(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池等の再生可能エネルギーから得られる直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の前記直流電力と接続可能に構成されたＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータにはペルチェ素子が配線接続されこのペルチェ素子の吸熱面を冷凍庫の冷気を循環させるダクト内に望ませ、当該ペルチェ素子の放熱面は水熱交換器を介して貯湯タンク内の湯と熱交換を成すように構成すると共に、前記再生可能エネルギーから得られる直流電力の一部を前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記ペルチェ素子へ供給し、また少なくとも冷凍庫内の冷熱もしくは貯湯タンク内の温熱のいずれか一方を用いて当該ペルチェ素子から得られる直流電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記電力変換器へ供給する構成を有することを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
前記ペルチェ素子の放熱面と貯湯タンク内とを循環する循環回路中に放熱器を設け、該放熱器で前記ペルチェ素子の放熱を行うように構成することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記電力変換装置とＤＣ／ＤＣコンバータとを単一の筐体内に収納、もしくは一体に構成することを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池等の再生可能エネルギーから得られる直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に用いられ、この直流電力の一部を熱エネルギーとして蓄える電力制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置は、例えば太陽電池の発電電力を交流電力に変換した後屋内の配電線に重畳し、発電電力はこの屋内の配線を介して夫々の負荷Ｌで消費されるものであった。【０００３】
しかし、太陽電池など日射量の影響を受け発電電力が安定しないエネルギーを用いている場合は供給される電力と消費する電力量との間に余剰電力が発生することがある。この余剰電力は商用の電力系統Ｇへ逆潮流せることも可能ではあるが、この逆潮流が行えない場合は負荷Ｌで消費されることがなく無駄になってしまう欠点があった。【０００４】
逆潮流が行えない場合としては、商用の電力系統Ｇが接続されていない場合、商用の系統が停電中の場合、電力変換装置が商用の系統と連動しない自立運転を行っている場合、商用の系統への逆潮流が制限されている場合などがある。【０００５】
太陽電池で発電された電力または余剰電力を無駄なく利用するために、この発電電力を全て貯湯タンクの加熱に用いるものが特許文献１に記載されていた。この場合、貯湯タンク内のお湯が沸きあがるまでは電力を消費できるが、この貯湯タンク内のお湯は給湯として利用されるのみであった。【０００６】
また、ペルチェ素子を用いて庫内の収容物を温蔵保存または冷蔵保存するものが引用文献２に記載されていた。この場合も太陽電池で発電された電力は蓄冷または蓄熱として保存されることになるが庫内の温蔵または冷蔵が行えるのみであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２９２９５３号公報
【特許文献２】特開平１１−３２５７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１又は特許文献２に記載のものでは太陽電池で発電された電力をお湯または冷熱に変換して保存することにより太陽電池の発電電力の瞬時的な変動を吸収しているものであった。しかし、電力をお湯または冷熱に変換する際の変換効率を考慮すると電力を直接消費する場合に比べ電力損失が生じているものであった。
