JP2871989B2 - 太陽電池を利用した空調給湯システム - Google Patents

太陽電池を利用した空調給湯システム

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JP2871989B2
JP2871989B2 JP5024552A JP2455293A JP2871989B2 JP 2871989 B2 JP2871989 B2 JP 2871989B2 JP 5024552 A JP5024552 A JP 5024552A JP 2455293 A JP2455293 A JP 2455293A JP 2871989 B2 JP2871989 B2 JP 2871989B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池から得られる
電力で作動する太陽電池を利用した空調給湯システムに
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、各部屋への冷暖房を行う空調シス
テムや、貯湯槽に蓄えられた温水を家庭内の各水回り空
間へ供給する給湯システムを設けた住宅が多く施工され
てきている。
【0003】ところで、前記空調及び給湯システムは、
通常、それぞれ商用電力により作動しており、一般家庭
における商用電力の消費量は増大する傾向にある。この
商用電力に代わるものとして、太陽エネルギーを有効に
利用し、エネルギー効率が高く、汎用性の高い電力に変
換できるものとして太陽電池が開発されてきている。
【0004】そして、近年の技術革新による太陽電池の
価格の低下と面積及び日射量当たりの起電力の増加に伴
い、太陽電池システムから得られる電力を空調システム
及び温水供給システムに利用する技術が実用化の段階に
入って来た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在開
発されている太陽電池を利用した空調及び給湯システム
は、以下に示す問題点があった。
【0006】第1に、真夏の昼間のように十分な日射量
がある時間帯には、太陽電池は相当量の電力を発生す
る。ところが、給湯及び空調システムへの電力供給とは
別に、バッテリーへの所定容量の充填が完了し、さらに
発生している起電力は、余剰エネルギーとして電力利用
が停止されている。すなわち、電力が発生している時間
帯での太陽電池の有効利用が図られていなかった。
【0007】第2に、温水供給システムに使用されてい
る貯湯槽は単一槽であり、この単一の貯湯槽で、槽内の
水が昇温されて高温水となり、かつその高温水が供給側
へ供給されるようになっている。そのため、槽内の温水
が所定温度まで容易に昇温しない場合には、供給側への
温水供給を一時的に中断しなければならない場合があ
り、効率的な温水供給システムが得られていなかった。
【0008】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、十分に日射量がある時間帯で発生する太陽電池
が発生する電力を余剰エネルギーとせずに有効利用する
とともに、日々の給湯動作を正常かつ効率的に行うこと
が可能な太陽電池を利用した空調給湯システムを提供す
ることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池を利用
した空調給湯システムは、太陽光の照射により電力が得
られる太陽電池ユニットと、太陽電池ユニットからの電
力供給により作動するヒートポンプ部と、ヒートポンプ
部の放熱器及び吸熱器を槽内に配設して内部の水を高温
水及び冷却水として蓄熱する2槽の蓄熱槽と、高温水若
しくは冷却水の循環により室内の暖冷房を行う空調機と
を有した空調ユニットと、槽内に所定量の供給水が溜め
られ、空調ユニットの高温水側の蓄熱槽から隔日サイク
ルで熱量を吸収する2槽以上設置された貯湯槽と、太陽
電池ユニットの制御、空調ユニットの制御及び隔日サイ
クルで複数の貯湯槽のいずれかに熱量供給する制御を関
連的に行う制御装置と、太陽電池から得た電力を交流変
換するインバーターとを具備している。
【0010】そして、制御装置には、予め翌日の空調ユ
ニット作動に必要な電力値を予測し、この必要な電力値
と当日に発生している太陽電池ユニットの電力値とを比
較するとともに、その比較結果に基づいて、太陽電池ユ
ニットが発生する余剰分の電力を前記インバータを介し
