JP2013024487A - Water heater, controller, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプ式の給湯機、制御装置、プログラムに関する。 The present invention relates to a heat pump type water heater, a control device, and a program.
一般的に、ヒートポンプ式給湯機は、電気料金に深夜料金が適用される深夜に稼働し貯湯することを前提とした装置であるが、深夜に沸き上げた湯が翌日の晩に使用される場合など、貯湯時間が長くなるとその間の放熱による損失が大きくなる。さらに、深夜は日中に比べて大気温度が低いので、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率(COP:Coefficient Of Performance)が低くなる。 Generally, heat pump water heaters are devices that operate and store hot water at midnight, where late-night charges are applied to electricity bills, but when hot water heated up at midnight is used the next night For example, if the hot water storage time becomes longer, the loss due to heat dissipation during that time will increase. Furthermore, since the atmospheric temperature is lower at night than in the daytime, the energy consumption efficiency (COP: Coefficient Of Performance) of the heat pump type hot water heater is lowered.
ところで、近年、一般住宅等においても、太陽電池から種々の負荷への電力供給を行い、太陽電池の生成電力が不足する場合には商用電力系統から負荷へ電力供給を行う系統連系システムが急速に普及している。系統連系システムでは、太陽電池の発電電力が消費電力を上回り太陽電池で生成される電力に余剰分(余剰電力)が生じると、この余剰電力を商用電力系統(商用交流電源)に逆潮流して電力会社に売電することができる(たとえば特許文献1参照)。 By the way, in recent years, even in ordinary homes and the like, a grid interconnection system that supplies power from a solar cell to various loads and supplies power from the commercial power system to the load when the generated power of the solar cell is insufficient is rapidly increasing. Is popular. In the grid-connected system, if the generated power of the solar cell exceeds the power consumption and there is a surplus in the power generated by the solar cell (surplus power), this surplus power flows back to the commercial power system (commercial AC power supply). Can be sold to an electric power company (see, for example, Patent Document 1).
ただし、今後、多数の需要家から一斉に逆潮流(売電)が行われるようになると、太陽電池で生成される電力が商用電力系統に与える影響が大きくなり、商用電力系統の電力品質の低下につながる可能性がある。そこで、売電以外の方法で太陽電池の余剰電力を有効に利用するための方法として、太陽電池の余剰電力にてヒートポンプ式給湯機を日中に運転することが提案されている(たとえば非特許文献1参照)。 However, in the future, if reverse flow (power sale) is performed simultaneously from a large number of customers, the power generated by solar cells will have a greater impact on the commercial power system, resulting in a decrease in power quality of the commercial power system. May lead to Therefore, as a method for effectively using the surplus power of the solar cell by a method other than the power sale, it has been proposed to operate the heat pump water heater during the day with the surplus power of the solar cell (for example, non-patent) Reference 1).
非特許文献1には、電力・給湯需要、太陽電池の出力の予測パターンから複数のシナリオを想定し、遺伝的アルゴリズム(GA)を用いて各シナリオに対する平均コストを最小にする運転パターンを抽出する手法が開示されている。これにより、電力・給湯需要、太陽電池の出力の予測の不確実性を考慮して、逆潮流抑制を図ることができる。
Non-Patent
しかし、通常のヒートポンプ式給湯機は、単位時間当たりに発生する熱量(加熱能力)が略一定であるので、大気温度が高くCOPが高い日中でも、稼働するために比較的大きな電力(最低でも1kW程度)が必要になる。そのため、天気が悪い、または負荷での電力需要が大きい等の理由で、ヒートポンプ式給湯機を稼働させるのに十分な余剰電力が太陽電池に生じない場合、ヒートポンプ式給湯機は、稼働すべき時間帯に稼働できず、結果的に、湯切れを生じる可能性がある。 However, since the amount of heat (heating capacity) generated per unit time is substantially constant in a normal heat pump type water heater, a relatively large electric power (at least 1 kW) is required to operate even during days when the atmospheric temperature is high and the COP is high. Degree) is required. Therefore, if the solar cell does not have enough surplus power to operate the heat pump water heater due to bad weather or high power demand at the load, the heat pump water heater will be The belt cannot be operated, and as a result, hot water may run out.
また、ヒートポンプ式給湯機は、不足分の電力について商用電力系統から追加で電力供給を受ける(買電)ことにより稼働することも可能ではあるが、この場合、本来なら余剰電力が生じるはずの時間帯に商用電力系統から余分な電力供給を受けることになる。 In addition, the heat pump water heater can be operated by receiving additional power from the commercial power system (power purchase) for the shortage of power, but in this case, the time when surplus power should normally be generated The band will receive extra power from the commercial power system.
本発明は上記事由に鑑みて為されており、様々な大きさの余剰電力に対応し、商用電力系統から余分な電力供給を受けなくても、湯切れが生じにくい給湯機、制御装置、プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and corresponds to various amounts of surplus power, and a hot water heater, a control device, and a program that are unlikely to cause hot water shortage without receiving excessive power supply from a commercial power system. The purpose is to provide.
