太陽光発電システム導入環境での消費電力解析 その2 他サイト

前回の解析に続いて、2019/2/1以降について、サイト3、サイト2について確認します。前回と同様に時刻ごとの消費電力の変動を確認します。まず、サイト3のデータです。

サイト3

一度減っていた消費電力が依然と同じ状態に戻った後は、これまでの解析と同じ傾向であることが確認できました。

同様に、サイト2のデータです。

サイト2については、これまでにはなかった事象が見られます。6/29の19:00から0.10kWhほど消費電力量が減っていました。詳細を見るために、消費電力量が減少する直前の6/27と減少後の7/9のデータをプロットしました。

見逃していましたが、7/9 13:30ころに消費電力量が元の状態に戻っていたことを確認しました。

 これについては、浄化槽の点検業者から連絡があり、浄化槽ブロアーが故障しており暫定的に仮のブロアーを設置していたことが分かりました。状況から6/29の消費電力の減少はブロアーの故障で発生し、7/9の消費電力の増加は仮ブロアの設置によって発生したと判断できます。つまり、0.10kWh分はブロアーの消費電力わかりました。 現在、下水道の供用開始にむけて準備中で、浄化槽自体を無くす予定です。このため、ブロアーもなくなるので、0.10kWh分の消費電力が減少する見込みです。実際にどのようになるか下水道に切り替えた後に検証してみます。

太陽光発電システム導入環境での消費電力解析

これまで、太陽光発電のデータ解析について書いてきましたが、そもそもなぜ書き始めたかについて詳しく書いていませんでした。「パワーコンディショナーの消費電力」や「ここまでのまとめ」で、パワーコンディショナーの消費電力についての挙動をあるていど理解できたので、それを踏まえて気になっている点について解析してみます。

解析したかったのは、さきに書いたサイト3における「パワコン?謎の消費電力増加」の総消費電力量の増加の原因です。

問題の期間(2018年5月から2019年2月までの間)について、”パワコンでの解析”のように各時刻ごとの消費電力をプロットしてみます。

日ごとの毎時消費電力量

謎の消費電力増加 その4のデータと同様な絵柄ですが、5回ほど階段状に変化してそれぞれで別の挙動をしているように見えます。そこで、同様に朝と夕方の時間帯分をプロットしなおします。

日ごとの毎時消費電力量 朝方

朝方のデータから全体の階段情報変動はベースライン自体の変動に依存しているように見えます。つまり、太陽光発電システム以外で常に一定の電力を消費している何かが増えたと推測されます。

日ごとの毎時消費電力量 夕方

夕方のデータでは、1日に1分づつ変化するパワコンのモード切替時刻の影響により6/13以前と7/9から9/7あたりは19時台の消費電力が徐々に変化しているのがわかります。
9/14から12/1あたりは激しく変動しています。昼間と夜間の差は同じようにあるのでベースが変動していると推測できます。
12/1以降は5回ほど階段状に増減しています。それぞれの区間での昼間と夜間の消費電力差は同じです。この区間内での変動はベースラインの変動のみと考えてよいのですが、9/7以前にみられた19時、18時台の1日づつ変化するパワコンのモード切替時刻の影響が見られなくなっています。このパワコンの挙動の変化のタイミングと、消費電力量のベースラインの変化のタイミングが一致しているので、ベースラインの変化の原因がパワコンに依存しているのではないかと想像されます。次回、詳細を確認します。

パワーコンディショナーの消費電力

以前に推測・予測した「昼間は、発電した電力や充電した電力を消費することで動作している。雨天等で長時間発電がない場合、充電した電力も使い切るために外部の電力を消費する可能性がある」の検証をしてみます。

これは、”発電量が少ないときに微妙な消費電力増加”という事象がおきているかどうかで確認できると、考えました。

図1:午前中すこし曇っていたある日の発電量

パワコンディショナー内の充電分を考慮して、図1の12時点の発電量と1日の全発電量との相関を見ます。

朝方の時間帯のデータは夜間モードの影響のほうが大きく、発電量との相関はなさそうです。 気にしている10時台のデータについては相関あると判断できる結果が得られました。違和感があるデータとならないように、晴天時のパワーコンディショナーの消費電力はほぼ100%太陽光発電分で賄っていて、発電量が減るにつれて徐々に買電分で賄っていると推測します。この消費電力は約0.2kW程度です。この消費分とは別に買電のために交流に変換する際に発生するロスは別にあると考えます。パワーコンディショナーの仕様に書かれている消費電力はその辺をまるめてきさいしているのでしょう。

