(57)【要約】  給湯システム（１）は、発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる。給湯システム（１）は、圧縮機と、沸上げ部（６０４）と、を備える。給湯システム（１）において、圧縮機は、冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させる。沸上げ部（６０４）は、圧縮機を駆動する電動機の回転速度を発電電力に応じて変化させて、湯を沸き上げる。
2018003042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる給湯システムであって、
冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させる圧縮機と、
前記圧縮機を駆動する電動機の回転速度を前記発電電力に応じて変化させて、前記湯を沸き上げる沸上げ手段と、を備える、
給湯システム。
【請求項２】
前記沸上げ手段は、前記発電電力の履歴に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記沸上げ手段は、前記発電電力と、前記発電電力の単位時間当たりの変化量と、に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１又は２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記沸上げ手段は、規定時間における前記発電電力の平均値に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の給湯システム。
【請求項５】
前記沸上げ手段は、前記平均値と、前記平均値の単位時間当たりの変化量と、に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項４に記載の給湯システム。
【請求項６】
前記規定時間は、１分以上２時間以下の時間である、
請求項４又は５に記載の給湯システム。
【請求項７】
前記沸上げ手段は、前記発電電力と、前記発電電力が１日のうちでピークに達する時刻と、に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１から６のいずれか１項に記載の給湯システム。
【請求項８】
前記回転速度の最大値と最小値との間に含まれる複数の区間のうちの、前記発電電力に応じて定められる電力を前記圧縮機が消費する際における前記回転速度が含まれる区間において、前記電動機に印加される電圧は、前記電動機が過変調運転を開始する電圧に達する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の給湯システム。
【請求項９】
前記発電電力に応じて定められる電力は、前記発電手段によって発電されている期間において前記発電電力を平均した電力である、
請求項８に記載の給湯システム。
【請求項１０】
前記発電電力に応じて定められる電力は、前記発電手段によって発電される最大の電力である、
請求項８に記載の給湯システム。
【請求項１１】
前記発電電力を出力するパワーコンディショナと、
前記圧縮機と前記沸上げ手段とを備え、前記パワーコンディショナから出力された前記発電電力によって前記湯を沸き上げる給湯機と、を備える、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の給湯システム。
【請求項１２】
前記沸上げ手段は、前記発電電力と、前記給湯機が設置された需要地における前記給湯機以外の機器の消費電力と、の差分に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１１に記載の給湯システム。
【請求項１３】
前記パワーコンディショナは、
商用電力系統への前記発電電力の供給を抑制する指示を取得する指示取得手段と、
前記指示取得手段が前記指示を取得した場合、前記指示によって定められる期間において、前記発電電力のうちの、前記発電電力より少ない電力を出力する電力出力手段と、を備え、
前記給湯機において、
前記沸上げ手段は、前記期間において、前記発電電力に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１１又は１２に記載の給湯システム。
【請求項１４】
前記給湯機において、
前記沸上げ手段は、前記期間における、前記発電電力と前記電力出力手段によって出力された電力との差分に応じて、前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１３に記載の給湯システム。
【請求項１５】
前記パワーコンディショナは、
前記発電電力と前記電力出力手段によって出力された電力との前記差分を示す電力情報を前記給湯機に送信する電力情報送信手段、をさらに備え、
前記給湯機は、
前記パワーコンディショナから前記電力情報を受信する電力情報受信手段、をさらに備える、
請求項１４に記載の給湯システム。
【請求項１６】
発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる給湯機であって、
冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させる圧縮機と、
前記圧縮機を駆動する電動機の回転速度を前記発電電力に応じて変化させて、前記湯を沸き上げる沸上げ手段と、を備える、
給湯機。
【請求項１７】
発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる給湯機の制御方法であって、
前記給湯機の圧縮機を駆動する電動機の回転速度を前記発電電力に応じて変化させて、前記湯を沸き上げる、
給湯機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯システム、給湯機及び給湯機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光及び風力に代表される自然エネルギーを活用する技術が注目されており、自然エネルギーにより発電する発電設備を需要家自身が所有するケースが多くなっている。このような需要家は、発電設備による発電電力を自ら消費することができ、また余剰電力を商用電力系統へ供給して電気事業者に売ることができる。これにより、需要家は、商用電力系統から購入する電力を減少させて、経済的利益を得ることができる。【０００３】
ところで、需要家の発電設備から商用電力系統へ電力が供給される逆潮流により、商用電力系統の需給バランスが崩れることがある。例えば、快晴の休日には、商用電力系統に対する電力の需要が減少すると共に、太陽光による発電量が増加するため需要家の発電設備から商用電力系統への電力の供給が増加する。【０００４】
そこで、商用電力系統の需給バランスを保つために、電気事業者が需要家に対して期間を指定して逆潮流の抑制を予め指示するための制度の整備が進められている。例えば、２０１４年には日本の資源エネルギー庁から、太陽光発電に対する出力制御ルールが公示されている。この出力制御ルールは、発電設備による発電電力の出力を調整して、需要家による商用電力系統への売電を抑制するためのものである。【０００５】
また、発電電力を需要家で極力消費して、逆潮流を減少させるための技術が提案されている。例えば特許文献１は、逆潮電力が多く発生する時間帯を予測し、予測した時間帯に、貯湯タンクを備えるヒートポンプ式給湯暖房装置を運転させる技術を開示している。貯湯タンクを備える給湯機の消費電力は一般的に大きいため、特許文献１に開示された技術によれば、逆潮電力を効果的に減少させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０９０３６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された技術は、給湯機を運転させることで電力を効率的に利用し、逆潮流を減少させることができる。しかしながら、給湯機をより効率的に運転させて、電力の利用効率を向上させることが望まれている。【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、電力の利用効率を向上させることが可能な給湯システム等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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る給湯システムは、
発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる給湯システムであって、
冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させる圧縮機と、
前記圧縮機を駆動する電動機の回転速度を前記発電電力に応じて変化させて、前記湯を沸き上げる沸上げ手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる給湯システムにおいて、圧縮機を駆動する電動機の回転速度を発電電力に応じて変化させて、湯を沸き上げる。従って、本発明によれば、電力の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る給湯システムの全体構成を示す図である。
【図２】パワーコンディショナの構成を示す図である。
【図３】発電設備の理想的な発電量の推移を示す図である。
【図４】ヒートポンプユニットの構成を示す図である。
【図５】給湯コントローラの構成を示すブロック図である。
【図６】実施形態１に係る給湯システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【図７】計測ＤＢに記憶された計測データを示す図である。
【図８】電動機の回転速度と入力電力との関係を示す図である。
【図９】発電設備の発電量に応じて電動機の回転速度を変化させた場合の回転速度の推移を示す図である。
【図１０】発電設備の実際の発電量の推移を示す図である。
【図１１】電動機の回転速度と電動機の電圧及び効率との関係の第１の例を示す図である。
【図１２】電動機の回転速度と電動機の電圧及び効率との関係の第２の例を示す図である。
【図１３】実施形態１に係る給湯システムにおいて実行される処理の概要を示すシーケンス図である。
【図１４】給湯コントローラによって実行される沸上げ処理の流れを示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態２に係る給湯システムの全体構成を示す図である。
【図１６】実施形態２に係る給湯システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【図１７】電力サーバによって配信される抑制指示を説明するための図である。
【図１８】実施形態２に係る給湯システムにおいて実行される処理の概要を示すシーケンス図である。
【図１９】パワーコンディショナによって実行される出力抑制処理の流れ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】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付す。
【００１３】
（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る給湯システム１の全体構成を示す。給湯システム１は、家屋Ｈに設置された給湯機５の運転を制御することで、家屋Ｈで消費される電力を管理するシステムである。家屋Ｈは、いわゆる一般的な住宅建物であって、商用電力系統８と発電設備３とから供給される電力の需要地（電力消費地）である。図１に示すように、給湯システム１は、発電設備３と、給湯機５と、複数の機器７（機器７−１，７−２，…）と、を備える。
