WO2010143581A1 - 系統連系システム - Google Patents

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雅也 本間
品川　幹夫
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パナソニック電工株式会社
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a grid interconnection system that supplies power from a solar cell to various electric devices, and supplies power from a commercial power system to the electric device when the generated power of the solar cell is insufficient.
  • This type of grid interconnection system is rapidly spreading in ordinary homes with the recent spread of solar cells.
  • the generated power of the solar cell exceeds the power consumption, and the surplus in the power generated by the solar cell (hereinafter referred to as surplus power) May occur.
  • the grid interconnection system can sell surplus power back to the commercial power system and sell it to an electric power company (see Japanese Patent Publication No. 2003-189477).
  • the surplus power can be stored in the storage battery as described in Japanese Patent Publication No. 2003-189477. Conceivable.
  • the present invention has been made in view of the above reasons, and an object thereof is to provide a grid interconnection system capable of effectively utilizing surplus power of a solar cell by a method other than power selling while suppressing an increase in introduction cost as much as possible. To do.
  • the grid interconnection system of the present invention is a grid interconnection system that supplies power from a solar cell to an electrical device, and supplies power from a commercial power system to the electrical device when the generated power of the solar cell is insufficient.
  • a hot water storage device that has a hot water storage tank and a heating unit and supplies hot water using hot water in the hot water storage tank, and a power distribution control device that controls a power supply state to the heating unit, and the hot water supply device is provided in the hot water storage tank.
  • An electric circuit that stores hot water, heats hot water stored in the hot water storage tank by the heating unit, and the power distribution control device switches an electric circuit formed between the heating unit, the solar cell, and the commercial power system.
  • Judgment to determine the electric circuit of the electric circuit switching unit based on the presence or absence of surplus power obtained by subtracting the electric power consumed by the electric equipment other than the hot water supply device from the electric power generated by the switching unit and the solar cell
  • the determination unit connects the commercial power system to the heating unit, and when the surplus power exists, the solar cell is connected to the heating unit, and the surplus power Is used for driving the heating unit, and the surplus power is stored as thermal energy in the hot water storage tank.
  • the surplus power of the solar cell can be effectively used by a method other than the power sale while suppressing the increase in the introduction cost of the system as much as possible.
  • the determination unit determines from the solar battery to the commercial power. It is desirable to form a path for reverse power flow to the electric power system in the electric circuit switching unit.
  • the grid interconnection system includes a power storage unit that stores electric power, wherein the determination unit has an amount of hot water at a predetermined temperature or higher in the hot water storage tank reaching a specified value, and there is the surplus power of the solar cell. In this case, it is more desirable to cause the electric path switching unit to form a charging path from the solar cell to the power storage unit.
  • the heating unit is a heat pump system.
  • FIG. 1 is a schematic system configuration diagram showing a grid interconnection system according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a flowchart which shows operation
  • 6 is a schematic block diagram illustrating a main part of a second embodiment.
  • FIG. It is a flowchart which shows operation
  • a distributed power supply 10 mainly composed of a solar cell 11 and a commercial power system 20 are grid-connected, and a load circuit 30 including a plurality of electric devices is provided. Supply power.
  • the grid interconnection system introduced in a general detached house will be described as a model.
  • the grid interconnection system according to the present embodiment can be introduced not only to this but also to an apartment house or a facility. is there.
  • the distributed power source 10 includes a power conditioner 13 connected to the solar cell 11 via a connection box 12 that performs current collection, and direct current power generated by the solar cell 11 is transmitted by an inverter circuit in the power conditioner 13. Convert to AC power and output.
  • a distribution board 40 to which the load circuit 30 is connected is installed in the house, and the distributed power source (power conditioner) 10 is connected to the distribution board 40. As a result, the output of the solar cell 11 is converted into an AC voltage having substantially the same voltage and frequency as the commercial power system 20 and supplied to the load circuit 30 via the distribution board 40.
  • the distribution board 40 is also connected to the commercial power system 20 via a power distribution control device 50 to be described later, and when the power consumed by the load circuit 30 cannot be covered only by the power generated by the solar battery 11.
  • the power supply from the commercial power system 20 to the load circuit 30 is enabled.
  • a protection device that disconnects (opens) the disconnection relay inserted between the commercial power system 20 and the distributed power supply 10 while stopping the operation of the power conditioner 13 when the isolated operation of the distributed power supply 10 is detected. (Not shown) is provided in the grid interconnection system.
  • a hot water storage type hot water supply device 60 that has a hot water storage tank 61 for storing hot water and that supplies hot water using hot water in the hot water storage tank 61 is provided separately from the load circuit 30.
  • the hot water supply device 60 is installed outside the house, and heats hot water stored in the hot water storage tank 61 by a heat pump type heating unit 62.
  • the hot water storage tank 61 has a water supply port for supplying low temperature water to the inside connected to a water supply or the like, and connected to a hot water supply pipe for discharging hot water to discharge hot water. Has an outlet at the top. Hot water in the hot water storage tank 61 is conveyed from the bottom of the hot water storage tank 61 to the heat exchanger in the heating unit 62 through the outgoing pipe, and is returned to the hot water storage tank 61 from the upper part of the hot water storage tank 61 through the return pipe.
