JP2014035152A - ソーラーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、日照時に太陽光発電パネルを安定的に冷却しつつ、日照時に得られる太陽光エネルギを効率よく利用することを目的とする。
【解決手段】ソーラーシステム１は、太陽光発電パネル２、パネル熱回収器３、貯留タンク４、循環回路５、循環ポンプ６、給水配管７、給湯配管８、センサ９〜１２及び制御装置１３を備える。制御装置１３は、少なくとも外気温度ζと市水温度αとの温度差（ζ−α）に基いて、循環ポンプ６の作動状態を制御し、蓄冷運転、凍結防止運転、冷却蓄熱運転及び給湯運転等を実行する。これにより、例えば夜間には貯留タンク４に低温水を蓄冷し、日照時には、この低温水を用いて太陽光発電パネル２を安定的に冷却することができる。そして、日照時に得られる太陽光エネルギを貯留タンク４に蓄熱して給湯等に効率よく利用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光エネルギを利用して発電、給湯等を行う機能を備えたソーラーシステムに関する。

従来技術として、例えば特許文献１に記載されているように、太陽光発電パネルを備えたソーラーシステムが知られている。従来技術のシステムは、太陽光発電パネルの裏面側に設置された第１蓄熱部と、太陽光の影響を受け難い場所に設置された第２蓄熱部とを備えており、これらの蓄熱部は相互に連通されている。また、各蓄熱部には、潜熱蓄熱材が収容されており、この蓄熱材は、ポンプが作動することにより第１，第２の蓄熱部間で移動可能となっている。

そして、従来技術では、夜間に太陽光発電パネルから放射冷却が行われるときに、この放射冷却を利用して第１蓄熱部により蓄熱材を冷却し、冷却された蓄熱材を第２蓄熱部に移動させる。また、日照時には、第２蓄熱部に収容された蓄熱剤を第１蓄熱部に移動させることにより、太陽光発電パネルを冷却し、太陽光発電パネルの発電効率を向上させるようにしている。

特開２００６−９０６５９号公報

上述した従来技術では、夜間に冷却された蓄熱材を利用して、日照時に太陽光発電パネルを冷却する構成としている。しかしながら、従来技術では、蓄熱材を太陽光発電パネルの冷却のみに使用している。このため、日照時に蓄熱材に蓄えられた熱は、夜間の放射冷却により無駄に放出されることになり、蓄熱材に蓄えられた熱を有効に活用することができないという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、日照時に太陽光発電パネルを安定的に冷却しつつ、日照時に得られる太陽光エネルギを効率よく利用することが可能なソーラーシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るソーラーシステムは、太陽光を受けて発電する太陽光発電パネルと、太陽光発電パネルの背面側に設けられた流体の流路を有し、太陽光発電パネルの熱を回収することが可能なパネル熱回収器と、水または湯である湯水が貯留される貯留タンクと、パネル熱回収器と貯留タンクとを接続する循環回路と、循環回路を介してパネル熱回収器と貯留タンクとの間に湯水を循環させる輸送手段と、貯留タンクに市水を供給する給水配管と、貯留タンク内の湯水を給湯対象に供給する給湯配管と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、市水の温度を検出する市水温度検出手段と、少なくとも外気温度と市水温度との関係に基いて輸送手段を制御する制御手段と、を備える。

本発明によれば、例えば夜間には貯留タンクに低温水を蓄冷し、日照時には、この低温水を用いて太陽光発電パネルを安定的に冷却することができる。そして、日照時に得られる太陽光エネルギを貯留タンクに蓄熱して給湯等に効率よく利用することができ、エネルギ効率が高いソーラーシステムを実現することができる。また、各運転制御の開始及び終了の判定条件に、市水温度を基準として用いることにより、運転制御に適した外気温度を精度よく判定することができる。

本発明の実施の形態１によるソーラーシステムを示す構成図である。 本発明の実施の形態１によるソーラーシステムの制御の一例を示す動作説明図である。 本発明の実施の形態１において、蓄冷運転の具体例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１において、凍結防止運転の具体例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１において、冷却蓄熱運転の具体例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１において、給湯運転の具体例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２によるソーラーシステムを示す構成図である。 本発明の実施の形態３によるソーラーシステムを示す構成図である。 本発明の実施の形態４によるソーラーシステムを示す構成図である。 本発明の実施の形態５によるソーラーシステムを示す構成図である。 本発明の実施の形態６によるソーラーシステムを示す構成図である。 本発明の実施の形態７によるソーラーシステムを示す構成図である。 本発明の実施の形態８によるソーラーシステムを示す構成図である。 本発明の実施の形態９によるソーラーシステムを示す構成図である。

実施の形態１．
以下、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。なお、本明細書で使用する各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。図１は、本発明の実施の形態１によるソーラーシステムを示す構成図である。この図に示すように、ソーラーシステム１は、太陽光発電パネル２、パネル熱回収器３、貯留タンク４、循環回路５、循環ポンプ６、給水配管７、給湯配管８、センサ９〜１２及び制御装置１３を備えている。

太陽光発電パネル２は、例えば屋根の上に設置され、太陽光を受けて発電するものである。パネル熱回収器３は、太陽光発電パネル２の背面側に設けられた流体の流路を有し、太陽光発電パネル２の熱を回収可能に構成されている。貯留タンク４は、太陽光発電パネル２の熱を蓄熱及び冷却するために、水または湯である湯水を貯留するものである。即ち、貯留タンク４には、後述のように、太陽光発電パネル２の熱により加熱された湯や、太陽光発電パネル２を冷却するための水が貯留される。貯留タンク４は、断熱材により覆われており、タンクの外部に対して断熱されている。

