(57)【要約】【課題】太陽光発電中に生じる余剰電力を利用して、沸き上げ運転を効率よく実行することが可能な貯湯式給湯機及びソーラーシステムを提供する。【解決手段】貯湯式給湯機１は、ヒートポンプユニット２、貯湯タンク４、給湯機制御装置１２、給湯機リモコン１３等を備える。また、貯湯式給湯機１は、太陽光発電装置２０、電気自動車４０用の充電器２１、分電盤２３、配電制御装置２８等と共にソーラーシステムを構成する。給湯機制御装置１２及び配電制御装置２８は、太陽光発電装置２０の発電量、電気自動車４０の蓄電量及び貯湯タンク４の貯湯量のうち少なくとも１つのパラメータに基いて電力余剰状態が発生しているか否かを判定する。そして、電力余剰状態が発生していると判定した場合には、沸き上げ運転を行うときのヒートポンプユニット２の加熱能力を非電力余剰時よりも高く設定する。【選択図】図３
2014122764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電を行う太陽光発電装置と外部電源とが接続されると共に電気自動車に充電することが可能な電源回路に接続され、前記電源回路から電力を供給されることにより湯水を加熱する装置であって、湯水を加熱するときの加熱能力を変更可能な加熱装置と、
前記加熱装置により加熱された温水を貯湯し、当該温水を給湯対象に給湯することが可能な貯湯ユニットと、
前記加熱装置及び前記貯湯ユニットの作動状態を制御し、前記貯湯ユニットに貯湯する温水を前記加熱装置により加熱する沸き上げ運転を実行可能な給湯機制御装置と、
前記太陽光発電装置の発電量、前記電気自動車の蓄電量及び前記貯湯ユニットの貯湯量のうち少なくとも１つのパラメータに基いて電力余剰状態が発生しているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記電力余剰状態が発生していると判定した場合に、前記沸き上げ運転を行うときの前記加熱装置の加熱能力を非電力余剰時よりも高く設定する加熱制御手段と、
を備えた貯湯式給湯機。
【請求項２】
前記判定手段は、前記電源回路から電力が供給される電気機器の総消費電力を前記太陽光発電装置の発電量から減算することにより余剰電力を算出するものとし、
前記電気自動車の蓄電量が充電を完了してもよいレベルに到達し、かつ、前記余剰電力が予め設定された余剰判定値以上である場合に、前記電力余剰状態が発生していると判定する構成としてなる請求項１に記載の貯湯式給湯機。
【請求項３】
前記判定手段は、前記電気自動車の蓄電量が充電を完了してもよいレベルに到達した場合に、前記電力余剰状態が発生していると判定し、
前記加熱制御手段は、前記電力余剰状態が発生していると判定され、かつ、前記貯湯ユニットの貯湯量が給湯可能な状態を維持するのに最低限必要な下限湯量未満である場合に、前記加熱装置の加熱能力を非電力余剰時よりも高く設定する構成としてなる請求項１または２に記載の貯湯式給湯機。
【請求項４】
前記判定手段は、前記太陽光発電装置の発電量が前記電力余剰状態を判定するための基準判定値以上であり、かつ、前記貯湯ユニットの貯湯量が給湯可能な状態を維持するのに最低限必要な下限湯量以上である場合に、前記電力余剰状態が発生していると判定する構成としてなる請求項１または２に記載の貯湯式給湯機。
【請求項５】
前記太陽光発電装置による発電量の過去の履歴に基いて今後の発電量を予測する発電量予測手段を備え、
前記判定手段は、前記予測手段により予測した予測発電量を前記太陽光発電の発電量として用いてなる請求項１，２，４のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
【請求項６】
余剰電力の売電を許可するか否かを選択操作する売電選択操作手段を備えてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
【請求項７】
日中の時間帯または前記太陽光発電装置の発電中に沸き上げ運転を許可するか否かを選択操作する沸き上げ選択操作手段を備えてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
【請求項８】
請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機と、
太陽光発電を行う太陽光発電装置と、
電気自動車に充電可能な充電器と、
外部電源及び前記太陽光発電装置から受けた電力を前記充電器及び前記貯湯式給湯機に供給する機能と前記太陽光発電装置から受けた電力を前記外部電源に売電する機能とを有する電源回路と、
前記電源回路の作動状態及び前記加熱装置の加熱能力を制御することが可能な制御装置であって、前記判定手段と前記加熱制御手段とを有する配電制御装置と、
を備えたソーラーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水を加熱、貯湯及び給湯する機能を備えた貯湯式給湯機、及び車両の充電機能と太陽光発電機能とを備えたソーラーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、太陽光発電装置と貯湯式給湯機とを組合わせることにより、昼間の余剰電力を貯湯式給湯機の沸き上げ運転に利用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、太陽発電装置は、昼間の太陽光発電により余剰な電力が発生すると、この余剰電力を電力会社に売電する。しかし、太陽発電装置が大規模に普及した場合には、多数の太陽発電装置から公共の電力系統に売電が行われると、電力の過大な逆潮流が生じることになり、電力系統の電圧及び周波数が変動する虞れがある。このため、上述した従来技術では、太陽光発電装置により発電した電力が余剰となった場合に、沸き上げ運転の設定温度を高くして余剰電力を消費し、電力の逆潮流を抑制するようにしている。しかしながら、高温での沸き上げ運転は、給湯機に搭載されたヒートポンプ等の作動効率を低下させ、省エネルギ化を妨げるという問題がある。
【０００５】