  • the heating unit 62 collects heat in the atmosphere in a natural refrigerant (for example, CO 2 ), compresses the natural refrigerant with a compressor to a high temperature, and then transfers the heat of the natural refrigerant to hot water with a heat exchanger. Heat the hot water with.
  • a natural refrigerant for example, CO 2
  • the hot water storage tank 61 has a heat insulating structure.
  • the hot water storage tank 61 is always filled with hot water, the water supply port is provided at the bottom of the hot water storage tank 61, and the hot water heated by the heating unit 62 is returned from the upper part of the hot water storage tank 61.
  • the temperature of the hot water in 61 becomes higher as it goes upward.
  • a plurality of temperature sensors 63 arranged in the vertical direction are provided in the hot water storage tank 61. Therefore, it is possible to detect the amount of hot water in the hot water storage tank 61 by detecting the position of the hot water in the hot water storage tank 61 from the upper side to the predetermined temperature (for example, 90 ° C.) based on the output of the temperature sensor 63. .
  • the hot water supply device 60 determines that the boiling is complete, cuts off the power supply to the compressor of the heating unit 62, and stops the operation of the heating unit 62. .
  • the amount of hot water in the hot water storage tank 61 means the amount of hot water in the hot water storage tank 61 that is not lower than a predetermined temperature.
  • a power distribution control device 50 that controls the power supply state to the heating unit 62 is provided, and the connection destination of the heating unit 62 is determined by the power distribution control device 50. It is switched between the solar cell 11 and the commercial power system 20. Thereby, the driving power of the compressor of the heating unit 62 is supplied from the solar cell 11 or the commercial power system 20.
  • the power distribution control device 50 includes an electric circuit switching unit 51 including a first switch SW1, a second switch SW2, and a third switch SW3.
  • the first switch SW1 is inserted between the distribution board 40 and the heating unit 62 (between A and C in FIG. 1), and the second switch SW2 is connected between the commercial power system 20 and the heating unit 62 (between B and C).
  • the third switch SW3 is inserted between the distribution board 40 and the commercial power system 20 (between AB).
  • the power distribution control device 50 determines whether the electric circuit switching unit 51 determines whether or not surplus power is generated in the power generated by the solar battery 11 and whether or not the amount of hot water in the hot water storage tank 61 has reached a specified value. It has the judgment part 52 which determines the electric circuit to form.
  • Each switch SW1 to SW3 includes a relay or the like.
  • the determination unit 52 detects, for example, a voltage difference between the distributed power supply 10 side and the commercial power system 20 side, and determines whether there is surplus power in the solar cell 11 based on the voltage difference. In addition, the determination unit 52 receives the detection result of the temperature sensor 63 of the hot water storage tank 61 and determines that the boiling is completed if the amount of hot water in the hot water storage tank 61 has reached a specified value. Judge that it is not completed.
  • the prescribed amount of hot water is a value that can be arbitrarily set by the user by a controller (not shown) of the hot water supply device 60.
  • the determination unit 52 has a function of controlling on / off of each of the switches SW1 to SW3 of the electric circuit switching unit 51.
  • the on / off state of each of the switches SW1 to SW3 is the presence / absence of surplus power and whether or not the boiling has been completed. Based on the determination result, it is determined as shown in FIG.
  • the determination unit 52 determines that there is no surplus power (S1: No) and determines that the boiling-up is not completed (S3: No)
  • the first switch SW1 is turned off, and the remaining switches SW2, SW3 is turned on to form an electric circuit that connects B—C and A—B in FIG. 1 (S7).
  • the heating unit 62 is connected to the commercial power system 20 and is driven by the power supplied from the commercial power system 20.
  • the power supply path from the commercial power system 20 to the load circuit 30 is formed by the third switch SW3 between the distribution board 40 and the commercial power system 20, the power shortage of the solar battery 11 is Covered with power from the commercial power system 20.
  • the judgment part 52 judges that there is surplus electric power (S1: Yes), and when it is judged that it is in a boiling completion state (S2: Yes), turns off 2nd switch SW2, turns on remaining switch SW1, SW3 is turned on to form an electric circuit that connects AC and AB in FIG. 1 (S4). That is, since the path for reverse power flow from the solar cell 11 to the commercial power system 20 is formed by the third switch SW3 between the distribution board 40 and the commercial power system 20, the surplus power of the solar cell 11 However, a reverse power flow is possible in the commercial power system 20. At this time, although the heating unit 62 is connected to the solar cell 11, as described above, the hot water supply device 60 stops the operation of the heating unit 62 if it is in the boiling-up completed state, so that the boiling up more than necessary is prevented.
  • S1: Yes the path for reverse power flow from the solar cell 11 to the commercial power system 20 is formed by the third switch SW3 between the distribution board 40 and the commercial power system 20, the surplus power of the solar cell 11 However, a reverse
  • the determination unit 52 determines that there is no surplus power (S1: No), and determines that the boiling-up is complete (S3: Yes)
  • the first switch SW1 is turned off, and the remaining switches SW2, SW3 is turned on to form an electric circuit connecting B—C and A—B in FIG. 1 (S6). That is, since the power supply path from the commercial power system 20 to the load circuit 30 is formed between the distribution board 40 and the commercial power system 20 by the third switch SW3, the power shortage of the solar battery 11 is Covered with power from the commercial power system 20.