循環回路５は、パネル熱回収器３と貯留タンク４との間に湯水を循環させるための流路である。循環回路５は、貯留タンク４の下部とパネル熱回収器３の流入側とを接続する行き管５Ａと、貯留タンク４の上部とパネル熱回収器３の流出側とを接続する戻り管５Ｂとを備えている。循環ポンプ６は、循環回路５を介してパネル熱回収器３と貯留タンク４との間に湯水を循環させるもので、例えば行き管５Ａの途中に設けられており、本実施の形態の輸送手段を構成している。

給水配管７は、貯留タンク４に水道水等の市水を供給するもので、貯留タンク４の下部に接続されている。給湯配管８は、貯留タンク４内の湯を給湯栓、シャワー、風呂等の給湯対象に供給するもので、貯留タンク４の上部に接続されている。なお、給湯対象には、給湯配管８から直接給湯する構成としてもよいし、給湯配管８から取出した湯をガス給湯機、電気温水器やヒートポンプ給湯機等により加熱した後に給湯する構成としてもよい。

一方、外気温度センサ９は、外気温度を検出するセンサであり、市水温度センサ１０は、給水配管７から貯留タンク４に供給される市水の温度を検出するセンサである。また、循環回路温度センサ１１は、循環回路５を流れる湯水の温度を検出するセンサであり、タンク内水温センサ１２は、貯留タンク４内の湯水の温度を検出するセンサである。なお、市水温度は、外気温度に基いて求めることも可能であるため、本実施の形態のシステムでは、市水温度センサ１０を設置しなくてもよい。この場合には、例えば市水温度と外気温度との関係を示す温度関係データを制御装置１３に予め記憶させておき、この温度関係データに基いて外気温度から市水温度を算出する構成とすればよい。この構成によれば、システムに搭載するセンサ部品の点数を削減し、コストダウンを図ることができる。一方、タンク内水温センサ１２は、貯留タンク４の温度分布（残湯量）を検出するために、上下方向の異なる位置に複数個設定する構成としてもよい。

制御装置１３は、ソーラーシステム１を制御する制御手段を構成するもので、制御装置１３の入力側には、センサ９〜１２を含むセンサ系統が接続されている。制御装置１３の出力側には、循環ポンプ６を含む各種のアクチュエータが接続されている。制御装置１３は、後述のように、少なくとも外気温度と市水温度との温度差に基いて所定の運転制御を実行する。この運転制御は、例えば循環ポンプ６を作動及び停止させたり、循環ポンプ６の吐出流量を変化させることにより実現される。

次に、図２を参照しつつ、本実施の形態によるソーラーシステム１の制御について説明する。図２は、本発明の実施の形態１によるソーラーシステムの制御の一例を示す動作説明図である。この図において、細い実線は外気温度を示し、点線は市水温度を示している。また、一点鎖線は循環回路５の水温（循環水温）を示し、太い実線は貯留タンク４内の湯水の温度（タンク内水温）を示している。制御装置１３により実行される運転制御には、少なくとも以下の蓄冷運転、凍結防止運転、冷却蓄熱運転及び給湯運転が含まれる。

（蓄冷運転）
蓄冷運転は、例えば晴天時の深夜から早朝にかけて実行されるものである。なお、図２では、午前０時〜６時前の時間帯に蓄冷運転が実行される場合を例示している。また、早朝とは、日照開始前後の時間帯を意味している。外気温度は、深夜から早朝にかけて時間の経過と共に低下する。このため、蓄冷運転では、外気温度と市水温度との温度差が蓄冷開始判定温度以下の場合に、循環ポンプ６を作動させ、貯留タンク４内の湯水を循環回路５に循環させる。上記蓄冷運転によれば、貯留タンク４内の湯水を取出して当該湯水から大気中に熱を放出し、タンク内水温を市水温度以下に低下させることができ、外部で放熱した低温水を貯留タンク４内に効率よく蓄冷することができる。

蓄冷開始判定温度は、例えば湯水から大気中への放熱が効率よく実行されるような温度差の最大値として予め設定されている。即ち、外気温度と市水温度との温度差が蓄冷開始判定温度以下の場合には、市水温度を基準として、外気温度が蓄冷に適した低い温度であると判定することができる。このように、市水温度を基準として用いることにより、蓄冷運転に適した外気温度を精度よく判定することができる。なお、蓄冷運転では、ある一定の時間毎に循環ポンプ６を運転する動作（間欠運転）を実行してもよい。また、本実施の形態では、蓄冷運転に適した時間帯（例えば、午前０時〜６時前の時間帯）を予め記憶しておき、この時間帯にのみ蓄冷運転を実行する構成としてもよい。

一方、外気温度と市水温度との温度差が蓄冷終了判定温度以上となるか、または、太陽光発電パネル２の発電量が蓄冷終了判定値以上となった場合には、循環ポンプ６を停止し、蓄冷運転を終了する。この場合、蓄冷終了判定温度は、例えば湯水からの放熱効率が低下するような高い外気温度に対応して予め設定されており、蓄冷終了判定値は、湯水からの放熱効率が低下するような日照状態に対応する発電量として予め設定されている。