【００１４】
発電設備３は、家屋Ｈに設置され、自然エネルギーである太陽光によって発電する設備である。商用電力系統８が家屋Ｈを含む不特定多数の需要地に電力を供給するのに対して、発電設備３は、特定の需要地の需要家によって所有され、特定の需要地である家屋Ｈに電力を供給する設備である。このような発電設備３は、分散型電源ともいう。
【００１５】
発電設備３は、太陽光発電（ＰＶ：Photovoltaic）するＰＶパネル３０と、ＰＶ用のパワーコンディショナ（パワーコンディショニングシステム）３１と、を備える。ＰＶパネル３０は、例えば多結晶シリコン型のソーラーパネルである。ＰＶパネル３０は、家屋Ｈの屋根の上に設置され、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで太陽光発電する。ＰＶパネル３０は、発電手段（発電部）として機能する。パワーコンディショナ３１は、ＰＶパネル３０において発電された電力の供給を受け、供給された電力を、電力線Ｄ２を介して分電盤９に出力する。
【００１６】
図２に、パワーコンディショナ３１の構成を示す。図２に示すように、パワーコンディショナ３１は、インバータ３２と、制御部３３と、記憶部３６と、通信部３７と、を備える。
【００１７】
インバータ３２は、電力を変換する電力変換部として機能する。インバータ３２は、ＰＶパネル３０から供給された直流電力を、家屋Ｈ内で使用できるように、規定の変換効率で交流電力に変換し、電力線Ｄ２に出力する。これにより、インバータ３２は、電力の需要地（消費地）である家屋Ｈ及び商用電力系統８に、ＰＶパネル３０によって発電された電力を供給する。
【００１８】
制御部３３は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＴＣ（Real Time Clock）等を備える。ＣＰＵは、中央処理装置、中央演算装置、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）等ともいう。また、制御部３３は、ＰＶパネル３０によって発電された電力を計算する発電電力計算部３４と、パワーコンディショナ３１の状態を管理する状態管理部３５と、を含む。制御部３３において、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラム及びデータを読み出し、ＲＡＭをワークエリアとして用いて、パワーコンディショナ３１を統括制御する。
【００１９】
記憶部３６は、例えば、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）又はＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の不揮発性の半導体メモリであって、いわゆる二次記憶装置（補助記憶装置）としての役割を担う。記憶部３６は、制御部３３が各種処理を行うために使用する各種プログラム及びデータ、並びに、制御部３３が各種処理を行うことにより生成又は取得する各種データを記憶する。
【００２０】
通信部３７は、制御部３３の制御の下、通信アダプタ３８に接続されており、通信アダプタ３８を介して外部と通信するための通信インタフェースを備える。通信部３７は、家屋Ｈ内に構築された通信ネットワークを介して、給湯機５の給湯コントローラ５４と通信する。通信ネットワークは、例えば、エコーネットライト（ECHONET Lite）に準じた家電ネットワーク、又は、ＲＳ２３２Ｃの規格に準じたシリアル通信ネットワーク等である。
【００２１】
通信部３７は、通信アダプタ３８を介して、交流電流を計測するセンサであるＣＴ（Current Transformer）１及びＣＴ２と接続される。ＣＴ１及びＣＴ２は、それぞれ、商用電力系統８と分電盤９との間に配設された電力線Ｄ１、及び、発電設備３と分電盤９との間に配設された電力線Ｄ２に設置されている。
【００２２】
電力線Ｄ１に配設されたＣＴ１は、商用電力系統８から家屋Ｈに供給される電力Ｐ１を計測する。電力Ｐ１は、家屋Ｈにおいて電力を需要する需要家が電気事業者から買った電力（買電電力）に相当する。電力線Ｄ２に配設されたＣＴ２は、発電設備３から分電盤９に出力される電力Ｐ２を計測する。電力Ｐ２は、発電設備３によって発電された電力であって、家屋Ｈ内に出力された電力（発電電力）に相当する。通信部３７は、ＣＴ１及びＣＴ２によって計測された電力Ｐ１，Ｐ２の計測値を取得する。
【００２３】
図３に、発電設備３が理想的に発電した場合における１日の発電量の推移を示す。図３において、縦軸は発電設備３が発電可能な発電量の最大値に対する実際の発電量の割合を示し、横軸は時刻を示している。発電設備３による発電量は、太陽の光が必要であるため、朝（図３の例では６時）から増加し、昼（図３の例では１２時）にピークに達し、日没（図３の例では１８時）に向かうに従い減少する。また、太陽光が得られない時間帯（図３の例では１８時から６時）では、発電することができない。
【００２４】
電力線Ｄ１を流れる電力Ｐ１と電力線Ｄ２を流れる電力Ｐ２との和は、電力の需要地である家屋Ｈの総消費電力に相当する。すなわち、家屋Ｈの総消費電力をＰｃと表すと、Ｐｃ＝Ｐ１＋Ｐ２の関係式が成立する。
【００２５】
発電設備３から出力される電力Ｐ２が、家屋Ｈの総消費電力Ｐｃ（＝Ｐ１＋Ｐ２）を超えると、家屋Ｈでは余剰電力が生じる。余剰電力が生じると、家屋Ｈの需要家は、余剰電力を逆潮電力として商用電力系統８へ供給することで、電気事業者に電力を売る（売電する）ことができる。このように、家屋Ｈから商用電力系統８へ電力が供給されることで電力が需要家側から電気事業者側へ戻ることを、「逆潮流」という。逆潮流が生じている間は、電力線Ｄ１を流れる電力Ｐ１は、負の値になる。
【００２６】
続いて図１に戻って、給湯機５の説明に移る。給湯機５は、ヒートポンプユニット５０とタンクユニット５１とを備える貯湯式の給湯機である。ヒートポンプユニット５０とタンクユニット５１とは、湯水が流れる水配管５２で接続されている。給湯機５は、分電盤９により分岐された電力線Ｄ３を介して、商用電力系統８及び発電設備３と電気的に接続されており、商用電力系統８と発電設備３とのいずれかから供給された電力を得て動作する。
【００２７】
ヒートポンプユニット５０は、例えばＣＯ２（二酸化炭素）又はＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）等を冷媒として用いたヒートポンプ式の熱源器である。ヒートポンプユニット５０は、周辺の空気を熱源として、貯湯タンク５３内の低温水を高温水に沸き上げる。図４に示すように、ヒートポンプユニット５０は、圧縮機８１と、第１の熱交換器８２と、膨張弁８３と、第２の熱交換器８４と、送風機８５と、水ポンプ８６と、制御基板８９と、を備える。
【００２８】
冷媒配管８０は、圧縮機８１と、第１の熱交換器８２と、膨張弁８３と、第２の熱交換器８４と、を環状に接続している。これにより、冷媒が循環する冷媒回路（冷凍サイクル回路）が形成されている。冷媒回路は、ヒートポンプ又は冷凍サイクル等ともいう。水配管５２は、貯湯タンク５３の下部を起点に、水ポンプ８６及び第１の熱交換器８２を経て貯湯タンク５３の上部に戻る。これにより、湯水が循環する沸上げ回路が形成されている。
【００２９】
圧縮機８１は、冷媒を圧縮して冷媒配管８０（冷媒回路）を循環させる。具体的に説明すると、圧縮機８１は、冷媒配管８０を流れる冷媒を圧縮して、冷媒の温度及び圧力を上昇させる。温度及び圧力が上昇した冷媒は、圧縮機８１から吐出されて、冷媒配管８０を循環する。圧縮機８１は、自機を駆動する電動機を備え、電動機における回転子の回転運動によって冷媒を圧縮する。圧縮機８１は、インバータ回路を備え、電動機の回転速度に応じて容量（単位時間当たりの送り出し量）を変化させる。電動機の回転速度は、電動機の単位時間当たりの回転数であって、駆動周波数ともいう。圧縮機８１は、制御基板８９から指示される制御値に従って電動機の回転速度を変化させ、容量を変更する。
【００３０】
第１の熱交換器８２は、市水を目標の沸上げ温度（貯湯温度ともいう。）まで昇温加熱するための加熱源である。第１の熱交換器８２は、プレート式又は二重管式等の熱交換器であり、冷媒配管８０を流れる冷媒と、水配管５２を流れる水（低温水）と、の間で熱交換する水冷媒熱交換器である。第１の熱交換器８２における熱交換により、冷媒は放熱し、水は吸熱する。
【００３１】
膨張弁８３は、冷媒配管８０を流れる冷媒を膨張させて、冷媒の温度及び圧力を下降させる。膨張弁８３は、制御基板８９から指示される制御値に従って弁の開度を変更する。
【００３２】
第２の熱交換器８４は、送風機８５により送られる外気と、冷媒配管８０を流れる冷媒と、の間で熱交換する空気熱交換器である。第２の熱交換器８４における熱交換により、冷媒は吸熱し、外気は放熱する。
【００３３】
水ポンプ８６は、貯湯タンク５３の下部からの低温水を第１の熱交換器８２へ搬送する。水ポンプ８６は、インバータ回路を備え、制御基板８９から指示される制御値に従って駆動回転数を変更することにより、搬送する際の水流量を変化させることができる。
【００３４】
制御基板８９は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インタフェース及び読み書き可能な不揮発性の半導体メモリ等を備える。制御基板８９は、圧縮機８１、膨張弁８３、送風機８５及び水ポンプ８６のそれぞれと、図示しない通信線を介して通信可能に接続する。また、制御基板８９は、図示しない通信線を介して、リモコン５５及び給湯コントローラ５４と通信可能に接続する。制御基板８９は、リモコン５５又は給湯コントローラ５４から送信された指示に従って、圧縮機８１、膨張弁８３、送風機８５及び水ポンプ８６の動作を制御する。
【００３５】
図１に戻って、タンクユニット５１は、貯湯タンク５３、給湯コントローラ５４及び混合弁５６等を備える。これらの構成部品は、金属製の外装ケース内に収められている。
【００３６】
貯湯タンク５３は、ステンレス又は樹脂等で形成されている。貯湯タンク５３の外側には断熱材（図示せず）が配置されている。これにより、貯湯タンク５３内で、高温の湯（以下、高温水という。）を長時間に亘って保温することができる。高温水の温度は、例えば６０度又は７０度等である。
【００３７】
給湯コントローラ５４は、給湯機５を統括的に制御する制御装置である。給湯コントローラ５４は、ヒートポンプユニット５０の制御基板８９と図示しない通信線を介して通信可能に接続されている。また、給湯コントローラ５４は、通信線５９を介してリモコン５５と通信可能に接続されている。
【００３８】
図５に、給湯コントローラ５４の構成を示す。図５に示すように、給湯コントローラ５４は、制御部６１と、記憶部６２と、計時部６３と、通信部６４と、を備える。これら各部はバス６９を介して接続されている。
【００３９】
制御部６１は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備える。ＣＰＵは、中央処理装置、中央演算装置、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ又はＤＳＰ等ともいう。制御部６１において、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラム及びデータを読み出し、ＲＡＭをワークエリアとして用いて、給湯コントローラ５４を統括制御する。
【００４０】
記憶部６２は、例えば、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性の半導体メモリであって、いわゆる二次記憶装置（補助記憶装置）としての役割を担う。記憶部６２は、制御部６１が各種処理を行うために使用する各種プログラム及びデータ、並びに、制御部６１が各種処理を行うことにより生成又は取得する各種データを記憶する。