パワーコンディショナーの消費電力の解析、ここまでのまとめ 

これまでにパワコンなどの消費電力について確認した情報を整理します。

1.製品仕様から読み取った情報

1a) 夜間と昼間で電力消費の状態が変化する。
1b) 昼間は発電した電力を消費し、消費電力は変換効率内の扱いとなり表面上は見えない。
1c) 機種によっては充電する機能(UPS)を持っている。

2.収集したデータや動作から確認した情報

2a) ”1a)”の状態が切り替わる時間は(日照時間)時期によって変わる。
2b) 夜間に消費される電力は変わることがある。

3.収集した情報からの推測、予測

3a) 夜間に消費される電力は仕様に記載されている消費電力より大きくなることがある。
3b) パワコン等のファームウェアのバージョン(コード内容)や設定などにより消費電力が変化する
3c) 昼間は、発電した電力や充電した電力を消費することで動作している。雨天等で長時間発電がない場合、充電した電力も使い切るために外部の電力を消費する可能性がある

費用削減の検討

「ちょっとガス代が高いのではないか?」ということで、ちょっと調べてみました。
実際のデータと、いろんなサイトの情報を並べたものです。

データ内容 実際のデータ 他サイトでのデータ
人数 3人 1人 3,4人
年間平均 6800円、12㎥ 4505円、5㎥ 12350円、20㎥
冬季 10500円、19㎥ 5551円、7㎥ 16534円、28㎥
夏季 3700円、5㎥ 3459円、3㎥ 9735円、15㎥

この情報からは、相場から見れば”高い”というのはあてはまらいようです。
ちなみに、enepi https://enepi.jp/のサイトで確認したところ、今使っている業者が最安ということでした。

どの業者を選択するかは問題なしとして、使用量は妥当か検討してみます。
3、4人の一般的な使用料と比較すると少ない数値です。他サイトの同じ人数より夏季が極端に少ないのは太陽熱温水器を使っているからです。
夏場の晴れた日は、太陽熱で50度程度まで上がっているようで、水で薄めて浴槽に入ります。このへんの温度調整はスカイブレンダーと給湯器が 自動でやってくれるので、太陽熱温水器で実際に何度くらいまで温度が上がっているのかは知りません。 このため、40年以上前に使っていた太陽熱温水器の経験から推測した数値を使います。

まず、夏季について、計算してみます。
お風呂の分
http://lpg-c.netで使っている次の数値と実際のデータもほぼ同じなので同じ条件として計算します。
浴槽一杯分、250l(リットル)の水を42度で入れた場合の使用量を計算していきます。
太陽熱温水器を使っているので、晴・曇・雨に分けて、初期水温の条件を設定します。
晴れの日は先に書いた通り50度として、曇りは32度、雨は25度とします。昨年の8月の天候は太陽光発電のデータで見て 晴れは24日間、曇りは6日間、雨は1日間として計算します。つまり、
晴れの日: 0kcal
曇りの日: 250ℓx(42-32)=2500kcal 0.13㎥ x6回
雨の日:  250ℓx(42-25)=4250kcal 0.22㎥ x1回
      = 1.00㎥

また、追い炊きする時点で水温が30度に下がっているとして
 250ℓx(42-32)=2500kcal 0.13㎥ x31回
      = 4.03㎥
合計 5.03㎥
  →数値合せしてしまいましたが、こんな感じでしょうか。
   調理にもそれなりに使っているはずですが、ほとんどはお風呂分ですね。
   3ℓx(100-25)=225kcal 0.01㎥ x31回

同じように冬季分を計算します。
冬季は太陽熱温水器の効果はほぼないので、一律で10度とします。
 250ℓx(42-10)=8000kcal 0.42㎥ x1回
      =13.44㎥

また、追い炊きする時点で水温が10度に下がっているとして
 250ℓx(42-20)=5500kcal 0.29㎥ x31回
      = 8.99㎥
合計 22.43㎥