  • the hot water supply device 60 stops the operation of the heating unit 62 if it is in a boiling-up completed state, so that the boiling up more than necessary is prevented. Is done.
  • the power generated by the solar cell 11 is supplied to the load circuit 30 in principle, and when surplus power is generated, the surplus power is used to drive the heating unit 62 of the hot water supply device 60. Used. Therefore, surplus electrical energy (surplus power) generated in the solar cell 11 is stored as hot energy in the hot water in the hot water storage tank 61.
  • surplus electrical energy (surplus power) generated in the solar cell 11 is stored as hot energy in the hot water in the hot water storage tank 61.
  • electric energy and heat energy are indispensable energy
  • the hot water supply device 60 is an indispensable device installed regardless of the purpose of effective use of surplus power. Therefore, compared with the case where a storage battery is added to the grid interconnection system, the increase in the introduction cost of the grid interconnection system can be reduced.
  • the driving power of the compressor of the heating unit 62 is not required regardless of the presence or absence of surplus power of the solar cell 11 in the boiling completion state, when surplus power is generated in the solar cell 11, the surplus power is generated. Will not be consumed by the heating unit 62 but will be left as a surplus. Therefore, in the present embodiment, such surplus power surplus is effectively utilized by a method of selling power by flowing back to the commercial power system 20 in the state of step S4.
  • the surplus power of the solar cell 11 is used preferentially for driving the heating unit 62, and is only sold exceptionally only when surplus power is generated. For this reason, it is difficult for a situation where a large number of consumers are backflowed at the same time, and the influence of the power generated by the solar cell 11 on the commercial power system 20 can be reduced.
  • the surplus power of the solar cell 11 is used for heating the hot water in the hot water storage tank 61 so that the surplus power (electric energy) of the solar cell 11 is converted into heat energy and stored. Therefore, the thermal energy can be effectively used by supplying hot water in the hot water storage tank 61 to the house. Thereby, surplus electric power can be effectively utilized even if it does not sell electricity similarly to the case where accumulating surplus electric power in a storage battery etc. with electric energy.
  • the hot water stored in the hot water storage tank 61 can be heated by supplying power from the commercial power system 20 to the heating unit 62. The situation where the amount of hot water in the hot water storage tank 61 is insufficient can be avoided.
  • the horizontal axis represents the nominal capacity (kWh) of the storage battery used in the grid interconnection system
  • the vertical axis represents the CO 2 reduction rate (%)
  • the simulation results when surplus power is used to drive the heating unit 62 are shown.
  • the solid line and the simulation result when not in use are indicated by a two-point difference line. All simulation results are on condition that power is not sold.
  • the hot water supply apparatus 60 which has the heating part 62 of a heat pump system as the hot water supply apparatus 60 like this embodiment
  • driving the heating part 62 with the surplus electric power of the solar cell 11 is a surface of the operating efficiency of the hot water supply apparatus 60.
  • surplus power of the solar cell 11 is normally generated during the daytime when the amount of power generated by the solar cell 11 is increased, so that the heating unit 62 driven by the surplus power often operates in the daytime.
  • the heat pump type heating unit 62 can operate with higher efficiency as the outside air temperature is higher, by operating the heating unit 62 during the daytime when the outside air temperature is high, the air temperature is low during nighttime and the like.
  • the operating efficiency of the hot water supply device 60 is improved as compared with the case where the heating unit 62 is operated.
  • the first to third individual switches SW1 to SW3 are provided in the electric circuit switching unit 51.
  • the electric circuit switching unit 51 includes A and B in FIG. , C may be used as long as the circuit is switched.
  • the switches SW1 and SW2 may be realized by a single changeover switch.
  • the grid interconnection system of the present embodiment stores a storage battery (power storage unit) 54 that stores power instead of selling surplus generated in surplus power of the solar battery 11 when it is in a boiling-up complete state. Is different from the grid interconnection system of the first embodiment.
  • the surplus power is transferred to the commercial power system 20 as described in the first embodiment. It can be used effectively by the method of selling power that flows backward.
  • power sale to the power company is not always permitted.
  • the commercial power system 20 is interrupted or the power company refuses reverse power flow for some reason, power sale to the power company is not permitted.
  • the surplus power surplus cannot be effectively used by the method of selling power. Therefore, in this embodiment, when surplus power is generated in the surplus power of the solar cell 11 despite the fact that power selling is not permitted, the surplus power is effectively used by storing it in the storage battery 54.
  • the determination unit 52 is provided with a function of determining whether or not to sell power by detecting an abnormality such as a power failure in the commercial power system 20, for example.
  • the electric circuit switching unit 51 includes a fourth switch SW4 inserted between the distribution board 40 and the storage battery 54 (between A and D in FIG. 4). The on / off state of the switch SW4 is determined by the determination unit 52 as follows. To be determined.
  • the process of FIG. 5 is adopted instead of the process of step S4 in the flowchart of FIG.