本発明は、太陽電池などの再生可能エネルギーの変換損失を抑制しながら余剰電力が生じた際に、蓄電池などの別途付加設備を設けることなく容易に電力保存を可能にした装置を構成するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、太陽電池等の再生可能エネルギーから得られる直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の直流電力と接続可能に構成されたＤＣ／ＤＣコンバータを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータにはペルチェ素子が配線接続されこのペルチェ素子の吸熱面を冷凍庫の冷気を循環させるダクト内に望ませ、当該ペルチェ素子の放熱面は水熱交換器を介して貯湯タンク内の湯と熱交換を成すように構成すると共に、再生可能エネルギーから得られる直流電力の一部をＤＣ／ＤＣコンバータを介してペルチェ素子へ供給し、また少なくとも冷凍庫内の冷熱もしくは貯湯タンク内の温熱のいずれか一方を用いて当該ペルチェ素子から得られる直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して電力変換器へ供給する構成を有するものであり、太陽電池等で発電された電力の一部を冷／温熱に変換して利用しまた電力に変換して利用することができるものである。【００１０】
本発明によれば、太陽電池等の再生可能エネルギーかられ得られる電力の一部を冷／温熱に変換して蓄冷／蓄熱が行えるものである。【００１１】
また本発明は、ペルチェ素子の放熱面と貯湯タンク内とを循環する循環回路中に放熱器を設け、該放熱器でペルチェ素子の放熱を行うように構成するものであり、貯湯タンク内への温熱の保存量を制御することができるものである。【００１２】
また本発明は、電力変換装置とＤＣ／ＤＣコンバータとを単一の筐体内に収納、もしくは一体に構成することにより、冷蔵庫および給湯器に容易に接続が行えるように成るものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電力制御装置では、太陽電池等から得られる再生可能エネルギーは電力変換装置により直流電力から交流電力に変換された後、屋内配線を介して利用される共に、一部の電力は冷／温熱に変換されて保存・利用され、または電力に再変換されて負荷Ｌで直接消費されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の一実施例を示す概略の説明図である。
【図２】図２は図１に示した冷蔵庫に設けたペルチェ素子付近の拡大図である。
【図３】図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータの一実施例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明の一実施例を示す説明図であり、１は太陽電池モジュールであり複数の太陽電池セルから構成されている。また太陽電池モジュール１に限ることなく、風力発電・波力発電による電力等の再生可能エネルギーを用いた電力を用いることができる。２は電力変換装置であり、太陽電池モジュール１から供給される直流電力を電力系統Ｇの交流電力と同じ周波数でありかつ同期した交流電力に変換した後屋内の電流ブレーカー３に供給するものである。電力変換装置２から供給される交流電力はこの電流ブレーカー３および屋内配線を介して負荷Ｌに供給されるものである。
【００１６】
電力変換装置２は太陽電池モジュール１で発電される電力が最大になるように動作し、その電力を超えることなく電流ブレーカー３へ交流電力を供給するものである。電流ブレーカー３につながる負荷Ｌで消費される電力が太陽電池モジュール１で発電される電力を下回るときは、売電メータを設置しその余剰電力を電力系統Ｇへ逆潮流させることが可能であるが、この売電の際の売電価格が低い時は屋内で自己消費した方が有利であるので、本実施例では売電機能がない状態で説明を行う。また、停電、電力系統Ｇへの接続が遮断されている状態でも同様の状態となる。
【００１７】
尚、このような余剰電力が生じている時は、電力変換装置２は太陽電池モジュール１の最適動作点をずらして余剰電力分の発電を太陽電池モジュール１が行わないように制御するものであり太陽電池モジュール１の発電効率が抑制されていることになる。本発明はこの余剰電力分をペルチェ素子へ供給して太陽電池モジュール１を最適動作点で発電させるものである。
【００１８】
４はＤＣ／ＤＣコンバータであり、太陽電池モジュール１と電力変換装置２とをつなぐ直流電力用の配線に接続されて前記余剰電力を流すものである。この余剰電力の大きさは太陽電池モジュール１の出力電圧と出力電流との積から求まる発電電力に対して、電力系統Ｇへ逆潮流状態が生じ始める際の負荷Ｌで消費される電力又は負荷Ｌへ供給される電流が増加しなくなった状態の電力を供給するように入力側の太陽電池モジュール１の発電電力を超えない範囲で昇圧比を制御した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の昇圧比を太陽電池モジュール１の発電電力が最適動作点に至るように制御し、太陽電池モジュール１で発電される電力と負荷Ｌに供給される電力との差分をＤＣ／ＤＣコンバータ４を通過させるように設定するものである。尚、この一連の制御は電力変換装置２の制御部が行うものであり、このＤＣ／ＤＣコンバータ４は電力変換装置２の筐体内に内蔵されていてもよく、また外部に一体に構成されかつ設けられても良いものである。
