JP2017223410A - 太陽光発電装置連携貯湯式給湯システム - Google Patents
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Abstract
【課題】当初予測した沸き上げに利用する余剰電力を全量活用する。【解決手段】太陽光発電装置連携貯湯式給湯システムにおいて、必要熱量を別途決定された沸き上げ目標温度と給水温度との温度差で除して必要容量を算出し、必要容量と貯湯タンクの容量とを比較し、小さい方の容量を夜間沸き上げ容量とする夜間沸き上げ容量算出手段３６と、余剰電力予測値に基づいて、沸き上げに用いることができる余剰沸き上げ時間を設定する余剰沸き上げ時間設定手段３３と、余剰沸き上げ時間で沸き上げ目標温度まで沸き上げられる余剰沸き上げ容量を算出する、余剰沸き上げ容量算出手段３７と、夜間沸き上げ容量から余剰沸き上げ容量を減じて、補正夜間沸き上げ容量を算出する補正夜間沸き上げ容量算出手段３８と、夜間に補正夜間沸き上げ容量を沸き上げる夜間沸き上げ手段３９とを備えた。【選択図】図２
Description
本発明は、太陽光発電装置と、貯湯タンクと加熱手段と加熱循環回路とを有した貯湯式給湯装置と、を備え、太陽光発電装置の発電余剰電力を利用して沸き上げる太陽光発電装置連携貯湯式給湯システムに関するものである。
従来よりこの種の太陽光発電装置と連携して動作する貯湯式給湯装置には、特許文献１に開示されているように、翌日の発電電力予測と消費電力予測とから余剰電力を予測し、余剰電力で沸き上げ可能な熱量を算出すると共に、過去の使用湯量に基づいて翌日の必要熱量を算出し、必要熱量から余剰電力で沸き上げ可能な熱量を減じた値を、夜間に沸き上げるべき熱量として算出し、この熱量を夜間に沸き上げ、昼間の余剰電力で残り分を沸き上げるようにしている。
ところが、近年ではヒートポンプ式加熱手段の加熱効率を高めるために、沸き上げ温度を比較的低めの６５℃〜７５℃程度に設定することが多く、沸き上げ温度を低めに設定すると、貯湯タンク内を満タンにしても必要熱量を沸き上げられない状況が生じる。
このような状況において、上記のように必要熱量から余剰電力で沸き上げ可能な熱量を減じた値を夜間に沸き上げるべき熱量として算出し、この熱量を夜間に沸き上げると、昼間の余剰電力発生時に沸き上げを開始しても、当初予測していた余剰電力で沸き上げ可能な熱量を沸き上げ完了する前に貯湯タンクが満タンになってしまい、余剰電力での沸き上げが継続できずに当初予測の余剰電力を全量活用することができないという課題があった。
そこで、本発明は上記課題を解決するために、太陽光発電装置と、貯湯タンクと加熱手段と加熱循環回路とを有した貯湯式給湯装置と、を備えた太陽光発電装置連携貯湯式給湯システムにおいて、前記太陽光発電装置の翌日の発電電力予測値から前記貯湯式給湯装置を除く電気負荷の翌日の消費電力予測値を減じて翌日の余剰電力予測値を算出する余剰電力予測手段と、１日の湯の使用量を学習使用量として複数日分学習記憶する使用湯量学習手段と、過去複数日分の前記学習使用量から翌日に必要な熱量を必要熱量として決定する必要熱量決定手段と、前記必要熱量を別途決定された沸き上げ目標温度と給水温度との温度差で除して必要容量を算出し、前記必要容量と前記貯湯タンクの容量とを比較し、小さい方の容量を夜間沸き上げ容量とする