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、太陽光発電中に生じる余剰電力を利用して、沸き上げ運転を効率よく実行することが可能な貯湯式給湯機及びソーラーシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る貯湯式給湯機は、太陽光発電を行う太陽光発電装置と外部電源とが接続されると共に電気自動車に充電することが可能な電源回路に接続され、電源回路から電力を供給されることにより湯水を加熱する装置であって、湯水を加熱するときの加熱能力を変更可能な加熱装置と、加熱装置により加熱された温水を貯湯し、当該温水を給湯対象に給湯することが可能な貯湯ユニットと、加熱装置及び貯湯ユニットの作動状態を制御し、貯湯ユニットに貯湯する温水を加熱装置により加熱する沸き上げ運転を実行可能な給湯機制御装置と、太陽光発電装置の発電量、電気自動車の蓄電量及び貯湯ユニットの貯湯量のうち少なくとも１つのパラメータに基いて電力余剰状態が発生しているか否かを判定する判定手段と、判定手段により電力余剰状態が発生していると判定した場合に、沸き上げ運転を行うときの加熱装置の加熱能力を非電力余剰時よりも高く設定する加熱制御手段と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電力余剰状態が発生している場合には、加熱装置の加熱能力を高く設定し、沸き上げ運転により余剰電力を効果的に利用することができる。この結果、太陽光発電により得られた電力を有効に活用しつつ、余剰電力の売電により公共の電力系統が受ける影響を軽減することができる。しかも、余剰電力制御では、沸き上げ運転の設定温度を高温に設定しなくても、消費電力を増加させることができるので、加熱装置の作動効率を高くした状態で、沸き上げ運転を効率よく実行することができる。また、太陽光発電装置の発電量、電気自動車の蓄電量及び貯湯ユニットの貯湯量のうち少なくとも１つのパラメータに基いて、電力余剰状態の発生の有無を判定することができるので、システム全体の電力の需給を正確に把握しつつ、加熱装置の加熱能力を適切に制御することができる。従って、貯湯式給湯機を含めてシステム全体の省エネルギ化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による貯湯式給湯機及びソーラーシステムを模式的に示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による貯湯式給湯機の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態４において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態５において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態６において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、本発明の実施の形態１による貯湯式給湯機及びソーラーシステムを模式的に示す構成図である。また、図２は、図１中の貯湯式給湯機を示す構成図である。これらの図に示すように、本実施の形態の貯湯式給湯機１は、ヒートポンプユニット２、貯湯ユニット３、給湯機制御装置１２及び給湯機リモコン１３を備えている。
【００１０】
ヒートポンプユニット２は、本実施の形態において加熱装置の一例を示すもので、圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁及び空気熱交換器を冷媒循環配管によって環状に接続することにより、冷凍サイクルとして構成されている。ヒートポンプユニット２は、貯湯ユニット３から導入される低温水と、冷媒循環配管を流れる高温な冷媒との間で熱交換を行うことにより、低温水を加熱して高温水を生成するものである。ヒートポンプユニット２には、後述の分電盤２３から給湯機制御装置１２を介して電力が供給される。また、ヒートポンプユニット２により湯水を加熱するときの加熱能力は、例えば前記圧縮機の吐出容量、回転数等を変化させることにより、可変に設定することができる。一般に、ヒートポンプユニット２の加熱能力は、前記圧縮機等の消費電力[Ｗ]として表されるもので、加熱能力が高くなるほど消費電力が増加する。
【００１１】
貯湯ユニット３は、ヒートポンプユニット２により加熱された高温水を貯湯し、所定の給湯対象に温水を給湯するものである。給湯対象としては、例えば給湯栓、シャワー、浴槽、温水循環型の暖房器具等が挙げられる。貯湯ユニット３は、図２に示すように、以下に述べる貯湯タンク４、配管５，６，７，８、循環ポンプ９、給湯混合弁１０及びタンク温度センサ１１を備えている。貯湯タンク４は、温水を貯湯する密閉型のタンクにより構成されている。貯湯式給湯機１の運転時には、後述のように、貯湯タンク４の上部からタンク内に高温水が流入し、貯湯タンク４の下部からタンク内に低温水が供給される。このため、貯湯タンク４の内部には、上部側に高温水が滞留し、下部側に低温水が滞留するように温度成層が形成される。
【００１２】
給水配管５は、市水等の低温水を貯湯ユニット３に供給するもので、貯湯タンク４の下部及び給湯混合弁１０の一方の流入ポートに接続されている。給湯配管６は、貯湯タンク４内の高温水を給湯対象に供給するもので、貯湯タンク４の上部と給湯混合弁１０の他方の流入ポートとを接続している。ヒートポンプ往き配管７は、貯湯タンク４の下部とヒートポンプユニット２の２次側の流入口とを接続している。ヒートポンプ戻り配管８は、ヒートポンプユニット２の２次側の流出口と貯湯タンク４の上部とを接続している。ヒートポンプ往き配管７とヒートポンプ戻り配管８とは、ヒートポンプユニット２を介して貯湯タンク４の上部と下部とを接続する沸き上げ回路を構成している。
【００１３】
