JP6423609B2 - 太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システム及び建物 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システム、及びこのシステムを備えた建物に関するものである。

従来から、太陽光発電集熱複合パネル（所謂ハイブリッド式太陽エネルギー利用パネル）を用いたエネルギー利用システムに関する技術は多く提案されている。

このような従来の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムでは、太陽光発電集熱複合パネルにおける太陽光発電装置の部分から得られる電気エネルギーと、太陽熱集熱装置の部分から得られる熱エネルギーとの両方を用いることがなされる（例えば、特許文献１等を参照）。

具体的には、太陽光発電集熱複合パネルにおける太陽光発電装置の部分から得られた電気エネルギーは、自家発電のエネルギーとして建物内で利用したり、電力会社への売電エネルギーとして利用したりすることなどがなされていた。

また、太陽熱集熱装置から得られる熱エネルギーは、給湯に利用し、戻りの熱が奪われた水は、発電効率を上げるために、太陽光発電装置の部分の冷却に利用したりすることなどがなされていた。

特開２０１３−１８５７２４号公報

しかしながら、このような従来の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムでは、夏場などの気温が高いときは、太陽熱集熱装置から得られる熱エネルギーは充分に大きいので、そのまま給湯に利用することができる。しかし、冬場などの気温が低いときは、太陽熱集熱装置から得られる熱エネルギーはかなり小さいので、そのまま給湯に利用することはできず、あえて利用するには、ガスボイラーや電熱器で不足分の熱を足して用いなければならず、太陽光発電装置の部分の冷却だけに利用されることが多かった。そのため、実際には、年間を通して効率的に利用可能な創出エネルギーの総量は、太陽光発電装置のみから成る太陽光発電パネルに比してさほど多いとは言えず、広く普及せずに、現在に至っている。

そこで、本発明は、年間を通して効率的に利用可能な創出エネルギーの総量が多い太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システム、及びこのシステムを備えた建物を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムは、建物に備えた太陽光発電装置と太陽熱集熱装置とから成る太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムであって、前記太陽熱集熱装置は、内部に熱媒が循環する配管で、前記建物の屋内又は屋外に設置された蓄熱手段と接続されており、前記蓄熱手段は、内部に熱媒が循環する配管で、ヒートポンプ式機器のヒートポンプ装置とも接続され、前記蓄熱手段には、給水源と給湯器とが接続され、前記蓄熱手段と前記給水源及び前記給湯器との間には、開閉弁がそれぞれ設けられ、前記蓄熱手段内には温度センサーが設けられ、前記温度センサーの検知温度が所定の温度より高い場合、制御手段により、前記開閉弁を開状態とし、前記蓄熱手段の水が前記給湯器および前記ヒートポンプ装置に使用され、前記温度センサーの検知温度が所定の温度より低い場合、前記制御手段により、前記開閉弁を閉状態とし、前記蓄熱手段の水が前記ヒートポンプ装置に使用されることを特徴とする。

ここで、前記蓄熱手段は、給水源と給湯器とが接続された貯湯タンクであり、前記ヒートポンプ式機器は前記建物内を空調するヒートポンプ式空調装置であるとよい。

また、前記貯湯タンクと前記給水源及び前記給湯器との間には、開閉弁がそれぞれ設けられており、制御手段により、給水量と給湯量との制御がなされるとよい。

さらに、前記貯湯タンク内には温度センサーが設けられており、前記制御手段により、内部の水が設定温度以上のときは前記開閉弁をいずれも開状態とし、内部の水が前記設定温度未満のときは、前記開閉弁をいずれも閉状態とする制御がなされるとよい。

また、前記蓄熱手段は、蓄熱体であり、前記蓄熱体には、一端に接続された給水源から給水される水が循環する配管が通って、該配管の他端が給湯器に接続されており、前記ヒートポンプ式機器は前記建物内を空調するヒートポンプ式空調装置であってもよい。

本発明の建物は、上記した本発明の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムを備えていることを特徴とする。

このような本発明の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムは、建物に備えた太陽光発電装置と太陽熱集熱装置とから成る太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムである。

そして、太陽熱集熱装置は、内部に熱媒が循環する配管で、建物の屋内又は屋外に設置された蓄熱手段と接続されており、蓄熱手段は、内部に熱媒が循環する配管で、ヒートポンプ式機器のヒートポンプ装置とも接続された構成とされている。

上記した構成なので、太陽熱集熱装置と蓄熱手段との間の熱媒の循環により、太陽光発電装置を冷却して発電効率を高めることができるのは勿論、蓄熱手段を熱源としてヒートポンプ式機器を稼働させることができ、年間を通して効率的に利用可能な創出エネルギーの総量が多いものとすることができる。