夜間沸き上げ容量算出手段と、前記余剰電力予測値に基づいて沸き上げに用いることができる余剰沸き上げ時間を設定する余剰沸き上げ時間設定手段と、前記余剰沸き上げ時間で前記沸き上げ目標温度まで沸き上げられる余剰沸き上げ容量を算出する余剰沸き上げ容量算出手段と、前記夜間沸き上げ容量から前記余剰沸き上げ容量を減じて補正夜間沸き上げ容量を算出する補正夜間沸き上げ容量算出手段と、夜間に前記補正夜間沸き上げ容量を沸き上げる夜間沸き上げ制御手段と、昼間の余剰電力で前記余剰沸き上げ容量を沸き上げる余剰沸き上げ制御手段と、を備えたものとした。
また、前記必要容量が前記貯湯タンクの容量を超える場合に、前記必要容量から前記貯湯タンクの容量を減じて昼間沸き増し容量を算出する沸き増し容量算出手段と、前記余剰沸き上げ制御手段による余剰沸き上げが完了後に前記昼間沸き増し容量を沸き上げる昼間沸き増し制御手段と、を備えたものとした。
本発明によれば、余剰電力で沸き上げ可能な熱量を沸き上げるのに必要な分の未加熱の水すなわち余剰沸き上げ容量を貯湯タンクに残した状態で夜間沸き上げを終えることができ、当初予測していた余剰電力を全量活用した昼間の沸き上げを完了させることができる。
次に、本発明の一実施形態の太陽光発電装置連携貯湯式給湯システムを図面を用いて説明する。
１は主に夜間の電力料金単価が安価な時間帯に沸き上げを行うヒートポンプ式の貯湯式給湯装置、２は商用電源に接続され家屋に設置された分電盤、３は家屋の屋根等に設置された太陽光発電パネル４と、太陽光発電パネル４の発電電力を交流電源に変換するインバータ５とからなる太陽光発電装置、６はエアコン等の他の電気負荷機器、７は家庭内の電力マネジメントを行うためのＨＥＭＳ機器（ＨＥＭＳはホームエネルギーマネジメントシステムの略語）、８は外部のインターネット通信網、９は外部サーバ機器である。
１は主に夜間の電力料金単価が安価な時間帯に沸き上げを行うヒートポンプ式の貯湯式給湯装置、２は商用電源に接続され家屋に設置された分電盤、３は家屋の屋根等に設置された太陽光発電パネル４と、太陽光発電パネル４の発電電力を交流電源に変換するインバータ５とからなる太陽光発電装置、６はエアコン等の他の電気負荷機器、７は家庭内の電力マネジメントを行うためのＨＥＭＳ機器（ＨＥＭＳはホームエネルギーマネジメントシステムの略語）、８は外部のインターネット通信網、９は外部サーバ機器である。
ＨＥＭＳ機器７は、貯湯式給湯装置１および太陽光発電装置３に双方向に通信可能に接続され、貯湯式給湯装置１の使用状況や太陽光発電装置３の発電電力情報を収集可能とし、さらに分電盤２の分岐回路毎の消費電力量の情報を収集可能としていると共に、インターネット通信網８を介して外部サーバ機器９と必要な情報を相互にやり取りできるように接続されているものである。なお、ＨＥＭＳ機器７と太陽光発電装置３間の通信の代わりに、分電盤２への発電電力の入力、あるいは分電盤３と商用電源との間の電力の授受を監視して太陽光発電装置３の発電電力情報を収集することとしてもよい。
ヒートポンプ式の貯湯式給湯装置１について説明すると、１０は湯水を貯湯する貯湯タンク、１１は貯湯タンク１０底部に給水する給水管、１２は貯湯タンク１０頂部から出湯する出湯管、１３は給水管１１から分岐した給水バイパス管、１４は出湯管１２からの湯と給水バイパス管１３からの水を図示しないリモコン装置によって設定された給湯設定温度になるように混合する混合弁、１５は給湯端末に給湯する給湯管、１６は給湯流量を検出する給湯流量センサ、１７は給湯温度を検出する給湯温度センサ、１８は貯湯タンク１０の側面に高さ位置を変えて複数設けられ、貯湯温度を検出する貯湯温度センサである。