図３は、本発明の実施の形態１において、蓄冷運転の具体例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンでは、市水温度αを用いる代わりに、市水温度αと相関があるタンク内水温βを用いた場合を例示している。図３に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１において、循環ポンプ６を間欠運転する。次に、ステップＳ２では、センサ系統の出力を読込むことにより、外気温度ζとタンク内水温βとの温度差（ζ−β）が蓄冷開始判定温度Ｂ以下であるか否かを判定する。ステップＳ２の判定が成立した場合には、ステップＳ３に移行し、循環ポンプ６の運転（連続運転）を開始する。また、ステップＳ２の判定が不成立の場合には、この判定が成立するまで循環ポンプ６の間欠運転を継続する。

次に、ステップＳ４では、蓄冷運転の終了条件が成立したか否かを判定する。この終了条件は、温度差（ζ−β）が蓄冷終了判定温度Ｃ以上となるか、または、太陽光発電パネル２の発電量が蓄冷終了判定値以上となった場合に成立する。そして、ステップＳ４の判定が成立した場合には、ステップＳ５に移行し、循環ポンプ６の運転を停止する。また、ステップＳ４の判定が不成立の場合には、この判定が成立するまで循環ポンプ６の運転を継続する。

（凍結防止運転）
冬季等においては、循環回路５を流れる水の凍結を防止するために、循環ポンプ６を連続運転する凍結防止運転を実行する。具体的に述べると、凍結防止運転では、外気温度と市水温度との温度差が凍結の発生温度に対応する凍結判定温度以下の場合に、当該温度条件が継続している限り、循環ポンプ６の作動、出力増加及び給湯配管８からの排水を順次実行する。凍結判定温度は、凍結の虞れが生じるような低い温度に対応するもので、蓄冷開始判定温度Ｂよりも低い温度として予め設定されている。また、循環ポンプ６の出力増加とは、例えば当該ポンプの吐出流量を増加させることを意味している。

即ち、凍結防止運転では、凍結の虞れが生じた場合に、まず、循環回路５に水を流通させ、それでも凍結の虞れが解消しない場合には、水の流量を増加させる。そして、循環ポンプ６の運転だけでは凍結の虞れが解消しない場合には、貯留タンク４内の水を給湯配管８に排水することで、新たな市水を給水配管７から貯留タンク４内に取入れる。また、本実施の形態では、凍結防止運転に適した時間帯（例えば、午前０時〜６時前の時間帯）を予め記憶しておき、この時間帯にのみ凍結防止運転を実行する構成としてもよい。

上記凍結防止運転によれば、凍結の虞れが解消されるまで、凍結防止の対策を段階的に強化することができ、周囲の寒冷度等に応じて的確な対策を実行することができる。即ち、寒冷度が比較的軽度の場合には、循環回路５に水を流通させたり、その流量を増加させることで対処することができる。また、循環ポンプ６の制御だけでは凍結の回避が難しいような極低温時には、循環回路５を流れる水を給水配管７から排出しつつ、市水と入替えることができる。従って、凍結防止運転によれば、水の凍結を確実に防止し、凍結による機器の破損を回避することができる。

図４は、本発明の実施の形態１において、凍結防止運転の具体例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンでは、市水温度αを用いる代わりに、市水温度αと相関があるタンク内水温βを用いた場合を例示している。図４に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１０において、循環ポンプ６を間欠運転し、ステップＳ１１では、外気温度ζとタンク内水温βとの温度差（ζ−β）が凍結判定温度Ａ以下であるか否かを判定する。そして、この判定が成立した場合には、ステップＳ１２に移行し、循環ポンプ６の連続運転を開始する。また、ステップＳ１１の判定が不成立の場合には、この判定が成立するまで循環ポンプ６の間欠運転を継続する。

次に、ステップＳ１３では、循環ポンプ６の連続運転により前記温度差（ζ−β）が凍結判定温度Ａ以上に上昇したか否かを判定し、この判定が不成立の場合には、ステップＳ１４に移行して循環ポンプ６の吐出流量を増加させる。また、ステップＳ１３の判定が不成立の場合には、後述のステップＳ１８により循環ポンプ６の運転を停止する。次に、ステップＳ１５では、吐出流量の増加により前記温度差（ζ−β）が凍結判定温度Ａ以上に上昇したか否かを判定し、この判定が不成立の場合には、循環ポンプ６の制御だけでは凍結の虞れを回避できないと判断し、後述のステップＳ１６に移行する。また、ステップＳ１５の判定が成立した場合には、ステップＳ１８により循環ポンプ６の運転を停止する。

次に、ステップＳ１６では、例えば給湯配管８側に設けられた電磁弁やポンプ等を作動させることにより、貯留タンク４内の水を給湯配管８に排水し、これに伴って新たな市水を給水配管７から貯留タンク４内に取入れる。そして、ステップＳ１７では、貯留タンク４の排水動作により前記温度差（ζ−β）が凍結判定温度Ａ以上に上昇したか否かを判定し、この判定が不成立の場合には、判定が成立するまで排水動作を継続する。また、ステップＳ１７の判定が成立した場合には、ステップＳ１８により循環ポンプ６の運転を停止する。

（冷却蓄熱運転）
冷却蓄熱運転は、図２に示すように、例えば早朝から夕刻に至る時間帯に、太陽光発電パネル２の冷却を実行しつつ、この冷却動作により回収した熱を貯留タンク４内に蓄熱するものである。なお、夕刻とは、日没前後の時間帯を意味している。日の出開始直後は太陽光発電パネル２の温度が低く、日射量も少ないが、時間の経過に伴って日射量が増加すると、太陽光発電パネル２の発電量も増加する。

