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Elucidation of Snow Accumulation Dynamics on Photovoltaic Power Generation Systems and its Application to Prediction

Research Project

Project/Area Number 21H01873
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

Ohtake Hideaki  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (10727655)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) GaridaSilvaFonsecaJunior Joao (フォンセカ ジョアン)  東京大学, 生産技術研究所, 特任准教授 (00716582)
庭野 匡思  気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (10515026)
神山 徹  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究チーム長 (40645876)
山口 順之  東京理科大学, 工学部電気工学科, 教授 (50371224)
今井 正尭  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (70830389)
小野 耕介  気象庁気象研究所, 台風・災害気象研究部, 主任研究官 (70845677)
大関 崇  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究チーム長 (90425736)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Keywords太陽光発電システム / 積雪モニタリング / 積雪動態 / 発電予測 / メガソーラーサイト / 衛星画像 / 1日先予測 / 発電機起動停止計画問題 / 太陽光システム / 短時間先予測 / 燃料費最小化 / 太陽光発電 / AI / 市場評価
Outline of Research at the Start

近年顕著に増大した太陽光発電の安定稼働は日本の電力の需給と社会活動の安定性にとって喫緊の課題となっている。太陽光発電の出力は、積雪・融雪に大きな影響を受ける。本研究では、降雪現象による太陽光発電システム上の積雪形成と融雪、落雪時の積雪挙動の実態の解明を主目的とする。積雪の振る舞いを多様なモニタリング手法から実態把握を行い、積雪、融解、落雪過程の解明とモデル化を行う。発電予測情報を電力市場モデルからインパクト評価を行うことは新たな取り組みである。本研究の成果は、火力発電に伴うCO2削減とともに、電力市場経済分野の新たな研究分野への発展にも大いに貢献できることが期待できる。

Outline of Final Research Achievements

The behavior of snow accumulation on photovoltaic (PV) systems is currently poorly understood. This study aimed to elucidate the sequence of snow accumulation, melting, and shedding on PV systems as it relates to power generation characteristics.
A total of 48 cases of snow accumulation on PV systems were observed during the three winter seasons by conducting various snow cover, meteorological, and camera observations. The results revealed that there are different snow melting, shedding patterns for different temperature, snow depth, and snow stability conditions. In the study of modeling techniques for PV power generation considering snow cover on day-ahead forecasts, it was confirmed that combining a model that separately considers snow cover improves the accuracy of forecasts.In the impact evaluation of the PV forecasting, it was confirmed that the reduction in operating costs due to the improved accuracy of the forecast of PV power output decline is highly effective.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

PVシステム上の積雪動態のモニタリングから積雪の融解、落雪過程は雪崩現象にも類似していることが示唆された。本研究では、(1)積雪モニタリングと(2)積雪時発電予測、(3)予測インパクト評価の3つの点に注目した。気象学、雪氷・積雪物理学の知見を応用し、その動態の理解を深められた点は学術的意義が高い。PVシステム上の積雪挙動の実態がわかることで、積雪、融解、落雪過程のモデル化を進めることができ、PV発電出力予測へ展開も今後期待できる。将来、冬季の積雪時の発電予測誤差を低減することで、火力発電などから過剰なCO2排出を抑えることにも貢献できる点は社会的意義も大きい。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results) Book (3 results) Remarks (6 results)

  • [Journal Article] Clustering Technique Suitable for Eulerian Framework to Generate Multiple Scenarios from Ensemble Forecasts2023

    • Author(s)
      Ono Kosuke
    • Journal Title

      Weather and Forecasting

      Volume: 38 Issue: 6 Pages: 833-847

    • DOI

      10.1175/waf-d-22-0137.1

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  • [Journal Article] Obtaining mesoscale singular vectors reflecting synoptic‐scale uncertainty by projection in phase space2023

    • Author(s)
      Kosuke Ono
    • Journal Title

      Quarterly Journal of the Royal Meteorological Societ

      Volume: 149 Issue: 751 Pages: 657-676

    • DOI

      10.1002/qj.4433

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  • [Journal Article] Impact of overloading of photovoltaic arrays on the evaluation of photovoltaic power generation forecasts2023

    • Author(s)
      N.U. Salu, S. Oke, H. Ohtake
    • Journal Title

      Electric Power Systems Research

      Volume: 214 Pages: 108930-108930

    • DOI

      10.1016/j.epsr.2022.108930

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Review on Photovoltaic Power Forecasting Technics2022

    • Author(s)
      大竹秀明, 高松 尚宏,大関 崇
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Power and Energy

      Volume: 142 Issue: 11 Pages: 533-541

    • DOI

      10.1541/ieejpes.142.533

    • ISSN
      0385-4213, 1348-8147
    • Year and Date
      2022-11-01
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  • [Journal Article] Latest Technology for Power Generation Forecasting and Demand Forecasting2022