１９は貯湯タンク１０内の湯水を沸き上げ目標温度に加熱するヒートポンプ式加熱手段で、冷媒を高温高圧に圧縮搬送する圧縮機２０と、高温高圧の冷媒と貯湯タンク１０からの水とを熱交換する水冷媒熱交換器２１と、熱交換後の冷媒を減圧膨張させる膨張手段２２と、低圧冷媒を蒸発させる空気熱交換器２３と、空気熱交換器２３へ外気を送風する送風機２４と、圧縮機２０から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ２５から構成されているものである。
２６は貯湯タンク１０の下部と水冷媒熱交換器２１の水側入口を接続する加熱往き管、２７は水冷媒熱交換器２１の水側出口と貯湯タンク１０の上部とを接続する加熱戻り管、２８は加熱往き管２６途中に設けられた加熱循環ポンプ、２９は加熱戻り管２７に設けられた沸き上げ温度センサ、３０は外気温度を検出する外気温度センサ、３１は貯湯式給湯装置１全体の作動を制御する制御手段である。加熱往き管２６、加熱戻り管２７、加熱循環ポンプ２８で加熱循環回路を構成している。
ここで、ＨＥＭＳ機器７には、図２に示すように、余剰電力予測手段３２と、余剰沸き上げ時間設定手段３３が設けられている。
余剰電力予測手段３２は、太陽光発電装置３から取得した過去所定期間の単位時間毎の発電電力量や外部サーバ機器９から天気予報情報から予測される単位時間毎の発電電力予測値と、分電盤２から取得した貯湯式給湯装置１が接続された分岐回路以外の過去所定期間の単位時間毎の消費電力量から予測される単位時間毎の消費電力予測値と、から翌日の単位時間毎の余剰電力予測値を算出する。
余剰沸き上げ時間設定手段３３は翌日の単位時間毎の余剰電力予測値と、貯湯式給湯装置１が沸き上げを行うのに必要な所定の消費電力値とを比較して、連続して沸き上げ運転が可能な時間を余剰沸き上げ時間として設定する。
制御手段３１には、図２に示すように、給湯流量センサ１６の出力と給湯温度センサ１７の出力とから所定温度（ここでは４３℃）の使用湯量に換算して過去所定期間の日毎の学習湯量として学習する使用湯量学習手段３４と、過去所定期間の日毎の学習湯量から翌日の必要熱量を決定する必要熱量決定手段３５と、翌日の必要熱量と別途決定された沸き上げ目標温度と給水温度との温度差で除して必要容量を算出し、必要容量と貯湯タンク１０の容量とを比較して小さい方を夜間沸き上げ容量とする夜間沸き上げ容量算出手段３６とが設けられている。
また、制御手段３１には、ＨＥＭＳ機器７の余剰沸き上げ時間設定手段３３が決定した余剰沸き上げ時間で沸き上げ目標温度まで沸き上げられる余剰沸き上げ容量を算出する余剰沸き上げ容量算出手段３７と、夜間沸き上げ容量から余剰沸き上げ容量を減じて補正夜間沸き上げ容量を算出する補正夜間沸き上げ容量算出手段３８と、夜間時間帯に補正夜間沸き上げ容量を沸き上げるようヒートポンプ式加熱手段１９を制御する夜間沸き上げ制御手段３９と、昼間時間帯に余剰電力を用いて余剰沸き上げ容量を沸き上げるようヒートポンプ式加熱手段１９を制御する余剰沸き上げ制御手段４０とが設けられている。
