SERIS、​点​在​する​気象​観測​所​を​つなぐ​堅牢​な​ネットワーク​を​構築

シンガポール​太陽光​エネルギー​研究​機構​(SERIS)、​Mark Kubis氏
​シンガポール​太陽光​エネルギー​研究​機構​(SERIS)、​Andre Nobre氏

「シンガポール​の​気候​は​常に​高温​多湿​で、​コンポーネント​を​リモート​監視​する​場合、​通常​より​も​課題​が​多く​なり​ます。​そこで、​SERIS​は、​堅牢性に優れた​NI​の​ハードウェア​を​使​って、​極めて​堅牢​な​システム​を​構築​しま​した。​この​システム​により、​シンガポール​国内​に​設置​さ​れ​た​多数​の​気象​観測​所​の​研究​データ​の​99.8​パーセント​以上​が​使用​可能​に​なり​ま​した。」

- シンガポール​太陽光​エネルギー​研究​機構​(SERIS)、​Mark Kubis氏

課題

太陽光​発電​の​応用​技術​として、​シンガポール​の​太陽​放射​照度​を​リアルタイム​で​マッピング​し、​太陽​エネルギー​資源​の​評価​と​予測​を​行う。

ソリューション

国内のあらゆる場所に設置された​CompactRIO​ハードウェア​を​ベース​として​各地​の​気象​観測​所​を​つなぐ​ネットワーク​を​構築​し、​LabVIEW​システム​開発​ソフトウェア​を​インストール​した​PC​で​監視​する。

太陽光​発電​(PV)​の​設備​が​世界中​で​増加​を​続​け​て​おり、​この​再生​可能​エネルギー​は​世界中​の​エネルギー​基盤​として​ます​ます​貢献​度​を​増し​てい​ます。​シンガポール​の​よう​な​熱帯​地域​は、​常に​変化​し​続ける​雲量​と​気象​条件​により​天候​が​安定​しま​せん。​そのため、​この​よう​な​国​で​再生​可能​エネルギー​を​利用​する​場合​に​は、​再生​可能​エネルギー​と​既存​の​化石​燃料​による​発電​エネルギー​の​統合​利用​が​可能​な​公共​設備​を​整える​必要​が​あり​ます。

 

シンガポール​太陽光​エネルギー​研究​機構​(SERIS: Solar Energy Research Institute of Singapore)​は、​太陽​放射​照度​の​評価​と​予測​に関する​研究​プロジェクト​の​一環​として、​島​全体​にわたり、​5 km×5 km​の​グリッド​上​に​包括​的​な​気象​観測​所​の​ネットワーク​を​実装​しま​した。​このように​分散​さ​れ​た​気象​観測​所​全て​に、CompactRIOハードウェア​を​使​っ​た​システム​が​設置​さ​れ​てい​ます。​この​CompactRIO​の​コーディング​は、LabVIEWソフトウェア​で​行​われ​ま​した。​短期間​および​日​中​の​太陽​放射​照度​を​予測​する​ため​に、​アルゴリズム​を​開発​し​て​重要​な​気象​パラメータ​を​抽出​し​ます。​これ​は​後で、​PV​による​電力​生産​パターン​の​予測​に​使用​でき​ます。​また、​年間​の​太陽​エネルギー​の​測定​結果​は、​国内​の​季節​別​および​年間​の​太陽​放射​照度​マップ​の​作成​に​利用​さ​れ​ます。

 

ハードウェア

フロント​エンド​では、​現場に設置された​25​か​所​の​気象​観測​所​に​て​cRIO-9075​リアルタイム​コントローラ​を​実行​し​ます。​各​気象​観測​所​に​は​NI 9203 C​シリーズ​アナログ​電流​入力​モジュール​と​NI 9217 C​シリーズ​RTD​モジュールが設置され、​全天​日射​量​および​散乱​日射​量、​気温、​相対​湿度、​風速​および​風向、​気圧​など​を​測定​する​ため​の​気象​センサ​に​接続​さ​れ​てい​ます。​バック​エンド​では、​SERIS​の​PV​システム​監視​研究所​(PV Systems Monitoring Laboratory)​の​中央​監視​ステーション​(CMS: Central Monitoring Station)​の​PC​で、​LabVIEW​を​ベース​と​した​ソフトウェア​を​実行​し、​3G​ネットワーク​経由​で​各地​の​気象​観測​所​と​リアルタイム​接続​し​ます。