循環ポンプ９は、例えば沸き上げ回路のうちヒートポンプ往き配管７に設けられ、ヒートポンプユニット２と貯湯タンク４との間で湯水を循環させるものである。給湯混合弁１０は、例えば電磁駆動式の三方弁により構成され、２個の流入ポートと１個の流出ポートとを有している。そして、給湯混合弁１０は、給水配管５から供給される低温水と、給湯配管６から供給される高温水とを混合し、両者の混合水を給湯対象に供給する。また、貯湯タンク４の表面には、タンク内の湯水の温度分布を検出するために、複数個のタンク温度センサ１１がそれぞれ異なる高さ位置に取付けられている。なお、図２では、５個のタンク温度センサ１１を例示している。タンク温度センサ１１は、例えば貯湯タンク４内に蓄えられている高温水の貯湯量（残湯量）を検出するために用いられる。ヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３には、この他にも、各部で湯水の流量及び温度を検出するためのセンサが設けられている。
【００１４】
一方、給湯機制御装置１２は、貯湯式給湯機１の作動状態を制御するもので、例えば貯湯ユニット３に搭載されたマイクロコンピュータにより構成されている。給湯機制御装置１２は、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。給湯機制御装置１２の入力側には、各タンク温度センサ１１を含む各種のセンサが接続されている。給湯機制御装置１２の出力側には、ヒートポンプユニット２の圧縮機、循環ポンプ９、給湯混合弁１０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００１５】
給湯機リモコン１３は、貯湯式給湯機１の使用者等により操作されるもので、その操作内容に応じて貯湯式給湯機１の作動状態を設定及び変更することができる。給湯機リモコン１３には、図２に示すように、後述の操作に用いられる選択スイッチ１４が設けられている。また、給湯機リモコン１３は、必要に応じて、例えば台所、浴室、居間等の各所にそれぞれ設置されるが、図１では、このような給湯機リモコン１３の一つを例示している。さらに、給湯機リモコン１３は、給湯機制御装置１２と双方向のデータ通信を行うことにより貯湯式給湯機１の作動状態及び各種の設定を表示する機能と、後述の通信端末３０を介してインターネット等の外部ネットワークと通信する外部通信機能とを備えている。
【００１６】
そして、給湯機制御装置１２は、給湯機リモコン１３による操作及び設定の内容と、各センサの出力とに基いて各アクチュエータを駆動することにより、貯湯式給湯機１の作動状態を制御し、給湯機１の運転形態を切換える。この運転形態としては、後述の沸き上げ運転、給湯運転等が挙げられる。
【００１７】
次に、図１を参照して、本実施の形態のソーラーシステムについて説明する。このソーラーシステムは、貯湯式給湯機１、太陽光発電装置２０、充電器２１、分電盤２３、配電制御装置２８、通信端末３０等を備えている。太陽光発電装置２０は、太陽光を受けて発電する太陽電池等を備えており、太陽光発電を行うものである。太陽光発電装置２０は、分電盤２３の入力側に接続され、発電した電力を分電盤２３に送電するように構成されている。また、充電器２１は、電力で走行する電気自動車４０のバッテリに充電するための設備であり、前記バッテリに着脱可能に接続される充電ケーブル２２を備えている。充電器２１の入力側は分電盤２３に接続されている。そして、充電器２１は、充電ケーブル２２が電気自動車４０のバッテリと接続されているときに、分電盤２３から供給される電力を充電ケーブル２２を介してバッテリに充電する。
【００１８】
分電盤２３は、電力の入出力及び分配を行う電源回路として構成され、電力線２４を介して外部電源である電力会社の電力系統と接続されている。そして、分電盤２３は、電力線２４を介して電力会社から電力の供給を受けたり、電力線２４を介して電力会社に電力を売電することができる。また、分電盤２３の入力側には、太陽光発電装置２０が配線２５を介して接続されている。分電盤２３の出力側には、充電器２１が配線２６を介して接続されると共に、貯湯式給湯機１の給湯機制御装置１２が他の配線２７を介して接続されている。
【００１９】
配電制御装置２８は、例えばＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラ等により構成されるもので、給湯機制御装置１２と同様のマイクロコンピュータを備え、分電盤２３と接続されている。配電制御装置２８は、太陽光発電装置２０、充電器２１及び貯湯式給湯機１の情報を分電盤２３を介してそれぞれ取得する機能と、分電盤２３の作動状態を制御する機能と、通信端末３０を介して給湯機制御装置１２に指令を送信する機能とを備えている。
【００２０】
配電制御装置２８が取得する情報には、太陽光発電装置２０の発電量、貯湯タンク４の貯湯量、及び、電気自動車４０が充電器２１に接続された状態におけるバッテリの蓄電量が含まれている。また、配電制御装置２８には、後述のように各種の操作に用いられる選択スイッチ２９が設けられている。さらに、配電制御装置２８は、通信端末３０を介してインターネット等の外部ネットワークと通信し、外部ネットワークから各種の情報を取得する機能を有している。なお、通信端末３０は、給湯機制御装置１２及び配電制御装置２８と無線通信を行うように構成されている。
【００２１】
（貯湯式給湯機の作動）
次に、本実施の形態による貯湯式給湯機１及びソーラーシステムの作動について説明する。まず、貯湯式給湯機１の基本的な作動について述べると、給湯機制御装置１２は、給湯機リモコン１３による操作及び設定の内容と、各センサの出力とに基いて給湯運転及び沸き上げ運転を実行する。給湯運転では、例えば給湯配管６を流れる湯水の流量が増加したことを流量センサ等により検出した場合に、給湯要求が生じたものと判断し、給湯機リモコン１３により設定された給湯温度等に基いて給湯混合弁１０の開度を制御する。これにより、給湯運転では、給湯混合弁１０により高温水と低温水との混合比率を調整し、給湯温度と等しい湯温の温水を給湯配管６から給湯対象に供給する。また、給湯対象が浴槽である場合には、給湯機リモコン１３により設定された風呂給湯温度等に基いて、給湯配管６から浴槽に供給される温水の温度が制御される。
【００２２】
一方、沸き上げ運転は、ヒートポンプユニット２を用いて貯湯タンク４内の湯水を加熱する（沸き上げる）もので、貯湯タンク４内の残湯量に基いて実行される。即ち、給湯機制御装置１２は、各タンク温度センサ１１の出力に基いて貯湯タンク４内の温度分布を検出し、この検出結果に基いて貯湯タンク４内の残湯量を算出する。そして、残湯量の算出値が最低保持湯量よりも小さい場合に、沸き上げ運転を実行する。ここで、最低保持湯量は、例えば想定される最大の給湯量等を基準として、給湯運転時の湯切れを防止するのに十分な量の残湯量として設定される。