本発明の給湯機は、湯水を貯める貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯められる湯水を加熱するヒートポンプ方式の加熱装置とを備え、前記貯湯タンク内の湯水によって給湯を行う貯湯式の給湯機であって、前記加熱装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサを有し、前記コンプレッサは、前記冷媒の流路において互いに並列となるように設けられた複数台の個別コンプレッサからなり、前記個別コンプレッサの稼働台数によって消費電力が段階的に切り替わることを特徴とする。 The hot water supply apparatus of the present invention is a hot water storage type hot water supply apparatus that includes a hot water storage tank that stores hot water and a heat pump type heating device that heats the hot water stored in the hot water storage tank, and supplies hot water using the hot water in the hot water storage tank. The heating device includes a compressor that compresses the refrigerant, and the compressor includes a plurality of individual compressors provided in parallel with each other in the flow path of the refrigerant, depending on the number of operating individual compressors. The power consumption is switched in stages.
本発明の制御装置は、上記給湯機と、太陽電池とを備え、前記太陽電池の出力から前記給湯機以外の負荷で消費される電力を差し引いた余剰電力にて前記給湯機を稼働させる需要家システムに用いられ、前記給湯機の動作を制御する制御装置であって、前記余剰電力にて前記給湯機を稼働させる稼働時間帯が定められたスケジュールを記憶しているスケジュール記憶部と、前記スケジュールで定められた前記稼働時間帯に、前記余剰電力の範囲内で前記給湯機の消費電力が最大となるように、前記複数台の個別コンプレッサの中から稼働させる個別コンプレッサを前記余剰電力の大きさに応じて選択する選択部とを備えることを特徴とする。 The control device of the present invention includes the water heater and a solar battery, and a consumer who operates the water heater with surplus power obtained by subtracting power consumed by a load other than the water heater from the output of the solar battery. A control device for controlling the operation of the water heater used in the system, the schedule storage unit storing a schedule in which an operating time zone for operating the water heater is operated with the surplus power, and the schedule The size of the surplus power of an individual compressor that is operated from among the plurality of individual compressors so that the power consumption of the hot water heater is maximized within the range of the surplus power during the operation time period determined in And a selection unit that selects according to the above.
この制御装置において、ユーザインタフェースに対する操作入力に応じて前記スケジュールを設定し、当該スケジュールを前記スケジュール記憶部に書き込むスケジュール設定部をさらに備えることが望ましい。 The control apparatus preferably further includes a schedule setting unit that sets the schedule according to an operation input to the user interface and writes the schedule in the schedule storage unit.
この制御装置において、翌日の前記余剰電力を時間帯別に予測し、前記余剰電力が既定値以上になると予測された時間帯を前記稼働時間帯として翌日の前記スケジュールを決定して、当該スケジュールを前記スケジュール記憶部に書き込む余剰予測部をさらに備えることがより望ましい。 In this control device, the surplus power of the next day is predicted for each time zone, the schedule for the next day is determined with the time zone predicted that the surplus power is equal to or greater than a predetermined value as the operating time zone, and the schedule is It is more desirable to further include a surplus prediction unit that writes to the schedule storage unit.
本発明のプログラムは、上記給湯機と、太陽電池とを備え、前記太陽電池の出力から前記給湯機以外の負荷で消費される電力を差し引いた余剰電力にて前記給湯機を稼働させる需要家システムに用いられ、前記給湯機の動作を制御するコンピュータにて実行されるプログラムであって、前記コンピュータを、前記余剰電力にて前記給湯機を稼働させる稼働時間帯が定められたスケジュールを記憶しているスケジュール記憶部、前記スケジュールで定められた前記稼働時間帯に、前記余剰電力の範囲内で前記給湯機の消費電力が最大となるように、前記複数台の個別コンプレッサの中から稼働させる個別コンプレッサを前記余剰電力の大きさに応じて選択する選択部として機能させるためのプログラムである。 A program according to the present invention includes the above-described hot water heater and a solar battery, and operates the hot water heater with surplus power obtained by subtracting power consumed by a load other than the hot water heater from the output of the solar battery. Is a program that is executed by a computer that controls the operation of the water heater, the computer storing a schedule in which an operating time zone in which the water heater is operated with the surplus power is determined. An individual compressor that is operated from among the plurality of individual compressors so that the power consumption of the water heater is maximized within the range of the surplus power during the operation time period determined by the schedule. Is a program for functioning as a selection unit that selects according to the magnitude of the surplus power.
本発明は、個別コンプレッサの稼働台数によって消費電力が段階的に切り替わるので、様々な大きさの余剰電力に対応し、商用電力系統から余分な電力供給を受けなくても、湯切れが生じにくいという利点がある。 According to the present invention, since the power consumption is changed in stages depending on the number of operating individual compressors, it corresponds to various amounts of surplus power, and it is difficult to cause hot water shortage without receiving extra power supply from the commercial power system. There are advantages.