【００４１】
計時部６３は、ＲＴＣを備えており、給湯コントローラ５４の電源がオフの間も計時を継続する計時デバイスである。
【００４２】
通信部６４は、制御部６１の制御の下、家屋Ｈ内に構築された前述の通信ネットワークを介して通信するための通信インタフェースを備える。通信部６４は、発電設備３のパワーコンディショナ３１と通信ネットワークを介して通信する。
【００４３】
また、通信部６４は、リモコン５５及びヒートポンプユニット５０の制御基板８９と通信するためのインタフェースを備える。通信部６４は、リモコン５５から操作指令を受信し、リモコン５５に表示データを送信する。また、通信部６４は、ヒートポンプユニット５０に動作指令を送信する。なお、給湯コントローラ５４は、外付けの通信アダプタ（図示せず）を介して、通信ネットワークに接続される仕様であってもよい。
【００４４】
通信部６４は、交流電流を計測するセンサであるＣＴ３と接続される。ＣＴ３は、分電盤９と給湯機５の間に配設された電力線Ｄ３に設置されており、分電盤９から給湯機５に供給される電力Ｐ３を計測する。この電力Ｐ３は、給湯機５において消費される電力に相当する。
【００４５】
図１に戻って、リモコン５５は、給湯機５の運転状態及び貯湯状態等を表示してユーザに提示するための端末装置である。リモコン５５は、家屋Ｈにおける浴室、洗面所又は台所等に設置され、ユーザから沸上げ又は給湯等に関する操作入力を受け付ける。
【００４６】
リモコン５５は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、読み書き可能な不揮発性の半導体メモリ、押しボタン、タッチパネル又はタッチパッド等の入力デバイス、有機ＥＬディスプレイ又は液晶ディスプレイ等の表示デバイス、及び、通信インタフェース等を備える。
【００４７】
沸上げ動作（沸上げ運転）の開始時には、貯湯タンク５３内の高温水は消費されており、貯湯タンク５３の下部には市水の温度に近い低温水が貯留している。図示しないポンプを作動させることで、この低温水がヒートポンプユニット５０の上述した第１の熱交換器８２へ入水され、冷媒との熱交換により昇温し、高温水となる。この高温水は貯湯タンク５３の上部に戻され、貯湯タンク５３内では、上部に高温水、下部に低温水が滞留して温度成層が形成され、高温水と低温水との間には温度境界層が生成される。
【００４８】
沸上げ量が増えて、高温水の領域が大きくなると貯湯タンク５３の下部に温度境界層が近づき、第１の熱交換器８２へ入水する水の温度（入水温度）が次第に上昇する。
【００４９】
貯湯タンク５３の上部には出湯管が接続されており、貯湯タンク５３からこの出湯管を介して出湯した高温水が、混合弁５６にて市水と混合される。これにより、ユーザが所望する温度（例えば４０℃）の湯水となって、例えば浴室、洗面所又は台所等に配設されたシャワー５７又は蛇口５８等の給湯端末に供給される。このとき、貯湯タンク５３では、上部から流出した高温水の体積分、水道圧により、下部に接続された給水管から市水が供給される。これにより、貯湯タンク５３内では温度境界層が上方へ移動する。高温水が少なくなると、給湯機５は、追加沸上げを行う。
【００５０】
機器７（機器７−１，７−２，…）は、例えば、エアコン、照明器、床暖房システム、冷蔵庫、ＩＨ（Induction Heating）調理器又はテレビ等の電気機器である。機器７−１，７−２，…は、家屋Ｈ（その敷地も含む）内に設置され、分電盤９により分岐された電力線Ｄ４，Ｄ５，…を介して、商用電力系統８及び発電設備３と電気的に接続されている。
【００５１】
次に、図６を参照して、給湯システム１の機能的な構成について説明する。図６に示すように、パワーコンディショナ３１は、機能的に、計測値取得部３０１と、電力出力部３０５と、電力情報送信部３０７と、表示制御部３０９と、を備える。これらの各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、ＲＯＭ又は記憶部３６に格納される。そして、制御部３３において、ＣＰＵが、ＲＯＭ又は記憶部３６に記憶されたプログラムを実行することによって、各部の機能を実現する。
【００５２】
計測値取得部３０１は、商用電力系統８から家屋Ｈに供給される電力Ｐ１の計測値、及び、発電設備３から出力される電力Ｐ２の計測値を取得する。前述したように、商用電力系統８から家屋Ｈに供給される電力Ｐ１は、電力線Ｄ１に配設されたＣＴ１によって計測される。また、発電設備３から出力される電力Ｐ２は、電力線Ｄ２に配設されたＣＴ２によって計測される。計測値取得部３０１は、商用電力系統８から家屋Ｈに供給される電力Ｐ１の計測値を取得することで、発電電力Ｐａのうちの商用電力系統８に供給される逆潮電力（−Ｐ１）の計測値も取得することができる。
【００５３】
計測値取得部３０１は、ＣＴ１，ＣＴ２によって得られた電力Ｐ１，Ｐ２の計測値を、定期的に又は必要に応じて通信部３７を介して取得する。計測値取得部３０１は、制御部３３が通信部３７と協働することによって実現される。
【００５４】
パワーコンディショナ３１は、計測ＤＢ（Database）３１０を備える。計測ＤＢ３１０は、計測値取得部３０１によって取得された電力Ｐ１，Ｐ２の計測値を記憶する。計測ＤＢ３１０は、電力Ｐ１，Ｐ２の計測値を計測値取得部３０１が取得する度に、取得された計測値を格納することで、買電電力Ｐ１及び発電電力Ｐ２の履歴を記憶する。計測ＤＢ３１０は、記憶部３６の記憶領域に構築される。
【００５５】
図７に、計測ＤＢ３１０に記憶される計測データの具体例を示す。図７に示すように、計測ＤＢ３１０は、買電電力Ｐ１の電力量、及び発電電力Ｐ２の電力量を時系列順に記憶する。電力量は、予め定められた時間に亘る電力の積算値である。計測値取得部３０１は、電力Ｐ１，Ｐ２の計測値を取得すると、電力Ｐ１，Ｐ２の電力量を計算し、電力量及び位相角を計測ＤＢ３１０に順次格納していく。
【００５６】
電力出力部３０５は、ＰＶパネル３０によって発電された電力（発電電力）を出力する。具体的に説明すると、電力出力部３０５は、インバータ３２を制御し、ＰＶパネル３０によって発電された電力を直流電力から交流電力に変換して、家屋Ｈ内に出力する。電力出力部３０５によって出力される電力は、ＰＶパネル３０において発電された電力（パネル発電電力）に規定の変換効率を乗じて得られた電力である。電力出力部３０５は、制御部３３がインバータ３２と協働することによって実現される。
【００５７】
電力情報送信部３０７は、計測ＤＢ３１０に記憶された計測データを参照して、買電電力Ｐ１及び発電電力Ｐ２の履歴を示す電力情報を生成する。そして、電力情報送信部３０７は、生成された電力情報を、家屋Ｈ内に構築された通信ネットワークを介して給湯機５に送信する。電力情報送信部３０７は、制御部３３が通信部３７と協働することによって実現される。
【００５８】
表示制御部３０９は、通信部３７を介して図示しないユーザインターフェースと通信し、状況に応じた表示画面をユーザインターフェースの表示デバイスに表示する。表示制御部３０９は、制御部３３が通信部３７と協働することによって実現される。
【００５９】
次に、給湯コントローラ５４の機能的な構成について説明する。図６に示すように、給湯コントローラ５４は、機能的に、沸上げ部６０４と、電力情報取得部６０５と、表示制御部６０８と、操作受付部６０９と、を備える。これらの各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、ＲＯＭ又は記憶部６２に格納される。そして、制御部６１において、ＣＰＵが、ＲＯＭ又は記憶部６２に記憶されたプログラムを実行することによって、各部の機能を実現する。
【００６０】
電力情報取得部６０５は、抑制指示によって定められる期間において、パワーコンディショナ３１から電力情報を取得する。電力情報は、電力情報送信部３０７によって送信された、買電電力Ｐ１及び発電電力Ｐ２の履歴を示す情報である。電力情報取得部６０５は、電力情報を家屋Ｈ内に構築された通信ネットワークを介して取得する。電力情報取得部６０５は、制御部６１が通信部６４と協働することによって実現される。
【００６１】
沸上げ部６０４は、ヒートポンプユニット５０の制御基板８９と通信し、ヒートポンプユニット５０を制御することにより、湯を沸き上げる。湯を沸き上げるとは、貯湯タンク５３内の低温水がヒートポンプユニット５０によって高温水に沸き上げられ、高温水が貯湯タンク５３に供給されることを意味する。沸上げ部６０４は、制御部６１が計時部６３及び通信部６４と協働することによって実現される。
【００６２】
沸上げ部６０４は、発電設備３の発電電力によって、湯を沸き上げる。具体的に説明すると、沸上げ部６０４は、発電設備３が発電している最中に、ヒートポンプユニット５０を駆動して湯を沸き上げる。これにより、発電電力を有効に活用して商用電力系統８への逆潮流を低減させる。
【００６３】
給湯機５は、電力を熱に変換して湯として貯めることで、家屋Ｈにおいて電力を貯めることができる。通常、給湯機５は、電気料金が安い夜間に湯を沸き上げて貯湯タンク５３に貯めておく。しかしながら、沸上げ部６０４は、発電電力を貯める手段として給湯機５を利用する。沸上げ部６０４は、発電設備３が発電している際にヒートポンプユニット５０を動作させ、発電電力を貯蓄することで、逆潮流を低減させる。
【００６４】
このとき、沸上げ部６０４は、電力情報取得部６０５によって取得された電力情報に基づいて、湯を沸き上げる。図３に示したように、時間帯により発電設備３の発電量は変化する。そのため、効率的に電力を消費又は貯蓄するためには、発電量に応じて発電電力を消費又は貯蓄をする必要がある。そのために、沸上げ部６０４は、発電電力Ｐ２の計測値を参照し、圧縮機８１を駆動する電動機の回転速度を発電電力に応じて変化させて、湯を沸き上げる。
【００６５】
図８に、圧縮機８１を駆動する電動機の回転速度と電動機の入力電力（消費電力）の関係を示す。電動機の出力電力は、回転速度とトルクとの掛け算で定められるため、電動機の回転速度を増加させると増加する。そのため、図８に示すように、電動機の入力電力は、回転速度にほぼ比例して増加する。このような電動機の特性を利用し、発電設備３による発電量に応じて電動機の回転速度を調整することで、給湯機５における消費電力を調整することができる。
【００６６】
具体的に説明すると、沸上げ部６０４は、発電設備３の発電電力に相当する電力を給湯機５が消費するように、電動機の回転速度を調整する。給湯機５は、圧縮機８１の電動機の入力以外にも、風を送るファンモータ及び制御基板８９等により電力を消費しているが、給湯機５の８割程度は圧縮機８１の電動機により消費されている。そのため、電動機の回転速度を調整することで、給湯機５の消費電力を効率的に制御することができる。
【００６７】
図９に、発電設備３の発電電力に応じて回転速度を変化させる例を示す。図９に示すように、沸上げ部６０４は、発電電力が大きくなるほど回転速度を増大させ、発電電力が小さくなるほど回転速度を減少させる。言い換えると、沸上げ部６０４は、圧縮機８１を駆動する電動機を、発電電力に応じた回転速度、具体的には発電電力に比例する回転速度で運転して、湯を沸き上げる。このように、電動機の回転速度を発電電力に応じて変化させることで、発電電力を電動機で効率的に消費することができ、逆潮流を低減させることができる。
【００６８】
より詳細に説明すると、沸上げ部６０４は、発電電力の履歴に応じて電動機の回転速度を変化させて、湯を沸き上げる。発電電力の履歴とは、過去の発電電力の情報をいう。給湯コントローラ５４は、パワーコンディショナ３１から、計測ＤＢ３１０において時系列順に記憶された過去の発電電力Ｐ２を示す電力情報を取得することによって、発電電力の履歴を取得する。
【００６９】
