(57)【要約】  【課題】パワーコンディショナの電圧上昇抑制が働いた時に給湯装置を運転させ、従来ロスとなっていた太陽光発電電力の過剰電力エネルギーを熱エネルギーとして貯蔵できるようにした太陽光発電利用の給湯システムを提供する。  【解決手段】太陽電池１、パワーコンディショナ２、分電盤３、商用電力系統５とを系統連系させると共に、分電盤３から屋内負荷４及び給湯装置６に給電する太陽光発電利用の給湯システムを構成する。前記パワーコンディショナ２は、所定の電圧規定値を超えないように電圧上昇抑制機能を備えており、太陽電池１の発電量が標準状態を超えてパワーコンディショナ２の電圧規定値より大きくなった時に、電圧上昇抑制機能が働いて給電線８を介して過剰分の交流電力を給湯装置６に給電し、通信線７を介して信号を入力することで給湯装置６を昼間運転させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池で発電した電力を、パワーコンディショナ及び分電盤を介して屋内の負荷に給電すると共に余剰の電力は商用電力系統側に逆潮流させ、商用電力系統からの電力を、前記分電盤を介して屋内の負荷又は給湯装置に給電するシステムにおいて、前記太陽電池の発電量が多くて前記パワーコンディショナの電圧規定値を超えた時に、前記太陽電池の発電電力のうち前記パワーコンディショナの電圧規定値を超える分の電力を前記給湯装置に給電し、この給湯装置を昼間運転させることを特徴とする太陽光発電利用の給湯システム。
【請求項２】
太陽電池で発電した電力を、パワーコンディショナ及び分電盤を介して屋内の負荷に給電すると共に余剰の電力は商用電力系統側に逆潮流させ、商用電力系統からの電力を、前記分電盤を介して屋内の負荷又は給湯装置に給電するシステムにおいて、前記パワーコンディショナからの電力を前記給湯装置に供給する給電線を備え、前記太陽電池の発電量が多くて前記パワーコンディショナの電圧規定値を超えた時に、前記太陽電池の発電電力のうち前記パワーコンディショナの電圧規定値を超える分の電力を、前記給電線を介して前記給湯装置に給電し、この給湯装置を昼間運転させることを特徴とする太陽光発電利用の給湯システム。
【請求項３】
前記給湯装置は、圧縮機、ガスクーラ、減圧器、蒸発器を環状に配管接続すると共に、作動媒体として二酸化炭素を用いたヒートポンプにより水を加熱可能とした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給湯システム。
【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給湯装置とを組み合わせた太陽光発電利用の給湯システムに関する。
【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力系統側に逆潮流（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、深夜における安価な商用電力を使用して給湯装置を運転し、貯湯槽に湯を溜めることが行われている。貯湯槽に溜めた湯は、昼間や夜間に給湯用として使用される。このような太陽光発電システムと給湯装置とを組み合わせた太陽光発電利用の給湯システムも従来知られており、その代表的な例は図３に示すように太陽電池１で発電した直流電力を、パワーコンディショナ２で交流に変換・出力して分電盤３を介して屋内負荷４に給電し、深夜においては商用電力系統５から安価な商用電力を分電盤３を介して給湯装置６に給電して運転させ、湯を沸かして貯湯槽（図略）に溜めるものである。
【０００３】
又、貯湯装置としてヒートポンプを用いた例が例えば特許文献１、特許文献２に記載されている。特許文献１の場合は、ヒートポンプを含む複数種類の加熱手段を設け、これら加熱手段のいずれかを選択し、或は組み合わせることにより作動させる構成のものである。特許文献２の場合は、深夜に商用電力を給電し、整流器により直流電力に変換してインバータに供給し、インバータ・系統連系保護制御装置により適正な周波数に調整した後、コンプレッサ駆動部に供給することによりインバータ運転するように構成したものである。
【特許文献１】特開２００２−２２２７０号公報
【特許文献２】特開平８−２６５９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の代表的な太陽光発電利用の給湯システムにおいては、昼間日射量が多くて太陽電池の発電能力が高い時、発電量が多くなって所定の電圧（電気事業法で１０１Ｖ±６Ｖと定められている）を超えてしまうことがある。又、太陽電池の発電量が最大でなくても、所定の電圧を超えてしまうこともある。近くに太陽光発電の住宅が集中したりすると、電圧上昇の度合いが大きくなる傾向がある。電圧が高くなると、電化製品等が故障する可能性があるため、逆潮流の際には所定の電圧を超えないようにしなければならず、前記パワーコンディショナは電圧上昇抑制機能を備えている必要がある。このパワーコンディショナの電圧上昇抑制機能が働くと、太陽電池で発電した電力が絞られるためにロスが生じる問題がある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術における問題を解決するためになされたもので、パワーコンディショナの電圧上昇抑制機能が働く際に、太陽電池による発電量のうち電圧規定値を超える過剰分を給湯装置に給電して給湯装置を運転し、従来ロスとなっていた太陽光発電エネルギーを熱エネルギーに替えて貯蔵することにより有効利用できるようにした太陽光発電利用の給湯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】