さらに、制御手段３１には、必要容量が貯湯タンク１０の容量を超えている場合に、夜間に沸き上げられなかった分を昼間に沸き増す昼間沸き増し容量を算出する昼間沸き増し容量算出手段４１と、貯湯タンク１０内の残湯容量が所定量以下まで減少すると昼間時間帯に商用電力を用いて昼間沸き増し容量を沸き上げるようにヒートポンプ式加熱手段１９を制御する昼間沸き増し制御手段４２とが設けられている。
次に、この太陽光発電装置連携貯湯式給湯システムの作動について図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
ＨＥＭＳ機器７は、電力料金単価の安価な夜間時間帯の開始時刻ｔｎ１になると（ステップＳ１でＹｅｓ）、余剰電力予測手段３２が太陽光発電装置３から取得した過去所定期間（ここでは７日間）の単位時間（ここでは１時間）毎の発電電力量や外部サーバ機器９から天気予報情報、太陽光発電パネル４の設置条件（例えば、設置地域やパネルの向き等）、日付情報等から単位時間毎の発電電力予測値を予測し（ステップＳ２）、分電盤２から取得した貯湯式給湯装置１が接続された分岐回路以外の過去所定期間の単位時間毎の消費電力量から単位時間毎の消費電力予測値を予測し（ステップＳ３）、単位時間毎の発電電力予測値から単位時間毎の消費電力予測値を減じて翌日の単位時間毎の余剰電力予測値を算出する（ステップＳ４）。
そして、余剰沸き上げ時間設定手段３３が翌日の単位時間毎の余剰電力予測値と貯湯式給湯装置１が沸き上げを行うのに必要な所定の消費電力値とを比較し、余剰電力予測値が沸き上げ必要電力値以上となる連続した時間を見いだして、この連続した沸き上げ運転可能な時間から他の制限条件（例えば最短１時間、最長５時間等）等を考慮して連続して沸き上げ運転可能な余剰沸き上げ時間Ｔを設定し（ステップＳ５）、連続した沸き上げ運転可能な時間の終了時点から余剰沸き上げ時間Ｔだけ遡って余剰沸き上げ開始時刻ｔｄ１を決定する（ステップＳ６）。
一方、貯湯式給湯装置１の制御手段３１では、使用湯量学習手段３４で記憶している過去所定期間の日毎の湯の学習使用量から、必要熱量決定手段３５が平均や標準偏差等を用いて翌日の必要熱量Ｑを決定する（ステップＳ７）。ここでは、必要熱量Ｑを所定温度（ここでは４３℃）換算の必要湯量Ｖｑとして算出・決定している。
そして、制御手段３１は、必要熱量決定手段３５が決定した必要湯量Ｖｑと、外気温度あるいは給水温度等の他の条件とから沸き上げ目標温度ｔｍを決定する（ステップＳ８）。沸き上げ目標温度ｔｍは、６５℃〜７５℃の間でなるべく低く設定され、必要湯量Ｖｑが多い場合、外気温度が低い場合、給水温度が低い場合に沸き上げ目標温度ｔｍが高く設定されるものである。
次に、夜間沸き上げ容量算出手段３６は、必要湯量Ｖｑを沸き上げ目標温度ｔｍでの必要容量Ｃｑに換算し、必要容量Ｃｑが貯湯タンク１０の容量Ｃｔ以下であれば必要容量Ｃｑを夜間沸き上げ容量Ｃｙとし、必要容量Ｃｑが貯湯タンク１０の容量Ｃｔ超であれば貯湯タンク１０の容量Ｃｔを夜間沸き上げ容量Ｃｙとするよう、夜間沸き上げ容量Ｃｙを算出する（ステップＳ９）。
この必要容量Ｃｑは具体的に式１により算出される。
式１：Ｃｑ＝Ｖｑ・（４３℃−ｔｗ）／（ｔｍ−ｔｗ）
Ｃｑ：必要容量
Ｖｑ：必要湯量
４３℃：所定換算温度
ｔｍ：目標沸き上げ温度
ｔｗ：給水温度