 晴天の場合、冬場でもある程度暖かく感じる日もあったので、10度は厳しめの数値です。
   同様に調理分です
   3ℓx(100-10)=270kcal 0.01㎥ x31回

いずれも、追い炊き分が大きいです。
http://lpg-c.netのサイトにも記述がありますが、「お風呂はこまめにふたをして続けて入るのが節約のコツ! お風呂もふたをしていないとどんどん熱が逃げてしまいます。こまめにふたをし、お風呂を沸かしたらすぐに入るようにする事が節約のコツです。 ふたをしていても1時間に約1度温度が下がってしまうため、あまりに時間が経つと追い焚きしなければなりません。 また、お風呂の保温機能はできるだけ使わないのがベターです。

ということで、あとなんとか節約できるとしたら、追い炊き分なのでしょう。
つまり、「続けて入る」ようにするとかなり削減できそうです。

パワコン?謎の消費電力増加 その4

以前のパワコン消費電力についての解析をもうすこし越し掘り下げてみます。すべての時刻 について”昼間から夜間の消費電力に切り替わる時刻がどのように推移するか”を最新のデータでプロットしなおしてみます。

やはり同じような傾向を示しています。日ごとに一定割合での減少と、2月5日の階段状の増加の2つの変化が見られます。

朝方と夕方のデータそれぞれのデータのみをプロットしなおします。

朝方については、これまでに解析した通り、夜間から昼間の消費電力に切り替わる時刻は変化していません。6時のデータ(6:00から7:00の合計)と前後の時間のデータが比率計算で、ほぼAM6:20に切り替わっていると判断できます。
また、2月5日前後で、昼間の消費電力が変わっていないことから、2月5日に発生した階段状の増加は、夜間の部分にのみ発生していることがわかります。

夕方については、毎日約1分ずつ遅い時間に切り替わるように変化しているように見えます。5月2日時点では19:20ころと推測されます。
5月1日と5月2日の日没時刻はそれぞれ18:52と18:53なので、夜間モードに切り替わるのは妥当な感じの時刻で、、毎日約1分ずつ遅い時間にずれているもの妥当言えます。発電量が下がったからパワコンが買電力から電力消費していると仮説を立てた場合は、パワコンの表示は18:50頃には0.0となっており19:20の時点では真っ暗です。このため、この時刻で発電量起因で切り替わっていることになり、妥当とは言えません。また、サイト2とサイト1のパワコンの動作に大きな差はないと判断して、5月1日の19時ころのサイト1のパワコン表示を確認した結果、”KP44M-J4-SS”は、19:10から19:15の間に、”KP55M-J4-SS”は19:17から19:18の間に、パワコン表示が滅灯することを確認しました。すべてのパワコンが同時に滅灯すると想定していただけに、意外な結果となりましたが、ほぼサイト2の夜間の消費電力増加はパワコンなどの太陽光発電システムに起因すると判断できます。

パワコン?謎の消費電力増加 その3

先に「昼と夜の消費電力の差は、時刻によって切り替わっているだけと判断できます。このような動作が想定されるのはパワコンです。次回以降パワコン観点で検討を行います」と書きましたが、今回はこの点について確認してみます。
 まず、なぜパワコンに着目したかですが、このサイト2では、1台の”KP55M-J4-SS”(パワコン)を使用しています。このパワコンの仕様として「 消費電力(夜間(交流側)) 0.5W、11.5VA(Typ.)」の記載があります。
http://www.solar-frontier.com/jpn/residential/products/pdf/discontinued/KP55M-J4-SS-A_KP44M-J4-SS-A.pdf
また、パワコン自体の表示器が、昼間は発電量が表示されているが、夜間は表示が滅灯し明らかに昼と夜で動作状態が切り替わり 消費電力量も変わっていることがわかります。
つぎの情報を見ると、パワコンの機種は違いますが、表示を滅灯したときより点灯したときの消費電力が大きいこともわかります。
http://www.faq.energy-innovation.omron.co.jp/print/faq/9