て電力会社に逆潮流させる逆潮流手段を備えている。
【0011】
【作用】本発明の太陽電池を利用した空調給湯システム
によれば、省エネルギー化が図られた空調給湯システム
が提供される。また、制御装置の逆潮流手段において、
予め翌日の空調ユニットの作動に必要な電力値が予測さ
れ、この必要な電力値と、当日に発生している太陽電池
ユニットの電力値とが比較される。そして、この比較結
果により太陽電池ユニットの電力値が大きい場合には、
電力会社が所望する時間帯(真夏の昼間時)に、太陽電
池ユニットの余剰分の電力をインバーターで交流変換し
て電力会社に逆潮流させることができる。
【0012】また、本システムは、隔日サイクルで2槽
以上の貯湯槽に高温水が貯湯されるので、水回り空間に
高温水を常時供給することができる。
【0013】
【実施例】本発明の太陽電池を利用した空調システムの
実施例について、図1から図4を参照して説明する。本
発明は、図1に示すように、太陽電池ユニット1と、室
内への冷暖房動作を行う空調ユニット2と、水回り空間
に高温水を供給する給湯ユニット3と、太陽電池ユニッ
ト1、空調ユニット2及び給湯ユニット3の関連的な制
御を行う制御装置4と、太陽電池ユニット1から得た起
電力を交流電流として変換するインバーター5とで概略
構成されている。
【0014】太陽電池ユニット1は、住宅屋根部に設置
された太陽電池パネル1aと、太陽電池で発生した起電
力が所定容量まで充電されるバッテリー1bと、太陽電
池パネル1a、バッテリー1b間に配設された供給先切
替スイッチ1cとで構成されている。
【0015】供給先切替スイッチ1cは、制御装置4か
ら送られてくる指示信号により、太陽電池パネル1aで
発生した起電力の流れ方向をバッテリー1b側、若しく
はインバーター5側へ切り替える装置である。なお、太
陽電池パネル1aと供給先切替スイッチ1cとの間に
は、逆流防止ダイオード(図示せず)が配設されてい
る。また、インバーター5は、供給先切替スイッチ1c
の切替動作により、太陽電池パネル1aで発生した起電
力が流れてくると、直流を交流に変換して電力供給Bへ
逆潮流する装置である。ここで、電力供給Bは、各家庭
に電力を供給する電力会社を示している。
【0016】バッテリー1bは、鉛蓄電池で構成され、
太陽電池パネル1aで発生した起電力が充電されるよう
になっており、その充電容量は太陽電池パネル1による
1日の電力供給分の2倍程度とされている。そして、ヒ
ートポンプ作動スイッチ6を介して、バッテリー1bは
空調ユニット2に電力を供給する。
【0017】空調ユニット2は、熱交換器7、8を有す
る装置本体9と、循環配管7a、8a、ポンプ15によ
り槽内の水が熱交換器7、8と熱交換される蓄熱槽1
0、11と、蓄熱槽10、11内の高温水若しくは冷却
水を配管19aと19b(高温水を循環させる場合)、
20a、20b(冷却水を循環させる場合)を介して室
内に設置された空調器12へ向けて循環させる循環制御
弁13、14とで概略構成されている。そして、アンモ
ニア等の熱媒体が装置本体9内部を循環することによ
り、熱交換器7(以下、放熱器7と言う。)の放熱作動
により蓄熱槽10(以下、放熱側蓄熱槽10という。)
内部の水が昇温していき、熱交換器8(以下、吸熱器8
と言う。)の吸熱作動により蓄熱槽11(以下、吸熱側
蓄熱槽11という。)内部の水が冷却していく。
【0018】そして、装置本体4から送られてくる制御
信号により循環制御弁13、14の開閉が制御され、ポ
ンプ15の作動することにより、放熱側蓄熱槽10の温
水若しくは吸熱側蓄熱槽11の冷却水が循環する。これ
により、空調装置12が暖房動作若しくは冷房動作とし
て作動する。
【0019】また、給湯ユニット3は、2槽の貯湯槽1
6、17と、貯湯槽16、17内部に配設された熱交換
器20、21と、熱交換器20、21と接続する配管2
2a、22b、23a、23bと、放熱側蓄熱槽10で
昇温された高温水を貯湯槽16若しくは貯湯槽17どち
らかの供給先に循環させる循環制御弁18とで構成され
ている。なお、貯湯槽16、17には、配管24a、2
4bから給水が行われるようになっている。
【0020】そして、循環制御弁18は、制御装置4か
ら送られてくる制御信号により開閉動作がなされ、それ
により放熱側蓄熱槽10から熱交換器20(若しくは熱
交換器21)に高温水が循環していき、貯湯槽16(若