なお、水の比熱と密度は共に１として計算を簡略化している。
式１：Ｃｑ＝Ｖｑ・（４３℃−ｔｗ）／（ｔｍ−ｔｗ）
Ｃｑ：必要容量
Ｖｑ：必要湯量
４３℃：所定換算温度
ｔｍ：目標沸き上げ温度
ｔｗ：給水温度
なお、水の比熱と密度は共に１として計算を簡略化している。
そして、夜間沸き上げ容量Ｃｙは以下のように算出される。
Ｃｑ＞Ｃｔの場合
Ｃｙ＝Ｃｔ
Ｃｑ≦Ｃｔの場合
Ｃｙ＝Ｃｑ
Ｃｑ＞Ｃｔの場合
Ｃｙ＝Ｃｔ
Ｃｑ≦Ｃｔの場合
Ｃｙ＝Ｃｑ
また、制御手段３１の昼間沸き増し容量算出手段４１は、必要容量Ｃｑが貯湯タンク１０の容量Ｃｔ以上であった場合、必要容量Ｃｑから貯湯タンク１０の容量Ｃｔを減じた残りの湯量を、夜間時間帯以外の時間に沸き増す必要のある昼間沸き増し容量Ｃｗとして算出する（ステップＳ１０）。
この沸き増し容量Ｃｗは具体的に数式２により算出される。
式２：Ｃｗ＝Ｃｑ−Ｃｔ
Ｃｗ：沸き増し容量
Ｃｑ：必要容量
Ｃｔ：貯湯タンク容量
式２：Ｃｗ＝Ｃｑ−Ｃｔ
Ｃｗ：沸き増し容量
Ｃｑ：必要容量
Ｃｔ：貯湯タンク容量
次に、制御手段３１の余剰沸き上げ容量算出手段３７は、ＨＥＭＳ機器の余剰沸き上げ時間設定手段３３が設定した余剰沸き上げ時間Ｔの間、加熱能力Ｈで沸き上げ目標温度ｔｍまで沸き上げられる余剰沸き上げ容量Ｃｈを算出する（ステップＳ１１）。ここで、加熱能力Ｈはヒートポンプ式加熱手段１９の所定の加熱能力の大きさである。
この余剰沸き上げ容量Ｃｈは具体的に式３により算出される。
式３：Ｃｈ＝Ｔ・Ｈ／（ｔｍ−ｔｗ）
Ｃｈ＝余剰沸き上げ容量
Ｔ：余剰沸き上げ時間
Ｈ：加熱能力
ｔｍ：沸き上げ目標温度
ｔｗ：給水温度
式３：Ｃｈ＝Ｔ・Ｈ／（ｔｍ−ｔｗ）
Ｃｈ＝余剰沸き上げ容量
Ｔ：余剰沸き上げ時間
Ｈ：加熱能力
ｔｍ：沸き上げ目標温度
ｔｗ：給水温度
次に、制御手段３１の補正夜間沸き上げ容量算出手段３８は、夜間沸き上げ容量算出手段３６が算出した夜間沸き上げ容量Ｃｙから、余剰沸き上げ容量算出手段３７が算出した余剰沸き上げ容量Ｃｈを減じて、実際に夜間に沸き上げる補正夜間沸き上げ容量Ｃｙｈを算出する（ステップＳ１２）。
この補正夜間沸き上げ容量Ｃｙｈは具体的に式４により算出される。
式４：Ｃｙｈ＝Ｃｙ−Ｃｈ
Ｃｙｈ：補正夜間沸き上げ容量
Ｃｙ：夜間沸き上げ容量
Ｃｈ：余剰沸き上げ容量
式４：Ｃｙｈ＝Ｃｙ−Ｃｈ
Ｃｙｈ：補正夜間沸き上げ容量
Ｃｙ：夜間沸き上げ容量
Ｃｈ：余剰沸き上げ容量
そして、制御手段３１の夜間沸き上げ制御手段３９は、複数の貯湯温度センサ１８の検出する貯湯温度とそのセンサ位置情報を用いて、お湯と見なせる所定の閾温度（ここでは５０℃）以上の容量である残湯容量Ｃｚを算出し（ステップＳ１３）、補正夜間沸き上げ容量Ｃｙｈを夜間時間帯の終了時刻ｔｎ２に沸き上げ完了するように適切な夜間沸き上げ開始時刻ｔｎｓを算出する（ステップＳ１４）。
この夜間沸き上げ開始時刻ｔｎｓは具体的に式５により算出される。
式５：ｔｎｓ＝ｔｎ２−（Ｃｙｈ−Ｃｚ）・（ｔｍ−ｔｗ）／Ｈ
ｔｎｓ：夜間沸き上げ開始時刻
ｔｎ２：夜間時間帯終了時刻
Ｃｙｈ：補正夜間沸き上げ容量
Ｃｚ：残湯容量
ｔｍ：沸き上げ目標温度
ｔｗ：給水温度
Ｈ：加熱能力
式５：ｔｎｓ＝ｔｎ２−（Ｃｙｈ−Ｃｚ）・（ｔｍ−ｔｗ）／Ｈ
ｔｎｓ：夜間沸き上げ開始時刻
ｔｎ２：夜間時間帯終了時刻
Ｃｙｈ：補正夜間沸き上げ容量
Ｃｚ：残湯容量
ｔｍ：沸き上げ目標温度