図３に示したように、１日における発電量は時刻によってカーブを描くように変化する。このような発電量の傾向は、天候及び季節等によって多少変動するものの大きくは変わらない。そのため、発電電力の履歴から、将来の各時刻における発電量を予測することができ、それに合わせた電動機の回転速度を推定することができる。これを利用し、沸上げ部６０４は、発電電力の履歴から、前日以前における現在の時刻と同じ時刻の発電電力を特定する。そして、沸上げ部６０４は、特定した発電電力に応じて電動機の回転速度を変化させて、湯を沸き上げる。このように発電電力の履歴を用いることで、前もって高精度に回転速度を設定することができる。
【００７０】
このとき、沸上げ部６０４は、発電電力と、発電電力の単位時間当たりの変化量と、に応じて電動機の回転速度を変化させて、湯を沸き上げる。発電電力の単位時間当たりの変化量とは、図３に示した発電量のグラフにおける傾きをいう。この変化量は、発電量が増加している場合（例えば午前）には増加量（正の値）であって、発電量が減少している場合（例えば午後）には減少量（負の値）である。
【００７１】
沸上げ部６０４は、発電電力の履歴から、前日以前における現在の時刻と同じ時刻の発電電力を特定し、更にその発電電力の単位時間当たりの変化量を計算する。そして、沸上げ部６０４は、特定した発電電力に計算した変化量を加算した電力に応じて電動機の回転速度を変化させて、湯を沸き上げる。具体的に説明すると、沸上げ部６０４は、発電電力が増加している場合は、現在と同じ時刻の過去の発電電力よりも大きい電力に応じて回転速度を変化させ、発電電力が減少している場合は、現在と同じ時刻の過去の発電電力よりも小さい電力に応じて回転速度を変化させる。このように、電力量の傾きから将来の発電量を予測することで、電動機をより効率的に運転することができる。
【００７２】
また、沸上げ部６０４は、発電電力と、発電電力が１日のうちでピークに達する時刻と、に応じて電動機の回転速度を変化させて、湯を沸き上げる。発電電力が１日のうちでピークに達する時刻とは、１日のうちで発電量が最も大きくなる時刻であって、一般的には１２時付近の時刻である。例えば発電量がピークに達する時では変化量は０になるため、今後発電量が増加せず、電動機の回転速度を増加する必要は無いと推定できる。そのため、電動機の回転速度を過剰に変化させることを抑制でき、電動機をより効率的に運転することができる。天候又は季節によって発電時間及び発電量は変動するが、発電電力がピークに達する時刻は、既知である。そのため、時期とそのピーク時刻とを予め設定しておき、ピーク時刻も含めて将来の発電量を予測することで、電動機をより効率的に運転することができる。
【００７３】
なお、発電設備３による発電量は、理想的には図３に示したように滑らかに変化するが、実際には、図１０に示すように、急な曇り又は雨等の突然の天候の変化によって急激に変動する。また、発電量の傾きも大きな値になるため、このような発電量の急激な変化に合わせて電動機を運転すると、電動機の回転速度は急激に増減する。
【００７４】
これを回避するために、沸上げ部６０４は、規定時間における発電電力の平均値に応じて電動機の回転速度を変化させて、湯を沸き上げる。具体的に説明すると、沸上げ部６０４は、パワーコンディショナ３１から取得された電力情報によって示される発電電力の履歴から、規定時間毎に発電電力の平均値を計算する。そして、沸上げ部６０４は、計算した平均値とその変化量とから将来の発電を予測し、予測した発電量に応じて回転速度で電動機を運転して、湯を沸き上げる。
【００７５】
発電電力の平均値を算出する規定時間は、１分以上２時間以下の時間である。少なくとも１分の時間で発電電力を平均することで、突然の天候の変化による発電量の変動を平滑化することができる。また、発電電力はおよそ２時間毎に大きく変化するため、２時間以下の時間で発電電力を平均することで、平均値の傾きを精度良く計算することができる。
【００７６】
なお、発電電力が許容時間を超えて大きく変化した場合には、その値を平均から除外することができる。また、図３に示した理想的な発電量から、発電量の傾きの上限及び下限を設け、発電量の単位時間当たりの変化量が上限又は下限を超えた場合に平均から除外しても良い。
【００７７】
次に、圧縮機８１を駆動する電動機の設計について説明する。図１１に、電動機の回転速度と電動機の電圧及び効率との関係を示す。電動機の電圧は、電動機を稼働させるために電動機に印加される電圧である。電動機の効率は、電動機の入力電力（消費電力）に対する出力電力の割合で定められる。図１１に示すように、電動機の回転速度は、電動機の特性によって定められた最小値と最大値との間の範囲内で変化する。回転速度が変化する最小値と最大値との間を、低速区間と中間区間と高速区間という３つの区間に均等に分ける。
【００７８】
電動機に印加される電圧は、予め定められた最大電圧までは回転速度にほぼ比例して増加し、最大電圧まで達すると、それ以上回転速度を増加させても最大電圧のまま維持される。言い換えると、電動機は、印加電圧が最大電圧に達する回転速度（図１１におけるＡ点）より大きい回転速度で電動機を運転する場合、電動機の界磁を弱めて回転速度を増加させることで、印加電圧を最大電圧より大きくせずに回転速度を増加させる。これは、一般的に、過変調制御又は弱め界磁制御と呼ばれる。
【００７９】
電動機の効率は、印加電圧が最大電圧に達する回転速度（図１１におけるＡ点）付近で最大となり、回転速度がそれ以上大きくなって過変調制御が開始すると低下する。そのため、印加電圧が最大電圧に達する付近の回転速度で電動機を運転することが、最も効率が良い。通常の夜間の沸上げ運転の場合、夜間は十分な時間があるため、給湯機５は、圧縮機８１の機械効率も加味して、低い回転速度で時間をかけて湯を沸き上げる。そのため、低い回転速度で運転した場合に電動機の効率が最大になるように、電動機が設計されることが望ましい。しかしながら、上述したように発電電力によって湯を沸き上げる給湯機５においては、発電電力で湯を沸き上げた場合の電動機の回転速度で効率が最大になるように電動機を設計することが良い。
【００８０】
そのため、電動機を、回転速度の最大値と最小値との間に含まれる複数の区間のうちの、発電電力に応じて定められる電力を圧縮機８１が消費する際における回転速度が含まれる区間において、電動機に印加される電圧が電動機が過変調運転を開始する電圧に達するように設計する。ここで、回転速度の最大値と最小値との間に含まれる複数の区間とは、具体的には低速区間と中間区間と高速区間という３つの区間である。電動機が過変調運転を開始する電圧とは、最大電圧であって、図１１におけるＡ点の電圧である。
【００８１】
発電電力に応じて定められる電力とは、具体的には、発電設備３によって発電されている期間において発電電力を平均した電力である。発電設備３によって発電されている期間は、例えば６時から１８時までの日が出ている期間である。この平均電力は、日が出ている期間における発電電力を、季節による変動を平滑化するために１年間に亘って平均した電力である。
【００８２】
発電電力を平均した電力を圧縮機８１が消費する際における電動機の回転速度は、圧縮機８１の消費電力の大部分は電動機の入力電力であるため、図８に示した電動機の回転速度と入力電力との関係によって特定することができる。低速区間と中間区間と高速区間とのうちの、このように特定される回転速度が含まれる区間において、電動機に印加される電圧が過変調運転の開始電圧（最大電圧）に達するように、電動機を設計する。
【００８３】
具体的に説明すると、発電電力を平均した電力を圧縮機８１が消費する際における電動機の回転速度が、３つの区間のうちの中間区間に含まれる場合には、図１１に示すように、中間区間において印加電圧が最大電圧に達するように、電動機を設計する。これに対して、発電電力を平均した電力を圧縮機８１が消費する際における電動機の回転速度が、高速区間に含まれる場合には、図１２に示すように、高速区間において印加電圧が最大電圧に達するように、電動機を設計する。低速区間についても同様である。このように、発電電力を平均した電力を圧縮機８１が消費する際に効率が最大となるように電動機を設計することで、電動機は、長い時間高い効率で運転することができる。そのため、発電電力をより有効に利用することができる。
【００８４】
電動機の回転速度の最小値と最大値との間を複数の区間に分ける理由は、自然エネルギーによる発電量は、季節、天候又は設置場所によって発電量が異なるからである。言い換えると、電動機の回転速度を、複数の区間のうちから選ばれた１つの区間の範囲内で設計することができるため、設計が容易になる。
【００８５】
なお、圧縮機８１の電動機の巻線方式は、集中巻であっても良いし分布巻であっても良いし、極数及び固定子スロット数はどのように組み合わせても良い。また、電動機の設計として、希土類磁石、フェライト磁石、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）構造又はＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）構造等、様々な設計が可能である。すなわち、電動機の電圧を設計できるものであれば、どのような構造の電動機も使用可能である。但し、高効率な電動機を構成するためには、磁力の強い希土類磁石を使用するのが一般的であり、リラクタンストルクを有効に使用できる永久磁石埋め込み型の電動機が適している。そのため、希土類磁石を使用した永久磁石埋め込み型電動機が最も効率がよく運転できるため、最も適している。希土類磁石に使用されるレアアース（Ｄｙ、Ｎｄ又はＴｂ等）は、その含有量を問わず使用することができる。また、電動機を駆動するインバータ回路は、母線電圧を昇圧させる昇圧回路等、どのようなものであっても良い。
【００８６】
表示制御部６０８は、通信部６４を介してリモコン５５と通信し、状況に応じた表示画面をリモコン５５の表示デバイスに表示する。操作受付部６０９は、通信部６４を介してリモコン５５と通信し、ユーザがリモコン５５を操作して入力した情報を受け付ける。表示制御部６０８及び操作受付部６０９は、それぞれ制御部６１が通信部６４と協働することによって実現される。
【００８７】
以上のように構成された給湯システム１において実行される処理の流れについて、図１３及び図１４を参照して、説明する。
【００８８】
図１３に、給湯システム１において実行される処理の概要を示す。図１３に示す処理は、発電設備３及び給湯機５が正常に動作可能な状態において、繰り返し実行される。図１３に示す処理が開始すると、パワーコンディショナ３１は、ＣＴ１及びＣＴ２によって取得された買電電力Ｐ１及び発電電力Ｐ２の計測値を取得する（ステップＳ１１）。そして、パワーコンディショナ３１は、取得した計測値で計測ＤＢ３１０を更新する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１において、パワーコンディショナ３１の制御部３３は計測値取得部３０１として機能する。
【００８９】
次に、パワーコンディショナ３１は、計測ＤＢ３１０に記憶された計測値から電力情報を生成して、電力情報を給湯機５に送信する（ステップＳ１３）。電力情報を送信するタイミングは、例えば、発電が開始されて計測ＤＢ３１０が更新されたタイミングである。或いは、パワーコンディショナ３１は、１日のうちの予め決められた時刻に、又は、給湯機５からの要求に応じて、電力情報を送信しても良い。ステップＳ１３において、パワーコンディショナ３１の制御部３３は、電力情報送信部３０７として機能する。
【００９０】
一方で、給湯コントローラ５４は、沸上げ部６０４として機能し、沸上げ処理を実行する（ステップＳ１４）。図１４に、ステップＳ１４において実行される給湯コントローラ５４の沸上げ処理の詳細を示す。
【００９１】
