JP2016181964A - エネルギー供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーの使用効率を高めた住宅用のエネルギー供給システムを提供する。【解決手段】エネルギー供給システム１は、外部から供給される電気を蓄電するとともに蓄電した電気を放電する蓄電装置２と、商用電力系統６又は蓄電装置２から供給される電気を他のエネルギーに変換するエネルギー変換装置３と、蓄電装置２の蓄電及び放電を制御するとともにエネルギー変換装置３の作動を制御する制御装置４とを有する。制御装置４は、外気条件によって変化するエネルギー変換装置３の変換効率と、エネルギー変換装置３による変換後の他のエネルギーの当該変換から使用までの間の損失度合いとに基づいて設定した時間帯に、蓄電装置２から供給する電気によってエネルギー変換装置３を作動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、住宅に用いられるエネルギー供給システムに関する。

従来から、住宅に用いられるエネルギー供給システムとして、蓄電装置（二次電池）と給湯器などのエネルギー変換装置とを組み合わせることによって、安価な深夜時間帯の電力の利用の拡大を可能として経済性を高めるようにしたものが知られている。

例えば特許文献１には、蓄電装置とヒートポンプ式の給湯器とを備え、電力価格が安い深夜の時間帯に商用電力系統から蓄電装置に蓄電（充電）するとともに給湯器で大量の湯を沸かしてこれを貯留しておき、湯が大量消費される夕刻の入浴時間等までの間に湯の温度が所定温度以下にまで低下した場合には、蓄電装置に蓄電した電気で給湯器を作動させて湯を適宜追い焚きする構成とすることにより、安価な深夜時間帯の電力の利用の拡大するようにしたエネルギー供給システムが記載されている。

特許第４１５９９７５号公報

しかしながら、給湯器の電気を水に蓄えられる熱エネルギーに変換する変換効率は外気温度が低いほど低下するので、上記従来のエネルギー供給システムのように、大量の湯を安価な深夜時間帯の電力で沸かす構成とすると、給湯器は気温の低い状態つまり効率の低い状態で大量の湯を沸かすことになり、エネルギーの損失が大きくなるという問題点があった。

また、従来のエネルギー供給システムでは、大量の湯を沸かしてからその湯が大量に消費されるまでの時間が長いので、湯の温度低下によるエネルギーの損失が大きくなり、さらに、湯の温度低下に伴い給湯器を適宜作動させるようにしているが、このような適宜の作動では蓄電装置の放電出力は小さく、その放電効率が低くなり、これらの点からもエネルギー損失が大きくなるという問題点があった。

本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、エネルギーの使用効率を高めた住宅用のエネルギー供給システムを提供することにある。

本発明のエネルギー供給システムは、住宅に用いられるエネルギー供給システムであって、外部から供給される電気を蓄電するとともに蓄電した電気を放電する蓄電装置と、商用電力系統または前記蓄電装置から供給される電気を他のエネルギーに変換するエネルギー変換装置と、前記蓄電装置の蓄電、放電を制御するとともに前記エネルギー変換装置の作動を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、外気条件によって変化する前記エネルギー変換装置の変換効率と前記エネルギー変換装置による変換後の他のエネルギーの当該変換から使用までの間の損失度合いとに基づいて設定した時間帯に、前記蓄電装置から供給する電気によって前記エネルギー変換装置を作動させることを特徴とする。

本発明のエネルギー供給システムは、上記構成において、前記制御装置は、外気温度がその日の平均の外気温度以上となる時間帯に、前記蓄電装置から供給する電気によって前記エネルギー変換装置を作動させる構成とされるのが好ましい。

本発明のエネルギー供給システムは、上記構成において、前記蓄電装置は、定格出力の５０％以上の出力で前記エネルギー変換装置を作動させる構成とされるのが好ましい。

本発明のエネルギー供給システムは、上記構成において、前記エネルギー変換装置は給湯器であり、前記制御装置は、湯を大量消費する時間の直前の時間帯に、前記蓄電装置から供給する電気によって前記エネルギー変換装置を作動させて大量の湯を沸かす構成とされるのが好ましい。

本発明のエネルギー供給システムは、上記構成において、太陽光発電装置をさらに備え、前記制御装置は、前記太陽光発電装置の発電時間帯以外の時間帯に、前記蓄電装置から供給する電気によって前記エネルギー変換装置を作動させる構成とされるのが好ましい。