(実施形態1)
本実施形態の給湯機1は、図2に示すように太陽電池2、パワーコンディショナ3、各種機器(空調、照明、IHヒータ、冷蔵庫、テレビ、乾燥機等)からなる負荷4と共に需要家10に設けられ、太陽電池2等と共に需要家システムを構成する。ここでは、一般的な戸建住宅を需要家の例として説明するが、これに限らず集合住宅や施設等を需要家として本発明を適用することも可能である。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 2, the
太陽電池2は、自然エネルギー(太陽光)を利用して直流電力を生成する発電装置を構成する。太陽電池2は、日射量に応じて発電電力が変動するため、基本的には昼間に発電を行い夜間に発電を停止する。太陽電池2は、図示しない接続箱を介してパワーコンディショナ3に接続されている。
The
パワーコンディショナ3は、太陽電池2からの直流電力を商用電力系統5の位相に同期した交流電力に変換するインバータ回路(図示せず)を有している。パワーコンディショナ3の出力は宅内に設置された分電盤6に接続されており、太陽電池2からの電力はパワーコンディショナ3および分電盤6を介して負荷4に供給される。分電盤6は商用電力系統5にも接続されており、太陽電池2からの出力のみでは負荷4の総需要電力を賄えない場合、負荷4には商用電力系統5から電力供給される。
The
さらに、パワーコンディショナ3は、商用電力系統5の停電検出時にインバータ回路の動作を停止させ、分電盤6との間に挿入された解列リレー(図示せず)を解列させる保護装置(図示せず)を有しており、太陽電池2の単独運転を防止する。また、パワーコンディショナ3は、太陽電池2の発電電力に余剰分(以下、「余剰電力」という)が生じたときに、余剰電力を商用電力系統5に逆潮流して電力会社に売電する機能を有している。ここでいう余剰電力は、太陽電池2の出力から負荷4で消費される電力を差し引いた分の電力である。なお、パワーコンディショナ3は、分電盤6内あるいは分電盤6の周辺に設置される。
Furthermore, the
商用電力系統5は、単相三線式であって、中性極と一対の電圧極との3線からなる引込線(図示せず)によって住宅に引き込まれ、分電盤6に接続されている。分電盤6は、主幹ブレーカ(図示せず)および複数個の分岐ブレーカ(図示せず)等を収納し、各分岐ブレーカに負荷4が接続されている。
The
給湯機1は、他の負荷4と共に分電盤6の分岐ブレーカに接続されており、太陽電池2あるいは商用電力系統5から電力供給を受けて動作する。この給湯機1は、図1に示すように、湯水を貯める貯湯タンク11と、貯湯タンク11に貯められる湯水を加熱する加熱装置12とを有し、貯湯タンク内の湯水によって給湯を行う貯湯式の給湯機である。加熱装置12は、ヒートポンプ方式であって、貯湯タンク11と共に宅外に設置されている。
The
貯湯タンク11は、底部に往管111が接続され、後述する加熱装置12の加熱用熱交換器13の入口に往管111を介して接続されている。さらに、貯湯タンク11は、上部に復管112が接続され、加熱用熱交換器13の出口に復管112を介して接続されている。貯湯タンク11と加熱用熱交換器13との間の往管111には、湯水を循環させる循環ポンプ14が設けられている。これにより、貯湯タンク11内の湯水は、貯湯タンク11の底部から往管111を通して加熱用熱交換器13に搬送され、加熱用熱交換器13にて加熱された後、復管112を通して貯湯タンク11の上部から貯湯タンク11内に戻されることになる。
The hot
また、貯湯タンク11は、水道等(図示せず)に接続され低温の水を内部に供給するための給水口(図示せず)を底部に有し、給湯用の給湯管(図示せず)に接続され高温の湯を吐出するための吐出口(図示せず)を上部に有している。貯湯タンク11は、内部の湯水の熱を逃がしにくいように断熱構造を採用している。
The hot
上記構成により、貯湯タンク11は、内部が常に湯水で充満されており、底部(給水口)から給水され加熱された湯水を上部から戻すので、内部において湯水は上方ほど高温となる。ここで、貯湯タンク11内には上下方向に複数配置された温度センサ(図示せず)が設けられ、給湯機1は、温度センサの出力により貯湯タンク11上端からどの位置まで湯水が所定温度(たとえば90℃)の湯となっているかを検出し、湯量を判断する。給湯機1は、貯湯タンク11内の湯量が所定の沸上湯量に達していれば沸上完了状態にあると判断し、加熱装置12の運転を停止する。なお、ここでいう湯量とは、貯湯タンク11内の湯水のうち所定温度以上の湯の量を意味する。沸上湯量は、給湯機1のコントローラ(図示せず)によってユーザ等が任意に設定する。
With the above configuration, the hot
加熱装置12は、大気中の熱を冷媒(たとえばCO2などの自然冷媒)に集め、この冷媒をコンプレッサ15にて圧縮して高温にした後、冷媒の熱を加熱用熱交換器13にて湯水に伝達することで湯水を加熱する。
The
具体的に説明すると、加熱装置12は、大気中の熱を冷媒に伝達する大気用熱交換器16と、冷媒を圧縮するコンプレッサ15と、冷媒の熱を湯水に伝達する加熱用熱交換器13と、膨張弁17とを有している。大気用熱交換器16は、大気と冷媒との間で熱交換を行い、大気中の熱を冷媒に取り込む。コンプレッサ15は、大気用熱交換器16から出た冷媒を断熱圧縮することにより、冷媒を高温にする。加熱用熱交換器13は、コンプレッサ15にて圧縮された冷媒を取り込み、この冷媒と貯湯タンク11から送られる湯水との間で熱交換を行い、貯湯タンク11内に貯められる湯水を加熱する。膨張弁17は、加熱用熱交換器13から出た冷媒を膨張し、大気用熱交換器16へと送る。
More specifically, the
要するに、加熱装置12は、大気用熱交換器16→コンプレッサ15→加熱用熱交換器13→膨張弁17→大気用熱交換器16の順に冷媒を循環させる。これにより、冷媒は、大気用熱交換器16にて大気中の熱を吸収し、コンプレッサ15にて圧縮されて高温高圧となり、加熱用熱交換器13にて放熱し、膨張弁17にて減圧され大気用熱交換器16へと戻ることになる。そのため、加熱装置12は、加熱用熱交換器13にて貯湯タンク11から送られてきた湯水を加熱することができる。
In short, the