【００２３】
沸き上げ運転では、ヒートポンプユニット２と循環ポンプ９とを作動させる。これにより、貯湯タンク４の下部から流出した低温水は、ヒートポンプ往き配管７を介してヒートポンプユニット２の水冷媒熱交換器の２次側に流入し、水冷媒熱交換器にて高温の冷媒と熱交換することにより加熱されて高温水となる。このとき、ヒートポンプユニット２の加熱能力は、後述の余剰電力制御により制御される。ヒートポンプユニット２から流出した高温水は、ヒートポンプ戻り配管８を介して貯湯タンク４の上部に流入する。これにより、貯湯タンク４内に高温水を貯湯することができる。また、例えば貯湯タンク４の貯湯量が給湯機リモコン１３により設定された設定保持湯量に到達した場合には、ヒートポンプユニット２と循環ポンプ９とを停止し、沸き上げ運転を終了する。
【００２４】
また、沸き上げ運転では、ヒートポンプユニット２から流出する高温水の温度が沸き上げ運転の設定温度と一致するように制御される。この制御は、例えば循環ポンプ９の吐出流量を調整することにより実現される。沸き上げ運転の設定温度は、給湯機制御装置１２により設定されるか、または、給湯機リモコン１３の操作により設定されている。
【００２５】
（ソーラーシステムの作動）
次に、本実施の形態によるソーラーシステムの作動について説明する。まず、昼間の日照時等には、太陽光発電装置２０が太陽光を受けて発電する。発電された電力は、配線２５を介して分電盤２３に送電される。このとき、分電盤２３は、例えば貯湯式給湯機１の消費電力が少ない場合に、太陽光発電装置２０により発電された電力のうち、余剰な電力を電力線２４を介して電力会社に売電する。また、分電盤２３は、太陽光発電装置２０の発電中に貯湯式給湯機１の消費電力が増加した場合に、発電された電力の少なくとも一部を配線２７を介して貯湯式給湯機１に分配し、残りの電力を電力会社に売電する。
【００２６】
一方、分電盤２３は、夜間等のように太陽光発電装置２０が発電していない非発電時に、電力会社から電力線２４を介して供給される電力を貯湯式給湯機１に供給する。また、分電盤２３は、充電器２１の充電ケーブル２２に電気自動車４０のバッテリが接続された場合に、電力会社から供給される電力を配線２６を介して充電器２１に送電する。この電力は、充電ケーブル２２等を介して電気自動車４０のバッテリに充電される。なお、上述した分電盤２３の動作は、分電盤２３に搭載された制御回路等の指令に基いて実行してもよいし、配電制御装置２８の指令に基いて実行してもよい。
【００２７】
（余剰電力制御）
次に、本実施の形態で実行される余剰電力制御について説明する。なお、余剰電力制御は、給湯機制御装置１２と配電制御装置２８の何れにより実行してもよいが、まず、配電制御装置２８により余剰電力制御を実行する場合について説明する。この場合、配電制御装置２８は、まず、太陽光発電装置２０の発電量、電気自動車４０のバッテリの蓄電量及び貯湯タンク４の貯湯量を分電盤２３を介して取得すると共に、通信端末３０を介してインターネット情報を取得する。
【００２８】
次に、配電制御装置２８は、太陽光発電装置２０の発電量、電気自動車４０の蓄電量及び貯湯タンク４の貯湯量のうち少なくとも１つのパラメータに基いて、電力余剰状態が発生しているか否かを判定する。電力余剰状態とは、分電盤２３から電力を受ける全ての電気機器の総消費電力に対して、太陽光発電装置２０の発電量が余っている状態に相当するもので、その具体的な判定処理については後述する。なお、上記電気機器には、貯湯式給湯機１、充電器２１及び各種の家電製品が含まれる。
【００２９】
そして、配電制御装置２８は、電力余剰状態が発生していると判定した場合に、高出力用の指令信号を給湯機制御装置１２に出力する。高出力用の指令信号は、沸き上げ運転を行うときのヒートポンプユニット２の加熱能力を非電力余剰時よりも高く設定するための信号である。なお、非電力余剰時とは、電力余剰状態が発生していないと判定した場合を意味している。給湯機制御装置１２は、沸き上げ運転を実行するときに、前記高出力用の指令信号に基いて、ヒートポンプユニット２の加熱能力を非電力余剰時よりも高く設定する。このとき、電力の状態以外の条件を一定とすれば、沸き上げ運転の設定温度は、電力余剰状態であるかどうかに関係なく、一定値に保持される。
【００３０】
このように、余剰電力制御によれば、電力余剰状態が発生している場合には、ヒートポンプユニット２の加熱能力を高く設定し、沸き上げ運転により余剰電力を効果的に利用することができる。この結果、太陽光発電により得られた電力を有効に活用しつつ、余剰電力の売電により公共の電力系統が受ける影響を軽減することができる。しかも、余剰電力制御では、沸き上げ運転の設定温度を高温に設定しなくても、消費電力を増加させることができるので、ヒートポンプユニット２の作動効率を高くした状態で、沸き上げ運転を効率よく実行することができる。
【００３１】
また、太陽光発電装置２０の発電量と、電気自動車４０の蓄電量とに基いて、電力余剰状態の発生の有無を判定することができるので、ソーラーシステム全体の電力の需給を正確に把握しつつ、ヒートポンプユニット２の加熱能力を適切に制御することができる。従って、本実施の形態によれば、貯湯式給湯機１を含めてソーラーシステム全体の省エネルギ化を促進することができる。
【００３２】
（余剰電力制御の具体的な処理）
次に、図３を参照して、本実施の形態の制御を実現するための具体的な処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態１において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１において、電気自動車４０のバッテリが充電器２１に接続されている場合に、バッテリの蓄電量が充電を完了してもよい充電完了レベルに到達しているか否かを判定する。なお、充電完了レベルは、必ずしもバッテリの最大充電量と一致させる必要はなく、例えば最大充電量よりも小さい規定の量として設定してもよい。また、電気自動車４０が充電器２１に接続されていない場合には、ステップＳ１の判定が成立したものと判定する。
