(57)【要約】  【課題】特に山小屋等の独立電源システムにおいて、蓄電池を介して充放電させることなく、電力エネルギーの損失を抑えられるようにした太陽光発電利用の熱供給システムを提供する。  【解決手段】昼間太陽電池で発電した電力のうち一部又は全部を蓄電池に溜める充電分Ａと、蓄電池に溜めない非充電分Ｂとに分け、前記非充電分Ｂの電力を変換器、分電盤を介して冷熱発生装置に給電して昼間作動させ、製氷することにより冷熱エネルギーとして蓄冷し、この蓄冷した冷熱エネルギーを冷房用として使用する。又、非充電分Ｂの電力を変換器、分電盤を介して温熱発生装置に給電して昼間作動させ、温水を生成して温熱エネルギーとして蓄熱し、この蓄熱した温熱エネルギーを給湯用として使用することもできる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昼間太陽電池で発電した電力のうち一部又は全部を蓄電池に溜める充電分と、蓄電池に溜めない非充電分とに分け、前記非充電分の電力を昼間冷熱発生装置に給電して製氷することにより冷熱エネルギーとして蓄冷し、この冷熱エネルギーを冷房用として使用することを特徴とする太陽光発電利用の熱供給システム。
【請求項２】
昼間太陽電池で発電した電力のうち一部又は全部を蓄電池に溜める充電分と、蓄電池に溜めない非充電分とに分け、前記非充電分の電力によって昼間温熱発生装置に給電して温水を生成することにより温熱エネルギーとして蓄熱し、この温熱エネルギーを給湯用として使用することを特徴とする太陽光発電利用の熱供給システム。
【請求項３】
前記冷熱発生装置、温熱発生装置はそれぞれに冷凍サイクルを備え、作動媒体として二酸化炭素が使用されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電利用の熱供給システム。
【請求項４】
前記蓄電池に溜める充電分と、前記蓄電池に溜めない非充電分とに分ける制御を、前記太陽電池の発電量に応じて動作させる制御機能を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の太陽光発電利用の熱供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムと熱供給装置とを組み合わせた太陽光発電利用の熱供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池を用いて太陽光により直流電力を発電し、この直流電力をパワーコンディショナ等のインバータで交流に変換し出力して分電盤を介して屋内の負荷に給電し、余剰の交流電力は系統連系により商用電源側に逆潮流（売電）させるようにした太陽光発電システムが知られている。又、太陽電池によって発電した電力を用いてヒートポンプを作動させ、これにより発生した冷熱及び温熱を利用すると共に、この冷温熱を蓄冷温熱装置に蓄える技術が、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平６−１０１９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
独立電源システム例えば山小屋等においては、昼間太陽電池で発電した電力を使用し、余剰の電力は蓄電池に充電するようにしている。そして、朝方や夜間など太陽電池で発電できない時は、蓄電池に充電してある電力を放電させて利用することが行われている。又、蓄電池から放電させた電力を夜間空調装置に給電して作動させたり、或は給湯装置に給電して温水を作る等に利用している。
【０００４】
このような独立電源システムにおいて、従来は昼間太陽電池で発電した電力のうち余剰の電力は全て蓄電池に充電していた。この蓄電池に充電した電力を上記のように朝方や夜間に利用しているのであるが、蓄電池を介して充放電させるために電力エネルギーの損失が大きくなる問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来生じていた問題を解決するためになされ、蓄電池を介して充放電させることなく、電力エネルギーの損失を抑えられるようにした太陽光発電利用の熱供給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】
上記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項１は、昼間太陽電池で発電した電力のうち一部又は全部を蓄電池に溜める充電分と、蓄電池に溜めない非充電分とに分け、前記非充電分の電力を昼間冷熱発生装置に給電して製氷することにより冷熱エネルギーとして蓄冷し、この冷熱エネルギーを冷房用として使用することを特徴とする太陽光発電利用の熱供給システムである。
【０００７】
又、本発明の請求項２は、昼間太陽電池で発電した電力のうち一部又は全部を蓄電池に溜める充電分と、蓄電池に溜めない非充電分とに分け、前記非充電分の電力を昼間温熱発生装置に給電して温水を生成することにより温熱エネルギーとして蓄熱し、この温熱エネルギーを給湯用として使用することを特徴とする太陽光発電利用の熱供給システムである。
【０００８】