ところで、一般的なヒートポンプ式の給湯機はコンプレッサを1台のみ有しているが、本実施形態のヒートポンプ式の給湯機1は、コンプレッサ15が各々個別に動作する複数台の個別コンプレッサからなる。図1の例では、コンプレッサ15は、第1の個別コンプレッサ151と第2の個別コンプレッサ152との2台の個別コンプレッサにて構成されている。
By the way, although a general heat pump type hot water heater has only one compressor, the heat pump type
これら複数台(ここでは2台)の個別コンプレッサ151,152は、大気用熱交換器16と加熱用熱交換器13との間における冷媒の流路において、互いに並列となるように設けられている。したがって、加熱装置12は、第1および第2の個別コンプレッサ151,152のうち1台のみを稼働させることもできるし、第1および第2の個別コンプレッサ151,152の両方を同時に稼働させることもできる。
The plurality of (two in this case)
ここにおいて、コンプレッサ15全体としては、個別コンプレッサ151,152の稼働台数によって、消費電力が段階的に切り替わり、単位時間当たりに発生する熱量(加熱能力)も段階的に切り替わることになる。つまり、加熱装置12は、個別コンプレッサ151,152の稼働台数が多いほど、コンプレッサ15全体での消費電力が大きくなるものの、単位時間当たりに湯水に与える熱量が大きくなり、同じ量の水を沸き上げるのに要する時間が短くなる。
Here, in the
本実施形態では、コンプレッサ15を構成する複数台の個別コンプレッサ151,152について、各々が同等の加熱能力を有し、定格消費電力が同一(各々0.5kWとする)である場合を想定する。ただし、コンプレッサ15を構成する複数台の個別コンプレッサ151,152は、加熱能力が異なっていてもよく、この場合、加熱装置12は、稼働させる個別コンプレッサ151,152によって消費電力や、単位時間当たりに湯水に与える熱量が異なる。また、コンプレッサ15は、複数台の個別コンプレッサからなる構成であればよく、3台以上の個別コンプレッサを有していてもよい。
In the present embodiment, it is assumed that each of the plurality of
ここにおいて、本実施形態の需要家システムは、太陽電池2の出力から給湯機1以外の負荷4で消費される電力を差し引いた余剰電力が生じる時間帯の少なくとも一部の時間帯において、余剰電力にて給湯機1を稼働させることにより余剰電力を有効利用する。つまり、この需要家システムにおいては、給湯機1は深夜に限らず、太陽電池2に余剰電力が生じる日中にも稼働する。
Here, the consumer system of the present embodiment has surplus power in at least a part of a time zone in which surplus power is generated by subtracting the power consumed by the
この需要家システムは、図1に示すように、給湯機1の動作を制御する制御装置7を備えている。本実施形態では、制御装置7は給湯機1と一体に設けられており、循環ポンプ14やコンプレッサ15の動作を制御する。ただし、制御装置7は給湯機1とは別体に設けられていてもよく、たとえばパワーコンディショナ3と一体に設けられていたり、ホームサーバ(図示せず)等に設けられていたりしてもよい。なお、図1においては、制御用の信号線を点線で示している。
As shown in FIG. 1, the customer system includes a
この制御装置7は、余剰電力にて給湯機1を稼働させる稼働時間帯としてスケジュールで決められた時間帯に、稼働させる個別コンプレッサ151,152を選択する選択部71と、スケジュールを記憶するスケジュール記憶部72とを備えている。制御装置7は、CPU(Central ProcessingUnit)およびメモリを主構成とするコンピュータからなり、所定のプログラムを実行することによって、選択部71、スケジュール記憶部72としての機能を実現する。
The
選択部71は、制御装置7の時計部(図示せず)が計時する現在時刻が稼働時間帯の開始時刻になると、そのときの余剰電力の大きさに応じて、稼働させる個別コンプレッサを複数台の個別コンプレッサ151,152の中から選択する。ここで、選択部71は、太陽電池2の発電出力と負荷4での消費電力とを監視しており、両者の差分をとることによって実際の余剰電力の大きさを求める。選択部71は、求めた余剰電力の範囲内で給湯機1の消費電力が最大となるように、稼働させる個別コンプレッサ151,152を選択する。なお、給湯機1は循環ポンプ14等でも電力を使用するので、選択部71は、コンプレッサ15での消費電力だけでなく、給湯機1全体の消費電力が余剰電力の範囲内に収まるように、稼働させる個別コンプレッサ151,152を選択する。ただし、以下では、給湯機1の消費電力のうちコンプレッサ15以外での消費電力は無視できる程度と仮定して説明する。
When the current time measured by the clock unit (not shown) of the
本実施形態では、複数台(2台)の個別コンプレッサ151,152は、同等の加熱能力を有し、定格消費電力が同一(各々0.5kW)であるので、選択部71は、余剰電力の大きさに応じて個別コンプレッサの稼働台数のみを決定する。つまり、給湯機1は、個別コンプレッサの稼働台数が1台であれば、第1および第2のいずれの個別コンプレッサ151,152が稼働しても、全体としての消費電力は変わらないので、選択部71は実質的に稼働台数を0台、1台、2台から選択することになる。これに対して、複数台の個別コンプレッサで加熱能力(定格消費電力)が異なる場合には、選択部71は、個別コンプレッサの稼働台数に加えて、どの個別コンプレッサを稼働させるかを決定することになる。
In the present embodiment, the plurality of (two)
