JP5899441B2 - Power control device - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池等の再生可能エネルギーから得られる直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に用いられ、この直流電力の一部を熱エネルギーとして蓄える電力制御装置に関するものである。 The present invention relates to a power control device that is used in a power converter that converts DC power obtained from renewable energy such as solar cells into AC power, and stores a part of the DC power as thermal energy.
従来の電力変換装置は、例えば太陽電池の発電電力を交流電力に変換した後屋内の配電線に重畳し、発電電力はこの屋内の配線を介して夫々の負荷Lで消費されるものであった。 A conventional power conversion device, for example, converts the generated power of a solar cell into AC power and then superimposes it on an indoor distribution line, and the generated power is consumed by each load L via the indoor wiring. .
しかし、太陽電池など日射量の影響を受け発電電力が安定しないエネルギーを用いている場合は供給される電力と消費する電力量との間に余剰電力が発生することがある。この余剰電力は商用の電力系統Gへ逆潮流せることも可能ではあるが、この逆潮流が行えない場合は負荷Lで消費されることがなく無駄になってしまう欠点があった。 However, when using energy such as a solar battery in which generated power is not stable due to the influence of solar radiation, surplus power may be generated between the supplied power and the consumed power. Although this surplus power can be reversely flowed to the commercial power system G, there is a disadvantage that if this reverse power flow cannot be performed, it is not consumed by the load L and is wasted.
逆潮流が行えない場合としては、商用の電力系統Gが接続されていない場合、商用の系統が停電中の場合、電力変換装置が商用の系統と連動しない自立運転を行っている場合、商用の系統への逆潮流が制限されている場合などがある。 When the reverse power flow cannot be performed, when the commercial power system G is not connected, when the commercial system is out of power, when the power conversion device is performing independent operation not linked to the commercial system, There are cases where reverse power flow to the system is restricted.
太陽電池で発電された電力または余剰電力を無駄なく利用するために、この発電電力を全て貯湯タンクの加熱に用いるものが特許文献1に記載されていた。この場合、貯湯タンク内のお湯が沸きあがるまでは電力を消費できるが、この貯湯タンク内のお湯は給湯として利用されるのみであった。
また、ペルチェ素子を用いて庫内の収容物を温蔵保存または冷蔵保存するものが引用文献2に記載されていた。この場合も太陽電池で発電された電力は蓄冷または蓄熱として保存されることになるが庫内の温蔵または冷蔵が行えるのみであった。
Further,
特許文献1又は特許文献2に記載のものでは太陽電池で発電された電力をお湯または冷熱に変換して保存することにより太陽電池の発電電力の瞬時的な変動を吸収しているものであった。しかし、電力をお湯または冷熱に変換する際の変換効率を考慮すると電力を直接消費する場合に比べ電力損失が生じているものであった。
本発明は、太陽電池などの再生可能エネルギーの変換損失を抑制しながら余剰電力が生じた際に、蓄電池などの別途付加設備を設けることなく容易に電力保存を可能にした装置を構成するものである。In the thing of
The present invention constitutes an apparatus that can easily store power without providing additional equipment such as a storage battery when surplus power is generated while suppressing conversion loss of renewable energy such as a solar battery. is there.
本発明は、太陽電池等の再生可能エネルギーから得られる直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の直流電力と接続可能に構成されたDC/DCコンバータを備え、DC/DCコンバータにはペルチェ素子が配線接続されこのペルチェ素子の吸熱面を冷凍庫の冷気を循環させるダクト内に望ませ、当該ペルチェ素子の放熱面は水熱交換器を介して貯湯タンク内の湯と熱交換を成すように構成すると共に、再生可能エネルギーから得られる直流電力の一部をDC/DCコンバータを介してペルチェ素子へ供給し、また少なくとも冷凍庫内の冷熱もしくは貯湯タンク内の温熱のいずれか一方を用いて当該ペルチェ素子から得られる直流電力をDC/DCコンバータを介して電力変換器へ供給する構成を有するものであり、太陽電池等で発電された電力の一部を冷/温熱に変換して利用しまた電力に変換して利用することができるものである。 The present invention includes a DC / DC converter configured to be connectable to DC power of a power conversion device that converts DC power obtained from renewable energy such as a solar cell into AC power, and the DC / DC converter includes a Peltier element. Is connected to the Peltier element in the duct that circulates the cool air of the freezer, and the heat dissipation surface of the Peltier element is configured to exchange heat with the hot water in the hot water storage tank via the water heat exchanger. In addition, a part of the DC power obtained from the renewable energy is supplied to the Peltier element via the DC / DC converter, and at least one of the cold heat in the freezer and the hot heat in the hot water storage tank is used to provide the Peltier element. The DC power obtained from the above is supplied to the power converter via the DC / DC converter, and is generated by a solar cell or the like. It was a part of the power utilized by converting the cold / heat also those which can be used to convert the power.