ここで、蓄熱手段は、給水源と給湯器とが接続された貯湯タンクであり、ヒートポンプ式機器は建物内を空調するヒートポンプ式空調装置である場合は、夏場などの気温が高いときは、貯湯タンクで加熱された温水を給湯器で用いることができ、冬場などの気温が低いときは、貯湯タンクを熱源として、ヒートポンプ式空調装置により、建物内を暖房することができる。

また、貯湯タンクと給水源及び給湯器との間には、開閉弁がそれぞれ設けられており、制御手段により、給水量と給湯量との制御がなされる場合は、制御手段により、貯湯タンク内の貯湯量の管理を行うことができる。

さらに、貯湯タンク内には温度センサーが設けられており、制御手段により、内部の水が設定温度以上のときは開閉弁をいずれも開状態とし、内部の水が設定温度未満のときは、開閉弁をいずれも閉状態とする制御がなされる場合は、貯湯タンク内の温水が設定温度に満たないときは、給湯器へ供給しないようにすることができる。

また、蓄熱手段は、蓄熱体であり、蓄熱体には、一端に接続された給水源から給水される水が循環する配管が通って、配管の他端が給湯器に接続されており、ヒートポンプ式機器は建物内を空調するヒートポンプ式空調装置である場合は、夏場などの気温が高いときは、蓄熱体を熱源として加熱された温水を給湯器で用いることができ、冬場などの気温が低いときは、蓄熱体を熱源として、ヒートポンプ式空調装置により、建物内を暖房することができる。

このような本発明の建物は、上記した本発明の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムを備えた構成とされている。

上記した構成なので、上記した本発明の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムの効果を奏する建物とすることができる。

実施例１の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムを備えた建物の概略構成を示す説明図である。 実施例１の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムの制御装置の概略構成を示すブロック図である。 実施例２の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムを備えた建物の概略構成を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に示す実施例１，２に基づいて説明する。

先ず、実施例１の構成について説明する。

図１は、実施例１の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムを備えた建物１の概略構成を示している。

この建物１は、断熱基礎として構築された基礎底盤コンクリート１ｂと、その側縁に立設された基礎側壁コンクリート１ｃと、さらにその上に立設された外壁部１ｄと、その外壁部１ｄの上端開口を塞ぐ天井部１ｅとから主に構成されている。

そして、この天井部１ｅと外壁部１ｄとに囲まれる屋内空間は、床部１ａによって床下空間４と居室などに用いられる床上空間５とが区切られた構成となっている。

また、基礎側壁コンクリート１ｃの床下空間４側には、グラスウールなどの断熱材１０が取り付けられており、床下空間４内の熱が屋外に極力漏れない断熱構造となっている。

そして、建物１の屋外には、蓄熱手段としての内部に温度センサー３ａが設けられた貯湯タンク３が設置されている。

ここで、貯湯タンク３は、給水源１２と開閉弁１２ａを介して配管１３で接続されている。

また、貯湯タンク３は、給湯器１４と開閉弁１４ａを介して配管１５で接続されている。

また、建物１の屋上には、太陽光発電装置６１と太陽熱集熱装置６２とから成る太陽光発電集熱複合パネル６が設置されており、太陽熱集熱装置６２は、内部を熱媒としての水が循環する配管８で貯湯タンク３と接続されている。

さらに、建物１の屋外には、大気及び貯湯タンク３の一方又は両方を熱源とすることが可能なヒートポンプ装置２が設けられており、内部を熱媒としての水が循環する配管９で貯湯タンク３と接続されている。

また、床上空間５内には、ヒートポンプ式機器であるヒートポンプ式空調装置７が設置されており、内部を熱媒としてのフロン代替物が循環する配管１１でヒートポンプ装置２と接続されている。

次に、実施例１の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムの制御について説明する。

図２は、実施例１の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムの制御装置Ｓの概略構成を示している。

この実施例１の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムの制御装置Ｓは、制御手段としての制御部Ｓ１と、制御条件を記憶した記憶部Ｋ１と、貯湯タンク３内に設けられた温度センサー３ａと、給水源１２側の開閉弁１２ａと、給湯器１４側の開閉弁１４ａとから主に構成される。

この制御装置Ｓの制御部Ｓ１は、貯湯タンク３内の温度センサー３ａが記憶部Ｋ１に記憶された設定温度（例えば４０℃）以上を検出したときは、給水源１２側の開閉弁１２ａ及び給湯器１４側の開閉弁１４ａをいずれも開状態とし、設定温度（例えば４０℃）未満を検出したときは、給水源１２側の開閉弁１２ａ及び給湯器１４側の開閉弁１４ａをいずれも閉状態とする制御を行う。