  • the determination unit 52 determines that there is surplus power and is in the boiling completion state and power sale is permitted (S41: Yes)
  • the first and third switches SW1 and SW3 are turned on.
  • the remaining switches SW2 and SW4 are turned off (S42).
  • the electric circuit switching unit 51 forms an electric circuit that connects between AC and AB in FIG. That is, since the path for reverse power flow from the solar cell 11 to the commercial power system 20 is formed by the third switch SW3 between the distribution board 40 and the commercial power system 20, the surplus power of the solar cell 11 Can reversely flow into the commercial power system 20.
  • the determination unit 52 determines that there is surplus power and is in the boiling completion state, and when power selling is not permitted (S41: No)
  • the first and fourth switches SW1 and SW4 are turned on.
  • the remaining switches SW2 and SW3 are turned off (S43).
  • the electric circuit switching unit 51 forms an electric circuit that connects AC and AD in FIG. That is, since the charging path from the solar cell 11 to the storage battery 54 is formed between the distribution board 40 and the storage battery 54 by the fourth switch SW4, the storage battery 54 can be charged with surplus power of the solar battery 11. (S44).
  • the surplus power can be effectively used by storing it in the storage battery 54 as electric energy. Even in this case, the surplus power of the solar cell 11 is used preferentially for driving the heating unit 62, and is only stored exceptionally only when surplus power is generated and power selling is impossible. Absent. Therefore, the storage battery 54 may be a storage battery having a relatively small capacity, and an increase in the introduction cost of the grid interconnection system due to the use of the storage battery 54 can be suppressed to a low level.

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Abstract

　配電制御装置５０は、太陽電池１１－加熱部６２間に挿入された第１開閉器ＳＷ１および商用電力系統２０－加熱部６２間に挿入された第２開閉器ＳＷ２を具備した電路切替部５１と、太陽電池１１の生成した電力に余剰電力があるか否かに基づいて電路切替部５１の電路を決定する判断部５２とを有する。判断部５２は、余剰電力なしの場合に第２開閉器ＳＷ２をオンし、余剰電力ありの場合には第１開閉器ＳＷ１をオンする。これにより、太陽電池１１で余剰電力が生じた場合には当該余剰電力は給湯装置６０の加熱部６２の駆動に利用される。そのため、太陽電池１１の余剰電力は、貯湯タンク６１内の湯水に熱エネルギとして蓄えられる。これにより、導入コストの増加を極力小さく抑えながらも、売電以外の方法で太陽電池の余剰電力を有効に利用できる。

Description

系統連系システム
