JP2006029635A - Hot-water supply system utilizing photovoltaic power generation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光発電システムと給湯装置とを組み合わせた太陽光発電利用の給湯システムに関する。 The present invention relates to a hot water supply system using solar power generation that combines a solar power generation system and a hot water supply apparatus.
従来、太陽電池を用いて太陽光により直流電力を発電し、この直流電力をパワーコンディショナ等のインバータで交流に変換し出力して分電盤を介して屋内の負荷に給電し、余剰の交流電力は系統連系により商用電力系統側に逆潮流(売電)させるようにした太陽光発電システムが知られている。又、深夜における安価な商用電力を使用して給湯装置を運転し、貯湯槽に湯を溜めることが行われている。貯湯槽に溜めた湯は、昼間や夜間に給湯用として使用される。このような太陽光発電システムと給湯装置とを組み合わせた太陽光発電利用の給湯システムも従来知られており、その代表的な例は図3に示すように太陽電池1で発電した直流電力を、パワーコンディショナ2で交流に変換・出力して分電盤3を介して屋内負荷4に給電し、深夜においては商用電力系統5から安価な商用電力を分電盤3を介して給湯装置6に給電して運転させ、湯を沸かして貯湯槽(図略)に溜めるものである。
Conventionally, solar power is used to generate direct-current power from sunlight, this direct-current power is converted into alternating current by an inverter such as a power conditioner, and then output and supplied to an indoor load via a distribution board. There is known a photovoltaic power generation system in which power is reversely flowed (sold) to the commercial power system side through grid connection. In addition, hot water supply devices are operated by using inexpensive commercial power at midnight and hot water is stored in a hot water storage tank. Hot water stored in the hot water tank is used for hot water supply during the day and at night. Conventionally, a hot water supply system using solar power generation in which such a solar power generation system and a hot water supply device are combined is also known, and a typical example thereof is a DC power generated by the
又、貯湯装置としてヒートポンプを用いた例が例えば特許文献1、特許文献2に記載されている。特許文献1の場合は、ヒートポンプを含む複数種類の加熱手段を設け、これら加熱手段のいずれかを選択し、或は組み合わせることにより作動させる構成のものである。特許文献2の場合は、深夜に商用電力を給電し、整流器により直流電力に変換してインバータに供給し、インバータ・系統連系保護制御装置により適正な周波数に調整した後、コンプレッサ駆動部に供給することによりインバータ運転するように構成したものである。
上記従来の代表的な太陽光発電利用の給湯システムにおいては、昼間日射量が多くて太陽電池の発電能力が高い時、発電量が多くなって所定の電圧(電気事業法で101V±6Vと定められている)を超えてしまうことがある。又、太陽電池の発電量が最大でなくても、所定の電圧を超えてしまうこともある。近くに太陽光発電の住宅が集中したりすると、電圧上昇の度合いが大きくなる傾向がある。電圧が高くなると、電化製品等が故障する可能性があるため、逆潮流の際には所定の電圧を超えないようにしなければならず、前記パワーコンディショナは電圧上昇抑制機能を備えている必要がある。このパワーコンディショナの電圧上昇抑制機能が働くと、太陽電池で発電した電力が絞られるためにロスが生じる問題がある。 In the conventional typical hot water supply system using solar power generation, when the amount of solar radiation is large and the power generation capacity of the solar cell is high, the power generation amount increases and a predetermined voltage (101V ± 6V is defined by the Electricity Business Act). May be exceeded). Moreover, even if the power generation amount of the solar cell is not the maximum, the predetermined voltage may be exceeded. When photovoltaic power generation houses are concentrated nearby, the degree of voltage rise tends to increase. If the voltage increases, electrical appliances may break down, so it is necessary not to exceed a predetermined voltage during reverse power flow, and the power conditioner must have a voltage rise suppression function. There is. When the voltage rise suppression function of the power conditioner works, there is a problem that loss occurs because the electric power generated by the solar cell is reduced.