ここで、余剰電力は稼働時間帯においても変動するので、選択部71は、稼働時間帯においては余剰電力の変動を追従するように、随時、実際の余剰電力の大きさに応じて、稼働させる個別コンプレッサ151,152を選択する。要するに、稼働時間帯において余剰電力が変化すると、選択部71は、変化後の余剰電力の範囲内で給湯機1の消費電力が最大となるように、稼働させる個別コンプレッサ151,152を選択する。
Here, since the surplus power fluctuates even in the operation time zone, the
スケジュール記憶部72は、余剰電力にて給湯機1を稼働させる時間帯が稼働時間帯として定められたスケジュールを予め記憶している。スケジュール記憶部72に記憶されているスケジュールは、太陽電池2の発電電力が負荷4の消費電力を上回り太陽電池2の余剰電力が比較的大きくなる日中の時間帯(たとえば9〜14時の時間帯)を稼働時間帯として定めている。
The schedule memory | storage part 72 has memorize | stored beforehand the schedule by which the time zone which operates the
ただし、各時間帯における太陽電池2の発電電力は季節によって異なり、また各時間帯における負荷4での消費電力も曜日や季節によって異なるので、1種類のスケジュールのみでは、実際に余剰電力が生じる時間帯と稼働時間帯との間にずれが生じることがある。そこで、制御装置7は、曜日や季節(月)の情報を含むカレンダー機能を有し、スケジュール記憶部72に曜日や季節ごとのスケジュールを記憶しておくことにより、曜日や季節に応じて適用するスケジュールを自動的に変更してもよい。
However, the generated power of the
本実施形態においては、制御装置7は、ユーザインタフェースに対する操作入力に応じてスケジュールを設定し、このスケジュールをスケジュール記憶部72に書き込むスケジュール設定部73をさらに備えている。ここで、ユーザインタフェースはたとえば給湯器1のコントローラであって、ユーザあるいは需要家システムの管理者(以下、「ユーザ等」という)は、ユーザインタフェースを操作することによってスケジュールを任意に書き換えることができる。そのため、ユーザ等は、各需要家10における太陽電池2の発電電力や負荷4の消費電力の実績値に合わせて稼働時間帯を決定し、スケジュールを設定することができる。
In the present embodiment, the
さらに、スケジュール記憶部72に記憶されているスケジュールは、上述したような日中の稼働時間帯に加えて、太陽電池2に発電電力が生じない夜間(深夜)にも、給湯機1を稼働させる時間帯(以下、「夜間稼働時間帯」という)を固定的に定めている。ここで、日中の稼働時間帯と夜間稼働時間帯との比率は予め設定されており、たとえば3:7(=日中:夜間)に設定されている。
Furthermore, the schedule memorize | stored in the schedule memory | storage part 72 operates the
夜間稼働時間帯においては、太陽電池2に余剰電力は生じないので、給湯機1は商用電力系統5から電力供給を受けて稼働する。そのため、選択部71は、夜間稼働時間帯においては余剰電力の大きさに関係なく、予め決められた個別コンプレッサ151,152を稼働させる。本実施形態では、選択部71は夜間稼働時間帯には第1および第2の個別コンプレッサ151,152の両方を稼働させる。
In the nighttime operating hours, no surplus power is generated in the
なお、制御装置7は、給湯機1が沸上完了状態にあると、稼働時間帯や夜間稼働時間帯であってもコンプレッサ15を停止させる。
Note that when the
次に、上述のように構成される制御装置7の動作について、需要家10における1日(24時間)の電力変動を示す図3を参照して説明する。図3では、横軸を時間軸、縦軸を電力として、(a)が太陽電池2の発電電力、(b)が給湯機1以外の負荷4の消費電力、(c)が給湯機1の消費電力、(d)が給湯機1無しの場合の売電電力、(e)が給湯機1有りの場合の売電電力を表している。なお、売電電力は需要家から見て商用電力系統5に逆潮流される電力であるので、図3では売電電力を負の電力として表している。
Next, operation | movement of the
すなわち、制御装置7は、スケジュールで夜間稼働時間帯として定められている時刻t1〜t2の時間帯には、商用電力系統5から電力の供給を受け(買電)、第1および第2の個別コンプレッサ151,152の両方を稼働させる。これにより、図3における時刻t1〜t2の時間帯においては、給湯機1にて約1.0kW(=0.5kW×2)の消費電力が発生する。
That is, the
その後、図3における時刻t3に太陽電池2が発電を開始し、時刻t4には太陽電池2の発電電力が負荷4の消費電力を上回ることにより、余剰電力が発生する。仮に給湯機1が無ければ、発生した余剰電力は、全て商用電力系統5に逆潮流されて売電電力となるので、図3に(d)で示すような売電電力が発生する。
Thereafter, the
これに対して本実施形態では、制御装置7は、スケジュールで稼働時間帯として定められている時刻t5〜t6の時間帯には、余剰電力により給湯機1を稼働させる。ここでは、制御装置7は、余剰電力の範囲内で給湯機1の消費電力が最大となるように、第1の個別コンプレッサ151のみを稼働させている。そのため、図3における時刻t5〜t6の時間帯においては、売電電力は、給湯機1が無い場合に比べて、(e)で示すように給湯機1の消費電力(約0.5kW)の分だけ小さくなる。
On the other hand, in this embodiment, the
その後、図3における時刻t7には太陽電池2の発電電力が負荷4の消費電力を下回ることにより、余剰電力が無くなり、さらに時刻t8には太陽電池2が発電を停止する。
Thereafter, at time t7 in FIG. 3, the generated power of the
