JP2015218967A - Pv coordination hot water storage type hot water system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光発電装置と貯湯式給湯機とを備えたPV連携型貯湯式給湯システムに関する。 The present invention relates to a PV-linked hot water storage hot water supply system including a solar power generation device and a hot water storage hot water heater.
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、太陽光発電を利用して貯湯式給湯機を運転するPV連携貯湯式給湯システムが知られている。従来技術では、気象情報に基いて翌日の太陽光発電量(PV発電量)を予測すると共に、翌日に発生する余剰電力を予測する。そして、翌日の余剰電力が多い場合には、夜間沸上げ運転による温水の沸上げ量を減少させるようにしている。
As a prior art, for example, as described in
上述した従来技術では、気象情報に基いて翌日のPV発電量を予測するようにしている。しかしながら、従来技術では、翌日のPV発電量が予測よりも低かった場合に、系統電力から買電する電力量について考慮されていないので、買電量を最小限に抑制するのが難しいという問題がある。 In the conventional technology described above, the PV power generation amount for the next day is predicted based on weather information. However, in the conventional technology, when the PV power generation amount on the next day is lower than predicted, the power amount to be purchased from the grid power is not taken into consideration, and thus there is a problem that it is difficult to minimize the power purchase amount. .
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、太陽光発電量が予測よりも低下した場合でも、買電量を最小限に抑制しつつ、昼間の沸上げ熱量を確保することができ、また、貯湯タンクの湯温を長時間にわたって給湯に有効な温度に保持することが可能なPV連携貯湯式給湯システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and even when the amount of photovoltaic power generation is lower than predicted, the amount of heating power during the day is ensured while the amount of electricity purchased is minimized. Another object of the present invention is to provide a PV-linked hot water storage system that can maintain the hot water temperature of a hot water storage tank at a temperature effective for hot water supply over a long period of time.
本発明に係るPV連携貯湯式給湯システムは、温水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクに貯留するための温水を生成する加熱装置と、加熱装置により生成した温水を貯湯タンクに貯留する昼間沸上げ運転及び夜間沸上げ運転を実行する機能を有し、該各沸上げ運転時に生成される温水の沸上げ温度及び沸上げ湯量を制御する制御装置と、太陽光を受けて発電する太陽光発電装置と、気象情報を取得する気象情報取得手段と、を備え、制御装置は、気象情報取得手段により取得された気象情報に基いて、太陽光発電装置により発電される翌日の太陽光発電量を予測する第1の制御手段と、翌日の昼間沸上げ運転で用いる沸上げ温度及び沸上げ湯量の目標値である昼間目標沸上げ温度及び昼間目標沸上げ湯量を、第1の制御手段による太陽光発電量の予測値に基いて設定する第2の制御手段と、当日の夜間沸上げ運転により生成される沸上げ熱量の目標値である夜間目標蓄熱量を、予測される給湯負荷に基いて設定し、かつ、翌日の昼間沸上げ運転により生成が予定される昼間予定沸上げ熱量に対応する分だけ夜間目標蓄熱量を減少方向に補正する第3の制御手段と、翌日の昼間沸上げ運転を実行したときに、実際の太陽光発電量が太陽光発電量の予測値よりも低い場合に、昼間目標沸上げ温度を第2の制御手段による設定値よりも低い温度に変更する第4の制御手段と、を備えている。 The PV cooperation hot water storage system according to the present invention includes a hot water storage tank for storing hot water, a heating device for generating hot water for storage in the hot water storage tank, and daytime boiling for storing hot water generated by the heating device in the hot water storage tank. A control device for controlling the boiling temperature and the amount of boiling water of hot water generated during each boiling operation, and a solar power generation device for generating power by receiving sunlight And a weather information acquisition means for acquiring weather information, and the control device predicts the amount of solar power generation on the next day generated by the solar power generation device based on the weather information acquired by the weather information acquisition means The first control means, and the daytime target boiling temperature and the daytime target boiling water amount, which are target values of the boiling temperature and the amount of boiling water used in the daytime boiling operation on the next day, are generated by the first control means. The second control means that is set based on the predicted amount of water, and the night target heat storage amount that is the target value of the boiling heat amount generated by the night boiling operation on that day is set based on the predicted hot water supply load. In addition, a third control means that corrects the nighttime target heat storage amount in a decreasing direction by an amount corresponding to the daytime planned boiling heat amount scheduled to be generated by the daytime day boiling operation, and the daytime day heating operation are executed. When the actual solar power generation amount is lower than the predicted value of the solar power generation amount, the fourth control means changes the daytime target boiling temperature to a temperature lower than the set value by the second control means. And.
本発明によれば、太陽光発熱量が予測値から低下した場合でも、昼間沸上げ運転による沸上げ熱量を安定的に確保し、系統電源から高価な昼間の電力を買電するのを抑制することができる。また、貯湯タンクの湯温を長時間にわたって給湯に有効な温度に保持することができる。 According to the present invention, even when the amount of solar heat generation is lower than the predicted value, the amount of heating heat by daytime boiling operation is stably secured, and the purchase of expensive daytime power from the system power supply is suppressed. be able to. Moreover, the hot water temperature of the hot water storage tank can be maintained at a temperature effective for hot water supply for a long time.