　本発明は、太陽電池から種々の電気機器への電力供給を行い、太陽電池の生成電力が不足する場合には商用電力系統から電気機器へ電力供給を行う系統連系システムに関する。
　この種の系統連系システムは、近年の太陽電池の普及に伴って一般住宅等においても急速に普及している。一般的な系統連系システムでは、太陽電池で十分に電力が生成される昼間などにおいて、太陽電池の発電電力が消費電力を上回り太陽電池で生成される電力に余剰分（以下、余剰電力という）が生じることがある。この場合、系統連系システムは、余剰電力を商用電力系統に逆潮流させて電力会社に売電することができる（日本国特許公開公報２００３－１８９４７７号参照）。
　ところで、多数の需要家から一斉に逆潮流（売電）が行われるようになると、太陽電池で生成される電力が商用電力系統に与える影響が大きくなり、ノイズの混入などの問題を生じる可能性がある。そこで、売電以外の方法で、太陽電池の余剰電力を有効に利用するための方法として、日本国特許公開公報２００３－１８９４７７号にも記載されているように余剰電力を蓄電池に蓄電することが考えられる。
　しかし、各需要家に蓄電池を設置するとなると、蓄電池の分だけ系統連系システムの導入コストが大幅に増加することとなり、系統連系システムを導入する需要家の負担増大につながるという問題がある。
　本発明は上記事由に鑑みてなされており、導入コストの増加を極力小さく抑えながらも、売電以外の方法で太陽電池の余剰電力を有効に利用できる系統連系システムを提供することを目的とする。
　本発明の系統連系システムは、太陽電池から電気機器へ電力供給を行い、前記太陽電池の生成電力が不足する場合には商用電力系統から前記電気機器へ電力供給を行う系統連系システムであって、貯湯タンクおよび加熱部を有し前記貯湯タンク内の湯水により給湯を行う給湯装置と、前記加熱部への給電状態を制御する配電制御装置とを備え、前記給湯装置が、前記貯湯タンクに湯水を貯め、前記加熱部にて前記貯湯タンク内に貯められる湯水を加熱し、前記配電制御装置が、前記加熱部と前記太陽電池と前記商用電力系統との間に形成される電路を切り替える電路切替部と、前記太陽電池が生成する電力から前記給湯装置以外の前記電気機器で消費される電力を差し引いた余剰電力の有無に基づいて前記電路切替部の電路を決定する判断部とを具備し、前記判断部が、前記余剰電力なしの場合、前記商用電力系統を前記加熱部に接続し、前記余剰電力ありの場合、前記太陽電池を前記加熱部に接続し、前記余剰電力を前記加熱部の駆動に用いることにより当該余剰電力を前記貯湯タンク内に熱エネルギとして貯蓄することを特徴とする。
　この発明によれば、システムの導入コストの増加分を極力小さく抑えながらも、売電以外の方法で太陽電池の余剰電力を有効利用できるという利点がある。
　この系統連系システムにおいて、前記判断部が、前記貯湯タンク内における所定温度以上の湯の量が規定値に達しており、且つ前記太陽電池の前記余剰電力がある場合、前記太陽電池から前記商用電力系統への逆潮流用の経路を前記電路切替部に形成させることが望ましい。
　この系統連系システムにおいて、電力を蓄える蓄電部を備え、前記判断部が、前記貯湯タンク内における所定温度以上の湯の量が規定値に達しており、且つ前記太陽電池の前記余剰電力がある場合、前記太陽電池から前記蓄電部への充電経路を前記電路切替部に形成させることがより望ましい。
　この系統連系システムにおいて、前記加熱部がヒートポンプ方式であることがより望ましい。
実施形態１に係る系統連系システムを示す概略システム構成図である。 同上の配電制御装置の動作を示すフローチャートである。 同上のシミュレーション結果を示す説明図である。 実施形態２の要部を示す概略ブロック図である。 同上の配電制御装置の動作を示すフローチャートである。
　（実施形態１）
　本実施形態の系統連系システムは、図１に示すように太陽電池１１を主構成とする分散電源１０と商用電力系統２０とを系統連系運転させ、複数の電気機器を含む負荷回路３０に電力供給する。ここでは、一般的な戸建住宅に導入されている系統連系システムをモデルとして説明するが、これに限らず集合住宅や施設等に本実施形態の系統連系システムを導入することも可能である。
　分散電源１０は、集電を担う接続箱１２を介して太陽電池１１に接続されるパワーコンディショナ１３を有し、太陽電池１１で生成される直流電力をパワーコンディショナ１３内のインバータ回路にて交流電力に変換して出力する。宅内には負荷回路３０が接続される分電盤４０が設置されており、分散電源（パワーコンディショナ）１０は分電盤４０に対して接続される。これにより、太陽電池１１の出力は、商用電力系統２０と電圧および周波数が略等しい交流電圧に変換されて、分電盤４０を介して負荷回路３０に供給される。
　分電盤４０は、後述する配電制御装置５０を介して商用電力系統２０にも接続されており、負荷回路３０で消費される電力を太陽電池１１が生成する電力のみで賄えない場合には、商用電力系統２０から負荷回路３０への電力供給を可能とする。なお、このような系統連系システムにおいては、商用電力系統２０の停電時には、分散電源１０の単独運転を確実に防止する必要がある。そこで、分散電源１０の単独運転の検出時にパワーコンディショナ１３の動作を停止させるとともに、商用電力系統２０と分散電源１０との間に挿入された解列リレーを解列（開放）させる保護装置（図示せず）が系統連系システムに設けられている。