【００３３】
ステップＳ１の判定が成立した場合には、ステップＳ２に移行し、余剰電力が予め設定された余剰判定値未満であるか否かを判定する。ここで、余剰電力は、太陽光発電装置２０の発電量から前記総消費電力を減算することにより算出される。また、余剰判定値は、例えば電力系統の電圧または周波数を変動させるような過大な逆潮流が発生し得る売電電力に応じて設定される。
【００３４】
即ち、ステップＳ２の判定が成立した場合には、電気自動車４０の充電が不要である上に、余剰電力が余剰判定値未満であるから、余剰電力を売電しても、公共の電力系統に悪影響を与えるほどの売電電力に達しないので、電力余剰状態が発生していないと判定することができる。そこで、この場合には、ステップＳ３に移行し、低出力用の指令信号を給湯機制御装置１２に出力する。低出力用の指令信号は、沸き上げ運転を行うときのヒートポンプユニット２の加熱能力を低出力値に設定するための信号である。これにより、給湯機制御装置１２は、沸き上げ運転を実行するときに、前記低出力用の指令信号に基いてヒートポンプユニット２の加熱能力を低出力値に設定する。
【００３５】
ここで、ヒートポンプユニット２の加熱能力は、給湯機制御装置１２により設定されるもので、例えば低出力値、通常出力値及び高出力値の３段階に切換えられる。通常出力値とは、沸き上げ運転時において、例えば消費電力を抑制したり沸き上げ速度を高速化する必要がない場合に用いられる基準の加熱能力として設定されている。また、低出力値は、例えばヒートポンプユニット２の加熱能力を低く抑えた状態で沸き上げ運転を実行したい場合に用いられるもので、通常出力値よりも小さい電力値として設定されている。一方、高出力値は、例えばヒートポンプユニット２により沸き上げ運転を高速で完了したい場合に用いられるもので、通常出力値よりも大きい電力値として設定されている。これら３種類の出力値は、給湯機制御装置１２に予め記憶されている。
【００３６】
ステップＳ３の処理によれば、非電力余剰時には、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低く設定して当該ユニット２の作動効率を向上させることができ、少ない余剰電力により沸き上げ運転を効率よく実行することができる。
【００３７】
これに対し、ステップＳ２の判定が不成立の場合には、電気自動車４０の充電が不要な状態で余剰電力だけが増加することにより、電力余剰状態が発生していると判定する。電力余剰状態では、不用意に売電を行うと、公共の電力系統に悪影響を与える虞れがある。そこで、この場合には、ステップＳ４に移行し、ヒートポンプユニット２の加熱能力を通常出力値または高出力値に設定する。即ち、ステップＳ４では、沸き上げ運転を行うときのヒートポンプユニット２の加熱能力を非電力余剰時よりも高く設定し、本ルーチンを終了する。
【００３８】
ステップＳ４の処理によれば、電力余剰状態が発生している場合には、ヒートポンプユニット２での加熱量をより増加させ、余剰電力を積極的に利用することができる。このような処理は、例えば将来的に、太陽光発電装置２０で発電した電力を売電することなく、家庭等で自己消費する必要が生じた場合に有効となる。なお、ステップＳ４の処理に基いて沸き上げ運転を実行しても、余剰電力が更に生じる場合には、この余剰電力を売電する構成としてもよい。
【００３９】
一方、ステップＳ１の判定が不成立の場合には、電気自動車４０の充電が完了していないので、ステップＳ５に移行して充電を実行し、その後に本ルーチンを終了する。この場合には、電気自動車４０に充電する必要があるので、電力余剰状態は発生しないと判定し、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低出力値に設定する構成としてもよい。
【００４０】
なお、前記実施の形態１では、配電制御装置２８により図３に示す余剰電力制御を実行する場合を例示した。この場合、配電制御装置２８は、本発明の特許請求の範囲における判定手段及び加熱制御手段の具体例を示している。一方、本発明では、以下に述べる変形例のように、配電制御装置２８に代えて給湯機制御装置１２により余剰電力制御を実行する構成、即ち、給湯機制御装置１２が判定手段及び加熱制御手段の具体例となる構成を採用してもよい。
【００４１】
上記変形例において、給湯機制御装置１２は、太陽光発電装置２０の発電量、電気自動車４０の蓄電量及び貯湯タンク４の貯湯量のうち少なくとも１つのパラメータを配電制御装置２８から取得し、当該パラメータに基いて電力余剰状態が発生しているか否かを判定する。そして、給湯機制御装置１２は、電力余剰状態が発生していると判定した場合に、沸き上げ運転を行うときのヒートポンプユニット２の加熱能力を非電力余剰時よりも高く設定する。即ち、この場合には、例えばヒートポンプユニット２の加熱能力を通常出力値または高出力値に設定する。なお、給湯機制御装置１２は、配電制御装置２８を経由することなく、分電盤２３から前記パラメータを取得する構成としてもよい。
【００４２】
このように構成される変形例でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に変形例では、貯湯式給湯機１の単体に余剰電力制御を行う機能をもたせることができる。これにより、例えばシステム化されていない太陽光発電装置２０と貯湯式給湯機１とを組み合わせた場合でも、ソーラーシステムを容易に実現することができ、汎用性が高い貯湯式給湯機１を提供することができる。
【００４３】
実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１と同様の構成において、電気自動車の蓄電量と貯湯タンクの貯湯量とに基いて余剰電力制御を実行することを特徴としている。図４は、本発明の実施の形態２において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１１において、前記ステップＳ１と同様に、電気自動車４０の蓄電量が充電完了レベルに到達しているか否かを判定する。この判定が成立した場合には、電気自動車４０の充電により余剰電力が消費されないので、電力余剰状態が発生していると判定し、ステップＳ１２に移行する。
