段２３は、小面積光強度測定太陽電池３０ａ〜３０ｄからの出力（検出信号）に基づいて、太陽電池２の出力の変化を予測する。例えば、太陽電池２の周囲４方向（東西南北）に配置された小面積光強度測定太陽電池３０ａ〜３０ｄの内、出力が低下するものがあれば、雲が接近してきて将来出力が低下すると判断する。また、どの小面積光強度測定太陽電池の出力が減少したかに応じて雲の接近方向を知ることができる。加えて、光強度測定用太陽電池３０の出力の変化量に応じて、太陽電池２の出力の変化量を予測する。
【００９５】
更に、予測手段２３による予測結果を受けて、起動手段２４は、第１の実施形態と同様に、現在起動されているディーゼル発電機５ａの発電容量では不足すると判断した場合、停止状態のディーゼル発電機５ｂを予め起動させる。
【００９６】
これにより、太陽電池２の出力が低下した時には発電装置５の発電容量を確保して、太陽電池２の出力低下分を発電装置５の出力によって補うことが可能となり、電力系統４の安定化が図れる。
【００９７】
なお、予測手段２３と光強度測定用太陽電池３０の距離が比較的近い場合には、光強度測定用太陽電池３０の出力を直接予測手段２３に出力することも可能であり、このようにすると、光強度測定用太陽電池３０内に通信装置が不要となり、構成が簡単となるというメリットがある。
【００９８】
また、小面積光強度測定太陽電池の数を増やせば、雲の動きや雲の移動速度に関する情報をより正確に得る事が可能になる。例えば、太陽電池２の周囲に何重にも囲むように、小面積光強度測定太陽電池を配置してもよい。この場合、例えば、外側に配置された小面積光強度測定太陽電池の出力が減少してから、内側に配置された小面積光強度測定太陽電池の出力が減少するまでの時間と、出力が減少した外側に配置された小面積光強度測定太陽電池と、出力が減少した内側に配置された小面積光強度測定太陽電池との距離から、雲の接近速度を予測できる。
【００９９】
更に、小面積光強度測定用太陽電池それぞれについての座標等の位置情報があれば、太陽電池２の出力変化に影響を及ぼす雲の接近方向もより正確に予測できるため、更に予測精度を向上させる事ができる。
【０１００】
更にまた、本発明に係る発電システムが、例えば、周囲にも複数設置されている場合において、周囲に点在する発電システムの太陽電池の設置されている位置が明らかであれば、それら太陽電池の出力を通信手段（例えば、インターネット等）を通じて定期的に入手するようにすれば、周囲の太陽光発電システムの太陽電池を、本実施形態の小面積光強度測定用太陽電池３０の代わりに使用できる。このようにすると、太陽電池２の周囲に光強度測定用太陽電池３０を設置することが不要となるため、システムコストを大幅に下げることができるというメリットがある。
【０１０１】
＜他の実施形態＞
本発明は上記の実施形態に限定するものでなく、本発明の趣旨に沿って種々変形できる。
【０１０２】
本発明は、複数の機器から構成される発電システムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる発電システムの発電制御装置に適用しても良い。
【０１０３】
また、上記の実施形態においては、複数の発電装置はいずれも同じ種類（ディーゼル発電機）であるとしたが、発電装置内を構成する発電機の種類は、発電システムの規模や設置される環境に応じて、同じであっても異なっていてもよい。使用可能な発電装置の種類としては、燃料電池、内燃機関を発電手段とした装置、水力発電機などがある。
【０１０４】
また、発電装置内の発電機それぞれの発電容量（出力可能な発電量）については特に述べていないが、複数の発電装置（発電機）の発電容量は、発電システムの規模や設置される環境に応じて、それぞれ異なっていても同じであってもよい。
【０１０５】
例えば、発電装置を構成する複数の発電機の種類及び発電容量が同じであれば、起動してから所望の出力が得られるまでに要する時間が同じとなるので制御が容易となる。一方、複数の発電機の種類や発電容量を異ならせると、その発電システムに最適な構成とすることができる。
【０１０６】
なお、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（本実施形態では図３及び図４のフローチャート、あるいは図５のタイムチャートに対応したプログラム）を、システム或いは装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。その場合、プログラムの機能を有していれば、形態は、プログラムである必要はない。
【０１０７】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明のクレームでは、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【０１０８】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明に係る発電システムの基本的構成例を示すブロック図である。
【図２】カラーＣＣＤカメラで撮像された複数の画像の例を示す図である。
【図３】発電システムの第１の実施形態におけるディーゼル発電機の起動に関する動作フローチャートである。
【図４】発電システムの第１の実施形態におけるディーゼル発電機の停止に関する動作フローチャートである。
【図５】第１の実施形態におけるディーゼル発電機に関する信号の状態を示すタイムチャートである。
【図６】第２の実施形態の具体的構成を示すブロック図である。
【図７】第３の実施形態の具体的構成を示すブロック図である。
【図８】一般的な太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。
【図９】図８のディーゼル発電機の起動タイミングについて説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１１０】
１  太陽光発電システム
２  太陽電池
３  系統連系インバータ
４  電力系統
５  発電装置
６  負荷
１０  発電システム
２０  発電制御装置
２１  撮像カメラ
２３  予測手段
２４  起動手段
２６  赤色フィルタ
３０  光強度測定用太陽電池
５０  制御手段
【図１】
2005312163.tif 000003
【図２】
2005312163.tif 000004
【図３】
2005312163.tif 000005
【図４】
2005312163.tif 000006
【図５】
2005312163.tif 000007
【図６】
2005312163.tif 000008
【図７】
2005312163.tif 000009
【図８】
2005312163.tif 000010
【図９】
2005312163.tif 000011