本発明によれば、太陽電池等の再生可能エネルギーかられ得られる電力の一部を冷/温熱に変換して蓄冷/蓄熱が行えるものである。 According to the present invention, a part of electric power obtained from renewable energy such as a solar cell is converted into cold / hot heat to perform cold storage / heat storage.
また本発明は、ペルチェ素子の放熱面と貯湯タンク内とを循環する循環回路中に放熱器を設け、該放熱器でペルチェ素子の放熱を行うように構成するものであり、貯湯タンク内への温熱の保存量を制御することができるものである。 Further, the present invention provides a radiator in a circulation circuit that circulates between the heat dissipation surface of the Peltier element and the hot water storage tank, and is configured to dissipate the Peltier element with the heat radiator. It can control the storage amount of warm heat.
また本発明は、電力変換装置とDC/DCコンバータとを単一の筐体内に収納、もしくは一体に構成することにより、冷蔵庫および給湯器に容易に接続が行えるように成るものである。 Further, according to the present invention, the power conversion device and the DC / DC converter can be easily connected to the refrigerator and the water heater by being housed in a single casing or integrally formed.
本発明の電力制御装置では、太陽電池等から得られる再生可能エネルギーは電力変換装置により直流電力から交流電力に変換された後、屋内配線を介して利用される共に、一部の電力は冷/温熱に変換されて保存・利用され、または電力に再変換されて負荷Lで直接消費されるものである。 In the power control apparatus of the present invention, the renewable energy obtained from the solar cell or the like is converted from DC power to AC power by the power converter and then used through the indoor wiring, and part of the power is cooled / It is converted into warm heat for storage and use, or reconverted into electric power and consumed directly by the load L.
図1は本発明の一実施例を示す説明図であり、1は太陽電池モジュールであり複数の太陽電池セルから構成されている。また太陽電池モジュール1に限ることなく、風力発電・波力発電による電力等の再生可能エネルギーを用いた電力を用いることができる。2は電力変換装置であり、太陽電池モジュール1から供給される直流電力を電力系統Gの交流電力と同じ周波数でありかつ同期した交流電力に変換した後屋内の電流ブレーカー3に供給するものである。電力変換装置2から供給される交流電力はこの電流ブレーカー3および屋内配線を介して負荷Lに供給されるものである。
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention.