 

システム​の​説明

システム​全体​は、​次​の​一連​の​タスク​を​実行​する​よう​に​構成​さ​れ​てい​ます。

  • リモート​ロギング - 各​気象​観測​所​において、​全て​の​データ​が​1 Hz​でサンプリングされ、​1​分​間隔​で​ロギング​さ​れ​ます。
  • データ​収集 - 全て​の​各​気象​観測​所​が​CMS​と​の​通信​に​3G​インターネット​ネットワーク​を​使用​し​て​おり、​リアルタイム​(毎秒​および​毎​分)​と​「リサーチ​パケット」​(毎日​の​終​わりに​研究者​の​ため​に​用意​さ​れる​データ)​の​両​形式​で​データ​を​送信​し​ます。
  • データ​保存 - データ​は​バイナリ​形式​で​保存​さ​れる​ため、​データベース​および​統計​エージェント​で​高速​で​の​転送​および​処理​が​可能​です。
  • データ​の​パブ​リ​ッ​シ​ュ​サービス - 研究者​が​履歴​データセット​に​簡単​に​アクセス​する​こと​が​でき​ます。​この​データ​は​自動​でも​手動​でも​設定​する​こと​が​でき​ます。
  • アラー​ム​チェック - CMS​は、​毎秒​受信​する​「ハート​ビート」​によって​気象​観測​所​の​状態​を​監視​し​ます。​送信​ステータス、​メモリ​レベル、​CPU​使用​率​など​の​システム​にとって​重要​な​特性​が​レポート​さ​れ​ます。
  • 時間​同期 - CompactRIO​の​クロック​が​SERIS​の​高​精度​タイム​サーバ​から​300​ミリ​秒​を​超​えて​ドリフト​する​ごと​に、​システム​が​時間​修正​ルーチン​を​適用​し​ます。

 

重要​な​監視​設備​の​特性​と​ハイライト

シンガポール​の​気候​は​常に​高温​多湿​で、​コンポーネント​を​リモート​監視​する​場合、​通常​より​も​課題​が​多く​なり​ます。​そこで、​SERIS​は、​堅牢性に優れた​NI​の​ハードウェア​を​使​って、​極めて​堅牢​な​システム​を​構築​しま​した。​この​システム​により、​シンガポール​国内​に​設置​さ​れ​た​多数​の​気象​観測​所​の​研究​データ​の​99.8​パーセント​以上​が​使用​可能​に​なり​ま​した。​この​システム​は​シームレス​な​時間​同期​機能​も​備え​てい​ます。​現場に実装された​CompactRIO​システム​は​全て、​SERIS​の​専用​時間​サーバ​と​同期​し​てい​ます。​これ​によって、​クロック​の​ドリフト​は​最大​でも​300​ミリ​秒​に​抑え​ら​れ​ます。​空間​的​に​離れ​た​気象​観測​所​の​相関​関係​を​考慮​し​ながら​調査​を​行う​ため、​こうした​同期​の​正確​さ​は​大変​重要​です。​システム​の​その他​の​主​な​特長​は​次​の​とおり​です。

  • リモート​診断 - 現場​に​設置​さ​れ​た​気象​観測​所​は、​ソフトウェア​アップデート​など​の​タスク​を​リモート​から​調整​する​こと​が​でき​ます。
  • アラーム​機能​(システム) - アラーム​が​気象​観測​所​の​状態​を​監視​し​ます。
  • アラーム​機能​(センサ) - LabVIEW​で​記述​した​追加​の​統計​ルーチン​によって​パラメータ​範囲​の​チェック​を​行う​ため、​現場​の​センサ​が​故障​した​場合​でも、​ダウン​タイム​を​最小限​に​抑える​こと​が​でき​ます。
  • 自動​ダウンロード​ルーチン - 毎日、​日没​後に​研究​データ​が​ダウンロード​さ​れる​ため、​研究者​は​すぐさま​新しい​アルゴリズム​に​取りかかる​こと​が​でき​ます。
  • データ​オン​デマンド - 必要​な​とき​に​簡単​に​データ​を​取り出す​こと​が​でき​ます。
  • リアルタイム​システム​視覚​化​機能 - インターネット​に​接続​さ​れ​た​どの​PC​から​でも​ユーザ​インタフェース​(あるいは​「プレーヤー」)​を​介​し​て、​1​秒​刻み​の​「ライブ」​データ​に​アクセス​可能​です。