　ところで、本実施形態においては、負荷回路３０と別に、湯水を貯める貯湯タンク６１を有し貯湯タンク６１内の湯水によって給湯を行う貯湯式の給湯装置６０が設けられている。給湯装置６０は、宅外に設置されており、ヒートポンプ方式の加熱部６２によって貯湯タンク６１内に貯められる湯水を加熱する。
　具体的には、貯湯タンク６１は、水道等に接続され低温の水を内部に供給するための給水口を底部に有し、給湯用の給湯管に接続され高温の湯を吐出するための吐出口を上部に有する。貯湯タンク６１内の湯水は、貯湯タンク６１の底部から往管を通して加熱部６２内の熱交換器に搬送され、復管を通して貯湯タンク６１の上部から貯湯タンク６１内に戻される。加熱部６２は、大気中の熱を自然冷媒（たとえばＣＯ２）に集め、当該自然冷媒をコンプレッサにて圧縮して高温にした後、自然冷媒の熱を熱交換器にて湯水に伝達することで湯水を加熱する。貯湯タンク６１内の湯水の熱を逃しにくい構造とするため、貯湯タンク６１には断熱構造が採用されている。
　上記構成により、貯湯タンク６１内は常に湯水で充満され、給水口を貯湯タンク６１の底部に設けるとともに加熱部６２で加熱された湯水を貯湯タンク６１の上部から戻すようにしたことで、貯湯タンク６１内の湯水は上方ほど温度が高い状態となる。ここで、貯湯タンク６１内には上下方向に複数配置された温度センサ６３が設けられている。そのため、温度センサ６３の出力により、貯湯タンク６１内で上方からどの位置まで湯水が所定温度（たとえば９０℃）の湯となっているかを検出し、貯湯タンク６１内の湯量を判断することができる。給湯装置６０は、貯湯タンク６１内の湯量が規定値に達していれば沸上完了状態にあると判断し、加熱部６２のコンプレッサへの電力供給を遮断して加熱部６２の運転を停止する。なお、貯湯タンク６１内の湯量とは、貯湯タンク６１内の湯水のうち所定温度以上の湯の量を意味する。
　ここにおいて、分電盤４０と商用電力系統２０との間には加熱部６２への給電状態を制御する配電制御装置５０が設けられており、当該配電制御装置５０によって加熱部６２の接続先が太陽電池１１・商用電力系統２０間で切り替えられる。これにより、加熱部６２のコンプレッサの駆動電力は、太陽電池１１あるいは商用電力系統２０から供給されることになる。
　配電制御装置５０は、第１開閉器ＳＷ１と、第２開閉器ＳＷ２と、第３開閉器ＳＷ３とを具備する電路切替部５１を有している。第１開閉器ＳＷ１は、分電盤４０－加熱部６２間（図１のＡ－Ｃ間）に挿入され、第２開閉器ＳＷ２は商用電力系統２０－加熱部６２間（同Ｂ－Ｃ間）に挿入され、第３開閉器ＳＷ３は分電盤４０－商用電力系統２０間（同Ａ－Ｂ間）に挿入されている。また、配電制御装置５０は、太陽電池１１の生成した電力に余剰電力が生じているか否か、並びに貯湯タンク６１内の湯量が規定値に達しているか否かに基づいて、電路切替部５１の形成する電路を決定する判断部５２を有している。なお、各開閉器ＳＷ１～ＳＷ３はリレー等からなる。
　判断部５２は、たとえば分散電源１０側と商用電力系統２０側との電圧差を検出し、当該電圧差に基づいて太陽電池１１の余剰電力の有無を判断する。また、判断部５２は、貯湯タンク６１の温度センサ６３の検出結果を受け、貯湯タンク６１内の湯量が規定値に達していれば沸上完了状態にあると判断し、達していなければ沸上完了状態にないと判断する。ここで、湯量の規定値は、給湯装置６０のコントローラ（図示せず）によってユーザが任意に設定できる値である。
　判断部５２は、電路切替部５１の各開閉器ＳＷ１～ＳＷ３を各別にオンオフ制御する機能を有しており、各開閉器ＳＷ１～ＳＷ３のオンオフ状態は余剰電力の有無、沸上完了状態か否かの判断結果に基づいて図２に示すように決定される。
　すなわち、判断部５２は、余剰電力ありと判断し（Ｓ１：Ｙｅｓ）、且つ沸上完了状態にないと判断した場合（Ｓ２：Ｎｏ）、第１開閉器ＳＷ１のみをオンとして図１中Ａ－Ｃ間を接続する電路を形成させ、残りの開閉器ＳＷ２，ＳＷ３をオフとする（Ｓ５）。これにより、加熱部６２は商用電力系統２０から切り離され、太陽電池１１の余剰電力によって駆動される。
　一方、判断部５２は、余剰電力なしと判断し（Ｓ１：Ｎｏ）、且つ沸上完了状態にないと判断した場合（Ｓ３：Ｎｏ）、第１開閉器ＳＷ１をオフ、残りの開閉器ＳＷ２，ＳＷ３をオンにして図１中Ｂ－Ｃ間およびＡ－Ｂ間を接続する電路を形成させる（Ｓ７）。これにより、加熱部６２は商用電力系統２０に接続され、商用電力系統２０からの供給電力によって駆動される。しかも、分電盤４０と商用電力系統２０との間には第３開閉器ＳＷ３によって、商用電力系統２０から負荷回路３０への電力供給路が形成されるため、太陽電池１１の電力不足分は商用電力系統２０の電力で賄われる。
　また、判断部５２は、余剰電力ありと判断し（Ｓ１：Ｙｅｓ）、且つ沸上完了状態にあると判断した場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、第２開閉器ＳＷ２をオフ、残りの開閉器ＳＷ１，ＳＷ３をオンとして図１中Ａ－Ｃ間およびＡ－Ｂ間を接続する電路を形成させる（Ｓ４）。つまり、分電盤４０と商用電力系統２０との間には第３開閉器ＳＷ３によって、太陽電池１１から商用電力系統２０への逆潮流用の経路が形成されるため、太陽電池１１の余剰電力が商用電力系統２０に逆潮流可能となる。このとき、加熱部６２は太陽電池１１に接続されているものの、上述したように給湯装置６０は沸上完了状態にあれば加熱部６２の運転を停止するので、必要以上の沸き上げは防止される。