【００１９】
このＤＣ／ＤＣコンバータ４は直流電圧を双方向に昇圧するコンバータであり、太陽電池モジュール１で発電された電力の負荷Ｌに対する余剰分に相当する一部の電力をペルチェ素子５へ供給するかもしくは、ペルチェ素子５から得られる電力を太陽電池モジュール１と電力変換装置２とをつなぐ直流電力用の配線へ供給するものである。尚、ペルチェ素子５へ印加する電圧を調整する必要がある際はＤＣ／ＤＣコンバータ４とペルチェ素子５との間にさらに定電圧回路等を設けてもよい。ペルチェ素子５へ供給される一部の電力は、このような余剰電力に相当する電力量に限らず、一定の電力量や太陽電池モジュール１の発電電力に対する一定比率の電力量であっても良いものである。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４を流れる電流を検出しこの電流に基づく電力が設定の値になるように昇圧比を制御すれば、一定の電力がペルチェ素子５へ供給されることになる。この電力はペルチェ素子５の定格出力又は太陽電池モジュール１の発電電力からの所定の割合に応じて設定すればよい。
【００２１】
ペルチェ素子５は通電されることにより一方が吸熱面（冷却面）として作用し、他方が放熱面（加熱面）として作用する。冷却面５ａは冷蔵庫６の冷凍室Ｆへ冷気を供給するダクト内に面して設けられ、加熱面５ｂは水熱交換器７につながって設けられている。
【００２２】
冷蔵庫６は冷蔵室Ｒ、野菜室Ｖ、冷凍室Ｆの３温度帯からなる汎用型の冷蔵庫であり、冷蔵室Ｒ・野菜室Ｖ用の蒸発器Ｅ１と冷凍室Ｆ用の蒸発器Ｅ２とを備える冷凍サイクルを備えるものであり、矢印８は送風機（図示せず）で循環される冷蔵室Ｒ・野菜室Ｖ用の冷気の流れを示し、矢印９は送風機（図示せず）で循環される冷凍室Ｆの冷気の流れを示している。冷凍室Ｆへ供給される冷気の流れるダクト内にペルチェ素子５の冷却面が設けられており、このダクト内の冷気を冷やすことができる。またはペルチェ素子５を通電していないときは、このペルチェ素子５が冷気で冷やされるものである。
【００２３】
蒸発器Ｅ２は冷凍室内の温度がマイナス２０度となるように設計されているのに対して、ペルチェ素子５の冷却面５ａの温度は蒸発器の温度より低く例えばマイナス４０度まで低下させることができる。冷凍室Ｆ内に収納される食品等は冷凍室Ｆ内の温度が低ければ低い程良く、また冷熱量をより多く蓄冷できるものである。尚、ペルチェ素子５の冷却面５ａの温度はこのマイナス２０度以下であり蒸発器Ｅ２で冷却された空気の温度より低くければ蓄冷の効果がより得られるものである。
【００２４】
ペルチェ素子５の加熱面５ｂに設けられた水熱交換器７内の水は加熱されたのち送風機（図示せず）を備える放熱器１１を介して貯湯タンク１０の上部に供給され同貯湯タンク１０の下部から再度水熱交換器へ回る循環回路が構成されている。ポンプ１２は水熱交換器７で加熱された温水を貯湯タンク１０の上部へ供給するものであり、ポンプ１３は逆に貯湯タンクの上部のお湯を熱交換器側へ循環さえるものである。
【００２５】
ペルチェ素子５へ通電が行われているときは冷却面５ａで冷却された冷気が冷凍室内の温度を通常の冷蔵庫の運転による温度以下に冷やし、ペルチェ素子５の加熱面５ｂで加熱された温水は貯湯タンク１０に供給されることになる。貯湯タンク１０に供給される温水の温度はポンプ１２の循環量を変えることによって制御され、例えば、沸騰する前の９０度前後となるように制御される。貯湯タンク１０の下部から出力される貯湯タンク１０内の温水の温度がこの設定温度を超えた場合は、貯湯タンク１０内への蓄熱ができなくなるため放熱器１１に取り付けられている送風機を運転し大気中への放熱を行う。この放熱はペルチェ素子５の放熱面５ｂから得られる熱量に相当するように行わるものである。さらに冷凍室Ｆ内の温度がマイナス４０度以下となった際にはさらにペルチェ素子５のへの通電を停止し蓄冷・蓄熱を終了する。
【００２６】
貯湯の動作は、例えば冷媒にＣＯ２（二酸化炭素）を超臨界で作動さる冷凍サイクルを用いていれば９０度程度のお湯を直接沸かすことができる。ペルチェ素子５による加熱は補助的に行うものであり冷凍サイクルの運転に要する電力を節電できる。また電気ヒータを熱源とする場合や、フロン系の冷媒を用いる冷凍サイクルを用いた際には貯湯タンク１０内のお湯の温度が６５度程度に設定さることがあり、この場合はペルチェ素子５で加熱されるお湯の温度はこの６５度程度の温度に設定する。