図１４に示す沸上げ処理において、給湯コントローラ５４の制御部６１は、パワーコンディショナ３１から送信された電力情報を取得する（ステップＳ４０１）。電力情報を取得すると、制御部６１は、取得した電力情報によって示される発電電力が、予め設定された沸上げの開始可能電力より大きいか否かを判定する（ステップＳ４０２）。発電電力が開始可能電力より大きくない場合（ステップＳ４０２；ＮＯ）、制御部６１は、沸上げを開始せず、ステップＳ４０１において次の電力情報を取得するまで待機する。
【００９２】
これに対して、発電電力が開始可能電力より大きい場合（ステップＳ４０２；ＹＥＳ）、制御部６１は、沸上げを開始する処理に移行する。沸上げを開始する前に、制御部６１は、発電電力に基づいて、電動機の回転速度を決定する（ステップＳ４０３）。具体的に説明すると、制御部６１は、パワーコンディショナ３１から取得した電力情報に含まれる発電電力の履歴から、発電電力の平均値とその傾きとを計算する。そして、制御部６１は、計算した平均値と傾きとに応じて、発電電力に相当する電力を給湯機５が消費するように、電動機の回転速度を決定する。
【００９３】
回転速度を決定すると、制御部６１は、沸上げ運転を開始する（ステップＳ４０４）。具体的に説明すると、制御部６１は、決定した回転速度で電動機を運転させて圧縮機８１を駆動し、貯湯タンク５３に高温水を供給し始める。
【００９４】
沸上げ運転を実行している間、制御部６１は、沸上げ運転が終了したか否かを判定する（ステップＳ４０５）。沸上げ運転が終了していない場合には（ステップＳ４０５；ＮＯ）、制御部６１は、処理をステップＳ４０４に留める。すなわち、制御部６１は、沸上げ運転が終了するまで、電動機の回転速度を調整しながら、沸上げ運転を継続する。最終的に、沸上げ運転が終了した場合には（ステップＳ４０５；ＹＥＳ）、制御部６１は、沸上げが終了した旨を示すメッセージ又は画像等をリモコン５５に表示し、沸上げ処理を終了する。
【００９５】
以上説明したように、実施形態１に係る給湯システム１は、発電設備３の発電電力によって湯を沸き上げる際に、圧縮機８１を駆動する電動機の回転速度を発電電力に応じて変化させる。その結果、商用電力系統８への逆潮流を抑制することができ、且つ、発電電力を効率的に利用することができる。
【００９６】
特に、給湯機５において電動機の回転速度を制御するための電力情報は、パワーコンディショナ３１において生成され、パワーコンディショナ３１から給湯機５に直接送信される。そのため、給湯システム１は、パワーコンディショナ３１及び給湯機５という最低限の構成で、発電電力を効率的に活用することができる。
【００９７】
また、実施形態１に係る給湯システム１において、電動機は、回転速度の最大値と最小値との間に含まれる複数の区間のうちの、発電電力を平均した電力を圧縮機８１が消費する際における回転速度が含まれる区間において、電動機に印加される電圧が最大電圧に達するように設計されている。その結果、電動機は、長い時間高い効率で運転することができ、発電電力をより有効に利用することができる。
【００９８】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。
【００９９】
図１５に、実施形態２に係る給湯システム１ａの全体構成を示す。図１５に示すように、給湯システム１ａは、発電設備３ａと、給湯機５ａと、複数の機器７（機器７−１，７−２，…）と、ルータ１２と、を備える。
【０１００】
ルータ１２は、例えばインターネット等である広域ネットワークＮを介して電力サーバ１４と接続されている。ルータ１２は、ブロードバンドルータであって、広域ネットワークＮを介して電力サーバ１４と通信することができる。なお、ルータ１２以外の構成は実施形態１と同様であるため、説明を省略する。
【０１０１】
電力サーバ１４は、商用電力系統８によって各需要家に商用電源を提供する電気事業者によって運営されるサーバである。電力サーバ１４は、各需要家の需要地に設置された発電設備３ａのパワーコンディショナ３１ａと、広域ネットワークＮを介して通信可能に接続されている。
【０１０２】
発電設備３ａのパワーコンディショナ３１ａ及び給湯機５ａの給湯コントローラ５４ａは、家屋Ｈ内に構築された通信ネットワークを介してルータ１２と通信し、ルータ１２を介して、電力サーバ１４と通信する。
【０１０３】
図１６に、実施形態２に係る給湯システム１ａの機能的な構成を示す。なお、給湯コントローラ５４ａ及びパワーコンディショナ３１ａのハードウェア構成は、実施形態１における給湯コントローラ５４及びパワーコンディショナ３１の構成とそれぞれ同じであるため、説明を省略する。
【０１０４】
図１６に示すように、パワーコンディショナ３１ａは、機能的に、計測値取得部３０１と、指示取得部３０３と、指示情報送信部３０４と、電力出力部３０５と、余力電力計算部３０６と、電力情報送信部３０７と、表示制御部３０９と、を備える。これらの各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、ＲＯＭ又は記憶部３６に格納される。そして、制御部３３において、ＣＰＵが、ＲＯＭ又は記憶部３６に記憶されたプログラムを実行することによって、各部の機能を実現する。
【０１０５】
また、パワーコンディショナ３１ａは、計測ＤＢ（Database）３１０と、指示ＤＢ３２０と、を備える。計測ＤＢ３１０及び指示ＤＢ３２０は、記憶部３６の記憶領域に構築される。なお、計測値取得部３０１及び表示制御部３０９の機能は実施形態１と同様であるため、説明を省略する。
【０１０６】
指示取得部３０３は、ＰＶパネル３０によって発電された電力の、商用電力系統８への供給を抑制する指示を取得する。商用電力系統８への電力の供給を抑制する指示とは、電力サーバ１４によって配信されるＰＶ抑制の指示（抑制指示）である。以下、電力サーバ１４によって配信される抑制指示について説明する。
【０１０７】
電力サーバ１４は、特定の条件が満たされた場合に、発電設備３ａを所有する各需要家に対して、特定の期間における各需要家の発電設備３ａから商用電力系統８への電力の供給、すなわち逆潮流を抑制する指示を配信する。このように逆潮流を抑制する理由は、需要家から商用電力系統８へ多くの電力が供給されすぎて、商用電力系統８の需給バランスが崩れることを防止するためである。電力サーバ１４によって配信される逆潮流を抑制する指示を「抑制指示」といい、発電設備３ａの出力を制御して逆潮流を抑制することを「ＰＶ抑制」という。ＰＶ抑制は、「出力抑制」又は「出力制御」等ともいう。
【０１０８】
具体的に説明すると、電力サーバ１４は、各需要家の発電設備３ａが設置された場所における天気予報、日射量及び日照時間等の気象情報を気象事業者から取得し、ＰＶ抑制のスケジュールを作成する。そして、電力サーバ１４は、作成したスケジュールに従って、ＰＶ抑制を実施する日の前日までに、抑制指示を各需要家へ配信する。ＰＶ抑制の実施期間は、通常、商用電力系統８の需給状況に対して発電設備３ａによる発電電力が過剰となる期間、例えば多くの日射量が見込まれる晴天時の昼間の時間帯である。なお、ＰＶ抑制を実施する必要がない日には、電力サーバ１４は、抑制指示を配信しない。
【０１０９】
電力サーバ１４によって配信される抑制指示は、ＰＶ抑制を実施する特定の期間を示す時間情報と、ＰＶ抑制時における発電設備３ａの出力制限の指示値を示す指示値情報と、を含んでいる。具体的に説明すると、抑制指示は、ＰＶ抑制を実施する特定の期間として、特定の日における特定の時間帯、すなわちＰＶ抑制を実施する年月日と時刻（開始時刻及び終了時刻）との情報を指定する。
【０１１０】
また、抑制指示は、ＰＶ抑制時における発電設備３ａの出力制限の指示値として、発電設備３ａのパワーコンディショナ３１ａから家屋Ｈの分電盤９へ出力される電力の、発電設備３ａの発電電力の定格値に対する割合（％）を指定する。ここで、発電設備３ａの発電電力の定格値とは、発電設備３ａが適正な条件の下で安全に出力可能な最大の電力値を意味し、具体的にはＰＶパネル３０の定格容量とパワーコンディショナ３１ａの定格容量とのうちの小さい方に相当する。
【０１１１】
図１７に、電力サーバ１４によって配信される抑制指示の具体例を示す。図１７中の実線Ｌａは、ＰＶ抑制が指示されなかった場合における発電設備３ａによる発電電力の推移を表しており、日射量が多くなる正午をピークとして昼間に大きな値を示す。これに対して、図１７中の破線Ｌｐは、抑制指示によって指定される発電設備３ａの出力制限の指示値の推移を表している。
【０１１２】
図１７の例では、９時から１１時まで及び１３時から１５時までの時間帯で、発電設備３ａから出力される電力を定格値の４０％（例えば５．０ｋＷの定格値に対して２．０ｋＷ）に抑制することが指定されている。また、１１時から１３時までの時間帯で、発電設備３ａから出力される電力を定格値の０％に抑制する、すなわち発電設備３ａによって発電された電力を全く出力しないことが指定されている。言い換えると、指示値が１００％未満となる９時から１５時までの時間帯において、発電設備３ａから出力される電力は抑制される。これに対して、指示値は１００％となる０時から９時まで及び１５時から２４時までの時間帯では、発電設備３ａから出力される電力は実質的に抑制されない。以下では、指示値を電力の単位で表した値を、「指示電力」という。
【０１１３】
電力サーバ１４が抑制指示を配信すると、指示取得部３０３は、配信された抑制指示を、広域ネットワークＮ及び通信部３７を介して取得する。指示取得部３０３は、抑制指示を取得すると、取得した抑制指示によって指定されるスケジュール及び指示値等のＰＶ抑制の内容を、指示ＤＢ３２０に格納する。指示取得部３０３は、制御部３３が通信部３７と協働することによって実現される。
【０１１４】
図１６に戻って、指示ＤＢ３２０は、指示取得部３０３によって取得された抑制指示の内容を記憶する。抑制指示の内容とは、具体的には抑制指示によって指定されるＰＶ抑制のスケジュール及び指示値である。指示ＤＢ３２０は、指示取得部３０３が電力サーバ１４から抑制指示を取得する度に、記憶されたＰＶ抑制のスケジュール及び指示値を更新していく。
【０１１５】
指示情報送信部３０４は、指示取得部３０３が抑制指示を取得した場合、抑制指示の内容を示す指示情報を給湯機５ａに送信する。抑制指示の内容とは、具体的には、ＰＶ抑制が指示された旨、及びその日時等である。指示情報送信部３０４は、指示取得部３０３が抑制指示を取得した場合、このような抑制指示の内容を示す指示情報を生成する。そして、指示情報送信部３０４は、生成した指示情報を、ＰＶ抑制の実施日の前日の２３時までに、家屋Ｈ内に構築された通信ネットワークを介して給湯機５ａに送信する。指示情報送信部３０４は、制御部３３が通信部３７と協働することによって実現される。
【０１１６】
電力出力部３０５は、指示取得部３０３が抑制指示を取得した場合、抑制指示によって定められる期間において、ＰＶパネル３０によって発電された電力のうちの、発電された電力より少ない電力を出力する。抑制指示によって定められる期間とは、抑制指示によって指示されたＰＶ抑制の実施期間である。電力出力部３０５は、ＰＶ抑制の実施期間が到来すると、インバータ３２を制御することにより、ＰＶパネル３０からパワーコンディショナ３１ａに供給された発電電力のうちの電力線Ｄ２に出力される電力を抑制する。その結果、電力線Ｄ２にはＰＶパネル３０によって発電された電力のうちの全ては出力されず、発電された電力より少ない電力が出力され、残りの電力は出力されない。なお、発電された電力より少ない電力が出力されることは、電力が全く出力されないことを含む。電力出力部３０５は、制御部３３がインバータ３２と協働することによって実現される。
【０１１７】
電力出力部３０５は、ＰＶ抑制が実施されない期間では、パワーコンディショナ３１ａからの出力を抑制しない。言い換えると、電力出力部３０５は、ＰＶパネル３０によって発電された電力（発電電力）のうちの出力可能な電力を全て家屋Ｈ内に出力する。これに対して、ＰＶ抑制が実施される期間では、電力出力部３０５は、パワーコンディショナ３１ａからの出力を抑制する。
【０１１８】