しくは貯湯槽17)で熱交換工程(槽内の水が昇温して
いく工程。)がなされる。
【0021】ここで、制御装置4は、隔日サイクルで循
環制御弁18に切替制御信号を送っている。それによ
り、一日毎に、一方の貯湯槽16(若しくは貯湯槽1
7)で熱交換工程が行われ、かつ他方の貯湯槽17(若
しくは貯湯槽16)は前日に熱交換工程が終了して高温
水が貯湯されており、水回り空間K側に高温水を供給し
ている。したがって、隔日サイクルで貯湯槽16、17
に高温水が貯湯されるので、水回り空間に高温水を常時
供給することができ、安定化された給湯システムを提供
することができる。
【0022】一方、制御装置4は、電圧センサーなどで
構成されたバッテリー容量を検知する容量センサー35
と、フォトセンサーなどで構成された太陽電池パネル1
の近傍に設置されて日射量を検知する日射量検知センサ
ー36と接続しており、各センサーから得られた検知信
号が、リアルタイムで送り込まれるようになっている。
そして、制御装置4は、前記センサーから得られた情報
をもとにして、供給先切替スイッチ1c、ヒートポンプ
作動スイッチ6、循環制御弁13、14、18に動作信
号を送る制御手段30が備えられている(図2参照)。
【0023】ここで、制御装置4には、図2に示すよう
に、気温データ部(逆潮流手段)31と、翌日の必要電
力を予測する電力予測手段(逆潮流手段)32と、判断
手段(逆潮流手段)33が備えられている。
【0024】気温データ部31は、所定期間(例えば、
一年間)の温度変化(外気温度と室内温度の平均値)デ
ータが記憶されているもので、所定の期日を設定するこ
とにより、その期日の一日の温度変化予測データが読み
取られるようになっている。
【0025】また、電力予測手段32は、翌日の気温予
測を気温データ部31から読み取り、そのデータの一日
の温度変化を参考にし、図3に示すように、室内が所定
温度に保たれるように空調ユニット3の作動に必要な電
力値DEを算出する。
【0026】さらに、判断手段33は、容量センサー3
5からバッテリー1bの容量が十分であることを確認
し、かつ日射量検知センサー36から得た日射量データ
に基づいて、図4に示すように、当日に発生する太陽電
池パネル1aの電力値(SE1とSE2を加算した電力
値)を算出し、太陽電池パネル1aの電力値と、必要電
力値DEとを比較する。そして、比較結果により、太陽
電池パネル1aに余剰分の電力SE2が発生することが
判別した場合には、制御手段30に制御信号を送る。制
御手段30は、判断手段33からの制御信号に基づいて
供給先切替スイッチ1cに信号を送り、太陽電池パネル
1aからインバーター5に電力SE2が流れるように供
給先切替スイッチ1cを切り替える。そして、インバー
ター5で交流に変換された電力は、電力供給Bへ逆潮流
していく。ここで、電力会社(電力供給B)は真夏の昼
間時において電力不足状態なので、この時間帯(電力会
社の所望する時間帯)に逆潮流させることにより、電力
を高い値段で売ることができる。
【0027】また、比較結果により、太陽電池パネル1
aに余剰分の電力が無いことが判別した場合には、供給
先切替スイッチ1cに制御信号を送らず、供給先切替ス
イッチ1cの電力流れ方向をバッテリー1b側とする。
【0028】したがって、判断手段33により、予め翌
日の空調ユニット2(給湯ユニット3を含む)の作動に
必要な電力値が予測され、この必要な電力値より当日に
発生する太陽電池ユニット1の電力値が大きい場合に
は、その余剰分の電力をインバーター5で交流変換して
電力供給B(電力会社)側へ逆潮流することができるの
で、太陽電池ユニット1で発生した余剰エネルギーが十
分に利用されている。
【0029】以上、述べたことから容易に理解できるよ
うに、制御装置4は、制御手段30で太陽電池ユニット
1、空調ユニット2及び給湯ユニット3の動作制御を行
うとともに、電力予測手段32において、気温データ部
31を読み取って予め翌日の空調ユニット2(給湯ユニ
ット3を含む)の作動に必要な電力値を予測し、判断手
段33において、必要な電力値と比較して当日に発生す
る太陽電池ユニット1の電力値が大きい場合には、その
余剰分の電力をインバーター5で交流変換して電力供給
B(電力会社)側へ逆潮流させることができるので、十
分に日射量がある時間帯で発生している太陽電池ユニッ
ト1の電力を余剰エネルギーとせずに太陽電池の有効利
用を図ることができる。