本発明の請求項３は、請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電利用の熱供給システムにおいて、前記冷熱発生装置、温熱発生装置はそれぞれに冷凍サイクルを備え、作動媒体として二酸化炭素が使用されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４は、請求項１乃至請求項３いずれか記載の太陽光発電利用の熱供給システムにおいて、前記蓄電池に溜める充電分と、前記蓄電池に溜めない非充電分とに分ける制御を、前記太陽電池の発電量に応じて動作させる制御機能を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記請求項１の太陽光発電利用の熱供給システムによれば、昼間太陽電池で発電した電力のうち一部又は全部をすべて蓄電池に充電するのではなく、充電分と非充電分とに分け、非充電分の電力を昼間冷熱発生装置に給電して製氷することにより蓄冷することができる。これにより、蓄冷した冷熱エネルギーを用いて冷気を生成して冷房することができ、従来曇りや雨で太陽電池の発電電力が少ない時や夜間に冷熱発生装置に給電していた電力は蓄電池に充放電しないため電力エネルギーの損失を抑えることができる。
【００１１】
上記請求項２の太陽光発電利用の熱供給システムによれば、昼間太陽電池で発電した電力のうち一部又は全部をすべて蓄電池に充電するのではなく、充電分と非充電分とに分け、非充電分の電力を昼間温熱発生装置に給電して温水を生成することにより蓄熱することができる。これにより、蓄熱した温熱エネルギーを用いて給湯することができ、従来曇りや雨で太陽電池の発電電力が少ない時や夜間に温熱発生装置に給電していた電力は蓄電池に充放電しないため電力エネルギーの損失を抑えることができる。
【００１２】
上記請求項３の太陽光発電利用の熱供給システムによれば、前記冷熱発生装置、温熱発生装置はそれぞれに冷凍サイクルを備え、作動媒体として二酸化炭素が使用されるため、蓄冷又は蓄熱を高効率に行うことができ、且つ自然冷媒で環境にやさしく、毒性がなく、非可燃性であるため安全に使用することができる。
【００１３】
上記請求項４の太陽光発電利用の熱供給システムによれば、太陽電池の発電量に応じて蓄電池に溜める充電分と、蓄電池に溜めない非充電分とに分ける動作を制御する機能を有するため、発電量が少ない時は蓄電せず、温熱発生装置の使用に支障を来たす恐れを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る太陽光発電利用の熱供給システムの実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る太陽光発電利用の熱供給システムの第１実施形態を示すブロック図である。図２は、太陽光発電による電力配分を説明するための説明図である。
【実施例１】
【００１５】
図１において、１は公知の太陽電池であり、山小屋等の独立家屋の屋根に取り付けられる。この場合、独立家屋には商用電源は引き込まれておらず太陽電池１による独立電源システムになっているものとする。２は交換器であり、太陽電池１で発電した直流電力を交流に変換するものであり、通常ＤＣ／ＡＣインバータを使用することができる。３は分電盤であり、この分電盤３を介して屋内負荷４、冷熱発生装置５に交流電力が給電される。
６は蓄電池であり、太陽電池１で発電した直流電力を充電し及び変換器２に放電できるようにしてある。
【００１６】
上記蓄電池６に対して、従来では太陽電池１で発電した電力のうち、屋内負荷４で消費する電力分を除く電力を全部充電していたが、本実施形態では全部充電しない。例えば図２に示すように、昼間の日射により太陽電池１で発電された電力を山形の実線で略示し、使用電力を波形の破線で略示すると、主として昼間屋内負荷４で使用する斜線部分の電力分Ｃを除く電力を、充電分Ａと非充電分Ｂとに分け、充電分Ａのみを蓄電池６に充電する。
【００１７】
日射量の不足する曇や雨の日には充電分Ａ、非充電分Ｂが生じないことが有り、日射量の多い晴れの日には充電分Ａ、非充電分Ｂが増大することから、充電分Ａ、非充電分Ｂはその日の天候によって影響を受けて一定量とはならない。しかしながら、太陽電池１による発電で充電分Ａ、非充電分Ｂが生じた場合には、上記のように充電分Ａが蓄電池６に充電される。曇りや雨の日に、前記屋内負荷４で使用する電力に不足分が生じた場合には、蓄電池６から必要量の電力を放電させて変換器２に供給し、この変換器２から分電盤３を介して屋内負荷４に交流の電力を給電してバックアップする。又、朝方や夜間に屋内負荷４で使用する電力も蓄電池６からの放電により賄うのである。
【００１８】
上記充電分Ａ、非充電分Ｂのうち非充電分Ｂは、交換器２で交流に変換されると共に分電盤３から前記冷熱発生装置５に給電される。冷熱発生装置５は、図示を省略したが冷凍サイクルを備え、作動媒体として二酸化炭素が使用されており、給電により圧縮機が作動して冷媒ガスを高圧に圧縮し、この高圧冷媒ガスを冷やして凝縮し、凝縮した冷媒液を減圧して蒸発させ、蒸発した冷媒ガスを圧縮機に戻すサイクルを繰り返す。そして、蒸発熱を利用して水と熱交換させることで製氷し貯蔵する。これにより、圧縮機を昼間運転して冷熱発生装置５に冷熱エネルギーを蓄冷することができる。この蓄冷した冷熱エネルギーを利用して熱交換により冷気を生成して冷房を行うことができる。
【００１９】
冷熱発生装置５における冷凍サイクルの作動媒体は二酸化炭素が用いられるので、高圧側が超臨界圧力となり得る遷臨界冷凍サイクル装置となっている。作動媒体として二酸化炭素を用いると、蓄冷性能を向上させることができ、且つ自然冷媒であるため環境にやさしく、毒性がなく、非可燃性であるため安全に使用することができる。
【００２０】