以上説明した本実施形態の需要家システムによれば、太陽電池2で生成された電力は基本的には負荷4へ供給され、太陽電池2に余剰電力が生じた場合に、この余剰電力が給湯機1の加熱装置12の動力として利用される。そのため、太陽電池2で生じた余剰分の電気エネルギー(余剰電力)は、商用電力系統5に逆潮流して電力会社に売電する以外の方法によって、有効に利用されることになる。したがって、本実施形態の構成においては、余剰電力の逆潮流による売電が抑制されることになり、太陽電池2で生成される電力が商用電力系統5に与える影響が小さくなって、商用電力系統5の電力品質の低下を抑制することができる。
According to the consumer system of the present embodiment described above, the power generated by the
また、この場合、給湯機1は、太陽電池2に余剰電力が生じる日中にも稼働するので、深夜に稼働し貯湯する場合に比べると、日中に沸き上げた湯が当日の晩に使用されることで、貯湯時間が短くなりその間の放熱による損失を小さくできる。さらにまた、日中は深夜に比べて大気温度が高いので、ヒートポンプ式の給湯機1は、日中に稼働することでエネルギー消費効率(COP:Coefficient Of Performance)が高くなるという利点もある。
Further, in this case, the
しかも、本実施形態の給湯機1は、コンプレッサ15が複数台の個別コンプレッサ151,152からなるので、個別コンプレッサ151,152の稼働台数によって、コンプレッサ15の消費電力を段階的に切り替えることができる。これにより、給湯機1は、全ての個別コンプレッサ151,152を稼働させるのに十分な余剰電力が太陽電池2に生じていない場合でも、一部の個別コンプレッサ151,152のみを稼働させることができる。そのため、天気が悪い、または負荷4での電力需要が大きい等の理由で十分な余剰電力が太陽電池2に生じない場合でも、給湯機1は、稼働すべき時間帯に稼働することができ、結果的に湯切れが生じる(貯湯タンク11の湯量が下限値を下回る)ことを回避できる。
In addition, since the
さらに、制御装置7は、給湯機1の消費電力が余剰電力を超えない範囲で、個別コンプレッサ151,152の稼働台数を決定することによって、余剰電力のみで給湯機1の動力を賄うことができる。つまり、制御装置7は、太陽電池2に十分な余剰電力が生じていない場合でも、稼働させる個別コンプレッサ151,152を制限することによって、給湯機1を稼働するために商用電力系統5から追加で電力供給を受ける(買電)ことを回避できる。したがって、給湯機1は、様々な大きさの余剰電力に対応し、商用電力系統5から余分な電力供給を受けなくても、湯切れが生じにくくなる。
Furthermore, the
なお、上述したような需要家システムには、蓄電池(図示せず)が付加されていてもよい。蓄電池は、パワーコンディショナ3に接続され、パワーコンディショナ3にて充放電が制御される。この場合、蓄電池は、太陽電池2の余剰電力から給湯機1の消費電力を差し引いた分を電気エネルギーとして蓄えることができるので、余剰電力の逆潮流による売電を一層抑制することができる。
A storage battery (not shown) may be added to the consumer system as described above. The storage battery is connected to the
ところで、本実施形態では、パワーコンディショナ3が余剰電力を商用電力系統5に逆潮流して売電する機能を有しているが、このような売電のための機能は必須ではない。すなわち、今後さらに太陽電池等が普及するのに伴い、商用電力系統5の電力品質を安定させるという観点から売電が規制されるとの見方もされており、将来的には、太陽電池の余剰電力を自由に売電できなくなることも考えられる。余剰電力の売電ができなくなると、余剰電力は、本来ならば捨てられるか、あるいは蓄電池に蓄えられることになるが、蓄電値に蓄えられる場合でも蓄電池が満充電になれば残りについては捨てられることになるので、結局、電力の無駄が生じる。
By the way, in this embodiment, the
これに対して、本実施形態の需要家システムによれば、太陽電池2の余剰電力が給湯機1の加熱装置12の動力として有効に利用されるので、本来ならば無駄になる電力を売電以外の方法で有効に利用できる。つまり、本実施形態の構成によれば、余剰電力の逆潮流による売電が抑制されて商用電力系統5の電力品質の低下を抑制できるというだけでなく、売電ができない状況であっても余剰電力を有効利用できるという効果も奏することになる。
On the other hand, according to the customer system of the present embodiment, surplus power of the
(実施形態2)
本実施形態は、制御装置7が余剰電力にて給湯機1を稼働させるスケジュール(稼働時間帯)を動的に決めている点で、スケジュール設定部73にてスケジュールを固定的に設定する実施形態1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、実施形態1と共通の符号を付して適宜説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the schedule is fixedly set by the
本実施形態においては、制御装置7は、翌日の余剰電力を時間帯別に予測し、この予測結果に基づいて翌日のスケジュールを決定する余剰予測部(図示せず)を備えている。余剰予測部は、負荷4の消費電力についての過去一定期間の実績値を履歴データとして保持する機能と、天気予報などの情報を発信するサーバにインターネット経由で接続する機能とを有している。余剰予測部は、履歴データから翌日の電力需要(負荷4の消費電力)を時間帯別に予測し、翌日の天気予報から翌日の太陽電池2の発電電力を時間帯別に予測して、これら電力需要および発電電力から翌日の余剰電力を時間帯別に予測する。なお、「翌日」の起点は、日付の変わる時点(0時00分)であってもよいが、その他の時刻であってもよく、本実施形態では電気料金として深夜料金の適用が開始する23時00分の時点と仮定する。