本発明は、このような従来技術における問題を解決するためになされたもので、パワーコンディショナの電圧上昇抑制機能が働く際に、太陽電池による発電量のうち電圧規定値を超える過剰分を給湯装置に給電して給湯装置を運転し、従来ロスとなっていた太陽光発電エネルギーを熱エネルギーに替えて貯蔵することにより有効利用できるようにした太陽光発電利用の給湯システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem in the prior art, and when the voltage rise suppression function of the power conditioner works, the excess amount exceeding the voltage regulation value of the amount of power generated by the solar cell is supplied with hot water. The purpose is to provide a hot water supply system using solar power generation that can be used effectively by supplying power to the device and operating the hot water supply device to store the solar power generation energy, which has conventionally been a loss, in place of thermal energy. And
この目的を達成するための手段として、本発明に係る請求項1の太陽光発電利用の給湯システムは、太陽電池で発電した電力を、パワーコンディショナ及び分電盤を介して屋内の負荷に給電すると共に余剰の電力は商用電力系統側に逆潮流させ、商用電力系統からの電力を、前記分電盤を介して屋内の負荷又は給湯装置に給電するシステムにおいて、前記太陽電池の発電量が多くて前記パワーコンディショナの電圧規定値を超えた時に、前記太陽電池の発電電力のうち前記パワーコンディショナの電圧規定値を超える分の電力を前記給湯装置に給電し、この給湯装置を昼間運転させることを特徴とする。
As a means for achieving this object, the hot water supply system using solar power generation according to
本発明に係る請求項2の太陽光発電利用の給湯システムは、太陽電池で発電した電力を、パワーコンディショナ及び分電盤を介して屋内の負荷に給電すると共に余剰の電力は商用電力系統側に逆潮流させ、商用電力系統からの電力を、前記分電盤を介して屋内の負荷又は給湯装置に給電するシステムにおいて、前記パワーコンディショナからの電力を前記給湯装置に供給する給電線を備え、前記太陽電池の発電量が多くて前記パワーコンディショナの電圧規定値を超えた時に、前記太陽電池の発電電力のうち前記パワーコンディショナの電圧規定値を超える分の電力を、前記給電線を介して前記給湯装置に給電し、この給湯装置を昼間運転させることを特徴とする。
The hot water supply system using solar power generation according to
本発明に係る請求項3の太陽光発電利用の給湯システムは、請求項1又は請求項2の太陽光発電利用の給湯システムにおいて、前記給湯装置は、圧縮機、ガスクーラ、減圧器、蒸発器を環状に配管接続すると共に、作動媒体として二酸化炭素を用いたヒートポンプにより水を加熱可能としたことを特徴とする。
The hot water supply system using solar power generation according to
上記請求項1の太陽光発電利用の給湯システムによれば、日射量が多くて太陽電池の発電性能が高く、所定の電圧を超える発電がなされた時、太陽電池の発電電力のうち前記パワーコンディショナの電圧規定値を超える分の電力を前記給湯装置に給電して昼間運転させるため、太陽光発電電力を最大限に有効利用して従来生じていたロスを解消できると共に、深夜において給湯装置に給電する商用電力を減少させることができる。
According to the hot water supply system using solar power generation according to
上記請求項2の太陽光発電利用の給湯システムによれば、日射量が多くて太陽電池の発電性能が高く、所定の電圧を超える発電がなされた時、太陽電池の発電電力のうち前記パワーコンディショナの電圧規定値を超える分の電力を、給電線を介して前記給湯装置に給電して昼間運転させることができる。専用の給電線を用いるため故障が少なく、保守・点検等の作業もし易くなる。そして、太陽光発電電力を最大限に有効利用することにより従来生じていたロスを解消できると共に、深夜において給湯装置に給電する商用電力を減少させることができる。
According to the hot water supply system using solar power generation according to
上記請求項3の太陽光発電利用の給湯システムによれば、給湯装置は圧縮機、ガスクーラ、減圧器、蒸発器を環状に配管接続すると共に、作動媒体として二酸化炭素を用いたヒートポンプにより構成されているため高性能であり、作動媒体が自然冷媒であって環境にやさしく、しかも毒性がなく、非可燃性であるため安全に使用することができる。 According to the hot water supply system using solar power generation according to the third aspect, the hot water supply apparatus is configured by connecting a compressor, a gas cooler, a decompressor, and an evaporator in a ring shape, and a heat pump using carbon dioxide as a working medium. Therefore, it has high performance, and the working medium is a natural refrigerant, is environmentally friendly, non-toxic, and non-flammable, so it can be used safely.