　また、判断部５２は、余剰電力なしと判断し（Ｓ１：Ｎｏ）、且つ沸上完了状態にあると判断した場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、第１開閉器ＳＷ１をオフ、残りの開閉器ＳＷ２，ＳＷ３をオンとして図１中Ｂ－Ｃ間およびＡ－Ｂ間を接続する電路を形成させる（Ｓ６）。つまり、分電盤４０と商用電力系統２０との間には第３開閉器ＳＷ３によって、商用電力系統２０から負荷回路３０への電力供給路が形成されるため、太陽電池１１の電力不足分は商用電力系統２０の電力で賄われる。このとき、加熱部６２は商用電力系統２０に接続されているものの、上述したように給湯装置６０は沸上完了状態にあれば加熱部６２の運転を停止するので、必要以上の沸き上げは防止される。
　以上説明した構成によれば、太陽電池１１で生成された電力は原則的には負荷回路３０に供給され、余剰電力が生じた場合には当該余剰電力は給湯装置６０の加熱部６２の駆動に利用される。そのため、太陽電池１１で生じた余剰分の電気エネルギ（余剰電力）は、貯湯タンク６１内の湯水に熱エネルギとして蓄えられることになる。ここに、住宅等の需要家においては、電気エネルギと熱エネルギとは必須のエネルギであって、給湯装置６０は余剰電力の有効利用の目的に関係なく設置される必須の装置である。したがって、系統連系システムに蓄電池を付加する場合に比べると、系統連系システムの導入コストの増加分を小さくできる。
　また、沸上完了状態にある場合には、太陽電池１１の余剰電力の有無にかかわらず加熱部６２のコンプレッサの駆動電力は不要となるから、太陽電池１１に余剰電力が生じると、当該余剰電力が加熱部６２で消費されずに余剰分として余ることになる。そこで、本実施形態では、このような余剰電力の余剰分に関しては、上記ステップＳ４の状態で商用電力系統２０へ逆潮流することで売電という方法で有効に利用する。ただし、太陽電池１１の余剰電力はあくまで加熱部６２の駆動に優先的に利用され、余剰電力に余剰分が生じるときに限って例外的に売電されるに過ぎない。そのため、多数の需要家から一斉に逆潮流される事態は生じにくく、太陽電池１１で生成された電力が商用電力系統２０に与える影響を小さく抑えることができる。
　要するに、本実施形態では太陽電池１１の余剰電力を貯湯タンク６１内の湯水の加熱に利用することで、太陽電池１１の余剰電力（電気エネルギ）を熱エネルギに変えて蓄えるようにしている。そのため、貯湯タンク６１内の湯を宅内に供給することによって当該熱エネルギを有効利用することができる。これにより、余剰電力を電気エネルギのまま蓄電池等に蓄える場合と同様に、売電を行わなくても余剰電力を有効に利用することができる。
　また、夜間などで太陽電池１１からの電力供給が断たれる時間帯においても、商用電力系統２０から加熱部６２へ電力供給を行うことで、貯湯タンク６１に貯められる湯水を加熱することができ、貯湯タンク６１内の湯量が不足する事態を回避できる。
　このように太陽電池１１の余剰電力を加熱部６２の駆動電力として利用するようにした場合、図３に示すようなＣＯ２削減効果があるというシミュレーション結果が得られている。図３では、系統連系システムに用いる蓄電池の公称容量（ｋＷｈ）を横軸、ＣＯ２の削減率（％）を縦軸にとり、余剰電力を加熱部６２の駆動に利用する場合のシミュレーション結果を実線、利用しない場合のシミュレーション結果を二点差線でそれぞれ示す。いずれのシミュレーション結果も売電は行わないことを条件とする。このシミュレーション結果によれば、蓄電池を用いない場合（つまり公称容量＝０ｋＷｈ）においては、余剰電力を加熱部６２の駆動に利用することで、当該駆動に利用しないときよりもＣＯ２削減率は約１６％向上する。そのため、本実施形態の構成では、蓄電池を用いていないにも関わらず、約４ｋＷｈの蓄電池を用いた場合と同程度のＣＯ２削減効果（７０％）が得られる。
　なお、図３の例においては公称容量が１０ｋＷｈ程度の蓄電池を用いた場合、太陽電池１１の余剰電力の略全てを蓄電できると仮定している。そのため、１０ｋＷｈ以上では蓄電池の公称容量によってＣＯ２削減効果に大きな差はないが、１０ｋＷｈ以上でもＣＯ２削減率に若干の増加が見られる。これは、蓄電池容量が大きくなるほど放電する際の瞬発力（単位時間当たりの放電量）が大きくなることに起因する。
　また、本実施形態のように給湯装置６０としてヒートポンプ方式の加熱部６２を有する給湯装置６０を用いる場合、太陽電池１１の余剰電力で加熱部６２を駆動することは給湯装置６０の稼働効率の面でも有効である。つまり、太陽電池１１の余剰電力は通常、太陽電池１１の発電量が増加する昼間に生じるため、当該余剰電力で駆動される加熱部６２も昼間に稼働することが多くなる。ここで、ヒートポンプ方式の加熱部６２は外気温が高いときほど高効率で稼働できるため、外気温が高い昼間の時間帯に加熱部６２を稼働することによって、夜間等の気温が低い時間帯に加熱部６２を稼働する場合に比べて給湯装置６０の稼働効率が向上する。
　なお、本実施形態では電路切替部５１に第１～第３の個別の開閉器ＳＷ１～ＳＷ３を設ける例を示したが、この例に限らず、電路切替部５１は図１中のＡ，Ｂ，Ｃ間の電路を切り替える構成であればよい。たとえば、第１開閉器ＳＷ１と第２開閉器ＳＷ２とは同時にオンまたはオフすることがないので、これらの開閉器ＳＷ１，ＳＷ２を１個の切替スイッチで実現してもよい。