実施の形態1.
以下、図1から図5を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1によるPV連携貯湯式給湯システムを示す構成図である。この図に示すように、本実施の形態のPV連携貯湯式給湯システムは、家屋1に設置されており、シャワー、カラン等の給湯栓2と、浴槽3と、分電盤4と、太陽光発電装置6と、貯湯式の給湯機10とを備えている。分電盤4は、パワーコンディショナー5を介して太陽光発電装置6と接続されている。
Hereinafter,
分電盤4は、系統電源から買電した電力及び太陽光発電装置6により発電した電力を家屋1に設置された各種の電気機器に分配する機能と、太陽光発電装置6により発電した電力を系統電力に売電する機能とを備えている。太陽光発電装置6は、太陽電池パネル等により太陽光を受けて発電するもので、発電された電力は、パワーコンディショナー5を介して分電盤4に送電される。
The
給湯機10は、給湯栓2、浴槽3等の給湯対象に温水を供給するもので、温水を貯留する貯湯タンク11と、加熱装置としてのヒートポンプユニット12と、後述の制御装置50とを備えている。ヒートポンプユニット12は、貯湯タンク11に貯留するための高温水を生成するもので、冷媒が循環する冷凍サイクルを備えている。なお、本発明は、ヒートポンプユニット12以外の各種の加熱装置を用いてもよい。ヒートポンプユニット12は、沸上げ往き配管13を介して貯湯タンク11の下部に接続されると共に、沸上げ戻り配管14を介して貯湯タンク11の上部に接続されている。沸上げ往き配管13には、貯湯タンク11とヒートポンプユニット12との間で湯水を循環させる沸上げポンプ15が設けられている。ヒートポンプユニット12は、貯湯タンク11から導入される低温水を高温の冷媒により加熱(沸上げ)して、高温水を生成する。また、貯湯タンク11の下部には、市水等の低温水を供給する給水配管16が接続されている。
The
また、給湯機10は、給湯温度調節弁17、追焚き熱交換器30等の機器と、以下に述べる各種の配管とを備えている。給湯温度調節弁17は、例えば電磁式の三方弁により構成されており、貯湯タンク11から供給される高温水と、給水配管16から供給される低温水とを混合して所望の温度の温水を生成し、この温水を給湯対象に供給する。給湯温度調節弁17の2個の流入ポートのうち一方の流入ポートは、給湯取出配管18を介して貯湯タンク11の上部に接続されている。他方の流入ポートは、給水分岐管19を介して給水配管16に接続されている。
The
追焚き熱交換器30は、貯湯タンク11に貯留された高温水を利用して浴槽水を加熱(追焚き)するもので、追焚き熱交換器30の1次側は、追焚き配管31の途中に接続されている。追焚き配管31の一端側は、沸上げ戻り配管14を介して貯湯タンク11の上部に接続され、追焚き配管31の他端側は、貯湯タンク11の下部に接続されている。追焚き配管31には、追焚き熱交換器30の1次側を介して貯湯タンク11の上部から下部に高温水を流通させる追焚きポンプ32が設けられている。一方、追焚き熱交換器30の2次側の流入口は、浴槽戻り配管33を介して浴槽3に接続され、2次側の流出口は、浴槽往き配管34を介して浴槽3に接続されている。浴槽戻り配管33には、追焚き熱交換器30の2次側と浴槽3との間で湯水を循環させる浴槽ポンプ35が設けられている。
The
次に、図1及び図2を参照して、PV連携貯湯式給湯システムの制御系統について説明する。PV連携貯湯式給湯システムは、給湯機10の作動状態を検出するセンサ系統と、給湯機10を制御する制御装置50とを備えている。センサ系統には、複数個の貯湯温度センサ40と、ヒートポンプユニット12により加熱された温水の湯温を検出する加熱温度センサ41と、貯湯タンク11の上部から導出される温水の湯温を検出する導出温度センサ42とが含まれている。複数個の貯湯温度センサ40は、上下方向において互いに異なる位置で貯湯タンク11に配置され、貯湯タンク11内の湯水の温度分布を検出可能に構成されている。また、センサ系統には、給水配管16を流れる低温水の温度を検出する給水温度センサ43と、給湯配管20から外部に給湯される温水の湯温を検出する給湯温度センサ44と、浴槽3から追焚き熱交換器30の2次側に戻される浴槽水の温度を検出する浴槽戻り温度センサ45と、給湯配管20から外部に給湯される温水の流量を検出する給湯流量センサ46とが含まれている。
Next, with reference to FIG.1 and FIG.2, the control system of PV cooperation hot water storage type hot-water supply system is demonstrated. The PV-linked hot water storage system includes a sensor system that detects an operating state of the
制御装置50は、給湯機10を制御するもので、ROM、RAM、不揮発性メモリ等からなる記憶回路と、記憶回路に記憶されたプログラム等に基いて所定の演算処理を実行する演算処理装置(CPU)と、演算処理装置に対して外部の信号を入出力する入出力ポートとを備えている。制御装置50の入力側には、センサ系統の各センサが接続されている。制御装置50の出力側には、ヒートポンプユニット12、沸上げポンプ15、給湯温度調節弁17、追焚きポンプ32、浴槽ポンプ35等のアクチュエータが接続されている。
The
また、制御装置50は、図2に示すように、蓄熱量算出手段51、必要熱量算出手段52、加熱制御手段53、弁制御手段54、目標温度設定手段55、ポンプ制御手段56、時刻検出手段(タイマー)57及び気象情報取得手段60を備えている。蓄熱量算出手段51は、各貯湯温度センサ40からの出力に基いて、貯湯タンク11に蓄えられた蓄熱量(タンク内の貯湯量)を検出する。必要熱量算出手段52は、例えば過去の給湯履歴等に基いて、給湯に必要な熱量である給湯必要熱量を予測する。
Further, as shown in FIG. 2, the
加熱制御手段53は、貯湯タンク11の蓄熱量、給湯必要熱量等に基いて、後述する沸上げ運転の開始及び停止を制御する。弁制御手段54は、ユーザ等により設定された給湯温度に基いて給湯温度調節弁17を制御し、設定された給湯温度を実現する。目標温度設定手段55は、沸上げ運転時の目標温度を設定する。ポンプ制御手段56は、後述の各運転時において、それぞれ必要なポンプを駆動する。時刻検出手段57は、時刻に関する情報を取得し、現在の時刻を計時する。