本発明のエネルギー供給システムは、住宅に用いられるエネルギー供給システムであって、外部から供給される電気を蓄電するとともに蓄電した電気を放電する蓄電装置と、商用電力系統または前記蓄電装置から供給される電気を他のエネルギーに変換するエネルギー変換装置と、前記蓄電装置の蓄電、放電を制御するとともに前記エネルギー変換装置の作動を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、外気温度が最も高い時刻と当該時刻よりも後であって前記エネルギー変換装置による変換後の他のエネルギーが使用される時刻との間の時間帯に、前記蓄電装置から供給する電気によって前記エネルギー変換装置を作動させることを特徴とする。

本発明によれば、エネルギーの使用効率を高めた住宅用のエネルギー供給システムを提供することができる。

本発明の一実施の形態であるエネルギー供給システムの構成図である。 制御装置による蓄電装置と給湯器の制御パターンの一例を示すタイムチャート図である。 商用電力系統から供給される電力価格と時刻との関係を示す図である。 蓄電装置から供給される電気による給湯器が作動する時刻と外気温度との関係を示す図である。 太陽光発電装置の発電電力と蓄電装置から供給される電気による給湯器が作動する時刻との関係を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態であるエネルギー供給システム１は、蓄電装置２、エネルギー変換装置としての給湯器３および制御装置４を有している。このエネルギー供給システム１は、例えば鉄骨造の工業化住宅などの住宅５に設けられ、住宅５のホーム・エネルギー・マネジメント・システム（ＨＥＭＳ：Home Energy Management System）を構成している。

蓄電装置２は、例えば鉛蓄電池やリチウムイオン蓄電池などの二次電池で構成される。蓄電装置２は商用電力系統６に接続されており、この商用電力系統６から供給される電気を蓄電（充電）することができる。また、蓄電装置２は、蓄電した電気を給湯器３やこの住宅５で用いられる各種の電気機器７に向けて放電することができる。つまり、蓄電装置２は給湯器３や電気機器７に電力を供給し、これらを作動させることができる。

図示するように、エネルギー供給システム１は太陽光発電装置８を備えた構成とすることもできる。太陽光発電装置８は例えば住宅５の屋上等に配置される太陽電池パネルで構成することができ、蓄電装置２や電気機器７に接続されてこれらに電力を供給する。この場合、蓄電装置２は、商用電力系統６から供給される電気だけでなく、太陽光発電装置８から供給される電気によっても蓄電することができる。

なお、蓄電装置２、給湯器３、商用電力系統６、電気機器７および太陽光発電装置８の相互間には、必要に応じて、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータや直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ等が設けられる。

給湯器３は商用電力系統６および蓄電装置２に接続され、商用電力系統６から供給される電気（電力）または蓄電装置２から供給される電気（電力）により作動することができる。詳細は図示しないが、給湯器３は配管を介して上水道が接続された貯留タンクを備えており、商用電力系統６や蓄電装置２から供給される電気（電力）により貯留タンクに貯められた水を加熱して湯を沸かすことができる。つまり、給湯器３は、商用電力系統６や蓄電装置２から供給される電気（電力）を、貯留タンクに貯められた水に蓄えられる熱エネルギーに変換することができる。

給湯器３と住宅５の台所や浴槽との間には配管（不図示）が設けられ、給湯器３により沸かされて貯留タンクに貯められた湯は、必要に応じて当該配管を介して台所や浴槽に供給される。

給湯器３としては、自然冷媒（ＣＯ₂）を用いた熱交換式の電気給湯器つまり自然冷媒ヒートポンプ給湯器を用いるのが好ましいが、例えば、電熱ヒータを用いて水を加熱する電熱式のものなど、電気で作動して湯を沸かすことができるものであれば他の構成ないし形式の給湯器を用いることもできる。

制御装置４は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）や半導体メモリ等を備えたマイクロコンピュータを備えた構成とすることができる。制御装置４は信号線Ｌ１によって蓄電装置２に接続されており、この信号線Ｌ１を通して蓄電装置２にその蓄電、放電を制御するための指令信号を伝送して当該制御を実行することができる。また、制御装置４は信号線Ｌ２によって給湯器３に接続されており、この信号線Ｌ２を通して給湯器３にその作動を制御するための指令信号を伝送して当該制御を実行することができる。