このため、冷却蓄熱運転では、前記蓄冷運転により貯留タンク４内に蓄冷された状態において、日射量が所定の日射量判定値以上となった場合、即ち、太陽光発電パネル２の発電量が発電量判定値以上となった場合に、循環ポンプ６を作動させる。制御装置１３は、日射量に対応するパラメータとして太陽光発電パネル２の発電量を検出する機能を備えており、日射量検出手段を構成している。なお、発電量判定値とは、太陽光発電パネル２の冷却が必要となる発電量、または、太陽光発電パネル２の熱を貯留タンク４に蓄熱することが可能となる温度状態に対応する発電量として予め設定されている。また、本実施の形態では、冷却蓄熱運転に適した時間帯（例えば、早朝から夕刻に至る時間帯）を予め記憶しておき、この時間帯にのみ冷却蓄熱運転を実行する構成としてもよい。

上記冷却蓄熱運転によれば、蓄冷運転により生成された貯留タンク４内の低温水を循環回路５からパネル熱回収器３に循環させ、太陽光発電パネル２を効率よく冷却することができる。また、パネル熱回収器３を流れる水により太陽光発電パネル２の熱を回収し、この水を暖めて貯留タンク４に戻すことができる。これにより、太陽光発電パネル２の発電効率を高めつつ、市水温度以上に暖められた温水を貯留タンク４内に貯留し、貯留タンク４内に蓄熱することができる。

このように、冷却蓄熱運転では、貯留タンク４内の低温水（市水）を太陽光発電パネル２の冷却に利用しつつ、貯留タンク４に戻された温水を外部への給湯に利用するので、タンク内水温は、日照時に市水温度以下に保持され、夕刻付近に市水温度以上となることが好ましい。従って、制御装置１３は、循環ポンプ６の吐出流量を制御することにより、タンク内水温を上述のように推移させる。

また、冷却蓄熱運転は、太陽光発電パネル２の発電量が前記発電量判定値未満となり、かつ、タンク内水温と循環水温との温度差が冷却終了判定温度以下となった場合に終了される。この場合には、循環ポンプ６を停止し、貯留タンク４を蓄熱状態に保持する。冷却終了判定温度とは、太陽光発電パネル２の冷却が不要となるか、または、循環回路５に水を循環させても貯留タンク４への蓄熱効果が得られなくなるような低い温度として予め設定されている。なお、冷却蓄熱運転の終了判定処理には、タンク内水温と循環水温との温度差に代えて、外気温度と市水温度との温度差を用いる構成としてもよい。

図５は、本発明の実施の形態１において、冷却蓄熱運転の具体例を示すフローチャートである。図５に示すルーチンでは、まず、ステップＳ２０において、太陽光発電パネル２の発電量が発電量判定値以上であるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップＳ２１により循環ポンプ６の運転を開始する。次に、ステップＳ２２では、冷却蓄熱運転の終了条件が成立したか否かを判定する。この終了条件は、太陽光発電パネル２の発電量が発電量判定値未満となり、かつ、タンク内水温βと循環水温γとの温度差（β−γ）が冷却終了判定温度Ｄ以下となった場合に成立する。そして、ステップＳ２２の判定が成立した場合には、ステップＳ２３に移行し、循環ポンプ６の運転を停止する。また、ステップＳ２２の判定が不成立の場合には、この判定が成立するまで循環ポンプ６の運転を継続する。

（給湯運転）
給湯運転は、例えば夕刻から深夜にかけて浴槽の湯張りやシャワーの使用等により給湯負荷が発生した場合に実行されるものである。給湯運転では、前述の冷却蓄熱運転により市水温度以上に暖められた状態で貯留タンク４内に貯留された温水を給湯配管８から給湯対象に供給する。なお、給湯運転では、貯留タンク４内の温水を、必要に応じてガス給湯機、電気温水器やヒートポンプ給湯機等により加熱した後に給湯してもよい。

給湯運転により貯留タンク４内の温水が給湯対象に給湯されると、その分だけ給水配管７から貯留タンク４内に市水が供給されるので、タンク内水温が低下する。このため、給湯運転では、給湯負荷が終了するか、または、市水温度とタンク内水温との温度差が所定の給湯停止判定温度以下となった場合に、貯留タンク４からの給湯を終了する。給湯停止判定温度は、タンク内水温が給湯に適さない程度に市水温度に近づいた場合の温度差として予め設定されている。

上記給湯運転によれば、冷却蓄熱運転により貯留タンク４内に貯留された温水を給湯対象に供給することができる。これにより、ユーザの給湯要求を満足させつつ、貯留タンク内の水温を低下させることができ、その後の時間帯に実行される蓄冷運転を低い温度状態から開始することができる。また、市水温度とタンク内水温との温度差が小さくなった場合には、貯留タンク４内の水を給湯に使用する利点がないので、給湯運転を停止することができる。即ち、貯留タンク４内の温水が適切な温度である場合にのみ、当該温水を給湯に利用することができる。

図６は、本発明の実施の形態１において、給湯運転の具体例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンでは、冷却蓄熱運転の継続中に給湯負荷が発生した場合を例示しており、まず、ステップＳ３０では、蓄熱動作を継続する。そして、ステップＳ３１では、給湯負荷が発生したか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップS３２に移行して給湯を開始する。