電力変換装置2は太陽電池モジュール1で発電される電力が最大になるように動作し、その電力を超えることなく電流ブレーカー3へ交流電力を供給するものである。電流ブレーカー3につながる負荷Lで消費される電力が太陽電池モジュール1で発電される電力を下回るときは、売電メータを設置しその余剰電力を電力系統Gへ逆潮流させることが可能であるが、この売電の際の売電価格が低い時は屋内で自己消費した方が有利であるので、本実施例では売電機能がない状態で説明を行う。また、停電、電力系統Gへの接続が遮断されている状態でも同様の状態となる。
The
尚、このような余剰電力が生じている時は、電力変換装置2は太陽電池モジュール1の最適動作点をずらして余剰電力分の発電を太陽電池モジュール1が行わないように制御するものであり太陽電池モジュール1の発電効率が抑制されていることになる。本発明はこの余剰電力分をペルチェ素子へ供給して太陽電池モジュール1を最適動作点で発電させるものである。
When such surplus power is generated, the
4はDC/DCコンバータであり、太陽電池モジュール1と電力変換装置2とをつなぐ直流電力用の配線に接続されて前記余剰電力を流すものである。この余剰電力の大きさは太陽電池モジュール1の出力電圧と出力電流との積から求まる発電電力に対して、電力系統Gへ逆潮流状態が生じ始める際の負荷Lで消費される電力又は負荷Lへ供給される電流が増加しなくなった状態の電力を供給するように入力側の太陽電池モジュール1の発電電力を超えない範囲で昇圧比を制御した後、DC/DCコンバータ4の昇圧比を太陽電池モジュール1の発電電力が最適動作点に至るように制御し、太陽電池モジュール1で発電される電力と負荷Lに供給される電力との差分をDC/DCコンバータ4を通過させるように設定するものである。尚、この一連の制御は電力変換装置2の制御部が行うものであり、このDC/DCコンバータ4は電力変換装置2の筐体内に内蔵されていてもよく、また外部に一体に構成されかつ設けられても良いものである。
Reference numeral 4 denotes a DC / DC converter, which is connected to a direct current power line connecting the
このDC/DCコンバータ4は直流電圧を双方向に昇圧するコンバータであり、太陽電池モジュール1で発電された電力の負荷Lに対する余剰分に相当する一部の電力をペルチェ素子5へ供給するかもしくは、ペルチェ素子5から得られる電力を太陽電池モジュール1と電力変換装置2とをつなぐ直流電力用の配線へ供給するものである。尚、ペルチェ素子5へ印加する電圧を調整する必要がある際はDC/DCコンバータ4とペルチェ素子5との間にさらに定電圧回路等を設けてもよい。ペルチェ素子5へ供給される一部の電力は、このような余剰電力に相当する電力量に限らず、一定の電力量や太陽電池モジュール1の発電電力に対する一定比率の電力量であっても良いものである。
The DC / DC converter 4 is a converter that boosts the DC voltage bidirectionally, and supplies a part of the power corresponding to the surplus with respect to the load L of the power generated by the
DC/DCコンバータ4を流れる電流を検出しこの電流に基づく電力が設定の値になるように昇圧比を制御すれば、一定の電力がペルチェ素子5へ供給されることになる。この電力はペルチェ素子5の定格出力又は太陽電池モジュール1の発電電力からの所定の割合に応じて設定すればよい。
If the current flowing through the DC / DC converter 4 is detected and the step-up ratio is controlled so that the power based on this current becomes a set value, a constant power is supplied to the Peltier
ペルチェ素子5は通電されることにより一方が吸熱面(冷却面)として作用し、他方が放熱面(加熱面)として作用する。冷却面5aは冷蔵庫6の冷凍室Fへ冷気を供給するダクト内に面して設けられ、加熱面5bは水熱交換器7につながって設けられている。
When energized, one of the Peltier
冷蔵庫6は冷蔵室R、野菜室V、冷凍室Fの3温度帯からなる汎用型の冷蔵庫であり、冷蔵室R・野菜室V用の蒸発器E1と冷凍室F用の蒸発器E2とを備える冷凍サイクルを備えるものであり、矢印8は送風機(図示せず)で循環される冷蔵室R・野菜室V用の冷気の流れを示し、矢印9は送風機(図示せず)で循環される冷凍室Fの冷気の流れを示している。冷凍室Fへ供給される冷気の流れるダクト内にペルチェ素子5の冷却面が設けられており、このダクト内の冷気を冷やすことができる。またはペルチェ素子5を通電していないときは、このペルチェ素子5が冷気で冷やされるものである。
The refrigerator 6 is a general-purpose refrigerator composed of three temperature zones of a refrigerator compartment R, a vegetable compartment V, and a freezer compartment F. An evaporator E1 for the refrigerator compartment R / vegetable compartment V and an evaporator E2 for the freezer compartment F are provided. The arrow 8 indicates the flow of cold air for the refrigerator compartment R / vegetable room V circulated by a blower (not shown), and the arrow 9 is circulated by a blower (not shown). The flow of the cold air of the freezer compartment F is shown. The cooling surface of the Peltier