図２に、制御装置４による蓄電装置２と給湯器３の制御パターンの一例をタイムチャート図として示す。

図２に示すように、制御装置４は、蓄電装置２を早朝の時間帯（図２中で一番左側の斜線部分）に商用電力系統６から供給される電気により蓄電（充電）させるように制御することができる。商用電力系統６から供給される電力の単位量当たりの価格は、図３に示すように、深夜時間帯（２４時から７時）において最も安価に設定される場合が多く、このような場合において制御装置４は、その電力価格が最も安価な深夜時間帯において蓄電装置２をエネルギー蓄積量が１００％となる上限にまで蓄電させるように制御する。より具体的には、制御装置４は、図３に示すように時間帯により相違する電力価格のデータを半導体メモリ等に格納し、このデータに基づいて蓄電装置２を最も安価かつ効率良く蓄電させることができる。これにより、安価な深夜時間帯の電力価格で蓄電装置２を蓄電させることができるので、このエネルギー供給システム１が設けられる住宅における電力コストを低減することができる。

一方、図２に示す場合では、制御装置４は、この住宅５において入浴等によって大量に湯が消費される夕刻の時間帯（図２中で一番右側の斜線部分）の直前の時間帯（図２中で真ん中の斜線部分）において、蓄電装置２を放電させるとともに当該放電によって給湯器３を作動させて大量の湯を沸かすようにしている。この制御は、以下の構成ないし手順によって実行される。

制御装置４は、外気条件によって変化する給湯器３の変換効率を認識することができるように構成される。例えば、制御装置４には外気温度（気温）を測定する気温計が接続され、この気温計により計測された外気温度が入力されるとともに過去の一日における外気温度の変化等の情報が蓄積される構成とされる。給湯器３の電気を水に蓄えられる熱エネルギーに変換する変換効率は外気温度が高いほど高くなる特性を有しているので、制御装置４は気温計から入力される外気温度と過去の外気温度の変化とに基づいて外気条件によって変化する給湯器３の変換効率を認識することができる。

また、制御装置４は、給湯器３により沸かされた大量の湯が、その沸かされた後から大量に消費されるまでの間に失う熱量、つまり給湯器３によって水に蓄えられる熱エネルギーのその使用までの間の損失度合いを予測することができるように構成される。具体的には、制御装置４は、毎日の湯の使用量およびその使用時刻のデータ等に基づいて、貯留タンクに貯められている大量の湯が、一度に大量に消費される時間帯およびその使用量（必要沸上げ量）を予測し、この予測と一日における外気温度の変化に関する情報等から、給湯器３により大量に湯を沸かしてから、その湯が大量消費されるまでの間に失われる熱量を予測することができるように構成される。

そして、制御装置４は、上記のようにして得た、外気条件によって変化する給湯器３の変換効率と給湯器３により大量の湯を沸かしてからこれが大量消費されるまでの間に失われる熱量とに基づいて、蓄電装置２から供給する電気によって給湯器３を作動させる時間帯を設定し、当該給湯器３の蓄電装置２からの電気による作動を実行させる。

例えば、制御装置４は、外気温度がその日の平均の外気温度以上となる時間帯に蓄電装置２を放電させて給湯器３を蓄電装置２から供給される電気（電力）によって作動させる。この場合、制御装置４は、外気温度が最も高い時刻と給湯器３により沸き上げられた湯が大量に消費される時刻との間の時間帯において、蓄電装置２から供給する電気によって給湯器３を作動させるのが好ましい。

図２に示す場合では、制御装置４は、湯が大量消費される夕刻の入浴時間帯の直前の時間帯に給湯器３を蓄電装置２から供給する電気によって作動させる。図４に示すように、入浴の時間帯（図４中で右側の斜線部分）の直前の時間帯（図４中で左側の斜線部分）における外気温度はその日の平均の外気温度以上となっているので、給湯器３をこの時間帯で作動させることにより、蓄電装置２から供給される電気を給湯器３によって高い変換効率で湯、つまり熱エネルギーに変換して効率良く大量の湯を沸かすことができる。また、湯が大量消費される夕刻の入浴時間帯の直前に給湯器３を蓄電装置２から供給する電気によって作動させて大量の湯を沸かすことにより、湯を大量に沸かしてから、その湯が大量消費されるまでの時間を短縮させることができるので、図２に示すように、給湯器３により湯が沸かされてからその湯が大量消費されるまでの間に失われる熱量を低減させて、湯が蓄えている熱エネルギーの損失を抑えることができる。したがって、この住宅５に供給される電気を効率良く湯の熱エネルギーに変換するとともに当該湯が失う熱エネルギーの損失を低減させて、この住宅５におけるエネルギーの使用効率を高めることができる。