又、冷熱発生装置５への給電分は蓄電池６に充放電しないため、その分蓄電池６の容量を減らすことができる。これにより、システム全体が大型化せず、設備面での優位性が得られる。
【実施例２】
【００２１】
次に、本発明に係る太陽光発電利用の熱供給システムの第２実施形態を説明する。図３は、その第２実施形態を示すブロック図である。図４は、太陽光発電による電力配分を説明するための説明図である。
【００２２】
図３において、１１は公知の太陽電池であり、山小屋等の独立家屋の屋根に取り付けられる。この場合、独立家屋には商用電源は引き込まれておらず太陽電池１１による独立電源システムになっているものとする。１２は交換器であり、太陽電池１１で発電した直流電力を交流に変換するものであり、通常ＤＣ／ＡＣインバータを使用することができる。１３は分電盤であり、この分電盤１３を介して屋内負荷１４、温熱発生装置１５に交流電力が給電される。１６は蓄電池であり、太陽電池１１で発電した直流電力を充電し及び変換器１２に放電できるようにしてある。
【００２３】
上記蓄電池１６に対して、従来では太陽電池１１で発電した電力のうち、屋内負荷１４で消費する電力分を除く電力を全部充電していたが、本実施形態では全部充電しない。例えば図４に示すように、昼間の日射により太陽電池１１で発電された電力を山形の実線で略示し、使用電力を波形の破線で略示すると、主として昼間屋内負荷１４で使用する斜線部分の電力分Ｃを除く電力を、充電分Ａと非充電分Ｂとに分け、充電分Ａのみを蓄電池１６に充電する。
【００２４】
日射量の不足する曇や雨の日には充電分Ａ、非充電分Ｂが生じないことが有り、日射量の多い晴れの日には充電分Ａ、非充電分Ｂが増大することから、充電分Ａ、非充電分Ｂはその日の天候によって影響を受けて一定量とはならない。しかしながら、太陽電池１１による発電で充電分Ａ、非充電分Ｂが生じた場合には、上記のように充電分Ａが蓄電池６に充電される。曇りや雨の日に、前記屋内負荷１４で使用する電力に不足分が生じた場合には、蓄電池１６から必要量の電力を放電させて変換器１２に供給し、この変換器１２から分電盤１３を介して屋内負荷１４に交流の電力を給電してバックアップする。又、朝方や夜間に屋内負荷１４で使用する電力も蓄電池１６からの放電により賄うのである。
【００２５】
上記充電分Ａ、非充電分Ｂのうち非充電分Ｂは、交換器１２で交流に変換されると共に分電盤１３から前記温熱発生装置１５に給電される。温熱発生装置１５は、図示を省略したが冷凍サイクルを備え、作動媒体として二酸化炭素が使用されており、給電により圧縮機が作動して冷媒ガスを高圧に圧縮し、この高圧冷媒ガスを冷やして凝縮し、凝縮した冷媒液を減圧して蒸発させ、蒸発した冷媒ガスを圧縮機に戻すサイクルを繰り返す。そして、凝縮熱を利用して水と熱交換させることで温水を生成し、図示しない給湯タンクに貯蔵する。これにより、圧縮機を昼間運転して温熱発生装置５に温熱エネルギーを蓄熱することができる。この蓄熱した温熱エネルギーを利用して給湯タンクから給湯を行うことができる。
【００２６】
温熱発生装置１５における冷凍サイクルの作動媒体は二酸化炭素が用いられるので、高圧側が超臨界圧力となり得る遷臨界冷凍サイクル装置となっている。作動媒体として二酸化炭素を用いると、蓄熱性能を向上させることができ、且つ自然冷媒であるため環境にやさしく、毒性がなく、非可燃性であるため安全に使用することができる。
【００２７】
又、温熱発生装置１５への給電分は蓄電池１６に充放電しないため、その分蓄電池１６の容量を減らすことができる。これにより、システム全体が大型化せず、設備面での優位性が得られる。
【００２８】
本発明では、前記蓄電池に溜める充電分と、蓄電池に溜めない非充電分とに分ける制御を、前記太陽電池の発電量に応じて動作させる制御機能を有しており、例えば発電量が少ない朝などは蓄電せず、温熱発生装置の使用に支障を来たさないようにすることができる。
【００２９】
尚、上記第１実施形態及び第２実施形態において、いずれも図示しない制御装置を用いて太陽光発電の電力配分、蓄電池への充放電及び冷熱発生装置、温熱発生装置への給電を制御するように構成する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、特に山小屋等の独立電源システムにおける太陽光発電利用の熱供給システムとして有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る太陽光発電利用の熱供給システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態において、太陽光発電による電力配分を説明するための説明図である。
【図３】本発明に係る太陽光発電利用の熱供給システムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図４】第２実施形態において、太陽光発電による電力配分を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  太陽電池
２  交換器
３  分電盤
４  屋内負荷
５  冷熱発生装置
６  蓄電池
１１  太陽電池
１２  交換器
１３  分電盤
１４  屋内負荷
１５  温熱発生装置
１６  蓄電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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