　（実施形態２）
　本実施形態の系統連系システムは、図４に示すように、沸上完了状態にある場合に太陽電池１１の余剰電力に生じた余剰分を売電する代わりに蓄電する蓄電池（蓄電部）５４が付加されている点が実施形態１の系統連系システムと相違する。
　ここで、電力会社への売電が許可されている場合には、太陽電池１１の余剰電力に余剰分が生じると、実施形態１で説明したように、当該余剰分に関しては商用電力系統２０へ逆潮流する売電という方法で有効利用することができる。しかし、電力会社への売電は常に許可されてはおらず、たとえば商用電力系統２０の停電時や電力会社が何らかの理由で逆潮流を拒否する場合には、電力会社への売電は許可されず、余剰電力の余剰分を売電という方法で有効利用することはできない。そこで、本実施形態では、売電が許可されていないにも関わらず太陽電池１１の余剰電力に余剰分が生じた場合に、当該余剰分については蓄電池５４に蓄電することで有効利用する。
　具体的に説明すると、判断部５２には、たとえば商用電力系統２０の停電等の異常を検知することで、売電の可否を判断する機能が付加される。電路切替部５１は、分電盤４０－蓄電池５４間（図４のＡ－Ｄ間）に挿入された第４開閉器ＳＷ４を具備し、当該開閉器ＳＷ４のオンオフ状態は判断部５２により以下のように決定される。
　すなわち、本実施形態では、図２のフローチャートのステップＳ４の処理に代えて図５の処理を採用する。要するに、判断部５２は、余剰電力があり且つ沸上完了状態にあると判断した場合で、売電が許可されているときには（Ｓ４１：Ｙｅｓ）、第１，第３の開閉器ＳＷ１，ＳＷ３をオン、残りの開閉器ＳＷ２，ＳＷ４をオフとする（Ｓ４２）。このとき、電路切替部５１は図４中Ａ－Ｃ間およびＡ－Ｂ間を接続する電路を形成する。つまり、分電盤４０と商用電力系統２０との間には第３開閉器ＳＷ３によって、太陽電池１１から商用電力系統２０への逆潮流用の経路が形成されるため、太陽電池１１の余剰電力は商用電力系統２０に逆潮流可能となる。
　一方、判断部５２は、余剰電力があり且つ沸上完了状態にあると判断した場合で、売電が許可されていないときには（Ｓ４１：Ｎｏ）、第１，第４の開閉器ＳＷ１，ＳＷ４をオン、残りの開閉器ＳＷ２，ＳＷ３をオフとする（Ｓ４３）。このとき、電路切替部５１は図４中Ａ－Ｃ間およびＡ－Ｄ間を接続する電路を形成する。つまり、分電盤４０と蓄電池５４との間には第４開閉器ＳＷ４によって、太陽電池１１から蓄電池５４への充電経路が形成されるため、太陽電池１１の余剰電力で蓄電池５４を充電可能となる（Ｓ４４）。
　以上説明した構成によれば、沸上完了により太陽電池１１の余剰電力に余剰分が生じたとしても、当該余剰分については蓄電池５４に電気エネルギとして蓄えることにより有効に利用することができる。この場合でも、太陽電池１１の余剰電力はあくまで加熱部６２の駆動に優先的に利用され、余剰電力に余剰分が生じ且つ売電が不可能なときに限って例外的に蓄電されるに過ぎない。そのため、蓄電池５４は比較的小容量の蓄電池でよく、蓄電池５４を用いることによる系統連系システムの導入コストの増加を小さく抑えることができる。
　その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

Claims (4)

  1. 　太陽電池から電気機器へ電力供給を行い、前記太陽電池の生成電力が不足する場合には商用電力系統から前記電気機器へ電力供給を行う系統連系システムであって、貯湯タンクおよび加熱部を有し前記貯湯タンク内の湯水により給湯を行う給湯装置と、前記加熱部への給電状態を制御する配電制御装置とを備え、前記給湯装置は、前記貯湯タンクに湯水を貯め、前記加熱部にて前記貯湯タンク内に貯められる湯水を加熱し、前記配電制御装置は、前記加熱部と前記太陽電池と前記商用電力系統との間に形成される電路を切り替える電路切替部と、前記太陽電池が生成する電力から前記給湯装置以外の前記電気機器で消費される電力を差し引いた余剰電力の有無に基づいて前記電路切替部の電路を決定する判断部とを具備し、前記判断部は、前記余剰電力なしの場合、前記商用電力系統を前記加熱部に接続し、前記余剰電力ありの場合、前記太陽電池を前記加熱部に接続し、前記余剰電力を前記加熱部の駆動に用いることにより当該余剰電力を前記貯湯タンク内に熱エネルギとして貯蓄することを特徴とする系統連系システム。
  2. 　前記判断部は、前記貯湯タンク内における所定温度以上の湯の量が規定値に達しており、且つ前記太陽電池の前記余剰電力がある場合、前記太陽電池から前記商用電力系統への逆潮流用の経路を前記電路切替部に形成させることを特徴とする請求項１記載の系統連系システム。
  3. 　電力を蓄える蓄電部を備え、前記判断部は、前記貯湯タンク内における所定温度以上の湯の量が規定値に達しており、且つ前記太陽電池の前記余剰電力がある場合、前記太陽電池から前記蓄電部への充電経路を前記電路切替部に形成させることを特徴とする請求項１記載の系統連系システム。
  4. 　前記加熱部はヒートポンプ方式であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の系統連系システム。
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