この目的を達成するための手段として、本発明に係る請求項１の太陽光発電利用の給湯システムは、太陽電池で発電した電力を、パワーコンディショナ及び分電盤を介して屋内の負荷に給電すると共に余剰の電力は商用電力系統側に逆潮流させ、商用電力系統からの電力を、前記分電盤を介して屋内の負荷又は給湯装置に給電するシステムにおいて、前記太陽電池の発電量が多くて前記パワーコンディショナの電圧規定値を超えた時に、前記太陽電池の発電電力のうち前記パワーコンディショナの電圧規定値を超える分の電力を前記給湯装置に給電し、この給湯装置を昼間運転させることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る請求項２の太陽光発電利用の給湯システムは、太陽電池で発電した電力を、パワーコンディショナ及び分電盤を介して屋内の負荷に給電すると共に余剰の電力は商用電力系統側に逆潮流させ、商用電力系統からの電力を、前記分電盤を介して屋内の負荷又は給湯装置に給電するシステムにおいて、前記パワーコンディショナからの電力を前記給湯装置に供給する給電線を備え、前記太陽電池の発電量が多くて前記パワーコンディショナの電圧規定値を超えた時に、前記太陽電池の発電電力のうち前記パワーコンディショナの電圧規定値を超える分の電力を、前記給電線を介して前記給湯装置に給電し、この給湯装置を昼間運転させることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る請求項３の太陽光発電利用の給湯システムは、請求項１又は請求項２の太陽光発電利用の給湯システムにおいて、前記給湯装置は、圧縮機、ガスクーラ、減圧器、蒸発器を環状に配管接続すると共に、作動媒体として二酸化炭素を用いたヒートポンプにより水を加熱可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記請求項１の太陽光発電利用の給湯システムによれば、日射量が多くて太陽電池の発電性能が高く、所定の電圧を超える発電がなされた時、太陽電池の発電電力のうち前記パワーコンディショナの電圧規定値を超える分の電力を前記給湯装置に給電して昼間運転させるため、太陽光発電電力を最大限に有効利用して従来生じていたロスを解消できると共に、深夜において給湯装置に給電する商用電力を減少させることができる。
【００１０】
上記請求項２の太陽光発電利用の給湯システムによれば、日射量が多くて太陽電池の発電性能が高く、所定の電圧を超える発電がなされた時、太陽電池の発電電力のうち前記パワーコンディショナの電圧規定値を超える分の電力を、給電線を介して前記給湯装置に給電して昼間運転させることができる。専用の給電線を用いるため故障が少なく、保守・点検等の作業もし易くなる。そして、太陽光発電電力を最大限に有効利用することにより従来生じていたロスを解消できると共に、深夜において給湯装置に給電する商用電力を減少させることができる。
【００１１】
上記請求項３の太陽光発電利用の給湯システムによれば、給湯装置は圧縮機、ガスクーラ、減圧器、蒸発器を環状に配管接続すると共に、作動媒体として二酸化炭素を用いたヒートポンプにより構成されているため高性能であり、作動媒体が自然冷媒であって環境にやさしく、しかも毒性がなく、非可燃性であるため安全に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明に係る太陽光発電利用の給湯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給湯システムの実施形態を示すブロック図である。図２は、本発明に係る太陽光発電利用の給湯システムにおける運転制御の一例を示すフローチャートである。
【００１３】
本実施形態において、前記従来例と同じ構成部材は前記と同じ符号を付けて説明すると、図１において、１は太陽電池であり、通常はビルの屋上又は戸建ての屋根に取り付けられる。太陽電池１の構造及び発電原理は公知であるため、それらの説明は省略する。
【００１４】
２はパワーコンディショナであり、太陽電池１と分電盤３との間に接続されている。このパワーコンディショナ２は、公知のように通常インバータ等の電子的な電力変換機器類と制御・保護系を一体構造のユニットとしたものであり、太陽電池１で発電した直流の電力を商用電力と同じ交流の電力に変換することができ、所定の電圧規定値を超えないように電圧上昇抑制機能を備えている。
【００１５】