また、上記のように湯が大量消費される夕刻の入浴時間帯の直前の時間帯に給湯器３を蓄電装置２から供給する電気によって作動させる際には、給湯器３は蓄電装置２から供給される電気のみで作動し、商用電力系統６から電気は供給されないので、蓄電装置２に安価な深夜時間帯で電気を蓄電させておけば、給湯器３を夕刻の入浴時間帯の直前の時間帯においても蓄電装置２から供給される安価な電気で作動させることができる。これにより、所定量の湯を沸かすための電力コストを削減することができる。

さらに、上記のように、湯が大量消費される夕刻の入浴時間帯の直前の時間帯に給湯器３を蓄電装置２から供給する電気によって作動させて短時間で大量の湯を沸かすようにしたので、蓄電装置２は給湯器３に向けて短時間に大きな出力で放電することになる。例えば、蓄電装置２は、制御装置４によって、定格出力の５０％以上の出力で放電して給湯器３を作動させるように制御される。蓄電装置２は、短時間に高い出力で放電するほどその放電の効率が高くなる特性を有しているので、上記のような制御により蓄電装置２をより高い効率で放電させて給湯器３をより効率良く作動させることができる。しかも、蓄電装置２は、外気温度が高いほど放電の効率が高くなる特性を有しているので、外気温度がその日の平均の外気温度以上となっている時間帯で蓄電装置２を放電させることにより、蓄電装置２から供給される電気を給湯器３によって効率良く大量の湯を沸かすことができる。これにより、所定量の湯を沸かすための電力コストやエネルギー損失をさらに削減することができる。

なお、制御装置４は、外気条件によって変化する給湯器３の変換効率と給湯器３により大量の湯を沸かしてからこれが大量消費されるまでの間に失われる熱量とに基づき、エネルギーの使用効率が最大となるように蓄電装置２および給湯器３の作動を制御するので、外気温度の変化の度合い等によっては、湯が大量消費される夕刻の入浴時間帯の直前の時間帯ではなく、より外気温度の高い時間帯に給湯器３を蓄電装置２から供給する電気によって作動させるように制御することになる。

図１に示すように、住宅５に太陽光発電装置８が設けられている場合には、制御装置４を信号線Ｌ３により太陽光発電装置８に接続し、太陽光発電装置８の発電状況をも考慮して蓄電装置２および給湯器３の制御を行う構成とすることもできる。

住宅５に太陽光発電装置８を設けた場合には、太陽光発電装置８が発電した電力のうち、住宅５の給湯器３や電気機器７で使用しきれない余剰の電力を電力会社等に売電するのが一般的である。この場合、太陽光発電装置８が発電した電気の単位量当たりの売電価格は、太陽光発電装置８が発電している時間帯においては太陽光発電装置８のみから給湯器３や電気機器７に向けて電気を供給して蓄電装置２を放電させない場合の方が、太陽光発電装置８が発電している時間帯において太陽光発電装置８が発電した電気の全てを売電に回し、給湯器３や電気機器７を蓄電装置２からの放電により作動させるようにした場合よりも高く設定されるのが一般的である。そこで、制御装置４の半導体メモリ等に、このような太陽光発電装置８の売電価格に係るデータを格納しておき、上記した制御に当該売電価格の相違を考慮して蓄電装置２および給湯器３の制御を行うように制御装置４を構成することができる。

具体的には、制御装置４は、図５に示すように、太陽光発電装置８が発電を行っている時間帯には蓄電装置２を放電させず、太陽光発電装置８が発電を行っていない時間帯に蓄電装置２を放電させて給湯器３を作動させるように制御を行うのが好ましい。これにより、太陽光発電装置８の売電価格を低下させることなく、上記した制御により住宅５におけるエネルギーの使用効率を高めることができる。