    • Author(s)
      大竹秀明
    • Journal Title

      The Journal of the Institute of Electrical Installation Engineers of Japan

      Volume: 42 Issue: 10 Pages: 651-654

    • DOI

      10.14936/ieiej.42.651

    • ISSN
      0910-0350, 2188-6946
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  • [Journal Article] Estimation of Seasonal Snow Mass Balance all over Japan Using a High-Resolution Atmosphere-Snow Model Chain2022

    • Author(s)
      Niwano Masashi、Suya Masami、Nagaya Koichi、Yamaguchi Satoru、Matoba Sumito、Harada Ikuo、Ohkawara Nozomu
    • Journal Title

      SOLA

      Volume: 18 Issue: 0 Pages: 193-198

    • DOI

      10.2151/sola.2022-031

    • ISSN
      1349-6476
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  • [Presentation] 極域気候モデルによってシミュレートされた1991年から現在にかけての南極氷床表面大気・雪氷物理状態2023

    • Author(s)
      庭野匡思, 橋本明弘, 津滝俊
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      日本地球惑星科学連合2023年大会
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  • [Presentation] Estimation of seasonal snow mass balance in Japan with a high-resolution snow cover simulation system by Japan Meteorological Agency2023

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      Niwano, M., M. Suya, K. Nagaya, S. Yamaguchi, S. Matoba, I. Harada, and N. Ohkawara
    • Organizer
      IUGG2023
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    • Author(s)
      庭野匡思, 西村基志, 島田利元, 山崎哲秀, 大河原望, 砂子宗次朗, 青木輝夫, 橋本明弘, 谷川朋範, 的場澄人, 山口悟
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      雪氷研究大会2023
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    • Author(s)
      Niwano, M
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      Polar CORDEX Workshop 2023
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  • [Presentation] 時変平均回帰モデルを用いた積雪によるP V 出力予測誤差の電力需給運用への影響評価2023

    • Author(s)
      小室拓翔,山口順之,真鍋勇介,大竹秀明
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      電気学会電力・エネルギー部門大会(2023年9月, 講演番号151)
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  • [Presentation] Evaluation of PV Output Prediction Errors Due to Snow Coverage on Unit Commitment Using a Time Varying Mean Reversion Model2023

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      Takuto Komuro, Nobuyuki Yamaguchi, Yusuke Manabe, Hideaki Ohtake
    • Organizer
      IEEE PES ISGT Asia (Paper ID: 77 Dec., 2023)
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  • [Presentation] Snow sliding dynamics on photovoltaic systems and challenges to PV forecast2022

    • Author(s)
      Ohtake, H, T. Oozeki
    • Organizer
      Grand Renewable Energy 2022 (GRE 2022)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Monitoring of snowfall and snow cover at photovoltaic plant in eastern Hokkaido, Japan.2022

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      Ohtake, H, T. Oozeki, M. Imai, M. Niwano, K. Ono
    • Organizer
      The 33rd International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-33)
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  • [Presentation] PV Power Forecasting and its Uncertainty2022

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      Ohtake, H
    • Organizer
      The 33rd International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-33)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 冬季の太陽光発電出力予測の課題と積雪モニタリング2022

    • Author(s)
      大竹秀明,大関崇
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合(JpGU2022)
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  • [Presentation] 太陽光発電システム上の積雪の動態 -2022年2月20日の多雪事例-2022

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      大竹秀明,大関崇, 今井 正尭,庭野 匡思, 小野 耕介
    • Organizer
      令和4年電気学会電力・エネルギー部門大会
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  • [Presentation] メソアンサンブル予報による日射量予測―北海道エリアの事例―2022

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      大竹秀明,,大関崇, 中島虹, 高松尚宏, 仲江川敏之
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  • [Presentation] 風力発電出力変動を考慮した積雪によるPV出力予測誤差の電力需給運用への影響評価2022

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      小室拓翔,山口順之,真鍋勇介,大竹秀明
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  • [Presentation] Toward Faster and Accurate Post-Disaster Damage Assessment: Development of End-to-End Building Damage Detection Framework with Super-Resolution Architecture2022

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      X. Fu, T. Kouyama, H. Yang, I. Yoshikawa, R. Nakamura
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 冬季太陽光発電出力予測の課題と積雪モニタリング2022

    • Author(s)
      大竹秀明
    • Organizer
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  • [Presentation] 冬季太陽光発電出力予測の課題と積雪モニタリング2021

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      大竹秀明
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  • [Presentation] 太陽光発電システム上の積雪動態モニタリングと予測への展開2021

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    • Author(s)
      大竹 秀明・野原 大補・中島 孝 編集
    • Total Pages
      208
    • Publisher
      公益社団法人日本気象学会
    • ISBN
      9784904129302
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  • [Book] 再生可能エネルギーの気象学2023

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    • Publisher
      日本気象学会
    • ISBN
      9784904129302
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    • Author(s)
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      7
    • Publisher
      株式会社 養賢堂
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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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