続いて、ステップＳ３３では、給湯運転の終了条件が成立したか否かを判定する。この終了条件は、給湯負荷が終了するか、または、市水温度αとタンク内水温βとの温度差（α−β）が給湯停止判定温度Ｅ以下となった場合に成立する。そして、ステップＳ３３の判定が成立した場合には、ステップＳ３４に移行し、給湯を停止する。また、ステップＳ３３の判定が不成立の場合には、この判定が成立するまで給湯を継続する。

本実施の形態によるソーラーシステム１は、上述のように構成されるもので、次に、その効果について説明する。まず、蓄冷運転は、深夜から早朝にかけて実行されるので、貯留タンク４内の水温を市水温度以下に低下させることができる。一例を挙げると、冬季の蓄冷運転では、市水温度が９℃の場合に、タンク内水温を４℃まで低下させることができる。これにより、冷却蓄熱運転では、例えば晴天時の正午付近等のように日射量及び発電量が増加する時間帯において、貯留タンク４内の低温水を用いて太陽光発電パネル２を冷却することができ、市水を用いて冷却する場合と比較して太陽光発電パネル２の発電効率を向上させることができる。

また、冷却蓄熱運転では、太陽光発電パネル２の熱を貯留タンク４内に蓄熱し、タンク内湯温を市水温度以上に上昇させることができる。一例を挙げると、冬季の冷却蓄熱運転では、市水温度が９℃の場合に、タンク内水温を１５℃まで上昇させることができる。これにより、給湯運転では、貯留タンク４内に貯留された市水温度以上の温水を給湯に利用することができ、給湯機の給湯負荷を低減することができる。また、給湯運転では、給湯により貯留タンク４内に市水を流入させてタンク内水温を低下させることができ、翌日の蓄冷運転時に循環ポンプ６の運転時間及び消費電力を削減することができる。

このように、本実施の形態によれば、夜間には貯留タンク４内に低温水を蓄冷し、日照時には、この低温水を用いて太陽光発電パネル２を安定的に冷却することができる。そして、日照時に得られる太陽光エネルギを貯留タンク４に蓄熱して給湯等に効率よく利用することができ、エネルギ効率が高いソーラーシステム１を実現することができる。また、各運転制御の開始及び終了の判定条件に、市水温度を基準として用いることにより、個々の運転制御に適した外気温度を精度よく判定することができる。

また、本実施の形態のソーラーシステム１は、太陽光発電パネル２の発熱量に基いて晴天や曇り等の天気を検出することができるので、天気に応じて以下のような制御を実行する構成としてもよい。

（正午付近のみ曇りの場合の動作）
まず、翌日の天気が正午付近のみ曇りの場合には、深夜から早朝にかけて晴天時と同様の蓄冷運転を実行した後に、早朝から夕刻にかけて、以下の冷却蓄熱運転を実行する。この冷却蓄熱運転では、日の出開始直後は晴天時の場合と同様の制御を実行する。しかし、天候が曇りになった場合には、太陽光発電パネル２の発電量が発電量判定値未満となり、かつ、タンク内水温と循環水温との温度差が前記冷却終了判定温度以下となった時点で、循環ポンプ６を停止させる。また、曇りでも日差しが到達し、太陽光発電パネル２の発電量が発電量判定値異常となった場合には、循環ポンプ６を作動させてもよい。なお、給湯運転については、晴天時と同様に実行されるので、説明を省略する。

上記制御によれば、次のような効果を得ることができる。正午付近に曇りとなった場合には、太陽光発電パネル２の発電量が発電量判定値未満であっても、当該パネルが熱を保持している。この場合、上記制御では、タンク内水温と循環水温との温度差が前記冷却終了判定温度以下となるまで循環ポンプ６を作動させ、太陽光発電パネル２の冷却を継続することができる。従って、この状態から日差しが再び強くなった場合には、太陽光発電パネル２を低温状態で作動させることができ、発電効率を向上させることができる。また、曇りの状態が継続することにより、発電量及び温度差が上記条件を満たした場合には、循環ポンプ６を停止させるので、この場合には、早朝から夕刻にかけて循環ポンプ６の運転時間を短縮し、消費電力を削減することができる。

（一日中雨天や曇の場合の動作）
次に、翌日が一日中雨天や曇天時の場合の動作について説明する。深夜から早朝にかけて、翌日が一日中雨天や曇天時の場合には、高湿度となる上に放射冷却が生じ難くなることから、外気温度は時間によって大きく変化しない。また、早朝から夕刻にかけての時間帯、特に、晴天時に日差しが最も強くなる正午付近でも、太陽光発電パネル２の発電量は、発電量判定値以上となることがないので、循環ポンプ６は停止状態に保持する。なお、この天候でも、凍結防止運転を実行するための温度条件（前述）が成立した場合には、凍結防止運転を実行する。夕刻から深夜にかけての時間帯には、給湯負荷の発生時に貯留タンク４内の水を取出すことで、貯留タンク４内の水を市水と入替える。また、翌日が一日中雨天や曇天時の場合には、蓄冷運転及び冷却蓄熱運転を実行せずに、循環ポンプ６を停止状態に保持する。これにより、循環ポンプ６の消費電力を削減することができる。さらに、給湯負荷の発生時に貯留タンク４内の水を利用することで、長期間にわたって同じ水が貯留タンク４に滞留することがないので、タンク内の衛生状態を向上させることができる。