次に、本発明に係る太陽光発電利用の給湯システムの実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係る太陽光発電利用の給湯システムの実施形態を示すブロック図である。図2は、本発明に係る太陽光発電利用の給湯システムにおける運転制御の一例を示すフローチャートである。 Next, an embodiment of a hot water supply system using solar power generation according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a hot water supply system using solar power generation according to the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing an example of operation control in the hot water supply system using solar power generation according to the present invention.
本実施形態において、前記従来例と同じ構成部材は前記と同じ符号を付けて説明すると、図1において、1は太陽電池であり、通常はビルの屋上又は戸建ての屋根に取り付けられる。太陽電池1の構造及び発電原理は公知であるため、それらの説明は省略する。
In this embodiment, the same components as those in the conventional example are described with the same reference numerals as those described above. In FIG. 1,
2はパワーコンディショナであり、太陽電池1と分電盤3との間に接続されている。このパワーコンディショナ2は、公知のように通常インバータ等の電子的な電力変換機器類と制御・保護系を一体構造のユニットとしたものであり、太陽電池1で発電した直流の電力を商用電力と同じ交流の電力に変換することができ、所定の電圧規定値を超えないように電圧上昇抑制機能を備えている。
A
上記分電盤3は商用電力系統5に接続し、太陽光発電システムの電力と商用電力とを系統連系することにより両方の電力を使用できるようにしてある。これにより、夜間や雨曇り時に太陽光発電システムで発電電力が不足した場合は、商用電力系統5側から電力をバックアップすることができ、又太陽光発電システムで発電電力が余剰な場合は、その余剰電力を商用電力系統5側に逆潮流することができる。
The
4は分電盤3に接続されている屋内負荷であり、屋内に設置されたテレビ、冷蔵庫、エアコン等の各種電化製品や照明等を含んでいる。6は分電盤3に接続されている給湯装置であり、通常は深夜における安価な商用電力を商用電力系統5から給電して運転させる。この給湯装置6は、公知のようにヒートポンプ式であって図示を省略した圧縮機、ガスクーラ、減圧器、蒸発器を環状に配管接続してなる冷凍サイクルを有し、貯湯槽内の水をガスクーラで加熱することにより温水とし、この温水を貯湯槽内に溜める。そして、貯湯槽内に溜めた温水を給湯装置6から給湯する。
Reference numeral 4 denotes an indoor load connected to the
給湯装置6における冷凍サイクルの作動媒体は二酸化炭素が用いられるので、高圧側が超臨界圧力となり得る遷臨界冷凍サイクル装置となっている。作動媒体として二酸化炭素を用いると、ヒートポンプの性能を向上させることができ、自然冷媒であるため環境にやさしく、しかも毒性がなく、非可燃性であるため安全に使用することができる。
Since carbon dioxide is used as the working medium of the refrigeration cycle in the hot
7は前記パワーコンディショナ2と給湯装置6とを繋ぐ通信線であり、この通信線7を介してパワーコンディショナ2において電圧上昇抑制機能が働いた際に、給湯装置6を運転させるための信号を発し、電圧上昇抑制機能が停止した際に給湯装置6を停止させるための信号を発するようにしてある。8はパワーコンディショナ2と給湯装置6とを接続する給電線である。専用の給電線8を用いることで故障が少なくなり、保守・点検等の作業もし易くなる。
上記のように構成されている太陽光発電利用の給湯システムは、太陽電池1の発電能力が標準状態においては、太陽電池1で発電した直流電力をパワーコンディショナ2で交流電力に変換・昇圧して分電盤3に送電し、この分電盤3から屋内負荷4に給電する。そして、太陽電池1の発電量が屋内負荷4の消費電力を超えており、且つパワーコンディショナ2の電圧規定値以下の場合には、余剰の電力は系統連系により商用電力系統5側に逆潮流させる。夜間又は降雨や曇天のために太陽電池1の発電能力が標準以下の状態においては、太陽電池1の発電量が屋内負荷4の消費電力に比して少なく電力不足となるため、商用電力系統5からの商用電力を分電盤3を介して屋内負荷4に給電することにより電力不足分を補う。