以下では、パワーコンディショナ３１ａによって出力可能な電力を発電電力Ｐａと表して、パワーコンディショナ３１ａから実際に出力された電力（出力電力）Ｐ２と区別する。ＰＶ抑制が実施されない期間では、出力電力Ｐ２は発電電力Ｐａと等しくなり、ＰＶ抑制が実施される期間では、出力電力Ｐ２は発電電力Ｐａよりも小さくなる。ＰＶ抑制が実施される期間において、発電電力Ｐａと出力電力Ｐ２との差分（Ｐａ−Ｐ２）は、損失電力（発電ロス）として失われる。
【０１１９】
電力出力部３０５は、出力電力を抑制する方法として、進相位相制御を実行する。言い換えると、電力出力部３０５は、ＰＶ抑制の実施期間において、電流の位相を電圧の位相からずらすことで、出力する電力を抑制する。より詳細に説明すると、ＰＶ抑制が実施される期間において、家屋Ｈの総消費電力Ｐｃが指示電力より小さい場合、電力出力部３０５は、出力電力Ｐ２を、指示電力まで抑制する（出力抑制モード）。これに対して、ＰＶ抑制が実施される期間において、家屋Ｈの総消費電力Ｐｃが指示電力より大きい場合、電力出力部３０５は、出力電力Ｐ２を、指示電力までではなく、総消費電力Ｐｃに等しい電力までしか抑制しない（逆潮流ゼロモード）。
【０１２０】
余力電力計算部３０６は、余力電力を計算する。余力電力とは、ＰＶパネル３０によって発電された電力Ｐａのうち、パワーコンディショナ３１ａが出力可能な電力の余力である。言い換えると、余力電力は、ＰＶ抑制の実施期間において、給湯機５ａを含む家屋Ｈ内の機器が消費可能であるにも拘わらず、出力抑制によりパワーコンディショナ３１ａから出力されていない電力である。余力電力計算部３０６は、制御部３３における発電電力計算部３４によって実現される。
【０１２１】
余力電力計算部３０６は、ＰＶ抑制の実施期間におけるＰＶパネル３０によって発電された電力Ｐａと電力出力部３０５によって出力された電力Ｐ２との差分を余力電力と計算する。ＰＶ抑制の実施期間における出力電力Ｐ２は、計測値取得部３０１によって計測値として取得することができる。これに対して、ＰＶパネル３０による発電電力Ｐａは、ＰＶ抑制が実施されている間は、直接計測することができない。そのため、余力電力計算部３０６は、出力電力Ｐ２における電圧と電流との位相差から出力電力Ｐ２の力率を計算し、計算した力率を発電電力Ｐａの定格値に乗じることによって、ＰＶ抑制の実施期間における発電電力Ｐａの推定値を計算する。発電電力Ｐａの定格値は、ＲＯＭ又は記憶部３６等に予め記憶されている。
【０１２２】
余力電力計算部３０６は、計算した発電電力Ｐａの推定値から、出力電力Ｐ２の計測値を減じることによって、余力電力を計算する。例えば、発電電力Ｐａの定格値が６．０ｋＷ、力率が０．９、及び出力電力Ｐ２の計測値が４．０ｋＷである場合、余力電力計算部３０６は、１．４ｋＷ（＝６．０ｋＷ×０．９−４．０ｋＷ）の電力を、余力電力として計算する。
【０１２３】
電力情報送信部３０７は、余力電力計算部３０６によって計算された余力電力を示す電力情報を給湯機５ａに送信する。具体的に説明すると、電力情報送信部３０７は、ＰＶ抑制の実施期間におけるＰＶパネル３０によって発電された電力Ｐａと電力出力部３０５によって出力された電力Ｐ２との差分を示す電力情報を生成する。そして、電力情報送信部３０７は、生成された電力情報を、家屋Ｈ内に構築された通信ネットワークを介して給湯機５ａに送信する。電力情報送信部３０７は、制御部３３が通信部３７と協働することによって実現される。
【０１２４】
次に、給湯コントローラ５４ａの機能的な構成について説明する。図１６に示すように、給湯コントローラ５４ａは、機能的に、指示情報取得部６０１と、計画生成部６０２と、沸上げ部６０４と、電力情報取得部６０５と、表示制御部６０８と、操作受付部６０９と、を備える。これらの各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、ＲＯＭ又は記憶部６２に格納される。そして、制御部６１において、ＣＰＵが、ＲＯＭ又は記憶部６２に記憶されたプログラムを実行することによって、各部の機能を実現する。なお、表示制御部６０８及び操作受付部６０９の機能は実施形態１と同様であるため、説明を省略する。
【０１２５】
指示情報取得部６０１は、パワーコンディショナ３１ａから送信された指示情報を取得する。指示情報は、指示情報送信部３０４によって送信された、ＰＶ抑制が指示された旨、及びその日時等の情報である。指示情報取得部６０１は、指示情報を家屋Ｈ内に構築された通信ネットワークを介して取得する。指示情報取得部６０１は、制御部６１が通信部６４と協働することによって実現される。
【０１２６】
計画生成部６０２は、指示情報取得部６０１が指示情報を取得すると、指示情報に基づいて、沸上げ計画を生成する。沸上げ計画とは、沸上げ運転の開始時刻、終了時刻、沸上げ時間、沸上げ量、及び沸上げ能力等を定めたものである。計画生成部６０２は、１日のうちの予め定められた時刻（例えば２３時）が到来すると、学習ＤＢ６１０を参照して、翌日の沸上げ計画を生成する。生成された計画は、ＲＡＭ又は記憶部６２等に記憶される。計画生成部６０２は、制御部６１が記憶部６２と協働することによって実現される。
【０１２７】
給湯コントローラ５４ａは、学習ＤＢ６１０を備える。学習ＤＢ６１０は、記憶部６２内の記憶領域に構築される。学習ＤＢ６１０は、前日までの湯の沸上げ量及び使用量（給湯量）等のデータを格納したデータベースである。計画生成部６０２は、学習ＤＢ６１０に記憶された前日までの沸上げ量及び使用量等を参照して、翌日に使用される湯の量を予測する。そして、計画生成部６０２は、予測される翌日の湯の使用量と貯湯タンク５３に残った湯の量とから、目標となる沸上げ量を決定する。
【０１２８】
沸上げ量を決定すると、計画生成部６０２は、湯を沸き上げる時刻を決定する。具体的に説明すると、計画生成部６０２は、翌日にＰＶ抑制が実施されない場合、決定した沸上げ量の湯の全てを、買電単価が安くなる夜間に沸き上げる計画を生成する。これに対して、翌日にＰＶ抑制が実施される場合には、計画生成部６０２は、ＰＶ抑制中に発生する損失電力を低減させるため、決定した沸上げ量の湯の一部を夜間に沸き上げ、残りを昼間のＰＶ抑制中に沸き上げる計画を生成する。
【０１２９】
沸上げ部６０４は、計画生成部６０２によって生成された沸上げ計画に従って、湯を沸き上げる。具体的に説明すると、翌日にＰＶ抑制が実施される指示情報を指示情報取得部６０１が取得していない場合、沸上げ部６０４は、計画生成部６０２によって生成された夜間沸上げ計画に従って、目標となる沸上げ量の湯の全てを夜間に沸き上げる。これに対して、翌日にＰＶ抑制が実施される指示情報を指示情報取得部６０１が取得した場合、沸上げ部６０４は、指示情報によって定められるＰＶ抑制の実施期間より前の夜間に第１の量の湯を沸き上げ、ＰＶ抑制の実施期間である昼間において、余力電力に応じて第２の量の湯を沸き上げる。
【０１３０】
電力情報取得部６０５は、抑制指示によって定められる期間において、パワーコンディショナ３１ａから電力情報を取得する。電力情報は、電力情報送信部３０７によって送信された、ＰＶ抑制の実施期間におけるＰＶパネル３０によって発電された電力Ｐａと電力出力部３０５によって出力された電力Ｐ２との差分に基づく情報であって、具体的には発電設備３ａの余力電力を示す情報である。電力情報取得部６０５は、電力情報を家屋Ｈ内に構築された通信ネットワークを介して取得する。電力情報取得部６０５は、制御部６１が通信部６４と協働することによって実現される。
【０１３１】
沸上げ部６０４は、抑制指示によって定められる期間において、電力情報取得部６０５によって取得された電力情報に示される余力電力に応じて、電動機の回転速度を変化させて、湯を沸き上げる。言い換えると、沸上げ部６０４は、ＰＶパネル３０によって発電された電力Ｐａと電力出力部３０５によって出力された電力Ｐ２との差分に応じて、電動機の回転速度を変化させて、湯を沸き上げる。沸上げ部６０４の処理は、実施形態１における説明において、「発電電力」を「余力電力」に置き換えたものと同様である。そのため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１３２】
以上のように構成された給湯システム１ａにおいて実行される処理の流れについて、図１８及び図１９を参照して、説明する。
【０１３３】
図１８に、給湯システム１ａにおいて実行される処理の概要を示す。図１８は、一回のＰＶ抑制の指示が電力サーバ１４から配信されてからそのＰＶ抑制の実施が終了するまでの、電力サーバ１４、発電設備３ａのパワーコンディショナ３１ａ及び給湯機５ａの給湯コントローラ５４ａによって実行される処理の流れを示している。もし複数回のＰＶ抑制の指示が電力サーバ１４から配信された場合には、複数回のＰＶ抑制のそれぞれについて、図１８に示す処理が並列に実行される。
【０１３４】
電力サーバ１４は、ＰＶ抑制を実施することが決定し、そのスケジュール及び詳細な内容が確定すると、ＰＶ抑制の指示（抑制指示）を各需要家に配信する。電力サーバ１４から抑制指示が配信されると、パワーコンディショナ３１ａは、配信された抑制指示を、広域ネットワークＮを介して取得する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において、パワーコンディショナ３１ａの制御部３３は、指示取得部３０３として機能する。
【０１３５】
ステップＳ２１において、パワーコンディショナ３１ａは、電力サーバ１４から抑制指示が配信されたタイミングで、抑制指示を取得してもよい。或いは、パワーコンディショナ３１ａは、１日１回又は２回等のように予め定められたタイミングが到来すると、自ら電力サーバ１４にアクセスすることにより、電力サーバ１４から抑制指示を取得してもよい。
【０１３６】
抑制指示を取得すると、パワーコンディショナ３１ａは、ＰＶ抑制が実施される日の前日まで待機する。そして、ＰＶ抑制が実施される日の前日になると、パワーコンディショナ３１ａは、取得した抑制指示の内容を示す指示情報を給湯機５ａに送信する（ステップＳ２２）。具体的に説明すると、パワーコンディショナ３１ａは、ＰＶ抑制が指示された旨、及びその日時等を示す指示情報を生成し、給湯機５ａに送信する。ステップＳ２２において、パワーコンディショナ３１ａの制御部３３は、指示情報送信部３０４として機能する。
【０１３７】
ステップＳ２２においてパワーコンディショナ３１ａが指示情報を送信した場合、給湯コントローラ５４ａは、送信された指示情報を取得する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３において、給湯コントローラ５４ａの制御部６１は、指示情報取得部６０１として機能する。
【０１３８】
指示情報を取得すると、給湯コントローラ５４ａは、取得した指示情報に従って、沸上げ計画を生成する（ステップＳ２４）。具体的に説明すると、給湯コントローラ５４ａは、学習ＤＢ６１０に記憶された前日までの沸上げ量と使用量とから、翌日に使用される湯の量を予測する。そして、給湯コントローラ５４ａは、予測される翌日の湯の使用量と貯湯タンク５３に残った湯の量とから、沸上げ量を決定する。
【０１３９】
給湯コントローラ５４ａは、翌日にＰＶ抑制が実施されない場合、決定した沸上げ量の湯の全てを夜間に沸き上げる計画を生成する。これに対して、翌日にＰＶ抑制が実施される場合、給湯コントローラ５４ａは、決定した沸上げ量の湯の一部を夜間に沸き上げ、残りを昼間のＰＶ抑制中に沸き上げる計画を生成する。ステップＳ２４において、給湯コントローラ５４ａの制御部６１は、計画生成部６０２として機能する。
【０１４０】
給湯コントローラ５４ａは、沸上げ計画を生成すると、生成した計画に従って、夜間沸上げを実行する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５において、給湯コントローラ５４ａの制御部６１は、沸上げ部６０４として機能する。
【０１４１】