これにより、貯湯タンク３から給湯器１４へは、風呂の湯や洗い場の湯などに適した温度以上に達した湯だけが供給される。

なお、制御装置Ｓの制御部Ｓ１は、図示は省略したが、ヒートポンプ装置２とも有線又は無線で接続されており、ヒートポンプ式空調装置７で特に暖房を行うに際し、大気及び貯湯タンク３の一方と両方のいずれを熱源とするのが有利であるかを判断し、有利と判断した方の制御を行う。

また、制御装置Ｓの制御部Ｓ１は、太陽光発電装置６１に接続された図示省略のパワーコンディショナーとも、有線又は無線で接続されており、太陽光発電装置６１で発電された電気エネルギーを、自家発電の電気エネルギーとして建物内で利用した方が有利か、電力会社への売電エネルギーとして利用した方が有利かを判断し、有利と判断した方の制御を行う。

さらに、制御装置Ｓの制御部Ｓ１は、配管８の途中に設けられた図示省略のポンプとも有線又は無線で接続されており、太陽熱集熱装置６２による太陽光発電装置６１の冷却に適した配管８内の熱媒としての水の循環速度も制御することが可能である。

次に、実施例１の作用効果について説明する。

このような実施例１の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムは、建物１に備えた太陽光発電装置６１と太陽熱集熱装置６２とから成る太陽光発電集熱複合パネル６を用いたエネルギー利用システムである。

そして、太陽熱集熱装置６２は、内部に熱媒としての水が循環する配管８で、建物１の屋外に設置された蓄熱手段としての貯湯タンク３と接続されており、貯湯タンク３は、内部に熱媒としての水が循環する配管９で、ヒートポンプ式機器であるヒートポンプ式空調装置７のヒートポンプ装置２とも接続された構成とされている。

上記した構成なので、太陽熱集熱装置６２と蓄熱手段としての貯湯タンク３との間の熱媒としての水の循環により、太陽光発電装置６１を冷却して発電効率を高めることができるのは勿論、蓄熱手段としての貯湯タンク３を熱源としてヒートポンプ式機器であるヒートポンプ式空調装置７を稼働させることができ、年間を通して効率的に利用可能な創出エネルギーの総量が多いものとすることができる。

ここで、蓄熱手段としての貯湯タンク３は、給水源１２と給湯器１４とが接続された貯湯タンクであり、ヒートポンプ式機器であるヒートポンプ式空調装置７は建物１内を空調するヒートポンプ式空調装置である。

このため、夏場などの気温が高いときは、貯湯タンク３で加熱された温水を給湯器１４で用いることができ、冬場などの気温が低いときは、貯湯タンク３を熱源として、ヒートポンプ式空調装置７により、建物１内を暖房することができる。

また、貯湯タンク３と給水源１２及び給湯器１４との間には、開閉弁１２ａ，１４ａがそれぞれ設けられており、制御手段としての制御部Ｓ１により、給水量と給湯量との制御がなされる。

このため、制御手段としての制御部Ｓ１により、貯湯タンク３内の貯湯量の管理を行うことができる。

さらに、貯湯タンク３内には温度センサー３ａが設けられており、制御手段としての制御部Ｓ１により、内部の水が設定温度以上のときは開閉弁１２ａ，１４ａをいずれも開状態とし、内部の水が設定温度未満のときは、開閉弁１２ａ，１４ａをいずれも閉状態とする制御がなされる。

このため、貯湯タンク３内の温水が設定温度に満たないときは、給湯器１４へ供給しないようにすることができる。

このような実施例１の建物１は、上記した実施例１の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムを備えた構成とされている。

上記した構成なので、上記した実施例１の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムの作用効果を奏する建物とすることができる。

次に、実施例２について説明する。

なお、実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

図９は、実施例２の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムを備えた建物１の概略構成を示している。

この実施例２の建物１では、蓄熱手段として、貯湯タンク３の代わりに、タンク内に潜熱蓄熱材が充填された蓄熱体３０が設置されており、この蓄熱体３０内に、一端に接続された給水源１２から給水される水が循環する配管１６が通って、この他端が給湯器１４に接続されていることが実施例１の建物１と主に異なる。

このため、蓄熱体３０を熱源として加熱された温水を給湯器１４で用いるので、給湯器１４側の開閉弁１２ａだけを設ければよく、制御装置Ｓをより簡易な構成とすることができる。