ｔｗ：給水温度
Ｈ：加熱能力
そして、夜間沸き上げ制御手段３９は、現在時刻が夜間沸き上げ開始時刻ｔｎｓとなると（ステップＳ１５でＹｅｓ）、ヒートポンプ式加熱手段１９と加熱循環ポンプ２８を駆動して、貯湯タンク１０下部から取り出した水を沸き上げ目標温度ｔｍまで加熱して貯湯タンク１０の上部から順次積層するように夜間沸き上げ運転を行う（ステップＳ１６）。
夜間沸き上げ制御手段３９は、補正夜間沸き上げ容量Ｃｙｈを沸き上げたことを貯湯温度センサ１８で検出するか、現在時刻が夜間時間帯の終了時刻ｔｎ２となると、夜間沸き上げ完了したと判断し（ステップＳ１７でＹｅｓ）、夜間沸き上げ運転を停止する（ステップＳ１８）。
このとき、貯湯タンク１０の下部には、余剰沸き上げ容量Ｃｈと同じ容量だけ未加熱の水が残ることとなる。
そして、余剰沸き上げ制御手段４０は、現在時刻が余剰沸き上げ開始時刻ｔｄ１となると（ステップＳ１９でＹｅｓ）、ヒートポンプ式加熱手段１９と加熱循環ポンプ２８を駆動して、貯湯タンク１０下部から取り出した水を沸き上げ目標温度ｔｍまで加熱して貯湯タンク１０の上部から順次積層するように予定されていた余剰沸き上げ運転を行う（ステップＳ２０）。
余剰沸き上げ制御手段４０は、余剰沸き上げ容量Ｃｈを沸き上げたことを貯湯温度センサ１８で検出するか、余剰沸き上げ開始時刻ｔｄ１からの経過時間が余剰沸き上げ時間Ｔに達すると、余剰沸き上げ完了したと判断し（ステップＳ２１でＹｅｓ）、余剰沸き上げ運転を停止する（ステップＳ２２）。
ここで、夜間沸き上げ運転の完了時には、貯湯タンク１０の下部に余剰沸き上げ容量Ｃｈと同じ容量だけ未加熱の水が残っているため、余剰沸き上げ運転の開始までの間に一切給湯されていなくとも当初予測していた余剰電力を全量活用した余剰沸き上げ運転を連続して行うことができる。
余剰沸き上げ運転が完了した後、昼間沸き増し制御手段４２は、ステップ１０で昼間沸き増し容量Ｃｗが算出されて容量があった場合、ステップＳ２３で昼間沸き増し容量ＣｗありでＹｅｓと判断し、複数の貯湯温度センサ１８で検出する貯湯温度から現在の貯湯タンク１０内の残湯容量Ｃｚを算出し、この残湯容量Ｃｚが所定量以下かどうかを判断する（ステップＳ２４）。
給湯によって貯湯タンク１０内の湯が出湯されて下部からの給水に置換されることにより残湯容量Ｃｚが所定量以下まで減少すると（ステップＳ２４でＹｅｓ）、ヒートポンプ式加熱手段１９と加熱循環ポンプ２８を駆動して、貯湯タンク１０下部から取り出した水を沸き上げ目標温度ｔｍまで加熱して貯湯タンク１０の上部から順次積層するように予定されていた昼間沸き増し運転を開始し（ステップＳ２５）、昼間沸き増し運転の進行に伴って沸き増した分を昼間沸き増し容量Ｃｗから減算して更新していく（ステップＳ２６）。
そして、更新された昼間沸き増し容量Ｃｗが０になるか（ステップＳ２７でＹｅｓ）、貯湯タンク１０最下部の貯湯温度センサ１８が所定の昼間沸き増し完了温度以上を検出して満タンになると（ステップＳ２８でＹｅｓ）、予定の昼間沸き増し運転を停止し（ステップＳ２９）、ステップＳ２３へ戻る。