その後、ＰＶ抑制が開始される時刻が到来すると、パワーコンディショナ３１ａは、発電電力の出力抑制を実行する（ステップＳ２６）。図１９に、ステップＳ２６において実行されるパワーコンディショナ３１ａの出力抑制処理の詳細を示す。この出力抑制処理は、電力サーバ１４から取得した抑制指示によって定められるＰＶ抑制の開始時刻が到来すると、開始する。
【０１４２】
図１９に示す出力抑制処理が開始すると、パワーコンディショナ３１ａの制御部３３は、ＣＴ１及びＣＴ２によって取得された買電電力Ｐ１及び出力電力Ｐ２の計測値を取得する（ステップＳ６０１）。そして、制御部３３は、取得した電力Ｐ１，Ｐ２の計測値に基づいて、パワーコンディショナ３１ａから出力される電力の位相を制御することにより、出力電力Ｐ２を抑制する（ステップＳ６０２）。ステップＳ６０１において、制御部３３は計測値取得部３０１として機能し、ステップＳ６０２において、制御部３３は電力出力部３０５として機能する。
【０１４３】
出力電力を抑制すると、制御部３３は、ＰＶ抑制の開始又は前回の余力電力計算時から集計時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ６０３）。集計時間とは、余力電力を計算するための時間であって、例えば３分又は５分等に設定される。
【０１４４】
集計時間が経過していない場合（ステップＳ６０３；ＮＯ）、制御部３３は、処理をステップＳ６０１に戻す。集計時間が経過するまで、制御部３３は、電力Ｐ１，Ｐ２の計測値を取得し、出力電力Ｐ２を抑制する処理を繰り返す。
【０１４５】
集計時間が経過すると（ステップＳ６０３；ＹＥＳ）、制御部３３は、出力抑制前における位相角の平均値を計算する（ステップＳ６０４）。具体的に説明すると、制御部３３は、ＰＶ抑制の実施期間が開始される直前の予め定められた期間（例えば５分又は１０分等）における位相角の平均値を計算する。
【０１４６】
位相角の平均値を計算すると、制御部３３は、計算結果に基づいて、発電電力を計算する（ステップＳ６０５）。具体的に説明すると、制御部３３は、位相角の平均値の余弦を計算することで出力電力Ｐ２の力率を計算し、得られた力率を発電電力Ｐａの定格値に乗じる。これにより、制御部３３は、ＰＶ抑制の実施期間における発電電力Ｐａの推定値を計算する。
【０１４７】
発電電力Ｐａを計算すると、制御部３３は、計算された発電電力Ｐａの推定値から出力電力Ｐ２の計測値を減じることで、余力電力を計算する（ステップＳ６０６）。これにより、制御部３３は、ＰＶ抑制の実施期間において、給湯機５ａを含む家屋Ｈ内の機器が消費可能であるにも拘わらず、パワーコンディショナ３１ａから出力されていない電力を見積もる。ステップＳ６０３からステップＳ６０６において、制御部３３は、余力電力計算部３０６として機能する。
【０１４８】
余力電力を計算すると、制御部３３は、規定周期が経過したか否かを判定する（ステップＳ６０７）。規定周期は、給湯機５ａへの余力情報の送信タイミングを決めるために設定された時間であって、例えば３０分に設定される。直前の送信タイミングから規定周期が経過していない場合（ステップＳ６０７；ＮＯ）、制御部３３は、ステップＳ６０８及びステップＳ６０９の処理をスキップする。
【０１４９】
直前の送信タイミングから規定周期が経過すると（ステップＳ６０７；ＹＥＳ）、制御部３３は、直前の送信タイミングから現在までにおいて計算された余力電力を平均化する（ステップＳ６０８）。そして、制御部３３は、平均化された余力電力を示す電力情報を生成して、電力情報を給湯機５ａに送信する（ステップＳ６０９）。ステップＳ６０８及びステップＳ６０９において、制御部３３は、電力情報送信部３０７として機能する。
【０１５０】
その後、制御部３３は、出力抑制が終了したか否かを判定する（ステップＳ６１０）。出力抑制が終了していない場合（ステップＳ６１０；ＮＯ）、制御部３３は、処理をステップＳ６０１に戻す。出力抑制が終了するまで、制御部３３は、ステップＳ６０１からＳステップＳ６１０までの処理を繰り返す。
【０１５１】
最終的に、出力抑制が終了すると（ステップＳ６１０；ＹＥＳ）、制御部３３は、出力抑制の解除を給湯機５ａに通知する（ステップＳ６１１）。以上で、図１９に示したパワーコンディショナ３１ａの出力抑制処理は終了する。
【０１５２】
ステップＳ２６におけるパワーコンディショナ３１ａの出力抑制処理と並行して、給湯コントローラ５４ａは、昼間沸上げ処理を実行する（ステップＳ２７）。この昼間沸上げ処理は、パワーコンディショナ３１ａから取得した指示情報によって定められるＰＶ抑制の開始時刻が到来すると、開始する。昼間沸上げ処理の詳細は、図１４に示した処理において、「発電電力」を「余力電力」に置き換えたものと同様である。そのため、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１５３】
以上説明したように、実施形態２に係る給湯システム１ａによれば、パワーコンディショナ３１ａが、ＰＶ抑制の実施期間において、ＰＶパネル３０の発電電力Ｐａとパワーコンディショナ３１ａから出力された電力Ｐ２との差分を発電設備３ａの余力電力として計算し、給湯機５ａが、余力電力に応じた能力で湯を沸き上げる。その結果、ＰＶ抑制時に生じる発電ロスを減少させることができ、電力の利用効率を向上させることができる。
【０１５４】
（変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明を実施するにあたっては、種々の形態による変形及び応用が可能である。
【０１５５】
例えば、上記実施形態１，２では、沸上げ部６０４は、発電電力の履歴に応じて電動機の回転を変化させて、湯を沸き上げた。しかしながら、本発明において、沸上げ部６０４は、過去の発電電力ではなく、現在の発電電力の計測値を取得し、現在の発電電力に応じて電動機の回転速度を変化させて、湯を沸き上げても良い。現在の発電電力というリアルタイムの情報を用いることで、より精度良く回転速度を調整できる。
【０１５６】
上記実施形態１，２では、パワーコンディショナ３１，３１ａが買電電力Ｐ１及び発電電力Ｐ２の計測値を取得し、これらを示す電力情報を給湯機５，５ａに送信した。しかしながら、本発明において、給湯コントローラ５４，５４ａは、自身で買電電力Ｐ１及び発電電力Ｐ２の計測値を取得し、取得した計測値に基づいて電動機の回転速度を変化させて湯を沸き上げても良い。
【０１５７】
上記実施形態１，２では、給湯コントローラ５４，５４ａは、発電電力に応じて電動機の回転速度を変化させる機能を備えていた。しかしながら、本発明において、発電電力に応じて電動機の回転速度を変化させる機能を、給湯機５，５ａの外部の機器が備えていても良い。外部の機器とは、例えばパワーコンディショナ３１，３１ａ、家屋Ｈ内の機器全体を制御する制御装置、又は広域ネットワークＮを介して接続されるサーバ等である。但し、例えばこれら外部の機器のメーカーと給湯機５，５ａのメーカーとが異なる場合、システムの連携が難しい。これに対して、給湯コントローラ５４，５４ａ又はモニタ等、給湯機の設備内にて発電電力に応じて電動機の回転速度を変化させる機能を備えることで、給湯機５，５ａは、電力情報さえ取得できれば運転できる。そのため、上記の給湯システム１，１ａを簡単に実現することができる。
【０１５８】
また、沸上げ部６０４は、発電電力と、給湯機５が設置された需要地である家屋Ｈにおける給湯機５，５ａ以外の機器の消費電力と、の差分に応じて電動機の回転速度を変化させて、湯を沸き上げても良い。具体的に説明すると、家屋Ｈには、給湯機５，５ａ以外にも電力を消費する機器７−１及び機器７−２等が存在する。そのため家屋Ｈにおける給湯機５以外の機器の消費電力を発電電力から減じて得られた電力（余剰電力という。）を、電動機の回転速度を定める基準とすることができる。これにより、余剰電力を有効に利用することができる。このときの発電電力は現在の発電電力であっても良いし、発電電力の履歴を用いても良い。また、発電電力として規定時間における平均値を用いても良い。なお、家屋Ｈにおける給湯機５，５ａ以外の機器の消費電力は、総消費電力ＰｃからＣＴ３によって計測される給湯機で消費される電力Ｐ３を減じることによって得られる。
【０１５９】
また、上記実施形態１，２では、電動機は、回転速度の最大値と最小値との間に含まれる複数の区間のうちの、発電電力を平均した電力を圧縮機８１が消費する際における回転速度が含まれる区間において、電動機に印加される電圧が最大電圧に達するように設計された。しかしながら、本発明において、電動機は、複数の区間のうちの、発電設備３，３ａによって発電される最大の電力を圧縮機８１が消費する際における回転速度が含まれる区間において、電動機に印加される電圧が最大電圧に達するように設計されても良い。発電設備３，３ａによって発電される最大の電力は、発電設備３，３ａが発電可能な最大の電力であって、ＰＶパネル３０の容量とパワーコンディショナ３１，３１ａの容量によって定められる。具体的に説明すると、ブレーカの容量の制限又は逆潮流の制限等によって、逆潮流の最大値を低減させたい場合がある。このような場合に、発電設備３，３ａによって発電される最大の電力を圧縮機８１が消費する際に効率が最大となるように電動機を設計することで、逆潮流の最大値を低減させることができる。
【０１６０】
また、複数の区間のうちの、発電電力に応じて定められる電力を圧縮機８１が消費する際における回転速度が含まれる区間において、電動機に印加される電圧が最大電圧に達するように電動機が設計されている場合において、給湯システム１，１ａは、発電電力に応じて回転速度を変化させなくても良い。発電電力によって湯を沸き上げるものであれば、電動機の回転速度を適切に設計することで、電動機の効率を高めることができる。また、複数の区間のうちの、発電電力に応じて定められる電力を圧縮機８１が消費する際における回転速度が含まれる区間において、電動機に印加される電圧が最大電圧に達するように電動機が設計される場合において、発電電力を、余剰電力又は余力電力に置き換えることもできる。
【０１６１】
また、上記実施形態２では、余力電力計算部３０６は、ＰＶ抑制の実施期間における発電電力Ｐａと出力電力Ｐ２との差分、すなわち発電設備３ａにおける損失電力そのものを、余力電力として計算した。しかしながら、本発明において、ＰＶ抑制の実施期間における発電電力Ｐａと出力電力Ｐ２との差分に基づく電力であれば、別の方法で定義されるものであってもよい。例えばマージンを確保するため、余力電力を、ＰＶ抑制の実施期間における発電電力Ｐａと出力電力Ｐ２との差分（損失電力）から予め定められたマージンの値を減じた電力として定めることができる。
【０１６２】
或いは、余力電力計算部３０６は、ＰＶ抑制の実施期間における発電電力Ｐａと出力電力Ｐ２との差分（損失電力）に逆潮電力を加えた電力を、余力電力として計算してもよい。具体的に説明すると、余力電力計算部３０６は、ＰＶパネル３０によって発電された電力Ｐａと電力出力部３０５によって出力された電力Ｐ２との差分に、計測値取得部３０１によって取得された逆潮電力（−Ｐ１）の計測値を加えることによって、余力電力を計算してもよい。このように、余力電力計算部３０６が逆潮電力を含めて余力電力を計算し、余力情報送信部３０７がその余力電力を示す余力情報を給湯機５ａに送信することで、より多くの電力を給湯機５ａの沸上げ運転に利用することができる。
【０１６３】
また、上記実施形態１，２では、発電設備３，３ａは、家屋Ｈに設置されていた。しかしながら、発電設備３，３ａは、商用電力系統８とは別の電力系統であれば、家屋Ｈとは離れた敷地に設置され、遠隔から家屋Ｈに電力を供給するものであってもよい。この場合、発電設備３，３ａが設置された場所を含めて需要地という。また、需要地は、上述した家屋Ｈのような一般住宅であることに限らず、発電設備３，３ａ及び商用電力系統８からの電力の需要地であれば、集合住宅、施設、ビル、又は、工場等であってもよい。また、発電設備３，３ａは、太陽光によって発電することに限らず、風力又は地熱等で発電するものであっても良い。