The heating control means 53 controls the start and stop of a boiling operation, which will be described later, based on the amount of heat stored in the hot
気象情報取得手段60は、例えばインターネットにより天気、気温等の気象情報を取得する。取得される気象情報は、例えば現在の気象、翌日の気象予報等に関する情報のうち、翌日の日射量を予測するのに有効な情報である。制御装置50は、上記各手段を用いることにより、PV発電運転、給湯運転、追焚き運転、夜間沸上げ運転、昼間沸上げ運転等を実行する。以下、これらの運転について説明する。
The weather information acquisition means 60 acquires weather information such as weather and temperature via the Internet, for example. The acquired weather information is, for example, information effective for predicting the amount of solar radiation on the next day among information on the current weather, the weather forecast on the next day, and the like. The
(PV発電運転)
日照時には、太陽光発電装置6により太陽光発電(PV発電)が行われる。発電された電力は、パワーコンディショナー5により直流から交流に変換された後に、分電盤4に送電される。そして、この電力は、家屋1に設置された給湯機10等の各電気機器に分配されて消費される。また、各電気機器の消費電力と比較して、太陽光発電された電力に余裕がある場合には、余剰電力が分電盤4から系統電源に売電される。
(PV power generation operation)
During sunshine, solar power generation (PV power generation) is performed by the solar power generation device 6. The generated electric power is converted from direct current to alternating current by the
(給湯運転)
ユーザにより給湯操作が行われると、例えば給湯流量センサ46等により給湯操作が検出され、給湯運転が開始される。給湯運転では、例えばユーザ等により設定された給湯温度に基いて、給湯温度調節弁17を制御する。これにより、給湯温度調節弁17は、貯湯タンク11の上部から給湯取出配管18に供給される高温水と、給水配管16から給水分岐管19を介して供給される低温水とを所望の比率で混合し、給湯温度と等しい中間温度の温水を生成する。この温水は、給湯配管20を介して給湯対象に供給される。
(Hot water operation)
When a user performs a hot water supply operation, for example, the hot water supply operation is detected by the hot water
(追焚き運転)
追焚き運転は、貯湯タンク11に貯留された高温水を利用して浴槽水を加熱するものである。追焚き運転時には、まず、追焚きポンプ32が駆動されることにより、貯湯タンク11の上部から追焚き配管31に取出された高温水が追焚き熱交換器30の1次側を流通する。また、浴槽ポンプ35が駆動されることにより、浴槽3から浴槽水が取出され、この浴槽水は、浴槽戻り配管33及び浴槽往き配管34を介して、浴槽3と追焚き熱交換器30の2次側との間で循環する。
(Driving operation)
In the chasing operation, hot water stored in the hot
これにより、浴槽水は、追焚き熱交換器30内で高温水により加熱され、浴槽3に戻される。追焚き運転は、ユーザーの操作により強制的に実行されるか、または、浴槽戻り温度センサ45により定期的に検出される浴槽水の温度に基いて自動的に実行される。一例を挙げると、ユーザ等により設定された目標温度と比較して、浴槽水の温度が一定の温度幅以上低下したときには、追焚き運転が実行される。なお、本発明では、貯湯タンク11内の高温水に代えて、ヒートポンプユニット12により生成した高温水を追焚き熱交換器30の1次側に導入し、この高温水により浴槽水を加熱する構成としてもよい。
Thereby, the bathtub water is heated by the high-temperature water in the reheating
(基本的な沸上げ運転)
沸上げ運転は、ヒートポンプユニット12により生成された高温水を貯湯タンク11に貯留し、貯湯タンク11の蓄熱量(貯湯量)を増加させるものである。沸上げ運転時には、ヒートポンプユニット12及び沸上げポンプ15が駆動されることにより、貯湯タンク11の下部から取出された低温水が沸上げ往き配管13を介してヒートポンプユニット12に導入される。この低温水はヒートポンプユニット12により加熱されて高温水となる。ヒートポンプユニット12から流出した高温水は、沸上げ戻り配管14を介して貯湯タンク11の上部に導入され、当該タンク内に貯留される。これにより、貯湯タンク11内には、上部に高温水が滞留し、下部に低温水が滞留する温度成層が形成される。
(Basic boiling operation)
In the boiling operation, the high-temperature water generated by the
また、制御装置50は、沸上げ運転を行うときに、沸上げる温水の温度(沸上げ温度)及び当該温水の湯量(沸上げ湯量)の目標値である目標沸上げ温度及び目標沸上げ湯量を予め設定し、この状態で沸上げ運転を実行する。そして、沸上げ運転では、沸上げ温度が目標沸上げ温度と一致し、沸上げ湯量が目標沸上げ湯量と一致するように、ヒートポンプユニット12の加熱能力、沸上げ運転の実行時間等を制御する。
Further, when performing the boiling operation, the
(夜間沸上げ運転)
