JP6221933B2

JP6221933B2 - Ｐｖ連携貯湯式給湯システム

Info

Publication number: JP6221933B2
Application number: JP2014103458A
Authority: JP
Inventors: 智赤木; 平岡　宗; 宗平岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2034-05-19
Also published as: JP2015218967A

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。

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。

特開２０１３−１４８２８７号公報

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。

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。

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。

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。

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。ＰＶ連携貯湯式給湯システムの制御系統を示す構成図である。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。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。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

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）。

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／ｍ^２、４００Ｗ／ｍ^２、０Ｗ／ｍ^２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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

温水を貯留する貯湯タンクと、
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。
前記第４の制御手段は、前記実際の太陽光発電量が前記太陽光発電量の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、前記昼間目標沸上げ温度を低下させる構成としてなる請求項１に記載のＰＶ連携貯湯式給湯システム。
前記第３の制御手段は、前記夜間沸上げ運転の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し、前記第４の制御手段は、前記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設定する構成としてなる請求項１または２に記載のＰＶ連携貯湯式給湯システム。
前記第３の制御手段は、前記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でも、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前記貯湯タンクに必要な湯量の貯湯が可能となるように、前記夜間沸上げ運転の目標沸上げ温度を設定する構成としてなる請求項１から３のうち何れか１項に記載のＰＶ連携貯湯式給湯システム。
前記第３の制御手段は、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前記翌日の昼間沸上げ運転が実行された場合でも、前記貯湯タンク内の湯温が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維持されるように、前記夜間沸上げ運転の目標沸上げ温度を設定する構成としてなる請求項１から４のうち何れか１項に記載のＰＶ連携貯湯式給湯システム。
前記第３の制御手段は、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前記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、前記貯湯タンク内の湯温が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維持されるように、前記夜間沸上げ運転の目標沸上げ温度を設定する構成としてなる請求項１から４のうち何れか１項に記載のＰＶ連携貯湯式給湯システム。