なお、他の構成及び作用効果については、実施例１と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明を実施するための形態を実施例１，２に基づいて詳述してきたが、具体的な構成は、これら実施例１，２に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、上記した実施例１，２では、建物１を、説明が簡単なように、単純な構造としたが、勿論、これに限定されず、より複雑な構造として実施してもよい。

また、上記した実施例１，２では、配管８，９の内部の熱媒を水とし、配管１１の内部の熱媒をフロン代替物として実施したが、これに限定されず、他の熱媒を用いて実施してもよい。

さらに、上記した実施例１，２では、蓄熱手段としての貯湯タンク３や蓄熱体３０を、建物１の屋外に設置して実施したが、これに限定されず、床下空間４や床上空間５などの屋内に設置して実施してもよい。

また、上記した実施例１，２では、ヒートポンプ式機器として、ヒートポンプ式空調装置７を用いて実施したが、これに限定されず、他のヒートポンプ式機器を用いて実施してもよい。

さらに、上記した実施例２では、蓄熱体３０を構成する蓄熱材を潜熱蓄熱材として実施したが、これに限定されず、顕熱蓄熱材を用いて実施してもよい。

１ 建物
１ａ 床部
１ｂ 基礎底盤コンクリート
１ｃ 基礎側壁コンクリート
１ｄ 外壁部
１ｅ 天井部
２ ヒートポンプ装置
３ 貯湯タンク（蓄熱手段）
３０ 蓄熱体（蓄熱手段）
３ａ 温度センサー
４ 床下空間
５ 床上空間
６ 太陽光発電集熱複合パネル
６１ 太陽光発電装置
６２ 太陽熱集熱装置
７ ヒートポンプ式空調装置（ヒートポンプ式機器）
８ 配管
９ 配管
１０ 断熱材
１１ 配管
１２ 給水源
１２ａ 開閉弁
１３ 配管
１４ 給湯器
１４ａ 開閉弁
１５ 配管
１６ 配管
Ｓ 制御装置
Ｓ１ 制御部（制御手段）
Ｋ１ 記憶部

Claims (4)

1. 建物に備えた太陽光発電装置と太陽熱集熱装置とから成る太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムであって、
   前記太陽熱集熱装置は、内部に熱媒が循環する配管で、前記建物の屋内又は屋外に設置された蓄熱手段と接続されており、
   前記蓄熱手段は、内部に熱媒が循環する配管で、ヒートポンプ式機器のヒートポンプ装置とも接続され、
   前記蓄熱手段は、貯湯タンクであり、
   前記貯湯タンクには、給水源と給湯器とが接続され、
   前記貯湯タンクと前記給水源及び前記給湯器との間には、開閉弁がそれぞれ設けられ、
   前記貯湯タンク内には温度センサーが設けられ、
   前記温度センサーの検知温度が所定の温度より高い場合、制御手段により、前記開閉弁を開状態とし、前記貯湯タンクの水が前記給湯器および前記ヒートポンプ装置に使用され、前記温度センサーの検知温度が所定の温度より低い場合、前記制御手段により、前記開閉弁を閉状態とし、前記貯湯タンクの水が前記ヒートポンプ装置に使用される
   ことを特徴とする太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システム。
2. 建物に備えた太陽光発電装置と太陽熱集熱装置とから成る太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムであって、
   前記太陽熱集熱装置は、内部に熱媒が循環する配管で、前記建物の屋内又は屋外に設置された蓄熱手段と接続されており、
   前記蓄熱手段は、内部に熱媒が循環する配管で、ヒートポンプ式機器のヒートポンプ装置とも接続され、
   前記蓄熱手段は、蓄熱体であり、
   前記蓄熱体には、一端に接続された給水源から給水される水が循環する配管が通って、該配管の他端が給湯器に接続されており、
   前記給水源と前記給湯器との間には、開閉弁が設けられ、
   前記蓄熱体内には温度センサーが設けられ、
   前記温度センサーの検知温度が所定の温度より高い場合、制御手段により、前記開閉弁を開状態とし、前記蓄熱体の熱が前記給湯器および前記ヒートポンプ装置に使用され、前記温度センサーの検知温度が所定の温度より低い場合、前記制御手段により、前記開閉弁を閉状態とし、前記蓄熱体の熱が前記ヒートポンプ装置に使用される
   ことを特徴とする太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システム。
3. 前記ヒートポンプ式機器は前記建物内を空調するヒートポンプ式空調装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽光発電集熱複合パネルを用いたエネルギー利用システムを備えていることを特徴とする建物。