【００４４】
ステップＳ１２では、各タンク温度センサ１１の出力に基いて貯湯タンク４の貯湯量を算出する。そして、ステップＳ１３では、貯湯量が予め設定された下限湯量以上であるか否かを判定する。ここで、下限湯量は、例えば貯湯式給湯機１が給湯可能な状態、即ち、湯切れが生じない状態を維持するのに最低限必要な湯量として設定される。より具体的に述べると、下限湯量は、例えば１回の給湯動作にて連続的な使用が想定される湯量の最大値に応じて設定されるもので、シャワーの使用を想定するのであれば、５０リットル程度の値に設定される。
【００４５】
ステップＳ１３の判定が成立した場合には、ある程度の貯湯量が確保されているので、沸き上げ運転を早急に実行する必要がないと判断し、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低出力値に設定し、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１３の判定が不成立の場合、即ち、貯湯タンク４の貯湯量が下限湯量未満である場合には、下限湯量以上の貯湯量を確保して湯切れを回避する必要があるので、沸き上げ運転が早急に行われる可能性がある。そこで、この場合には、ステップＳ１５に移行して、ヒートポンプユニット２の加熱能力を通常出力値または高出力値に設定し、本ルーチンを終了する。
【００４６】
一方、ステップＳ１１の判定が不成立の場合には、電気自動車４０の充電が完了していないので、ステップＳ１６に移行して充電を実行し、その後に本ルーチンを終了する。この場合には、電気自動車４０の充電により余剰電力が消費されるので、電力余剰状態は発生していないと判定し、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低出力値に設定する構成としてもよい。
【００４７】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、貯湯タンク４の貯湯量が少ない場合に、沸き上げ運転を速やかに実行するための準備をすることができ、湯切れの発生を抑制することができる。また、ヒートポンプユニット２の作動効率は、加熱能力が低いほど高効率となる。このため、本実施の形態のように、貯湯タンク４の貯湯量が多くて高い加熱能力が必要ない場合に、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低出力値に設定すれば、通常よりも高い作動効率を実現することができる。なお、加熱能力を低く設定する方法としては、ヒートポンプユニット２を流通する湯水の流量を一定とした状態でヒートポンプユニット２の流入側と流出側との間の温度差を小さく設定する第１の方法と、前記温度差を一定とした状態で前記流量を減少させる第２の方法とが存在する。本発明では、前記第１，第２の方法のうち何れの方法を採用してもよい。
【００４８】
実施の形態３．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１と同様の構成において、太陽光発電装置の発電量と貯湯ユニットの貯湯量とに基いて電力余剰状態を判定することを特徴としている。図５は、本発明の実施の形態３において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンでは、まず、ステップＳ２１において、前記ステップＳ１と同様に、電気自動車４０の蓄電量が充電を完了してもよい充電完了レベルに到達しているか否かを判定する。
【００４９】
ステップＳ２１の判定が成立した場合には、ステップＳ２２に移行し、各タンク温度センサ１１の出力に基いて貯湯タンク４の貯湯量を算出する。そして、ステップＳ２３では、貯湯量が前述の下限湯量以上であるか否かを判定する。ステップＳ２３の判定が成立した場合には、ある程度の貯湯量が確保されているので、沸き上げ運転を急いで実行する必要がないと判断し、ステップＳ２６に移行する。一方、貯湯量が下限湯量未満の場合は、ステップＳ２４へ移行する。
【００５０】
ステップＳ２４では、太陽光発電装置２０の発電量が予め設定された基準判定値以上であるか否かを判定する。ここで、基準判定値は、電力余剰状態を判定するための判定値であり、例えば電気機器の総消費電力の平均値に対して、前述の余剰判定値を加算した値に対応している。即ち、発電量が基準判定値以上となる状態は、余剰電力が余剰判定値以上となる状態に対応している。
【００５１】
ステップＳ２４の判定が成立した場合には、電気自動車４０の充電が不要であるが、早急な沸き上げ運転が必要で、太陽光発電装置２０の発電量が基準判定値以上となっているので、電力余剰状態が発生していると判定することができる。従って、この場合には、ステップＳ２５に移行し、余剰電力を有効に活用するために、ヒートポンプユニット２の加熱能力を通常出力値または高出力値に設定する。
【００５２】
これに対し、ステップＳ２３，Ｓ２４のうち何れか一方の判定が不成立の場合には、早急な沸き上げ運転により消費電力が増加する可能性がなく、または、太陽光発電装置２０の発電量が基準判定値未満であるから、電力余剰状態が発生していないと判定することができる。従って、この場合には、ステップＳ２６に移行して、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低出力値に設定し、その後に本ルーチンを終了する。
【００５３】
一方、ステップＳ２１の判定が不成立の場合には、ステップＳ２７に移行し、前記ステップＳ１６（図４参照）の場合と同様の処理を実行する。
【００５４】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、太陽光発電装置２０の発電量、電気自動車４０の蓄電量及び貯湯タンク４の貯湯量からなる３種類のパラメータに基いて、電力余剰状態の発生の有無を正確に判定することができる。そして、この判定結果に基いてソーラーシステム全体の電力の需給を正確に把握しつつ、ヒートポンプユニット２の加熱能力を適切に制御することができる。従って、給湯時の湯切れを回避しながら、貯湯式給湯機１を含めてソーラーシステム全体の省エネルギ化を促進することができる。