このグラフから、夜間の消費電力は0.26kW、昼間の消費電力は0.17kWで、その差は0.09kWつまり、90Wの差があることがわかります。
パワコンの使用に書かれた消費電力とは2桁ほど違っているので、本当にこれがパワコンの消費電力なのかは疑問です。 そこで、昼間から夜間の消費電力に切り替わる時刻がどのように推移するかを確認するために日ごとの18.19,20,21時それぞれの消費電力量をプロットしました。


この結果から、昼間から夜間の消費電力に切り替わる時刻は日々徐々に一定に変化しており、日没時刻から算出したと推測します。このような挙動をするのはパワコンなど太陽光発電システムくらいしか思いつきません。 パワコンの消費電力は0.5Wなのか、90Wなのか、パワコン以外に夜間電力消費が発生するものがあるのか確認してみます

ここまでの状況から、電力量が大きいかどうかの確認は必要だが、パネルが故障するなど、長期間発電量がゼロの場合、パワコンが無駄に電力消費するということがわかりました。発電システムの故障を検出したら、放置せずにすぐに修理するとか接続を切るとか処置をするべきでしょう。放置や変な処置をすると、淡路の風力発電のような事故につながるかもしれないので故障を早期に気付ける仕組みも重要そうです。

パワコン?謎の消費電力増加 その2

サイト2の夏の冬の消費電力で夕方は日照時間の影響が見えるが、朝方はずれがないように見えています。データの整理ミスの可能性が一番高いと思い再点検しましたがここでの間違いはなさそうです、これについても原因確認していきます」と前に書きましたが、今回はこの点について確認してみます。まず、考えられる原因について検討してみます。
①どこかの時点でデータ収集する時刻がずれた。集計ミスではなく機器の設定の問題を想定しています。
②天候の影響で、たまたま6月の該当日は早朝の日照がなかった。
③ ①、②のいずれでもない。パワコンなどの負荷側の挙動で発生している。

①の確認のため、別の日のデータをプロットしなおしました。6月、12月のデータは2013年分で、6月の2としたものは2014年4月分です。


2014年4月分でも夕方の消費電力の増加時刻の差が確認できますが、朝方の減少時刻には変わりがありません。このデータの日の気象庁データは快晴で、天候による朝方の減少時刻への影響はありません。念押しで、12月のかなり強い雨日のデータに変えてプロットしなおしました。


意外に朝方の減少時刻だけでなく、夕方の増加時刻にも影響はありませんでした。この結果からサイト2には日照により点灯・滅灯する機器の影響ではないという結論にたどり着きます。つまり、①、②ではないということです。昼と夜の消費電力の差は、時刻によって切り替わっているだけと判断できます。このような動作が想定されるのは③のパワコンや太陽光発電システムです。次回以降パワコンなど太陽光発電システム観点で検討を行います。

パワコン?謎の消費電力増加

データ集計の過程で、サイト3の消費電力が多めであること気が付きました。サイト3は街路灯のLED化の変更をした以外は変更がなく、消費電力が増える予定はありませんでした。
時系列で消費電力をチェックしました。同時にプロットしたサイト2の消費電力も
同様にほぼ一定で、増えるような変更はしていません。

まず、サイト2、サイト3について月ごとの総消費電力をプロットしました。太陽光発電として 気になるのは自己消費電力なのですが、自己消費電力量は、消費電力量と太陽光発電での発電量の 両方に依存するので、ここでは総消費電力のみを分析します。

総消費電力量の推移

  サイト2はほぼ一定です。多少冬場の電力消費量が多めな感じです。サイト3は夏と冬の電力消費量の変動が明確です。さらに、2016年以降に消費電力量が増加しています。現在は通常?の状態に戻っています。この謎の消費電力増加の 原因分析、調査を行います。
そこで、考えられる理由を挙げてみました。
①誰かが電気器具を接続して消費している。
②新たに導入した設備が電力を消費している。
③何らかの理由で、既存設備(太陽光発電以外の設備)の消費電力が増加している。
④何らかの理由で、太陽光発電システムの消費電力が増加している。

①が原因として一番怪しいが、消費電力が多い状態のとき、現地の確認を行い特に電気製品が使われている気配がないことを確認しました。
②に関しては、2013年以降の設備変更はなく原因ではありません。
③、④の根本原因は、設備が”故障している”か”動作状態が変わった”ことで消費電力量が増加していることと想定されます。