（降雪に関連した天候の場合の動作）
翌日が一日中降雪する場合には、まず、前述の凍結防止運転により市水の凍結を防止する。そして、凍結運転以外の時間帯には、翌日が一日中雨天や曇りの場合と同様の運転制御を実行する。また、夜間の降雪後に早朝以降の天気が雨天や曇りとなって日照が殆どない場合にも、一日中降雪の場合と同様の運転制御を実行する。一方、夜間の降雪後に早朝以降が晴天となった場合には、翌日が一日中晴天の場合と同様の運転制御を実行する。この場合には、蓄冷運転、凍結防止運転制御を行うことにより、太陽光発電パネル２の温度を外気温度よりも上昇させることができる。従って、これらの運転の効果に加えて、太陽光発電パネル上の積雪を融かすことができ、除雪効果を得ることができる。

実施の形態２．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。図７は、本発明の実施の形態２によるソーラーシステムを示す構成図である。本実施の形態のソーラーシステム２０は、前記実施の形態１とほぼ同様に構成されているものの、循環回路５の行き管５Ａの途中には、放熱器２１と、放熱器２１を冷却する強制熱交換装置２２とが配置されており、この点が実施の形態１と異なっている。強制熱交換装置２２は、冷却ファン等により構成されている。

放熱器２１は、夜間等において、例えば市水温度と外気温度の温度差が前記蓄冷開始判定温度Ｂよりも小さい場合に、強制熱交換装置２２を作動させ、市水と外気との間で熱交換を実行する。これにより、蓄冷運転時には、実施の形態１と比較して、循環回路５を流れる市水の温度をより短時間で低い温度まで低下させ、貯留タンク４内への蓄冷を効率よく行うことができ、循環ポンプ６の消費電力を削減することができる。

また、放熱器２１は、日照時において、外気温度と市水温度との温度差が所定値よりも大きい場合に、強制熱交換装置２２を作動させ、循環回路５を流れる水と外気との間で熱交換を実行する。ここで、前記所定値は、外気による強制冷却が効果的となる程度の温度差に対応して予め設定されている。この制御によれば、通常の冷却蓄熱運転と比較して、放熱器２１により冷却した低温の水をパネル熱回収器３に流通させ、太陽光発電パネル２の発電効率を更に向上させることができる。

また、夏季においては、正午付近で既に貯留タンク４内の水温が例えば５０℃程度の高温に到達し、太陽光発電パネル２が冷却されない場合がある。この場合には、強制熱交換装置２２を作動させ、放熱器２１から外気に放熱することにより、循環回路５を流れる水を冷却し、太陽光発電パネル２の温度を低下させることができる。

実施の形態３．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。図８は、本発明の実施の形態３によるソーラーシステムを示す構成図である。本実施の形態のソーラーシステム３０は、前記実施の形態２とほぼ同様に構成されているものの、循環回路５の行き管５Ａには、放熱器２１を通過せずにバイパスするバイパス通路３１と、例えば２個の三方弁３２，３３とが設けられている。三方弁３２，３３は、循環回路５を循環する水の流路を、放熱器２１とバイパス通路３１の何れか一方に切換えるものである。

本実施の形態では、例えば市水温度が外気温度よりも低い場合に、循環回路５を循環する水の流路を三方弁３２，３３によりバイパス通路３１に切換えると共に、強制熱交換装置２２を停止する。これにより、循環回路５を流れる水が外気から熱を吸収して温度上昇するのを抑制し、太陽光発電パネル２（パネル熱回収器３）に供給する水を低温に維持することができる。

実施の形態４．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。図９は、本発明の実施の形態４によるソーラーシステムを示す構成図である。本実施の形態のソーラーシステム４０は、前記実施の形態１とほぼ同様に構成されているものの、太陽光発電パネル２と貯留タンク４との間に介在するタンク熱交換器４１を備えている。タンク熱交換器４１は、後述のパネル側循環回路４２を流れる不凍液と、タンク側循環回路４４を流れる水との間で熱交換を行うものである。タンク熱交換器４１の１次側には、実施の形態１とほぼ同様のパネル側循環回路４２を介してパネル熱回収器３が接続されており、パネル側循環回路４２は、タンク熱交換器４１の１次側流出口とパネル熱回収器３の流入側とを接続する行き管４２Ａと、タンク熱交換器４１の１次側流入口とパネル熱回収器３の流出側とを接続する戻り管４２Ｂとを備えている。

行き管４２Ａには、実施の形態１の循環ポンプ６とほぼ同様に構成されたパネル側循環ポンプ４３が設けられている。パネル側循環ポンプ４３は、パネル側循環回路４２を介してパネル熱回収器３とタンク熱交換器４１の１次側との間に不凍液等の熱伝達媒体を循環させるもので、本実施の形態においてパネル側の輸送手段を構成している。

また、タンク熱交換器４１の２次側は、タンク側循環回路４４を介して貯留タンク４と接続されている。タンク側循環回路４４は、タンク熱交換器４１の２次側流入口と貯留タンク４の下部とを接続する行き管４４Ａと、タンク熱交換器４１の２次側流出口と貯留タンク４の上部とを接続する戻り管４４Ｂとを備えている。また、行き管４４Ａには、パネル側循環ポンプ４３とほぼ同様のタンク側循環ポンプ４５が設けられている。タンク側循環ポンプ４５は、タンク側循環回路４４を介してタンク熱交換器４１の２次側と貯留タンク４との間に湯水を循環させるもので、タンク側の輸送手段を構成している。