In the present embodiment, the
余剰予測部は、毎日、所定時刻(たとえば22時59分)になると、上述のようにして翌日の余剰電力を時間帯別に予測し、予測結果に基づいて翌日のスケジュールを決定して、スケジュール記憶部72に記憶されているスケジュールを書き換える。ここで、余剰予測部は、余剰電力が既定値以上になると予測された時間帯を稼働時間帯として、翌日のスケジュールを決定する。ここでいう既定値は、余剰電力にて個別コンプレッサ151,152を少なくとも1台稼働させることができるように、個別コンプレッサ151,152の1台当たりの定格消費電力(0.5kW)よりも大きな値(たとえば0.7kW)に設定されている。
The surplus prediction unit predicts the surplus power of the next day for each time zone as described above at a predetermined time (for example, 22:59) every day, determines the next day's schedule based on the prediction result, and stores the schedule. The schedule stored in the unit 72 is rewritten. Here, the surplus prediction unit determines a schedule for the next day using an operation time zone as a time zone in which surplus power is predicted to be equal to or greater than a predetermined value. The predetermined value here is a value larger than the rated power consumption (0.5 kW) per unit of the
ただし、給湯機1が沸上完了状態にあれば、制御装置7は、いくら余剰電力が生じていても、それ以上、給湯機1を稼働させる必要がない。そのため、余剰予測部は、余剰電力が既定値上になると予想された時間帯の全てを稼働時間帯とするのではなく、余剰電力が既定値上になると予想された時間帯の一部のみを稼働時間帯とする。ここで、余剰電力が大きいほど、給湯機1は個別コンプレッサ151,152の稼働台数が増えるため、沸上完了までに要する時間は短くなる。そのため、余剰予測部は、予想される余剰電力が大きいほど、稼働時間帯を短く設定する。
However, if the
次に、上述のように構成される制御装置7の動作について、需要家10における1日(24時間)の電力変動を示す図4、5を参照して説明する。ここで、図4は「晴れ」の日の電力変動を示し、図5は「くもり」の日の電力変動を示す。図4、5では、横軸を時間軸、縦軸を電力として、(a)が太陽電池2の発電電力、(b)が給湯機1以外の負荷4の消費電力、(c)が給湯機1の消費電力、(d)が給湯機1無しの場合の売電電力、(e)が給湯機1有りの場合の売電電力を表している。なお、売電電力は需要家から見て商用電力系統5に逆潮流される電力であるので、図4、5では売電電力を負の電力として表している。
Next, operation | movement of the
まず、「晴れ」・「くもり」いずれでも、制御装置7は、スケジュールで夜間稼働時間帯として定められている時刻t1〜t2の時間帯には、商用電力系統5から電力の供給を受け(買電)、第1および第2の個別コンプレッサ151,152の両方を稼働させる。これにより、図4、5における時刻t1〜t2の時間帯においては、給湯機1にて約1.0kW(=0.5kW×2)の消費電力が発生する。
First, in both “sunny” and “cloudy”, the
その後、図4、5における時刻t3に太陽電池2が発電を開始し、時刻t4には太陽電池2の発電電力が負荷4の消費電力を上回ることにより、余剰電力が発生する。仮に給湯機1が無ければ、発生した余剰電力は、全て商用電力系統5に逆潮流されて売電電力となるので、図4、5に(d)で示すような売電電力が発生する。図4、5の例では負荷4の消費電力は同じであるが、「晴れ」の日(図4)の方が、「くもり」の日(図5)よりも日射量が多く太陽電池2の発電電力が大きいので、発生する余剰電力も大きくなる。
Thereafter, the
本実施形態では、制御装置7は、スケジュールで稼働時間帯として定められている時刻t5〜t6、t7〜8の各時間帯には、余剰電力により給湯機1を稼働させる。ここで、制御装置7は、余剰電力の範囲内で給湯機1の消費電力が最大となるように、第1の個別コンプレッサ151のみを稼働させる。
In the present embodiment, the
ただし、上述したように「晴れ」の日の方が「くもり」の日よりも余剰電力は大きくなるので、スケジュールにおいては「晴れ」の日(図4)の方が「くもり」の日(図5)よりも稼働時間帯は短く設定される。ここでは、「晴れ」の日(図4)は、時刻t5〜t6、t7〜t8の各稼働時間帯が「くもり」の日(図5)に比べて短く設定されている。 However, as described above, surplus power is greater on a “sunny” day than on a “cloudy” day, so in a schedule, a “sunny” day (FIG. 4) is a “cloudy” day (see FIG. 4). The operation time zone is set shorter than 5). Here, the day of “clear” (FIG. 4) is set shorter than the day of “cloudy” (FIG. 5) in the operation time zones at times t5 to t6 and t7 to t8.