【０１６４】
上記実施形態１，２では、パワーコンディショナ３１，３１ａの制御部３３において、ＣＰＵがＲＯＭ又は記憶部３６に記憶されたプログラムを実行することによって、計測値取得部３０１、指示取得部３０３、指示情報送信部３０４、電力出力部３０５、余力電力計算部３０６、電力情報送信部３０７及び表示制御部３０９のそれぞれとして機能した。また、給湯コントローラ５４，５４ａの制御部６１において、ＣＰＵがＲＯＭ又は記憶部６２に記憶されたプログラムを実行することによって、指示情報取得部６０１、計画生成部６０２、電力情報取得部６０５、沸上げ部６０４及び表示制御部６０８のそれぞれとして機能した。しかしながら、本発明において、制御部３３及び制御部６１は、専用のハードウェアであってもよい。専用のハードウェアとは、例えば単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又は、これらの組み合わせ等である。制御部３３及び制御部６１が専用のハードウェアである場合、各部の機能それぞれを個別のハードウェアで実現してもよいし、各部の機能をまとめて単一のハードウェアで実現してもよい。
【０１６５】
また、各部の機能のうち、一部を専用のハードウェアによって実現し、他の一部をソフトウェア又はファームウェアによって実現してもよい。このように、制御部３３及び制御部６１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又は、これらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
【０１６６】
本発明に係るパワーコンディショナ３１，３１ａ及び給湯コントローラ５４，５４ａの動作を規定する動作プログラムを既存のパーソナルコンピュータ又は情報端末装置等に適用することで、当該パーソナルコンピュータ又は情報端末装置等を、本発明に係るパワーコンディショナ３１，３１ａ及び給湯コントローラ５４，５４ａとして機能させることも可能である。
【０１６７】
また、このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk ROM）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical Disk）、又は、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、インターネット等の通信ネットワークを介して配布してもよい。
【０１６８】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明は、電力の管理を行うシステム等に好適に採用され得る。
【符号の説明】
【０１７０】
１，１ａ  給湯システム、３，３ａ  発電設備、５，５ａ  給湯機、７（７−１，７−２，…）  機器、８  商用電力系統、９  分電盤、１２  ルータ、１４  電力サーバ、３０  ＰＶパネル、３１，３１ａ  パワーコンディショナ、３２  インバータ、３３，６１  制御部、３４  発電電力計算部、３５  状態管理部、３６，６２  記憶部、３７，６４  通信部、３８  通信アダプタ、４０  表示部、５０  ヒートポンプユニット、５１  タンクユニット、５２  水配管、５３  貯湯タンク、５４，５４ａ  給湯コントローラ、５５  リモコン、５６  混合弁、５７  シャワー、５８  蛇口、５９  通信線、６３  計時部、６９  バス、８０  冷媒配管、８１  圧縮機、８２  第１の熱交換器、８３  膨張弁、８４  第２の熱交換器、８５  送風機、８６  水ポンプ、８９  制御基板、９０  サーバ、３０１  計測値取得部、３０３  指示取得部、３０４  指示情報送信部、３０５  電力出力部、３０６  余力電力計算部、３０７  電力情報送信部、３０８  出力情報送信部、３０９，６０８  表示制御部、３１０  計測ＤＢ、３２０  指示ＤＢ、６０１  指示情報取得部、６０２  計画生成部、６０４  沸上げ部、６０５  電力情報取得部、６０９  操作受付部、６１０  学習ＤＢ、Ｄ１〜Ｄ５  電力線、Ｈ  家屋、Ｎ  広域ネットワーク
【図１】
2018003042.tif 000003
【図２】
2018003042.tif 000004
【図３】
2018003042.tif 000005
【図４】
2018003042.tif 000006
【図５】
2018003042.tif 000007
【図６】
2018003042.tif 000008
【図７】
2018003042.tif 000009
【図８】
2018003042.tif 000010
【図９】
2018003042.tif 000011
【図１０】
2018003042.tif 000012
【図１１】
2018003042.tif 000013
【図１２】
2018003042.tif 000014
【図１３】
2018003042.tif 000015
【図１４】
2018003042.tif 000016
【図１５】
2018003042.tif 000017
【図１６】
2018003042.tif 000018
【図１７】
2018003042.tif 000019
【図１８】
2018003042.tif 000020
【図１９】
2018003042.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月24日(2018.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る給湯システムは、
発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる給湯システムであって、
冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させる圧縮機と、
前記圧縮機を駆動する電動機の回転速度を、規定時間における前記発電電力の平均値に応じて変化させて、前記湯を沸き上げる沸上げ手段と、を備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる給湯システムであって、
冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させる圧縮機と、
前記圧縮機を駆動する電動機の回転速度を、規定時間における前記発電電力の平均値に応じて変化させて、前記湯を沸き上げる沸上げ手段と、を備える、
給湯システム。
【請求項２】
前記沸上げ手段は、前記発電電力の履歴に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記沸上げ手段は、前記発電電力と、前記発電電力の単位時間当たりの変化量と、に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１又は２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記沸上げ手段は、前記平均値と、前記平均値の単位時間当たりの変化量と、に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の給湯システム。
【請求項５】
前記規定時間は、１分以上２時間以下の時間である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の給湯システム。
【請求項６】
前記沸上げ手段は、前記発電電力と、前記発電電力が１日のうちでピークに達する時刻と、に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１から５のいずれか１項に記載の給湯システム。
【請求項７】
前記回転速度の最大値と最小値との間に含まれる複数の区間のうちの、前記発電電力に応じて定められる電力を前記圧縮機が消費する際における前記回転速度が含まれる区間において、前記電動機に印加される電圧は、前記電動機が過変調運転を開始する電圧に達する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の給湯システム。
【請求項８】
前記発電電力に応じて定められる電力は、前記発電手段によって発電されている期間において前記発電電力を平均した電力である、
請求項７に記載の給湯システム。
【請求項９】
前記発電電力に応じて定められる電力は、前記発電手段によって発電される最大の電力である、
請求項７に記載の給湯システム。
【請求項１０】
前記発電電力を出力するパワーコンディショナと、
前記圧縮機と前記沸上げ手段とを備え、前記パワーコンディショナから出力された前記発電電力によって前記湯を沸き上げる給湯機と、を備える、
請求項１から９のいずれか１項に記載の給湯システム。
【請求項１１】
前記沸上げ手段は、前記発電電力と、前記給湯機が設置された需要地における前記給湯機以外の機器の消費電力と、の差分に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１０に記載の給湯システム。
【請求項１２】
前記パワーコンディショナは、
商用電力系統への前記発電電力の供給を抑制する指示を取得する指示取得手段と、
前記指示取得手段が前記指示を取得した場合、前記指示によって定められる期間において、前記発電電力のうちの、前記発電電力より少ない電力を出力する電力出力手段と、を備え、
前記給湯機において、
前記沸上げ手段は、前記期間において、前記発電電力に応じて前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１０又は１１に記載の給湯システム。
【請求項１３】
前記給湯機において、
前記沸上げ手段は、前記期間における、前記発電電力と前記電力出力手段によって出力された電力との差分に応じて、前記回転速度を変化させて、前記湯を沸き上げる、
請求項１２に記載の給湯システム。
【請求項１４】
前記パワーコンディショナは、
前記発電電力と前記電力出力手段によって出力された電力との前記差分を示す電力情報を前記給湯機に送信する電力情報送信手段、をさらに備え、
前記給湯機は、
前記パワーコンディショナから前記電力情報を受信する電力情報受信手段、をさらに備える、
請求項１３に記載の給湯システム。
【請求項１５】
発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる給湯システムであって、
冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させる圧縮機と、
前記圧縮機を駆動する電動機の回転速度を、前記発電電力と、前記発電電力の単位時間当たりの変化量と、に応じて変化させて、前記湯を沸き上げる沸上げ手段と、を備える、
給湯システム。
【請求項１６】
発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる給湯機であって、
冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させる圧縮機と、
前記圧縮機を駆動する電動機の回転速度を、規定時間における前記発電電力の平均値に応じて変化させて、前記湯を沸き上げる沸上げ手段と、を備える、
給湯機。
【請求項１７】
発電手段の発電電力によって湯を沸き上げる給湯機の制御方法であって、
前記給湯機の圧縮機を駆動する電動機の回転速度を、規定時間における前記発電電力の平均値に応じて変化させて、前記湯を沸き上げる、
給湯機の制御方法。
【国際調査報告】
2018003042.tif 000022
2018003042.tif 000023
2018003042.tif 000024
2018003042.tif 000025