家屋1の電力契約に夜間割引が含まれる場合には、電気料金が安価となる夜間(深夜)の時間帯に夜間沸上げ運転を実行する。夜間沸上げ運転は、予め設定した夜間目標蓄熱量に基いて、貯湯タンク11内の蓄熱量が夜間目標蓄熱量に達するまで沸上げ運転を行うものである。夜間目標蓄熱量は、当日の夜間沸上げ運転で生成すべき沸上げ熱量の目標値であり、予測される給湯負荷に基いて設定される(第3の制御手段)。具体的に述べると、夜間目標蓄熱量は、例えば過去の給湯履歴等から予測される1日の全給湯負荷に相当する蓄熱量に設定してもよい。また、夜間目標蓄熱量は、給湯機10の省エネルギ性を向上させるために、全給湯負荷の一部に相当する蓄熱量(例えば、8割程度)として設定してもよい。更に言えば、夜間沸上げ運転では、例えば貯湯タンク11内の全ての湯水を65℃〜70℃程度の低い温度まで加熱するタンク全量沸上げ運転を実行してもよい。
(Night boiling operation)
When a night discount is included in the power contract of the
(昼間沸上げ運転)
昼間沸上げ運転は、昼間の時間帯に沸上げ運転を行うものである。昼間沸上げ運転の目的としては、太陽光発電により生じた余剰電力の逆潮流を抑制すること、夜間沸上げ運転により1日の全給湯負荷に相当する蓄熱量を蓄えていなかった場合に蓄熱量を補充すること、及び、給湯負荷が増加した場合等に湯切れが生じるのを回避することが挙げられる。具体例を挙げると、制御装置50は、例えば蓄熱量算出手段51により算出した貯湯タンク11の現時点の蓄熱量と、必要熱量算出手段52により予測した現時点以降の給湯必要熱量とを比較し、現在の蓄熱量が給湯必要熱量よりも減少した場合には、昼間沸上げ運転を実行する。また、過去の給湯履歴等に基いて給湯負荷の発生タイミング及び発生量を予測し、予測された給湯タイミングに先行して昼間沸上げ運転を実行するようにしてもよい。
(Daytime boiling operation)
In the daytime boiling operation, the boiling operation is performed during the daytime. The purpose of daytime boiling operation is to suppress the reverse flow of surplus power generated by solar power generation, and the amount of heat stored when the amount of stored heat corresponding to the total hot water supply load for the day is not stored by night boiling operation. And avoiding hot water shortage when the hot water supply load increases. For example, the
また、制御装置50は、例えば湯切れの可能性が低い状態でも、太陽光発電により余剰電力が発生している場合には、余剰電力を活用して昼間沸上げ運転を実行し、余剰電力の逆潮流を抑制する。この場合、昼間沸上げ運転は、余剰電力が消費されて逆潮流が十分に抑制されるか、または、1日の全給湯負荷に相当する蓄熱量が貯湯タンク11に蓄えられるまで実行される。
Further, for example, even when the possibility of running out of hot water is low, the
制御装置50は、前述した目標沸上げ温度及び目標沸上げ湯量に相当する昼間目標沸上げ温度及び昼間目標沸上げ湯量を予め設定した状態で、これらの目標値を用いて昼間沸上げ運転を実行する。昼間目標沸上げ温度及び昼間目標沸上げ湯量は、以下の処理により設定される。まず、制御装置50は、気象情報取得手段60により取得した気象情報に基いて翌日の日射量を予測し、当該日射量の予測値に基いて翌日のPV発電量を予測する(第1の制御手段)。次に、PV発電量の予測値に基いて翌日の余剰電力を予測し、当該余剰電力の予測値に基いて昼間目標沸上げ温度及び昼間目標沸上げ湯量を設定する(第2の制御手段)。
The
なお、翌日の余剰電力を予測する処理では、気象情報に基いて予測した翌日のPV発電量の全量を余剰電力としてもよいし、全PV発電量の何割かを余剰電力の予測値としてもよい。また、家屋1内の電気機器の過去の電力消費量を予め学習しておき、当該学習結果に基いて余剰電力を予測してもよい。また、上記予測処理では、気象情報に基いて翌日の天候を予測し、予め天候毎に設定された日射量の何れかを予測値としてもよい。具体的には、例えば翌日の天候が晴れ、曇り、雨である場合の日射量を、それぞれ800W/m2、400W/m2、0W/m2と予測してもよい。また、それぞれの天候における過去のPV発電量を予め学習しておき、当該学習結果に基いて翌日の天候から日射量を予測するようにしてもよい。また、日射量及びPV発電量の予想には、気象情報として天候だけでなく、気温も用いるようにしてもよい。
In the process of predicting the surplus power on the next day, the total amount of PV power generation on the next day predicted based on weather information may be used as surplus power, or some percent of the total PV power generation amount may be used as a predicted value of surplus power. . Moreover, the past electric power consumption of the electric equipment in the
また、制御装置50は、上記各運転に関連する制御として、以下の沸上げ連携制御、タンク容量対応制御、タンク湯温維持制御等を実行する。
Moreover, the
(沸上げ連携制御)
夜間沸上げ運転は、翌日の給湯負荷を考慮して実行されるが、翌日の給湯負荷の少なくとも一部は、昼間沸上げ運転により賄うことができる。このため、制御装置50は、前述の方法により設定された夜間目標蓄熱量を、昼間予定沸上げ熱量に対応する分だけ減少方向に補正する(第3の制御手段)。ここで、昼間予定沸上げ熱量は、翌日の昼間沸上げ運転により生成が予定される沸上げ熱量であり、前述の昼間目標沸上げ温度と昼間目標沸上げ湯量とに基いて定まるものである。
(Boiling cooperation control)