また、「晴れ」の日においては、発生する余剰電力が比較的大きいので、制御装置7は、第1および第2の個別コンプレッサ151,152の両方を稼働させる。そのため、図4における時刻t5〜t6、t7〜8の各時間帯においては、売電電力は、給湯機1が無い場合に比べて、(e)で示すように給湯機1の消費電力(約1.0kW)の分だけ小さくなる。
In addition, since the surplus power generated is relatively large on a “sunny” day, the
これに対して、「くもり」の日においては、発生する余剰電力が比較的小さいので、制御装置7は、第1の個別コンプレッサ151のみを稼働させる。そのため、図5における時刻t5〜t6、t7〜8の各時間帯においては、売電電力は、給湯機1が無い場合に比べて、(e)で示すように給湯機1の消費電力(約0.5kW)の分だけ小さくなる。つまり、「晴れ」の日と「くもり」の日とでは、給湯機1は、稼働時間帯における個別コンプレッサ151,152の稼働台数が異なる。
On the other hand, since the surplus power generated is relatively small on the day of “cloudy”, the
その後、図4、5のいずれにおいても、時刻t9には太陽電池2の発電電力が負荷4の消費電力を下回ることにより、余剰電力が無くなり、さらに時刻t10には太陽電池2が発電を停止する。
Thereafter, in any of FIGS. 4 and 5, the generated power of the
以上説明した構成によれば、制御装置7は、余剰予測部にて翌日の余剰電力を時間帯別に予測し、その予測結果に基づいて翌日のスケジュールを決定するので、常に適切なスケジュールを設定することができる。すなわち、給湯機1は、実施形態1のように天気予報や電力需要の予測を行うことなく固定的に定められたスケジュールに従って制御される場合に比べ、商用電力系統5から余分な電力供給をより受けにくく、また湯切れもより生じにくくなる。したがって、本実施形態の制御装置7は、天気の崩れや需要家10における電力需要の変化に起因して、余剰電力の生じる時間帯が変わった場合でも、スケジュールを変更して柔軟に対応することができる。
According to the configuration described above, the
その他の構成および機能は実施形態1と同様である。 Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment.
1 給湯機
11 貯湯タンク
12 加熱装置
2 太陽電池
7 制御装置
71 選択部
72 スケジュール記憶部
73 スケジュール設定部
15 コンプレッサ
151 第1の個別コンプレッサ
152 第2の個別コンプレッサ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記加熱装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサを有し、
前記コンプレッサは、前記冷媒の流路において互いに並列となるように設けられた複数台の個別コンプレッサからなり、前記個別コンプレッサの稼働台数によって消費電力が段階的に切り替わることを特徴とする給湯機。 A hot water storage tank that stores hot water and a heat pump type heating device that heats the hot water stored in the hot water storage tank, and supplies hot water using hot water in the hot water storage tank;
The heating device has a compressor for compressing the refrigerant,
The hot water heater is characterized in that the compressor includes a plurality of individual compressors provided in parallel with each other in the flow path of the refrigerant, and the power consumption is switched in stages depending on the number of the individual compressors operating.
前記余剰電力にて前記給湯機を稼働させる稼働時間帯が定められたスケジュールを記憶しているスケジュール記憶部と、
前記スケジュールで定められた前記稼働時間帯に、前記余剰電力の範囲内で前記給湯機の消費電力が最大となるように、前記複数台の個別コンプレッサの中から稼働させる個別コンプレッサを前記余剰電力の大きさに応じて選択する選択部とを備えることを特徴とする制御装置。 A consumer system comprising the hot water heater according to claim 1 and a solar battery, wherein the hot water heater is operated with surplus power obtained by subtracting power consumed by a load other than the hot water heater from the output of the solar battery. A control device used to control the operation of the water heater,
A schedule storage unit storing a schedule in which an operating time zone for operating the water heater with the surplus power is determined;
An individual compressor that is operated from among the plurality of individual compressors so that the power consumption of the water heater is maximized within the range of the surplus power during the operation time period determined in the schedule. A control device comprising: a selection unit that selects according to size.
前記コンピュータを、
前記余剰電力にて前記給湯機を稼働させる稼働時間帯が定められたスケジュールを記憶しているスケジュール記憶部、
前記スケジュールで定められた前記稼働時間帯に、前記余剰電力の範囲内で前記給湯機の消費電力が最大となるように、前記複数台の個別コンプレッサの中から稼働させる個別コンプレッサを前記余剰電力の大きさに応じて選択する選択部
として機能させるためのプログラム。 A consumer system comprising the hot water heater according to claim 1 and a solar battery, wherein the hot water heater is operated with surplus power obtained by subtracting power consumed by a load other than the hot water heater from the output of the solar battery. A program that is used and executed by a computer that controls the operation of the water heater;
The computer,
A schedule storage unit storing a schedule in which an operating time zone for operating the water heater with the surplus power is determined;
An individual compressor that is operated from among the plurality of individual compressors so that the power consumption of the water heater is maximized within the range of the surplus power during the operation time period determined in the schedule. A program to function as a selection part to select according to size.
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