【００５５】
特に、ヒートポンプユニット２は、給湯能力と比較して加熱能力が低いことが多い。一例を挙げると、通常の使用状態において、シャワーの使用時に必要な加熱能力は４５ｋＷ程度であるのに対し、ヒートポンプユニット２の加熱能力は５ｋＷ程度である。このため、貯湯タンク４の貯湯量が少ない状態でヒートポンプユニット２の加熱能力を低く設定すると、湯切れが発生し易くなる。これに対し、本実施の形態では、加熱能力を制御するときのパラメータに貯湯量が含まれているので、湯切れを安定的に防止することができる。
【００５６】
なお、前記実施の形態３では、例えばソーラーシステムの使用者が給湯機リモコン１３、配電制御装置２８等を操作することにより、発電量の基準判定値を変更することが可能な構成としてもよい。この構成によれば、例えば省エネルギ運転を重視した設定を希望する場合には、基準判定値を初期設定値に対して大きな値に設定し、ヒートポンプユニット２の加熱能力が低出力値に設定される頻度及び期間を増加させることができる。
【００５７】
実施の形態４．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態３と同様の構成及び制御において、太陽光発電装置の発電量に代えて今後の発電量の予測値を用いることを特徴としている。図６は、本発明の実施の形態４において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンにおいて、ステップＳ３１〜Ｓ３７の処理は、ステップＳ３４を除いて、実施の形態３（図５参照）のステップＳ２１〜Ｓ２７と同様の処理であるため、以下の説明では、ステップＳ３４以外の説明を省略するものとする。
【００５８】
ステップＳ３４では、まず、太陽光発電装置２０による発電量の過去の履歴に基いて今後の一定期間（例えば、１０分間）の発電量を予測し、今後１０分間の予測発電量の平均値を予測発電量平均値として算出する。ここで、発電量の過去の履歴は、給湯機制御装置１２、配電制御装置２８等に記憶させて蓄積する構成としてもよいし、配電制御装置２８から通信端末３０を介して外部ネットワークのサーバ等に蓄積する構成としてもよい。また、発電量の予測例を挙げると、例えば午前中の発電量が徐々に増加している場合には、以後の発電量も時間が経つにつれて増加するものとして予測する。一方、午後の発電量が徐々に減少している場合には、以後の発電量も時間が経つにつれて減少するものとして予測する。
【００５９】
ステップＳ３４では、上述の方法により予測発電量平均値を算出した後に、予測発電量平均値が前述の基準判定値以上であるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、電気自動車４０の充電及び早急な沸き上げ運転が不要である上に、太陽光発電装置２０の今後１０分間の発電量が基準判定値以上になると予測されるので、電力余剰状態が発生していると判定することができる。従って、この場合には、ステップＳ３５に移行し、ヒートポンプユニット２の加熱能力を通常出力値または高出力値に設定する。
【００６０】
一方、ステップＳ３４の判定が不成立の場合には、今後１０分間の発電量が基準判定値未満であると予測されるので、電力余剰状態が発生していないと判定することができる。従って、この場合には、ステップＳ３６に移行し、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低出力値に設定する。
【００６１】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態３とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、加熱能力を制御するときのパラメータの一つとして、実際の発電量に代えて予測発電量平均値を用いることができる。ここで、ヒートポンプユニット２は、その特性上、加熱能力の急激な変動により作動効率が低下し易い。このため、現時点における実際の発電量に基いて加熱能力を制御すると、天候の変化等に応じて加熱能力が急に変更された場合に、作動効率が低下する可能性がある。これに対し、本実施の形態では、実際の発電量に代えて予測発電量平均値を用いるので、予測される発電量に基いて、加熱能力の変更速度等を予め適切に調整することができる。従って、加熱能力の急変を回避し、ヒートポンプユニット２の作動効率を安定させることができ、省エネルギ化を促進することができる。
【００６２】
なお、前記実施の形態４では、配電制御装置２８により通信端末３０を介して外部ネットワークから気象情報を取得し、この気象情報に基いて太陽光発電装置２０の発電量を予測する構成としてもよい。これにより、天候に応じて変化する発電量の傾向を精度よく予測することができる。
【００６３】
実施の形態５．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態３と同様の構成及び制御に加えて、売電動作の許可及び禁止を設定可能としたことを特徴としている。図７は、本発明の実施の形態５において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンにおいて、ステップＳ４２〜Ｓ４８の処理は、実施の形態３（図５参照）のステップＳ２１〜Ｓ２７と同様の処理であるため、以下の説明では、ステップＳ４１以外の説明を省略するものとする。
【００６４】
ステップＳ４１では、余剰電力が生じている場合に売電を許可する設定となっているか否かを判定する。ソーラーシステムの使用者は、例えば配電制御装置２８の選択スイッチ２９を操作することにより、売電の許可及び禁止を設定することができる。即ち、本実施の形態において、配電制御装置２８は、余剰電力の売電を許可するか否かを選択操作する売電選択操作手段の具体例を構成している。
【００６５】
ステップＳ４１の判定が成立した場合には、使用者が売電を優先させたい意志のもと、売電が許可されているので、ステップＳ４２〜Ｓ４８の処理を禁止する。一方、ステップＳ４１の判定が不成立の場合には、積極的な売電を行わないように設定されているので、ステップＳ４２以降のルーチンを実行する。