現地の外観や状況からは決め手となる原因は見つかっていません。これについての分析は置いておいて、 夏と冬の消費電力量の差について分析してみます。 夏至・冬至付近の晴天の日の1時間ごとの消費電力量を プロットしました。

夏と冬の消費電力

昼間より夜間の消費電力が大きい。これは街路灯の電気消費に依存します。それぞれのサイトには、街路灯と常時省電力を消費する設備があります。 街路灯の消費電力は、サイト2が0.8kW、サイト3が4.6kW程度で、常時消費される電力はサイト2が1.6kW、サイト3が1.4kW程度です。 夏と冬で明るい時間が朝と夕方とそれぞれで2時間程度違うため、その分、街路灯が消費する電力量が変わります。 ただ、サイト3については日照の影響以外にベースの消費電力が違うように見えるので、冬のデータから0.05kWを引いたデータでプロットしなおしてみました。


検証のため0.05kW分シフトして再プロットしたグラフ

想定される絵柄になりました。夏と冬の差が日照時間の2時間分の差だけで他に差がないように見える絵柄です。ということは、夏と冬で 0.05kWの消費電力の差が何らかの理由で発生しているということです。言い換えると前述の”動作状態が変わった”に該当する事象が発生しているということです。
今日はここまでです。今後、”動作状態が変わった”原因が何かを分析していきます。※ サイト2の夏の冬の消費電力で夕方は日照時間の影響が見えるが、朝方はずれがないように見えています。データの整理ミスの可能性が一番高いと思い再点検しましたがここでの間違いはなさそうです、これについても原因確認していきます。 また、上記の④の中にタイトルに記載したパワコンがあります。これについても分析していきます。

電力と電力量の表記ゆれがあるように見えますが、1時間分の消費電力量を断り書きせずに電力に換算しています。ほかの箇所もこの断り書きなしの菅さんをして書きます。

太陽光発電システムの故障判断アルゴリズム(その1)

 前回「この判定アルゴリズムを組み込んだアラートメールと、定期的にアラートメール自体の稼働監視用のメール通知をするシステムを構築しました。」と紹介しました。今回は、この 判定アルゴリズムと判定精度について紹介します。
 つぎが判定アルゴリズムでの解析後のデータのプロットです。 故障をかなりきれいに検出しています。

故障検出用のデータプロット


グラフの一番左が、発電開始日で、日ごとのデータをプロットしていて、一番右側が導入後6ヶ月あたりです。
太陽光発電システムは3つあり、サイト1、2、3としています。順番に構築したので、サイト2、3の発電開始日は 2、3週間とそれぞれ遅くなっています。 サイト1、2、3のそれぞれの500m程度です。距離が500m程度だと、瞬間に日照は雲のかかり具合で差が生じますが、1日の発電量に影響するような長時間片側のシステムだけ雲が覆い隠すようなことは 起こりません。要するに近場だと、天気による発電量への影響はほとんど同じになる。この特性を利用します。つぎが具体的な判定アルゴリズムです。
P1=「サイト1の1日の発電量」/「想定発電量」
P2=「サイト2の1日の発電量」/「想定発電量」
P3=「サイト3の1日の発電量」/「想定発電量」
MaxP=max(P1,P2,P3)
S1=P1/MaxP
S2=P2/MaxP
S3=P3/MaxP

このS1、S2、S3をプロットしたものが上のグラフです。
すこしばらつきがありますが、その原因は悪天候です。発電量が小さい場合はばらつきが大きくなる傾向があります。
また、太陽光パネルの配置が2か所は南向き1面なのに対して1か所は東西で振り分け(均等ではない)であるため、 午前と午後で天気が変わった場合にばらつきがすこし大きくなります。また、悪天候の日の発電量が想定発電量に対して、いずれの設備も30%以下と極端に小さい場合は、その日のデータを無視する仕掛けを入れて 判定しています。 そして判定結果をメールで通知しています。
これまでのところ工事停電など特殊な事情がなければメールも来ず、監視はうまくいっています。

 ここでは、複数の設備の比較での判定を紹介しました。1システムしかないケースがほとんどなので、 次回は、1システムしかない場合でも判定できるアルゴリズムを紹介します。