ステップＳ２３では再び昼間沸き増し容量Ｃｗが残っているかどうかを判断し、昼間沸き増し容量Ｃｗが残っていないと判断すると（ステップＳ２３でＮｏ）、貯湯タンク１０最上部の貯湯温度センサ１８が所定の湯切れ危険温度以下にまで低下するかどうかを監視し、所定の湯切れ危険温度以下まで低下すると湯切れと判断し（ステップＳ３０でＹｅｓ）、湯切れを一時的に解消するための所定時間（ここでは１時間）の湯切れ沸き増しを行い（ステップＳ３１）、現在時刻が夜間時間帯の開始時刻に達すると（ステップＳ３１でＹｅｓ）、再度ステップ１へ戻るようにしている。
このように、本発明では、翌日の必要熱量を沸き上げ目標温度での必要容量に換算し、必要容量と貯湯タンク容量の小さい方を夜間沸き上げ容量とすると共に、夜間沸き上げ容量から余剰沸き上げ時間で沸き上げ目標温度まで沸き上げられる余剰沸き上げ容量を減じて補正夜間沸き上げ容量を算出し、この補正夜間沸き上げ容量を夜間時間帯に沸き上げるようにしているため、余剰電力で沸き上げ可能な熱量を沸き上げるのに必要な分の未加熱の水すなわち余剰沸き上げ容量を貯湯タンクに残した状態で夜間沸き上げを終えることができ、当初予測していた余剰電力を全量活用した昼間の沸き上げを完了させることができる。
ここで、図５は本実施形態と比較例としての特許文献１に開示された従来技術の沸き上げ運転の種別と沸き上げ容量の関係を示す図で、縦軸に沸き上げ目標温度ｔｍでの沸き上げ容量を示している。
従来は必要熱量から余剰電力で沸き上げ可能な熱量を減じているため、これを容量に換算して、必要容量Ｃｑ−余剰沸き上げ容量Ｃｗを夜間に沸き上げる容量としており、夜間の沸き上げ完了時点では、貯湯タンク１０底部にＣｔ−（Ｃｑ−Ｃｗ）の容量しか未加熱の水が残っていない。このため、いざ太陽光発電装置３が発電して余剰電力が発生していても当初予測していた余剰沸き上げ容量Ｃｗの全量を沸き上げる前に貯湯タンク１０が沸き上げ目標温度Ｔｍの湯で満タンになるため、余剰電力があっても沸き上げが継続できない。
一方、本発明は、貯湯タンク容量を上限として夜間沸き上げ容量を定めると共に、夜間沸き上げ容量（最大でＣｔ）から余剰沸き上げ容量Ｃｗを減じた容量を夜間時間帯に沸き上げるようにしているため、夜間の沸き上げ完了時点で、貯湯タンク１０底部にＣｗの容量の未加熱の水が残っていることとなる。このため、太陽光発電装置３が発電して余剰電力が発生した時に、当初予測していた余剰電力を全量活用することができる。
なお、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能なものであり、例えば、ヒートポンプ式加熱手段１９に代えて電気ヒータ式加熱手段を用いてもよいものである。
また、余剰電力予測手段３２と余剰沸き上げ時間設定手段３３は、ＨＥＭＳ機器７内に設けた構成としたが、外部サーバ機器９内に設ける構成としたり、ＨＥＭＳ機器７と制御手段３１の通信内容を充実化することで、これらを制御手段３１内に設けた構成としてもよく、逆に制御手段３１内の構成をＨＥＭＳ機器７内に設けた構成としてもよい。
また、余剰沸き上げ制御手段４０は、予め算出していた余剰沸き上げ開始時刻ｔｄ１となると余剰沸き上げを開始する構成としていたが、これに限らず、太陽光発電装置３が所定の発電電力に達した時点から余剰沸き上げを開始する構成としてもよい。
１ 貯湯式給湯装置
３ 太陽光発電装置
６ 電気負荷機器
１０ 貯湯タンク
１１ 給水管
１９ ヒートポンプ式加熱手段（加熱手段）
２６ 加熱往き管（加熱循環回路）
２７ 加熱戻り管（加熱循環回路）
２８ 加熱循環ポンプ（加熱循環回路）
３１ 制御手段
３２ 余剰電力予測手段