The night boiling operation is executed in consideration of the hot water supply load on the next day, but at least a part of the hot water supply load on the next day can be covered by the day boiling operation. Therefore, the
また、翌日の昼間沸上げ運転を実行したときに、天候の悪化等により実際のPV発電量が気象情報から予測された予測値よりも低い場合には、昼間沸上げ運転に利用可能な余剰電力が減少することになる。そこで、この場合には、昼間目標沸上げ温度を前記第2の制御手段により設定された前日の設定値よりも低い温度、即ち、給湯負荷に応じて要求される沸上げ温度よりも低い温度に変更する(第4の制御手段)。以下、この沸上げ連携制御の具体例を図3に基いて説明する。図3は、本発明の実施の形態1において、沸上げ連携制御の具体例を従来技術と比較して示す説明図である。 In addition, if the actual PV power generation amount is lower than the predicted value predicted from the weather information when the daytime boiling operation is performed on the next day due to bad weather, surplus power available for daytime boiling operation. Will decrease. Therefore, in this case, the daytime target boiling temperature is set to a temperature lower than the set value of the previous day set by the second control means, that is, a temperature lower than the boiling temperature required according to the hot water supply load. Change (fourth control means). Hereinafter, a specific example of the boiling cooperation control will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a specific example of boiling cooperation control in the first embodiment of the present invention in comparison with the prior art.
図3に示す具体例では、例えば貯湯タンク11の容量が370L(リットル)、給湯負荷が60MJ(メガジュール)、翌日のPV発電量の予測値が9MJ、市水の温度が10℃という条件を仮定している。この条件下において、従来技術の一例では、図3中に点線で示すように、単に給湯負荷に対応する60MJの熱量を370Lの貯湯タンク11に蓄えることが可能な温度、即ち、65℃を昼間目標沸上げ温度として設定していた。
In the specific example shown in FIG. 3, for example, the capacity of the hot
これに対し、本実施の形態では、図3中に実線で示すように、例えば翌日の昼間沸上げ運転を実行したときに、実際のPV発電量が前日の予測値から2割減少して7.2MJとなった場合に、昼間目標沸上げ温度を前日の設定値65℃から40℃に変更し、この状態で昼間沸上げ運転を実行する。これにより、例えばCOP(Coefficient Of Performance)を約4.0から5.0に向上させることができるので、低下したPV発電量7.2MJに対する実際の沸上げ熱量の比率が(5.0/4.0)倍となる。 On the other hand, in the present embodiment, as indicated by a solid line in FIG. 3, for example, when the daytime boiling operation is executed on the next day, the actual PV power generation amount is reduced by 20% from the predicted value of the previous day. When the temperature reaches 2 MJ, the daytime target boiling temperature is changed from the setting value 65 ° C of the previous day to 40 ° C, and the daytime boiling operation is executed in this state. Thereby, for example, COP (Coefficient Of Performance) can be improved from about 4.0 to 5.0, so that the ratio of the actual boiling heat amount to the reduced PV power generation amount 7.2 MJ is (5.0 / 4). .0) times.
従って、沸上げ連携制御によれば、天候の悪化等によりPV発熱量が予測値から低下した場合でも、昼間沸上げ運転による沸上げ熱量を安定的に確保し、系統電源から高価な昼間の電力を買電するのを抑制することができる。 Therefore, according to the boiling cooperation control, even when the PV calorific value decreases from the predicted value due to the deterioration of the weather, etc., the boiling heat amount by the day boiling operation is stably secured, and the expensive daytime power is supplied from the system power supply. Can be suppressed.