本実施の形態では、例えばプロピレングリコール等を含む不凍液がパネル側循環回路４２に充填されている。そして、パネル側循環ポンプ４３の作動時には、この不凍液がパネル側循環回路４２を介してパネル熱回収器３とタンク熱交換器４１の１次側との間を循環するように構成されている。不凍液は、水よりも低い凝固温度を有する熱伝達媒体を構成している。一方、タンク側循環ポンプ４５の作動時には、タンク熱交換器４１の２次側と貯留タンク４との間で湯水が循環する。これにより、貯留タンク４内の水による太陽光発電パネル２の冷却及び熱回収は、循環ポンプ４３，４５を作動させた状態で、タンク熱交換器４１及び不凍液を介して間接的に行われるように構成されている。

このように構成される本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果に加えて、特別な運転動作を実行しなくても水の凍結を回避することができる。即ち、パネル側循環回路４２とタンク側循環回路４４とを分離することにより、パネル側循環回路４２に不凍液を利用することができる。そして、不凍液を利用することで、冬季には、循環回路５内の流れが停止した状態でも、熱回収媒体が凍結しない。これにより、循環ポンプ４３を間欠運転や凍結防止運転を省略したり、その運転回数を減少させることができる。

従って、循環ポンプ４３の稼働時間や消費電力を抑制し、システムの運転効率を向上させることができる。また、貯留タンク４の市水を入替える制御が不要となるので、水道料金を節約することができる。さらに、不凍液を利用することで、例えば極低温時にも蓄冷運転を実行し、極端に温度が低い水を貯留タンク４内に貯留することができ、日照時には、この低温水を利用して太陽光発電パネル２の冷却効率を向上させることができる。

実施の形態５．
次に、図１０を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。図１０は、本発明の実施の形態５によるソーラーシステムを示す構成図である。本実施の形態のソーラーシステム５０は、前記実施の形態４に実施の形態２を適用したことを特徴としている。即ち、ソーラーシステム５０は、実施の形態４とほぼ同様に構成されているものの、パネル側循環回路４２の行き管４２Ａには、実施の形態２と同様に、放熱器５１と、放熱器５１を冷却する冷却ファン等の強制熱交換装置５２とが配置されている。このように構成される本実施の形態によれば、実施の形態４の構成においても、実施の形態２の効果を得ることができる。

実施の形態６．
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。図１１は、本発明の実施の形態６によるソーラーシステムを示す構成図である。本実施の形態のソーラーシステム６０は、前記実施の形態５に実施の形態３を適用したことを特徴としている。即ち、ソーラーシステム６０は、実施の形態５とほぼ同様に構成されているものの、パネル側循環回路４２の行き管４２Ａには、実施の形態３と同様に、放熱器５１を通過せずにバイパスするバイパス通路６１と、例えば２個の三方弁６２，６３とが設けられている。三方弁６２，６３は、パネル側循環回路４２を循環する水の流路を、放熱器５１とバイパス通路６１の何れか一方に切換えるものである。このように構成される本実施の形態によれば、実施の形態５の構成においても、実施の形態３の効果を得ることができる。

実施の形態７．
次に、図１２を参照して、本発明の実施の形態７について説明する。図１２は、本発明の実施の形態７によるソーラーシステムを示す構成図である。本実施の形態のソーラーシステム７０は、前記実施の形態４とほぼ同様の構成を有しているものの、タンク熱交換器７１を貯留タンク４内に配置したことを特徴としている。タンク熱交換器７１は、循環回路７２を流れる不凍液と、貯留タンク４内に貯留された湯水との間で熱交換を行うものである。

循環回路７２は、タンク熱交換器７１の流出口とパネル熱回収器３の流入側とを接続する行き管７２Ａと、タンク熱交換器７１の流入口とパネル熱回収器３の流出側とを接続する戻り管７２Ｂとを備えている。行き管７２Ａには、実施の形態１の循環ポンプ６とほぼ同様に構成された循環ポンプ７３が設けられている。循環ポンプ７３は、循環回路７２を介してパネル熱回収器３とタンク熱交換器７１との間に不凍液等の熱伝達媒体を循環させるもので、本実施の形態の輸送手段を構成している。

このように構成される本実施の形態によれば、実施の形態４と同様の効果に加えて、タンク側循環回路４４、タンク側循環ポンプ４５等の部品を削減することができる。従って、システムの部品点数を減らして構造を簡略化することができる。

実施の形態８．
次に、図１３を参照して、本発明の実施の形態８について説明する。図１３は、本発明の実施の形態８によるソーラーシステムを示す構成図である。本実施の形態のソーラーシステム８０は、前記実施の形態７に実施の形態２を適用したことを特徴としている。即ち、ソーラーシステム８０は、実施の形態７とほぼ同様に構成されているが、循環回路７２の行き管７２Ａには、実施の形態２と同様に、放熱器８１と、放熱器８１を冷却する冷却ファン等の強制熱交換装置８２とが配置されている。このように構成される本実施の形態によれば、実施の形態７の構成においても、実施の形態２の効果を得ることができる。

実施の形態９．
次に、図１４を参照して、本発明の実施の形態９について説明する。図１４は、本発明の実施の形態９によるソーラーシステムを示す構成図である。本実施の形態のソーラーシステム９０は、前記実施の形態８に実施の形態３を適用したことを特徴としている。即ち、ソーラーシステム９０は、実施の形態８とほぼ同様に構成されているが、循環回路７２の行き管７２Ａには、放熱器８１を通過せずにバイパスするバイパス通路９１と、例えば２個の三方弁９２，９３が設けられている。三方弁９２，９３は、循環回路７２を循環する水の流路を、放熱器８１とバイパス通路９１の何れか一方に切換えるものである。このように構成される本実施の形態によれば、実施の形態８の構成においても、実施の形態３の効果を得ることができる。