【0030】また、本システムは、隔日サイクルで貯湯
槽16、17に高温水が貯湯されるので、水回り空間に
高温水を常時供給することができ、安定化された給湯シ
ステムを提供することができる。
【0031】なお、本実施例においては、2槽の貯湯槽
16、17を設置して説明したが、さらに多くの貯湯槽
を設置しても同様の作用効果を得ることができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の太陽電池
を利用した空調給湯システムは、省エネルギー化が図ら
れた空調給湯システムを提供することができるととも
に、制御装置には、予め翌日の空調ユニット作動に必要
な電力値を予測し、この必要な電力値と当日に発生して
いる太陽電池ユニットの電力値とを比較するとともに、
その比較結果に基づいて、太陽電池ユニットが発生する
余剰分の電力を前記インバータを介して電力会社に逆潮
流させる逆潮流手段が備えられているため、太陽電池ユ
ニットの電力値が大きい場合には、電力会社が所望する
時間帯に、太陽電池ユニットの余剰分の電力をインバー
ターで交流変換して電力会社に逆潮流させることができ
る。したがって、十分に日射量がある時間帯で発生する
太陽電池ユニットの電力を余剰エネルギーとすることが
なく、太陽電池システムの有効利用を図ることができ
る。
【0033】また、本システムは、隔日サイクルで2槽
以上の貯湯槽に高温水が貯湯されるため、水回り空間に
高温水を常時供給することができ、安定化された給湯シ
ステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の太陽電池を利用した空調給湯システム
の構成を示した図である。
【図2】本発明の制御装置を示すブロック図である。
【図3】翌日において空調システムが作動するために必
要な電力を時刻に対応して示した図である。
【図4】当日に太陽電池システムが発生した電力を時刻
に対応して示した図である。
【符号の説明】
1 太陽電池ユニット 2 空調ユニット 3 給湯ユニット 4 制御装置 5 インバーター 7 熱交換器(放熱器) 8 熱交換器(吸熱器) 10 蓄熱槽(放熱器側) 11 蓄熱槽(吸熱器側) 13、14、18 循環制御弁 16、17 貯湯槽 30 制御手段 31 気温データ部(逆潮流手段) 32 電力予測手段(逆潮流手段) 33 判断手段(逆潮流手段) 35 容量センサー 36 日射量検知センサー

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽光の照射により電力が得られる太陽
    電池ユニットと、 太陽電池ユニットからの電力供給により作動するヒート
    ポンプ部と、該ヒートポンプ部の放熱器及び吸熱器を槽
    内に配設して内部の水を高温水及び冷却水として蓄熱す
    る2槽の蓄熱槽と、前記高温水若しくは冷却水の循環に
    より室内の暖冷房を行う空調機とを有した空調ユニット
    と、 槽内に所定量の供給水が溜められ、空調ユニットの高温
    水側の蓄熱槽から隔日サイクルで熱量を吸収する2槽以
    上設置された貯湯槽と、 太陽電池ユニットの制御、空調ユニットの制御及び隔日
    サイクルで複数の貯湯槽のいずれかに熱量供給する制御
    を関連的に行う制御装置と、 太陽電池から得た電力を交流変換するインバーターとを
    具備してなり、 しかも、制御装置に、予め翌日の空調ユニット作動に必
    要な電力値を予測し、この必要な電力値と当日に発生し
    ている太陽電池ユニットの電力値とを比較するととも
    に、その比較結果に基づいて、太陽電池ユニットが発生
    する余剰分の電力を前記インバータを介して電力会社に
    逆潮流させる逆潮流手段を備えたことを特徴とする太陽
    電池システムを利用した空調給湯システム。
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CN107367088A (zh) * 2017-06-22 2017-11-21 湖南省德沃普储能有限公司 一种基于储能系统及水汽能热泵的冷热电三联供系统
CN107196334A (zh) * 2017-06-22 2017-09-22 湖南省德沃普储能有限公司 一种并网型冷热电三联供系统及控制方法

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