なお、上記具体例では、PV発電量が予測値に対して2割減少した場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。更に言えば、本発明では、実際のPV発電量が予測値から低下した割合に基いて、当該割合が増加するほど、昼間目標沸上げ温度を低下させるように制御してもよい。即ち、例えば実際のPV発電量が予測値からX%減少した場合には、昼間目標沸上げ温度を(前日の設定値×X%)に設定してもよい。これにより、予測値に対するPV発電量のずれの大きさに応じて昼間目標沸上げ温度を適切な温度に変更することができ、必要な蓄熱量を安定的に確保することができる。また、貯湯タンク11の湯温が必要以上に低下するのを防止することができる。
In the above specific example, the case where the PV power generation amount is reduced by 20% with respect to the predicted value is exemplified, but the present invention is not limited to this. Furthermore, in the present invention, based on the rate at which the actual PV power generation amount decreases from the predicted value, the daytime target boiling temperature may be controlled to decrease as the rate increases. That is, for example, when the actual PV power generation amount is reduced by X% from the predicted value, the daytime target boiling temperature may be set to (set value of the previous day × X%). Thereby, according to the magnitude | size of the shift | offset | difference of PV electric power generation with respect to a predicted value, the daytime target boiling temperature can be changed into suitable temperature, and required heat storage amount can be ensured stably. Moreover, it can prevent that the hot water temperature of the hot
(タンク容量対応制御)
この制御では、PV発電量の予測ずれが生じた場合でも、前記第4の制御手段により低温側に低下させた昼間目標沸上げ温度を用いて貯湯タンク11に必要な湯量の貯湯が可能となるように、夜間沸上げ運転で用いる目標沸上げ温度(夜間目標沸上げ温度)を設定する。ここで、PV発電量の予測ずれとは、PV発電量の予測値に対する実際のPV発電量のずれを意味している。また、タンク容量対応制御は、夜間目標沸上げ温度を、予測ずれがない場合の沸上げ温度、即ち、給湯負荷に応じて要求される沸上げ温度よりも高い温度に設定するものである。
(Control for tank capacity)
In this control, even when a prediction deviation of the PV power generation amount occurs, the hot
図4は、本発明の実施の形態1において、タンク容量対応制御の具体例を従来技術と比較して示す説明図である。図4に示す具体例では、前記図3と同様の条件を仮定している。この条件下において、従来技術の一例では、図4中に点線で示すように、翌日のPV発電量の予測値9MJに対応して昼間予定沸上げ熱量を36MJ(COPを4.0と仮定した場合)と予測し、夜間沸上げ運転により65℃の温水を104L生成していた。この場合には、昼間のPV発電量が2割減の7.2MJに低下し、沸上げ温度を40℃に低下させると、貯湯タンク11の蓄熱量が36MJ増加し、貯湯量が287L増加する。この結果、計算上の総貯湯量は391Lとなる。即ち、従来技術では、昼間沸上げ運転を実行しようとしても、容量が370Lの貯湯タンク11に対して、生成した温水を収容することができないことになる。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a specific example of tank capacity correspondence control in the first embodiment of the present invention in comparison with the prior art. In the specific example shown in FIG. 4, the same conditions as in FIG. 3 are assumed. Under this condition, in the example of the prior art, as shown by a dotted line in FIG. 4, the daytime planned boiling heat amount is assumed to be 36 MJ (COP is 4.0) corresponding to the predicted value of PV power generation of the next day 9 MJ. 104L) was generated by night boiling operation. In this case, when the PV power generation amount during the day is reduced to 7.2 MJ, which is 20% lower, and the boiling temperature is lowered to 40 ° C., the heat storage amount of the hot
これに対し、本実施の形態では、図4中に実線で示すように、例えば翌日のPV発電量が予測値と比較して2割低下した場合でも、総貯湯量が貯湯タンク11の容量を超えないように、夜間目標沸上げ温度を予測ずれがない場合よりも上昇させる。一例を挙げると、夜間目標沸上げ温度を90℃に変更した場合には、貯湯タンク11の蓄熱量が24MJ増加し、貯湯量が72L増加することになる。従って、昼間沸上げ温度を40℃に低下させたとしても、夜間沸上げ運転により生成した温水の全てを既定のタンク容量に収めることができる。
On the other hand, in the present embodiment, as indicated by a solid line in FIG. 4, for example, even when the PV power generation amount on the next day is reduced by 20% compared to the predicted value, the total hot water storage amount is equal to the capacity of the hot
なお、夜間沸上げ運転の実行時点では、翌日のPV発電量に予測ずれが生じるかどうかは判らないので、本実施の形態では、例えば予測ずれの最大値である発電低下最大割合を予め想定しておき、夜間目標沸上げ温度を設定する時点で、当該夜間目標沸上げ温度を発電低下最大割合に対応した高い温度に予め設定しておくのが好ましい。図4に示す具体例は、発電低下最大割合を2割に設定した場合を例示している。 In addition, at the time of execution of the night boiling operation, it is not known whether or not there is a prediction deviation in the PV power generation amount on the next day. Therefore, in the present embodiment, for example, the maximum power generation decrease rate that is the maximum value of the prediction deviation is assumed in advance. It is preferable that the nighttime target boiling temperature is set in advance to a high temperature corresponding to the power generation decrease maximum rate when the nighttime target boiling temperature is set. The specific example shown in FIG. 4 illustrates the case where the power generation decrease maximum rate is set to 20%.