 

ライブ​太陽​放射​照度​マップ​作成

各地​の​気象​観測​所​から​CMS​に​データ​が​届く​と、​整備​さ​れ​た​データベース​を​利用​し​て、​計算、​プロット、​アルゴリズム​を​実行​する​こと​が​でき​ます。​さらに、​カスタム設計された​LabVIEW​ソフトウェア​を​使​って、​ライブ​データ​を​リアルタイム​で​選択​し​て​サブ​セット​に​グループ​化​する​こと​で、​ライブ​の​太陽​放射​照度​マッピング​機能​を​構築​する​こと​が​でき​ま​した。​この​機能​は、​SERIS PV​システム​監視​研究所​の​ユーザ​インタフェース​で​使用​でき​ます。​25​か​所​の​気象​観測​所​から​の​太陽​放射​照度​の​記録​データ​が​1​秒以内に読み取られ、​カラー​補間​アルゴリズム​に​使用​さ​れ​ます。​マップ​は、​ネットワーク​転送​の​遅延​に​応​じ​て​2​~​3​秒​ごと​に​更新​さ​れ​ます。​マップ​の​インタラクティブ​機能​を​使​え​ば、​カーソル​を​置​い​た​位置、​または​郵便​番号​を​入力​し​て​選択​した​位置​の​太陽​放射​照度​の​値​を​読み取る​こと​が​でき​ます。

 

この​マップ​は、​シンガポール​全土​における​最大​と​最小​の​太陽​放射​照度​の​合計​値​と​平均​値​も​表示​し​ます。

 

SERIS​は、​この​太陽​放射​照度​マップ​を​National Solar Repository of Singapore(NSR、www.solar-​repository.sg)​に​て​一般​公開​し​てい​ます。​NSR​は​シンガポール​における​PV​の​使用​を​推進​する​政府​の​イニシアチブ​です。

 

SERIS​システム​の​メリット

SERIS​は、​熱帯​地域​に​適​した、​太陽電池、​太陽電池​モジュール、​太陽光​発電​システム、​エネルギー​効率​の​高い​建物​に関する​最先端​の​研究​を​行​って​い​ます。​この​よう​な​PV​グリッド​統合​設備​の​研究​は、​上記​に​説明​した​とおり、​各地​の​気象​観測​所​の​総合​ネットワーク​を通じて​促進​さ​れ​ます。​リモート​監視​ネットワーク​は​NI​の​ハードウェア​および​ソフトウェア​を​使​って​稼動​し​て​おり、​SERIS​の​研究者​と​エンジニア​に対して、​優​れ​た​データ​の​可用性​と​信頼​性​を​保証​し​てい​ます。​近い​将来​に​は、​公共​施設​など​に​も​利用​さ​れる​可能性​が​あり​ます。

SERIS​の​研究者​は、​気象​観測​所​の​堅牢​で、​空間​的​に​分解​さ​れ​た​ネットワーク​を​使用​する​こと​で、​PV​アプリケーション​に​向け​た​太陽​エネルギー​資源​の​予測​を​立てる​予測​アルゴリズム​を​開発​する​こと​が​可能​に​なり​ます。​世界​各国、​特に​熱帯​地方​や​その他​の​発展​途上​国​の​新規​未開拓​市場​で​PV​が広く普及すれば、​PV​を​はじめ​と​する​再生​可能​エネルギー​の​システム​が​あらゆる​場所​の​電力​供給​網​に​大​きく​貢献​する​の​も​時間​の​問題​となり​ます。​また、​その​過程​において、​強力​かつ​包括​的​な​リモート​データ​監視​機能​を​利用​し、​変化​し​やすい​エネルギー​資源​の​スムーズ​な​統合​に​必要​な​パラメータ​を​さらに​収集​する​ことに​も​なる​で​しょう。

 

お客様​情報:

Mark Kubis
​シンガポール​太陽光​エネルギー​研究​機構​(SERIS)
​National University of Singapore (NUS) 7 Engineering Drive 1 Block E3A, #06-01
​117574
​シンガポール
mark.kubis@nus.edu.sg