３３ 余剰沸き上げ時間設定手段
３４ 使用湯量学習手段
３５ 必要熱量決定手段
３６ 夜間沸き上げ容量算出手段
３７ 余剰沸き上げ容量算出手段
３８ 補正夜間沸き上げ容量算出手段
３９ 夜間沸き上げ制御手段
４０ 余剰沸き上げ制御手段
４１ 昼間沸き増し容量算出手段
４２ 昼間沸き増し制御手段
３ 太陽光発電装置
６ 電気負荷機器
１０ 貯湯タンク
１１ 給水管
１９ ヒートポンプ式加熱手段（加熱手段）
２６ 加熱往き管（加熱循環回路）
２７ 加熱戻り管（加熱循環回路）
２８ 加熱循環ポンプ（加熱循環回路）
３１ 制御手段
３２ 余剰電力予測手段
３３ 余剰沸き上げ時間設定手段
３４ 使用湯量学習手段
３５ 必要熱量決定手段
３６ 夜間沸き上げ容量算出手段
３７ 余剰沸き上げ容量算出手段
３８ 補正夜間沸き上げ容量算出手段
３９ 夜間沸き上げ制御手段
４０ 余剰沸き上げ制御手段
４１ 昼間沸き増し容量算出手段
４２ 昼間沸き増し制御手段
Claims (2)
- 太陽光発電装置と、
貯湯タンクと加熱手段と加熱循環回路とを有した貯湯式給湯装置と、
を備えた太陽光発電装置連携貯湯式給湯システムにおいて、
前記太陽光発電装置の翌日の発電電力予測値から前記貯湯式給湯装置を除く電気負荷の翌日の消費電力予測値を減じて翌日の余剰電力予測値を算出する余剰電力予測手段と、
１日の湯の使用量を学習使用量として複数日分学習記憶する使用湯量学習手段と、
過去複数日分の前記学習使用量から翌日に必要な熱量を必要熱量として決定する必要熱量決定手段と、
前記必要熱量を別途決定された沸き上げ目標温度と給水温度との温度差で除して必要容量を算出し、前記必要容量と前記貯湯タンクの容量とを比較し、小さい方の容量を夜間沸き上げ容量とする夜間沸き上げ容量算出手段と、
前記余剰電力予測値に基づいて沸き上げに用いることができる余剰沸き上げ時間を設定する余剰沸き上げ時間設定手段と、
前記余剰沸き上げ時間で前記沸き上げ目標温度まで沸き上げられる余剰沸き上げ容量を算出する余剰沸き上げ容量算出手段と、
前記夜間沸き上げ容量から前記余剰沸き上げ容量を減じて補正夜間沸き上げ容量を算出する補正夜間沸き上げ容量算出手段と、
夜間に前記補正夜間沸き上げ容量を沸き上げる夜間沸き上げ制御手段と、
昼間の余剰電力で前記余剰沸き上げ容量を沸き上げる余剰沸き上げ制御手段と、
を備えたことを特徴とする太陽光発電装置連携貯湯式給湯システム。 - 前記必要容量が前記貯湯タンクの容量を超える場合に、前記必要容量から前記貯湯タンクの容量を減じて昼間沸き増し容量を算出する昼間沸き増し容量算出手段と、
前記余剰沸き上げ制御手段による余剰沸き上げが完了後に前記昼間沸き増し容量を沸き上げる昼間沸き増し制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装置連携貯湯式給湯システム。
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| JP2016119453A JP6706975B2 (ja) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 太陽光発電装置連携貯湯式給湯システム |
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