上記制御によれば、夜間沸上げ運転により生成した温水を、既定のタンク容量を有する貯湯タンク11に余裕をもって収容することができる。これにより、翌日のPV発電量に予測ずれが生じた場合には、昼間沸上げ運転により低い沸上げ温度で生成した温水を貯湯タンク11に円滑に貯留することができる。
According to the above control, the hot water generated by the night boiling operation can be accommodated in the hot
(タンク湯温維持制御)
この制御では、前記第4の制御手段により低下させた昼間目標沸上げ温度を用いて翌日の昼間沸上げ運転が実行されてから、次回の夜間沸上げ運転が実行されるまでの時間帯において、貯湯タンク11内の湯温が給湯に有効な温度に維持されるように、夜間目標沸上げ温度を設定する。ここで、給湯に有効な温度とは、給湯負荷に応じて要求される沸上げ温度よりも高い温度を意味している。
(Tank hot water temperature maintenance control)
In this control, in the time period from the daytime boiling operation performed the next day using the daytime target boiling temperature lowered by the fourth control means until the next nighttime boiling operation is performed, The night-time target boiling temperature is set so that the hot water temperature in the hot
図5は、本発明の実施の形態1において、タンク湯温維持制御の具体例を従来技術と比較して示す説明図である。図5に示す具体例では、例えば貯湯タンク11の容量が460L、給湯負荷が60MJ、翌日のPV発電量の予測値が9MJ、市水の温度が10℃という条件を仮定している。この条件下において、従来技術の一例では、図4に示す場合と同様に、昼間予定沸上げ熱量を36MJと予測し、夜間沸上げ運転により沸上げ温度65℃の温水を104L生成していた。この場合には、昼間のPV発電量が7.2MJに低下して沸上げ温度を40℃に低下させると、沸上げ後の貯湯温度が46.7℃となる。そして、給湯に有効な貯湯温度が45℃であり、1時間当たりの貯湯温度の温度低下が0.4℃/hであると仮定すれば、貯湯温度は、4.3時間後に無効な温度となる。従って、従来技術では、次回の夜間沸上げ運転が実行されるまで有効な貯湯温度を維持できない可能性が高い。なお、貯湯温度は、貯湯タンク11内の湯水を温度が均等となるように混合した場合の混合温度である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a specific example of tank hot water temperature maintenance control in comparison with the prior art in
これに対し、本実施の形態では、昼間沸上げ運転の実行後にも、給湯に有効な貯湯温度が長時間にわたって維持されるように、夜間目標沸上げ温度を給湯負荷に応じて要求される沸上げ温度よりも高い温度に設定する。一例を挙げると、夜間目標沸上げ温度を90℃に設定し、夜間沸上げ運転により90℃の温水を72L生成するようにすれば、昼間沸上げ運転の沸上げ温度を40℃に低下させたとしても、沸上げ後の貯湯温度を50℃に維持することができる。これにより、給湯に有効な貯湯温度を12.5時間後まで維持することができるので、次回の夜間沸上げ運転が実行されるまで有効な貯湯温度を維持できる可能性を高め、ユーザの利便性を向上させることができる。 On the other hand, in the present embodiment, the target boiling temperature at night is required according to the hot water supply load so that the hot water storage temperature effective for hot water supply is maintained for a long time even after the daytime boiling operation is performed. Set the temperature higher than the raised temperature. For example, if the target boiling temperature at night is set to 90 ° C. and 72 L of 90 ° C. hot water is generated by the night boiling operation, the boiling temperature in the day boiling operation is reduced to 40 ° C. However, the hot water storage temperature after boiling can be maintained at 50 ° C. As a result, the hot water storage temperature effective for hot water supply can be maintained until after 12.5 hours, which increases the possibility that the effective hot water storage temperature can be maintained until the next night-time boiling operation is performed. Can be improved.
なお、本実施の形態において、PV発電量が予測値より大幅に減少した場合には、昼間沸上げ運転により昼間の沸上げ熱量を維持するCOPとなるように昼間目標沸上げ温度を設定する制御(沸上げ連携制御)の実行を禁止してもよい。この場合には、昼間沸上げ運転が完了した後の貯湯温度を給湯に有効な温度に維持することが可能な沸上げ温度を、昼間目標沸上げ温度の下限値として設定する。また、太陽光発電の余剰電力により必要な沸上げ熱量を確保することができない場合には、系統電源から買電することにより昼間沸上げ運転を実行する。これにより、系統電源からの買電量を必要最小限に抑制しつつ、昼間沸上げ運転の完了後に必要な蓄熱量及び貯湯温度を確保することができる。 In the present embodiment, when the PV power generation amount is significantly reduced from the predicted value, the control for setting the daytime target boiling temperature so as to be a COP that maintains the daytime boiling heat amount by the daytime boiling operation. Execution of (boiling cooperation control) may be prohibited. In this case, the boiling temperature at which the hot water storage temperature after completion of the day boiling operation can be maintained at a temperature effective for hot water supply is set as the lower limit of the daytime target boiling temperature. Moreover, when the required amount of boiling heat cannot be ensured by surplus power of solar power generation, daytime boiling operation is executed by purchasing power from the system power supply. Thereby, the heat storage amount and hot water storage temperature required after completion of the daytime boiling operation can be secured while suppressing the amount of power purchased from the system power supply to the minimum necessary.