【００２７】
このようにペルチェ素子５へ電力を供給する際は吸熱と放熱とを同時に行うことができ変換時の損失を抑制できるものである。また、ＤＣ／ＤＣコンバータを直流電力線に電力を供給する側へ作動させると同時に冷気の循環とポンプ１３による温水の循環とを行えばペルチェ素子５内の熱移動によって生じる発電電力を昇圧して供給することができる。この場合は吸熱面と放熱面との温度差が大きいほど発電電力が大きくなるが、冷凍室Ｆ内の保存品の劣化を考慮すると冷凍室Ｆ内の温度がマイナス２０度程度に上昇るまでペルチェ素子５による発電を継続させることができる。尚、緊急時など保存品の劣化を考慮しなければさらに発電を行うことができるものである。
【００２８】
図１において、１４は熱源機であり、冷凍サイクルが収納され、この冷凍サイクルで加熱されたお湯が貯湯タンク１０の上部から供給される。１５は市水供給口であり貯湯タンク１０内のお湯が上部の給湯口１６から供給される毎に注水されるものである。
【００２９】
このように太陽電池モジュール１で発電された電力の一部を用いて冷凍室Ｆの温度低下と貯湯タンク１０の温水供給とを同時に行い、例えば余剰電力を蓄冷／蓄熱することができ、これらの蓄冷／蓄熱はそのまま利用することができる。もしくは電力に変換して利用することも可能になるものである。
【００３０】
図３はＤＣ／ＤＣコンバータの一例を示す回路図である。この図において、端子Ａ、Ｂは太陽電池モジュール１と電力変換装置２とをつなぐ直流電力用の配線に接続され、端子Ｃ、Ｄはペルチェ素子５に接続されるものである。リレー接片Ｒ１、Ｒ２が閉じている時（リレー接片Ｒ３、Ｒ４は開いている）はリアクタ２０、スイッチング素子２１、ダイオード２２、コンデンサ２３が昇圧回路を構成し端子Ａ、Ｂ間の電圧を所定の電圧に昇圧した後端子Ｃ、Ｄからペルチェ素子５へ印加するものである。この昇圧回路はスイッチング素子２１のＯＮ／ＯＦＦを所定の周期をもって１周期内のＯＮデューティを制御する汎用タイプの回路を用いることができるので詳細な動作説明は省略する。ペルチェ素子５へ供給する電流の値を測定（電流検出器は図示せず）し供給する直流電力が設定値に成るように昇圧比を制御すればペルチェ素子５の吸熱量／放熱量を制御することができる。
【００３１】
リレー接片Ｒ３、Ｒ４が閉じている時（リレー接片Ｒ１、Ｒ２は開いている）はリアクタ２４、スイッチング素子２５、ダイオード２６、コンデンサ２７が昇圧回路を構成し端子Ｃ、Ｄ間の電圧を所定の電圧に昇圧した後端子Ａ、Ｂから直流電力用の配線へ印加するものである。このペルチェ素子５から出力される電流値を測定（電流検出器は図示せず）し配線へ供給する直流電力が設定値に成るように昇圧比を制御すればペルチェ素子５の発電量を制御することができる。尚、この昇圧回路の動作は前記昇圧回路と同じであるため説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
太陽電池などの再生可能エネルギーを効率よく利用する装置などに適用できるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１            太陽電池モジュール
２            電力変換装置
３            屋内ブレーカー
４            ＤＣ／ＤＣコンバータ
５            ペルチェ素子
５ａ          冷却面
５ｂ          加熱面
７            水熱交換器
８            冷蔵用の冷気の循環方向
９            冷凍用の冷気の循環方向
１０          貯湯タンク
１１          放熱器
１２          ポンプ
１３          ポンプ
１４          熱源機
１５          市水供給口
１６          給湯口
２０          リアクタ
２１          スッチング素子
２２          ダイオード
２３          コンデンサ
２４          リアクタ
２５          スッチング素子
２６          ダイオード
２７          コンデンサ
【図１】
0005899441.tif 000002
【図２】
0005899441.tif 000003
【図３】
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