１，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０ ソーラーシステム
２ 太陽光発電パネル
３ パネル熱回収器
４ 貯留タンク
５，４２，４４，７２ 循環回路
５Ａ，４２Ａ，４４Ａ，７２Ａ 行き管
５Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ，７２Ｂ 戻り管
６，４３，４５，７３ 循環ポンプ（輸送手段）
７ 給水配管
８ 給湯配管
９ 外気温度センサ
１０ 市水温度センサ
１１ 循環回路温度センサ
１２ タンク内水温センサ
１３ 制御装置（制御手段、日射量検出手段）
２１，５１ 放熱器
２２，５２ 強制熱交換装置
３１，６１ バイパス通路
３２，３３，６２，６３ 三方弁
４１，７１ タンク熱交換器
α 市水温度
β タンク内水温
γ 循環水温
ζ 外気温度
Ａ 凍結判定温度
Ｂ 蓄冷開始判定温度
Ｃ 蓄冷終了判定温度
Ｄ 冷却終了判定温度
Ｅ 給湯停止判定温度

Claims (11)

1. 太陽光を受けて発電する太陽光発電パネルと、
   前記太陽光発電パネルの背面側に設けられた流体の流路を有し、前記太陽光発電パネルの熱を回収することが可能なパネル熱回収器と、
   水または湯である湯水が貯留される貯留タンクと、
   前記パネル熱回収器と前記貯留タンクとを接続する循環回路と、
   前記循環回路を介して前記パネル熱回収器と前記貯留タンクとの間に湯水を循環させる輸送手段と、
   前記貯留タンクに市水を供給する給水配管と、
   前記貯留タンク内の湯水を給湯対象に供給する給湯配管と、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   前記市水の温度を検出する市水温度検出手段と、
   少なくとも前記外気温度と前記市水温度との関係に基いて前記輸送手段を制御する制御手段と、
   を備えたソーラーシステム。
2. 太陽光を受けて発電する太陽光発電パネルと、
   前記太陽光発電パネルの背面側に設けられた流体の流路を有し、前記太陽光発電パネルの熱を回収することが可能なパネル熱回収器と、
   水または湯である湯水が貯留される貯留タンクと、
   前記貯留タンク内の湯水と熱交換することが可能なタンク熱交換器と、
   前記パネル熱回収器と前記タンク熱交換器とを接続する循環回路と、
   前記循環回路を介して前記パネル熱回収器と前記タンク熱交換器との間に熱伝達媒体を循環させる輸送手段と、
   前記貯留タンクに市水を供給する給水配管と、
   前記貯留タンク内の湯水を給湯対象に供給する給湯配管と、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   前記市水の温度を検出する市水温度検出手段と、
   少なくとも前記外気温度と前記市水温度との関係に基いて前記輸送手段を制御する制御手段と、
   を備えたソーラーシステム。
3. 前記制御手段は、前記外気温度と前記市水温度との温度差が蓄冷に適した温度に対応する蓄冷開始判定温度以下の場合に、前記輸送手段を作動させることにより前記貯留タンク内の熱を外部に放熱させ、前記貯留タンク内に蓄冷する蓄冷運転を実行する構成としてなる請求項１または２に記載のソーラーシステム。
4. 前記制御手段は、前記外気温度と前記市水温度との温度差が凍結の発生温度に対応する凍結判定温度以下となった場合に、当該温度条件が継続している限り、前記輸送手段の作動、出力増加及び前記給湯配管からの排水を順次実行する凍結防止運転を実行する構成としてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のソーラーシステム。
5. 日射量に対応するパラメータを検出する日射量検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記貯留タンク内に蓄冷された状態において、前記日射量検出手段の検出結果が前記太陽光発電パネルの冷却の必要性を判定する判定値以上となった場合に、前記輸送手段を作動させ、前記貯留タンク内の水を前記パネル熱回収器に循環させると共に前記太陽光発電パネルの熱を前記貯留タンク内に蓄熱する冷却蓄熱運転を実行する構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のソーラーシステム。
6. 前記制御手段は、前記貯留タンク内に蓄熱された状態で給湯負荷が発生した場合に、前記貯留タンク内の温水を外部に給湯しつつ、前記貯留タンク内の水温を低下させる構成としてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載のソーラーシステム。
7. 前記市水温度と前記外気温度との関係が予め設定された温度関係データを備え、
   前記市水温度検出手段は、前記温度関係データに基いて前記外気温度から市水温度を算出する構成としてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載のソーラーシステム。
8. 前記循環回路には、当該循環回路を流れる水の熱を外部に放熱する放熱器を設けてなる請求項１乃至７のうち何れか１項に記載のソーラーシステム。
9. 前記循環回路には、当該循環回路を流れる水の熱を外部に放熱する放熱器と、前記放熱器をバイパスするバイパス通路とを設けてなる請求項１乃至７のうち何れか１項に記載のソーラーシステム。
10. 前記タンク熱交換器は前記貯留タンク内に配置してなる請求項２に記載のソーラーシステム。
11. 前記熱伝達媒体は、水よりも低い凝固温度を有する構成としてなる請求項２に記載のソーラーシステム。

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