また、上記タンク湯温維持制御において、夜間目標沸上げ温度は、翌日の昼間沸上げ運転が実行されてから、次回の夜間沸上げ運転が実行されるまでの時間帯において、給湯に有効な貯湯温度が維持されるように設定するのが好ましい。しかし、本発明は、この設定に限定するものではなく、例えば翌日の昼間沸上げ運転が実行された後に、一定の時間だけ給湯に有効な貯湯温度が維持されるように、夜間目標沸上げ温度を設定してもよい。 In the tank hot water temperature maintenance control, the target boiling temperature at night is the hot water storage effective for hot water supply in the time period from the daytime day boiling operation to the next nighttime boiling operation. It is preferable to set so that the temperature is maintained. However, the present invention is not limited to this setting. For example, after the daytime boiling operation is performed on the next day, the nighttime target boiling temperature is maintained so that the hot water storage temperature effective for hot water supply is maintained for a certain period of time. May be set.
また、前記実施の形態1では、第1から第4の制御手段を備えた制御装置を、給湯機10の制御装置50により構成する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、PV連携貯湯式給湯システムの全体を制御する制御装置(例えば、HEMSコントローラ)が第1から第4の制御手段を備える構成としてもよい。
Moreover, in the said
1 家屋,2 給湯栓,3 浴槽,4 分電盤,5 パワーコンディショナー,6 太陽光発電装置,10 給湯機,11 貯湯タンク,12 ヒートポンプユニット(加熱装置),15 沸上げポンプ,17 給湯温度調節弁,30 追焚き熱交換器,32 追焚きポンプ,35 浴槽ポンプ,40 貯湯温度センサ,41 加熱温度センサ,42 導出温度センサ,43 給水温度センサ,44 給湯温度センサ,45 浴槽戻り温度センサ
,46 給湯流量センサ,50 制御装置,60 気象情報取得手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記貯湯タンクに貯留するための温水を生成する加熱装置と、
前記加熱装置により生成した温水を前記貯湯タンクに貯留する昼間沸上げ運転及び夜間沸上げ運転を実行する機能を有し、該各沸上げ運転時に生成される温水の沸上げ温度及び沸上げ湯量を制御する制御装置と、
太陽光を受けて発電する太陽光発電装置と、
気象情報を取得する気象情報取得手段と、を備え、
前記制御装置は、
前記気象情報取得手段により取得された気象情報に基いて、前記太陽光発電装置により発電される翌日の太陽光発電量を予測する第1の制御手段と、
翌日の昼間沸上げ運転で用いる沸上げ温度及び沸上げ湯量の目標値である昼間目標沸上げ温度及び昼間目標沸上げ湯量を、前記第1の制御手段による前記太陽光発電量の予測値に基いて設定する第2の制御手段と、
当日の夜間沸上げ運転により生成される沸上げ熱量の目標値である夜間目標蓄熱量を、予測される給湯負荷に基いて設定し、かつ、翌日の昼間沸上げ運転により生成が予定される昼間予定沸上げ熱量に対応する分だけ前記夜間目標蓄熱量を減少方向に補正する第3の制御手段と、
翌日の昼間沸上げ運転を実行したときに、実際の太陽光発電量が前記太陽光発電量の予測値よりも低い場合に、前記昼間目標沸上げ温度を前記第2の制御手段による設定値よりも低い温度に変更する第4の制御手段と、
を備えたPV連携貯湯式給湯システム。 A hot water storage tank for storing hot water;
A heating device for generating hot water to be stored in the hot water storage tank;
It has a function of performing daytime boiling operation and nighttime boiling operation in which hot water generated by the heating device is stored in the hot water storage tank, and the boiling temperature and amount of hot water generated during each boiling operation are determined. A control device to control;
A solar power generation device that generates power by receiving sunlight; and
Weather information acquisition means for acquiring weather information,
The controller is
Based on weather information acquired by the weather information acquisition means, a first control means for predicting the amount of photovoltaic power generation on the next day generated by the photovoltaic power generation device;
The daytime target boiling temperature and the daytime target boiling water amount, which are target values of the boiling temperature and the amount of boiling water used in the daytime boiling operation on the next day, are based on the predicted value of the photovoltaic power generation amount by the first control means. Second control means for setting,
Daytime heat storage amount, which is the target value of the boiling heat amount generated by the night boiling operation on that day, is set based on the predicted hot water supply load, and is scheduled to be generated by the daytime boiling operation on the next day Third control means for correcting the nighttime target heat storage amount in a decreasing direction by an amount corresponding to the planned boiling heat amount;
When the actual daytime boiling operation is executed on the next day and the actual photovoltaic power generation amount is lower than the predicted value of the photovoltaic power generation amount, the daytime target boiling temperature is set to a value set by the second control means. A fourth control means for changing to a lower temperature;
PV linked hot water storage system equipped with.
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