蒸発器E2は冷凍室内の温度がマイナス20度となるように設計されているのに対して、ペルチェ素子5の冷却面5aの温度は蒸発器の温度より低く例えばマイナス40度まで低下させることができる。冷凍室F内に収納される食品等は冷凍室F内の温度が低ければ低い程良く、また冷熱量をより多く蓄冷できるものである。尚、ペルチェ素子5の冷却面5aの温度はこのマイナス20度以下であり蒸発器E2で冷却された空気の温度より低くければ蓄冷の効果がより得られるものである。
The evaporator E2 is designed so that the temperature in the freezer compartment is minus 20 degrees, whereas the temperature of the
ペルチェ素子5の加熱面5bに設けられた水熱交換器7内の水は加熱されたのち送風機(図示せず)を備える放熱器11を介して貯湯タンク10の上部に供給され同貯湯タンク10の下部から再度水熱交換器へ回る循環回路が構成されている。ポンプ12は水熱交換器7で加熱された温水を貯湯タンク10の上部へ供給するものであり、ポンプ13は逆に貯湯タンクの上部のお湯を熱交換器側へ循環さえるものである。
The water in the
ペルチェ素子5へ通電が行われているときは冷却面5aで冷却された冷気が冷凍室内の温度を通常の冷蔵庫の運転による温度以下に冷やし、ペルチェ素子5の加熱面5bで加熱された温水は貯湯タンク10に供給されることになる。貯湯タンク10に供給される温水の温度はポンプ12の循環量を変えることによって制御され、例えば、沸騰する前の90度前後となるように制御される。貯湯タンク10の下部から出力される貯湯タンク10内の温水の温度がこの設定温度を超えた場合は、貯湯タンク10内への蓄熱ができなくなるため放熱器11に取り付けられている送風機を運転し大気中への放熱を行う。この放熱はペルチェ素子5の放熱面5bから得られる熱量に相当するように行わるものである。さらに冷凍室F内の温度がマイナス40度以下となった際にはさらにペルチェ素子5のへの通電を停止し蓄冷・蓄熱を終了する。
When the
貯湯の動作は、例えば冷媒にCO2(二酸化炭素)を超臨界で作動さる冷凍サイクルを用いていれば90度程度のお湯を直接沸かすことができる。ペルチェ素子5による加熱は補助的に行うものであり冷凍サイクルの運転に要する電力を節電できる。また電気ヒータを熱源とする場合や、フロン系の冷媒を用いる冷凍サイクルを用いた際には貯湯タンク10内のお湯の温度が65度程度に設定さることがあり、この場合はペルチェ素子5で加熱されるお湯の温度はこの65度程度の温度に設定する。
As for the operation of the hot water storage, for example, if a refrigeration cycle that operates CO2 (carbon dioxide) in a supercritical state is used as a refrigerant, hot water of about 90 degrees can be directly boiled. Heating by the
このようにペルチェ素子5へ電力を供給する際は吸熱と放熱とを同時に行うことができ変換時の損失を抑制できるものである。また、DC/DCコンバータを直流電力線に電力を供給する側へ作動させると同時に冷気の循環とポンプ13による温水の循環とを行えばペルチェ素子5内の熱移動によって生じる発電電力を昇圧して供給することができる。この場合は吸熱面と放熱面との温度差が大きいほど発電電力が大きくなるが、冷凍室F内の保存品の劣化を考慮すると冷凍室F内の温度がマイナス20度程度に上昇るまでペルチェ素子5による発電を継続させることができる。尚、緊急時など保存品の劣化を考慮しなければさらに発電を行うことができるものである。
Thus, when supplying electric power to the
図1において、14は熱源機であり、冷凍サイクルが収納され、この冷凍サイクルで加熱されたお湯が貯湯タンク10の上部から供給される。15は市水供給口であり貯湯タンク10内のお湯が上部の給湯口16から供給される毎に注水されるものである。
In FIG. 1,
このように太陽電池モジュール1で発電された電力の一部を用いて冷凍室Fの温度低下と貯湯タンク10の温水供給とを同時に行い、例えば余剰電力を蓄冷/蓄熱することができ、これらの蓄冷/蓄熱はそのまま利用することができる。もしくは電力に変換して利用することも可能になるものである。
Thus, using a part of the electric power generated by the
図3はDC/DCコンバータの一例を示す回路図である。この図において、端子A、Bは太陽電池モジュール1と電力変換装置2とをつなぐ直流電力用の配線に接続され、端子C、Dはペルチェ素子5に接続されるものである。リレー接片R1、R2が閉じている時(リレー接片R3、R4は開いている)はリアクタ20、スイッチング素子21、ダイオード22、コンデンサ23が昇圧回路を構成し端子A、B間の電圧を所定の電圧に昇圧した後端子C、Dからペルチェ素子5へ印加するものである。この昇圧回路はスイッチング素子21のON/OFFを所定の周期をもって1周期内のONデューティを制御する汎用タイプの回路を用いることができるので詳細な動作説明は省略する。ペルチェ素子5へ供給する電流の値を測定(電流検出器は図示せず)し供給する直流電力が設定値に成るように昇圧比を制御すればペルチェ素子5の吸熱量/放熱量を制御することができる。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a DC / DC converter. In this figure, terminals A and B are connected to a DC power line connecting the