In the hot water supply system using solar power generation configured as described above, the DC power generated by the
日射量が多いため太陽電池1の発電能力が標準を超える状態においては、太陽電池1で発電した直流電力をパワーコンディショナ2で交流電力に変換・昇圧すると、パワーコンディショナ2の電圧規定値を超えてしまう場合がある。このような時には、パワーコンディショナ2の電圧上昇抑制機能が働き、電圧規定値を超える分の交流電力が前記給電線8を介して前記給湯装置6に給電されると共に、前記通信線7を介して給湯装置6に信号を入力することで給湯装置6を運転させる。これにより、昼間においても給湯装置6を運転し、太陽電池1の発電電力を熱エネルギーに変換して貯蔵できるため有効利用が図れ、従来の発電ロスを解消することができる。又、深夜において、商用電力を使って給湯装置6を運転する場合に、商用電力の節電が図れる。
In the state where the power generation capacity of the
太陽電池1の発電能力が標準状態に変化した時には、パワーコンディショナ2から給湯装置6への交流電力の給電が停止すると共に、給湯装置6に信号を入力することで給湯装置6の運転を停止させる。
When the power generation capacity of the
図2は、給湯システムにおける運転制御を示すフローチャートであり、ステップS1で夜間電力の時間帯であるかどうかを判断し、夜間電力の時間帯でないと判断された場合にはステップS2で発電電圧と電圧規定値とを対比し、発電電圧が電圧規定値より大きい時はステップS3で給湯装置6を運転させ、発電電圧が電圧規定値より小さい時はステップ6で給湯装置6を停止させてステップS1に戻る。そして、ステップS3で給湯装置6を運転させた後は、ステップS4で貯湯が完了したかどうかを検知し、貯湯が完了している場合にはステップS7で給湯装置6の運転を停止させてステップS1に戻り、貯湯が完了していない場合にはステップS5で所定時間の経過を検知し、所定時間が経過している時にはステップS1に戻り、所定時間が経過していない時にはステップS3に戻って給湯装置6の運転を継続させる。前記ステップS1で夜間電力の時間帯である場合と判断された場合には、ステップS8で貯湯が完了しているかどうかを検知し、貯湯が完了している場合にはステップS1に戻り、貯湯が完了していない場合には、ステップS9で給湯装置6を運転させてステップS8に戻る。
FIG. 2 is a flowchart showing operation control in the hot water supply system. In step S1, it is determined whether or not it is a time zone of nighttime power. If it is determined that it is not a time zone of nighttime power, the generated voltage is set in step S2. When the generated voltage is higher than the specified voltage value, the hot
このような給湯装置システムの制御は図示を省略した制御装置により行い、この制御装置に関連するセンサーやタイマー等の付属部品(図略)は給湯装置6の適所に設置するものとする。
Such a hot water supply system is controlled by a control device (not shown), and accessories (not shown) such as sensors and timers related to the control device are installed at appropriate positions of the hot
尚、上記実施形態では、給電線8を介して給湯装置6へ給電するように構成したが、この給電線8を設けずに、通常通りパワーコンディショナ2から分電盤3を介して給湯装置6へ給電するように構成しても良い。
In the above-described embodiment, power is supplied to the hot
本発明に係る太陽光発電利用の給湯システムは、一般家庭や集合住宅、病院や老人介護所等の各種の施設に組み込んで有効に利用することができる。 The hot water supply system using solar power generation according to the present invention can be effectively used by being incorporated into various facilities such as ordinary homes, apartment houses, hospitals and elderly care centers.
1 太陽電池
2 パワーコンディショナ
3 分電盤
4 屋内負荷
5 商用電力系統
6 給湯装置
7 通信線
8 給電線
DESCRIPTION OF
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