(57)【要約】【課題】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前もって予測する太陽光発電システムを提供する。【解決手段】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。【選択図】図１
2007184354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
上記３６０度全方位カメラが設置されている地点に設置され、上記全天をカラー画像として撮像する３６０度全方位カラーカメラを備え、
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。
【請求項３】
上記太陽光パネルと異なる地点に設置される第２の太陽光パネルを備え、
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。
【請求項４】
上記太陽光パネルおよび上記第２の太陽光パネルと異なる地点に設置される第３の太陽光パネルと、
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。
【請求項５】
上記太陽光パネルが連系している系統に電力を供給する調整電源と、
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。
【請求項６】
上記電力予測処理部は、外部から取得する気象情報に基づいて長期に亘る上記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５に記載する太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
【非特許文献１】山本、他４名、「雲の画像解析による太陽光発電の出力変動予測に関する基礎的研究」、電気学会電力・エネルギー部門論文誌、電気学会、平成１１年８月、１１９巻、８／９号、ｐ９０９−９１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】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。
【図２】実施の形態１に係わる画像処理部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】画像の領域の明度の高低に基づいて空、雲、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】雲に分離された領域を曇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】雲の塊の移動ベクトルを記入した画像である。
【図６】実施の形態１に係わる予測処理部で実行する発電電力予測ルーチンに関するフローチャートである。
【図７】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】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】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。
【図１０】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。
【図１１】実施の形態２に係わる予測処理部で実行する発電電力予測ルーチンに関するフローチャートである。
【図１２】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】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。
【図１４】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。
【図１５】実施の形態３に係わる画像処理部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】画像の領域の明度と彩度の高低に基づいて空、雲、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１７】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。
【図１８】実施の形態４に係わる予測処理部で実行する発電電力予測ルーチンに関するフローチャートである。
【図１９】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。
【図２０】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】太陽光発電電力の予測値に基づいて行う調整電源の発電計画の立案の様子を示す図である。
【図２２】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。
【符号の説明】
【００５４】
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。
【図１】
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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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