リレー接片R3、R4が閉じている時(リレー接片R1、R2は開いている)はリアクタ24、スイッチング素子25、ダイオード26、コンデンサ27が昇圧回路を構成し端子C、D間の電圧を所定の電圧に昇圧した後端子A、Bから直流電力用の配線へ印加するものである。このペルチェ素子5から出力される電流値を測定(電流検出器は図示せず)し配線へ供給する直流電力が設定値に成るように昇圧比を制御すればペルチェ素子5の発電量を制御することができる。尚、この昇圧回路の動作は前記昇圧回路と同じであるため説明は省略する。
When the relay contacts R3 and R4 are closed (the relay contacts R1 and R2 are open), the
太陽電池などの再生可能エネルギーを効率よく利用する装置などに適用できるものである。 The present invention can be applied to devices that efficiently use renewable energy such as solar cells.
1 太陽電池モジュール
2 電力変換装置
3 屋内ブレーカー
4 DC/DCコンバータ
5 ペルチェ素子
5a 冷却面
5b 加熱面
7 水熱交換器
8 冷蔵用の冷気の循環方向
9 冷凍用の冷気の循環方向
10 貯湯タンク
11 放熱器
12 ポンプ
13 ポンプ
14 熱源機
15 市水供給口
16 給湯口
20 リアクタ
21 スッチング素子
22 ダイオード
23 コンデンサ
24 リアクタ
25 スッチング素子
26 ダイオード
27 コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記DC/DCコンバータにはペルチェ素子が配線接続されこのペルチェ素子の吸熱面を冷凍庫の冷気を循環させるダクト内に望ませ、当該ペルチェ素子の放熱面は水熱交換器を介して貯湯タンク内の湯と熱交換を成すように構成すると共に、前記再生可能エネルギーから得られる直流電力の一部を前記DC/DCコンバータを介して前記ペルチェ素子へ供給し、また少なくとも冷凍庫内の冷熱もしくは貯湯タンク内の温熱のいずれか一方を用いて当該ペルチェ素子から得られる直流電力を前記DC/DCコンバータを介して前記電力変換器へ供給する構成を有することを特徴とする電力制御装置。A DC / DC converter configured to be connectable to the DC power of the power conversion device that converts DC power obtained from renewable energy such as a solar cell into AC power;
A peltier element is connected to the DC / DC converter by wiring, and a heat absorption surface of the peltier element is desired in a duct for circulating cold air in a freezer, and a heat radiation surface of the peltier element is provided in a hot water storage tank via a water heat exchanger. It is configured to exchange heat with hot water, and a part of direct current power obtained from the renewable energy is supplied to the Peltier element via the DC / DC converter, and at least in the cold or hot water storage tank in the freezer A power control apparatus having a configuration in which direct current power obtained from the Peltier element is supplied to the power converter via the DC / DC converter using any one of the above-mentioned heats.
The power control apparatus according to claim 2, wherein the power conversion apparatus and the DC / DC converter are housed in a single casing or configured integrally.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2012/057688 WO2013145069A1 (en) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Power control device |
Publications (2)
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