【００６６】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態３とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、使用者の希望に応じて売電を許可及び禁止することができ、システムの利便性を向上させることができる。
【００６７】
実施の形態６．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態３と同様の構成及び制御に加えて、日中の時間帯または太陽光発電装置の発電中に沸き上げ運転を許可するか否かを選択可能としたことを特徴としている。図８は、本発明の実施の形態６において、余剰電力制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンにおいて、ステップＳ５２〜Ｓ５８の処理は、実施の形態３（図５参照）のステップＳ２１〜Ｓ２７と同様の処理であるため、以下の説明では、ステップＳ５１以外の説明を省略するものとする。
【００６８】
通常の使用状態では、給湯の使用等により貯湯タンク４の貯湯量が許容限度未満に減少すると、日中であっても、湯切れを回避するために追加の沸き上げ運転が実行される。日中の沸き上げ運転では、太陽光発電により得られた電力の一部が必要に応じて使用される。しかし、太陽光発電により発電した電力の買取価格は、売電制度により高く設定されているので、使用者によっては、売電の機会を出来るだけ増やしたい場合がある。このため、本実施の形態では、例えばソーラーシステムの使用者が給湯機リモコン１３の選択スイッチ１４を操作することにより、日中における沸き上げ運転の許可及び禁止を設定可能な構成としている。即ち、給湯機リモコン１３は、日中の沸き上げ運転を許可するか否かを選択操作する沸き上げ選択操作手段の具体例を構成している。
【００６９】
上記構成を前提として、図８中のステップＳ５１では、まず、日中の沸き上げ運転に関する設定情報を読出し、日中の沸き上げ運転が許可されているか否かを判定する。ステップＳ５１の判定が成立した場合には、日中の沸き上げ運転が許可されているので、沸き上げ運転と売電とを両立させるために、ステップＳ５２〜Ｓ５８の処理を実行する。
一方、ステップＳ５１の判定が不成立の場合には、使用者の設定操作により日中の沸き上げ運転が禁止されているので、他のステップを実行することなく、本ルーチンを終了する。この場合には、例えば使用者の設定操作により、太陽光発電が終了する日没後に沸き上げ運転が実行されるように、貯湯式給湯機１の動作を設定することができる。
【００７０】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態３とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、使用者等の設定操作により日中の沸き上げ運転を許可及び禁止することができる。これにより、使用者の希望に応じて売電電力を可能な限り増加させることができ、システムの利便性を向上させることができる。
【００７１】
なお、前記実施の形態６では、日中における沸き上げ運転の許可及び禁止を設定操作する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば太陽光発電装置２０の発電中における沸き上げ運転の許可及び禁止を設定操作する構成としてもよい。
【００７２】
また、前記各実施の形態では、太陽光発電装置２０の発電量、電気自動車４０の蓄電量及び貯湯タンク４の貯湯量のうち少なくとも１つのパラメータに基いて電力余剰状態を判定する場合に、蓄電量及び発電量に基いて判定を行う構成と、蓄電量及び貯湯量に基いて判定を行う構成と、蓄電量、貯湯量及び発電量に基いて判定を行う構成とについて説明した。これに対し、本発明では、例えば蓄電量、貯湯量及び発電量のうち何れか１つのパラメータのみに基いて電力余剰状態を判定する構成としてもよい。また、本発明では、前記各実施の形態で述べた判定処理を組み合わせることにより、発電量と貯湯量とからなる２つのパラメータに基いて電力余剰状態を判定する構成としてもよい。
【００７３】
また、前記実施の形態１では、配電制御装置２８により余剰電力制御を実行する場合と、給湯機制御装置１２により余剰電力制御を実行する場合について説明した。この点については、実施の形態２乃至６についても同様であり、各実施の形態に記載された制御は、給湯機制御装置１２と配電制御装置２８の何れにより実行する構成としてもよい。
【００７４】
一方、前記実施の形態１乃至６では、それぞれの構成を個別に例示したが、本発明はこれに限らず、実施の形態１乃至６のうち組合わせが可能な２つの構成、または３つ以上の構成を組合わせることにより、貯湯式給湯機及びソーラーシステムを実現してもよい。また、実施の形態１乃至６では、加熱装置としてヒートポンプユニット２を用いる場合を例示したが、本発明はこれに限らず、ヒートポンプユニット以外の各種の加熱装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１  貯湯式給湯機，２  ヒートポンプユニット（加熱装置），３  貯湯ユニット，４  貯湯タンク，５  給水配管，６  給湯配管，７  ヒートポンプ往き配管，８  ヒートポンプ戻り配管，９  循環ポンプ，１０  給湯混合弁，１１  タンク温度センサ，１２  給湯機制御装置（判定手段、加熱制御手段），１３  給湯機リモコン（沸き上げ選択操作手段），１４  選択スイッチ，２０  太陽光発電装置，２１  充電器，２２  充電ケーブル，２３  分電盤（電源回路），２４  電力線，２５，２６，２７  配線，２８  配電制御装置（判定手段、加熱制御手段、売電選択操作手段），２９  選択スイッチ，３０  通信端末，４０  電気自動車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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