なお、太陽光発電装置８が発電を行っている時間帯よりも後の時間帯に蓄電装置２を放電させて給湯器３を作動させると入浴等の湯を大量に消費する時間帯までに大量の湯を沸かすことができない場合には、制御装置４は、太陽光発電装置８の売電価格の低下によるコスト増および上記した制御におけるエネルギー効率等に基づいて、コストとエネルギー効率とのバランスが最適となるように蓄電装置２の放電により給湯器３を作動させる時間帯を設定する。例えば、売電価格を優先する場合には、制御装置４は太陽光発電装置８が発電を開始する前の早朝の時間帯に蓄電装置２の放電により給湯器３を作動させ、エネルギー効率を優先する場合には、制御装置４は太陽光発電装置８の発電時間帯であって入浴等の湯が大量消費される時間帯の直前に時間帯に蓄電装置２の放電により給湯器３を作動させるように制御を行うことができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態においては、エネルギー変換装置は電気を水に蓄えられる熱エネルギーに変換する給湯器３とされているが、これに限らず、例えば、電気をレンガ等の蓄熱体に蓄熱される熱エネルギーに変換し、この蓄熱された熱エネルギーを適宜放出する蓄熱暖房器や、電気による蓄熱運転により氷を製造し、この氷の線熱利用により冷房を行う氷蓄熱空調器など、電気を他のエネルギーに変換して利用するものであれば他の機器とすることもできる。

また、前記実施の形態においては、蓄電装置２は、商用電力系統６や太陽光発電装置８から供給される電気により蓄電される構成とされているが、これに限らず、燃料電池システムや風力発電装置などの他の電源から供給される電気によっても蓄電される構成とすることもできる。

さらに、前記実施の形態においては、毎日の湯の使用量およびその使用時刻のデータ等に基づいて貯留タンクに貯められている大量の湯が一度に大量に消費される時間帯を制御装置４に予測させる構成としているが、これに限らず、入浴等の大量に湯を消費する時間帯を住人等の使用者が制御装置４に入力可能な構成とすることもできる。

本発明は、住宅にエネルギー供給システムを設ける際に利用することができる。

１ エネルギー供給システム
２ 蓄電装置
３ 給湯器（エネルギー変換装置）
４ 制御装置
５ 住宅
６ 商用電力系統
７ 電気機器
８ 太陽光発電装置
Ｌ１ 信号線
Ｌ２ 信号線
Ｌ３ 信号線

Claims (6)

1. 住宅に用いられるエネルギー供給システムであって、
   外部から供給される電気を蓄電するとともに蓄電した電気を放電する蓄電装置と、
   商用電力系統または前記蓄電装置から供給される電気を他のエネルギーに変換するエネルギー変換装置と、
   前記蓄電装置の蓄電、放電を制御するとともに前記エネルギー変換装置の作動を制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、外気条件によって変化する前記エネルギー変換装置の変換効率と前記エネルギー変換装置による変換後の他のエネルギーの当該変換から使用までの間の損失度合いとに基づいて設定した時間帯に、前記蓄電装置から供給する電気によって前記エネルギー変換装置を作動させることを特徴とするエネルギー供給システム。
2. 前記制御装置は、外気温度がその日の平均の外気温度以上となる時間帯に、前記蓄電装置から供給する電気によって前記エネルギー変換装置を作動させることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー供給システム。
3. 前記蓄電装置は、定格出力の５０％以上の出力で前記エネルギー変換装置を作動させることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギー供給システム。
4. 前記エネルギー変換装置は給湯器であり、
   前記制御装置は、湯を大量消費する時間の直前の時間帯に、前記蓄電装置から供給する電気によって前記エネルギー変換装置を作動させて大量の湯を沸かすことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のエネルギー供給システム。
5. 太陽光発電装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記太陽光発電装置の発電時間帯以外の時間帯に、前記蓄電装置から供給する電気によって前記エネルギー変換装置を作動させることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のエネルギー供給システム。
6. 住宅に用いられるエネルギー供給システムであって、
   外部から供給される電気を蓄電するとともに蓄電した電気を放電する蓄電装置と、
   商用電力系統または前記蓄電装置から供給される電気を他のエネルギーに変換するエネルギー変換装置と、
   前記蓄電装置の蓄電、放電を制御するとともに前記エネルギー変換装置の作動を制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、外気温度が最も高い時刻と当該時刻よりも後であって前記エネルギー変換装置による変換後の他のエネルギーが使用される時刻との間の時間帯に、前記蓄電装置から供給する電気によって前記エネルギー変換装置を作動させることを特徴とするエネルギー供給システム。

Images