上記分電盤３は商用電力系統５に接続し、太陽光発電システムの電力と商用電力とを系統連系することにより両方の電力を使用できるようにしてある。これにより、夜間や雨曇り時に太陽光発電システムで発電電力が不足した場合は、商用電力系統５側から電力をバックアップすることができ、又太陽光発電システムで発電電力が余剰な場合は、その余剰電力を商用電力系統５側に逆潮流することができる。
【００１６】
４は分電盤３に接続されている屋内負荷であり、屋内に設置されたテレビ、冷蔵庫、エアコン等の各種電化製品や照明等を含んでいる。６は分電盤３に接続されている給湯装置であり、通常は深夜における安価な商用電力を商用電力系統５から給電して運転させる。この給湯装置６は、公知のようにヒートポンプ式であって図示を省略した圧縮機、ガスクーラ、減圧器、蒸発器を環状に配管接続してなる冷凍サイクルを有し、貯湯槽内の水をガスクーラで加熱することにより温水とし、この温水を貯湯槽内に溜める。そして、貯湯槽内に溜めた温水を給湯装置６から給湯する。
【００１７】
給湯装置６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、ヒートポンプの性能を向上させることができ、自然冷媒であるため環境にやさしく、しかも毒性がなく、非可燃性であるため安全に使用することができる。
【００１８】
７は前記パワーコンディショナ２と給湯装置６とを繋ぐ通信線であり、この通信線７を介してパワーコンディショナ２において電圧上昇抑制機能が働いた際に、給湯装置６を運転させるための信号を発し、電圧上昇抑制機能が停止した際に給湯装置６を停止させるための信号を発するようにしてある。８はパワーコンディショナ２と給湯装置６とを接続する給電線である。専用の給電線８を用いることで故障が少なくなり、保守・点検等の作業もし易くなる。
【００１９】
上記のように構成されている太陽光発電利用の給湯システムは、太陽電池１の発電能力が標準状態においては、太陽電池１で発電した直流電力をパワーコンディショナ２で交流電力に変換・昇圧して分電盤３に送電し、この分電盤３から屋内負荷４に給電する。そして、太陽電池１の発電量が屋内負荷４の消費電力を超えており、且つパワーコンディショナ２の電圧規定値以下の場合には、余剰の電力は系統連系により商用電力系統５側に逆潮流させる。夜間又は降雨や曇天のために太陽電池１の発電能力が標準以下の状態においては、太陽電池１の発電量が屋内負荷４の消費電力に比して少なく電力不足となるため、商用電力系統５からの商用電力を分電盤３を介して屋内負荷４に給電することにより電力不足分を補う。
【００２０】
日射量が多いため太陽電池１の発電能力が標準を超える状態においては、太陽電池１で発電した直流電力をパワーコンディショナ２で交流電力に変換・昇圧すると、パワーコンディショナ２の電圧規定値を超えてしまう場合がある。このような時には、パワーコンディショナ２の電圧上昇抑制機能が働き、電圧規定値を超える分の交流電力が前記給電線８を介して前記給湯装置６に給電されると共に、前記通信線７を介して給湯装置６に信号を入力することで給湯装置６を運転させる。これにより、昼間においても給湯装置６を運転し、太陽電池１の発電電力を熱エネルギーに変換して貯蔵できるため有効利用が図れ、従来の発電ロスを解消することができる。又、深夜において、商用電力を使って給湯装置６を運転する場合に、商用電力の節電が図れる。
【００２１】
太陽電池１の発電能力が標準状態に変化した時には、パワーコンディショナ２から給湯装置６への交流電力の給電が停止すると共に、給湯装置６に信号を入力することで給湯装置６の運転を停止させる。
【００２２】
図２は、給湯システムにおける運転制御を示すフローチャートであり、ステップＳ１で夜間電力の時間帯であるかどうかを判断し、夜間電力の時間帯でないと判断された場合にはステップＳ２で発電電圧と電圧規定値とを対比し、発電電圧が電圧規定値より大きい時はステップＳ３で給湯装置６を運転させ、発電電圧が電圧規定値より小さい時はステップ６で給湯装置６を停止させてステップＳ１に戻る。そして、ステップＳ３で給湯装置６を運転させた後は、ステップＳ４で貯湯が完了したかどうかを検知し、貯湯が完了している場合にはステップＳ７で給湯装置６の運転を停止させてステップＳ１に戻り、貯湯が完了していない場合にはステップＳ５で所定時間の経過を検知し、所定時間が経過している時にはステップＳ１に戻り、所定時間が経過していない時にはステップＳ３に戻って給湯装置６の運転を継続させる。前記ステップＳ１で夜間電力の時間帯である場合と判断された場合には、ステップＳ８で貯湯が完了しているかどうかを検知し、貯湯が完了している場合にはステップＳ１に戻り、貯湯が完了していない場合には、ステップＳ９で給湯装置６を運転させてステップＳ８に戻る。
【００２３】
このような給湯装置システムの制御は図示を省略した制御装置により行い、この制御装置に関連するセンサーやタイマー等の付属部品（図略）は給湯装置６の適所に設置するものとする。
【００２４】
尚、上記実施形態では、給電線８を介して給湯装置６へ給電するように構成したが、この給電線８を設けずに、通常通りパワーコンディショナ２から分電盤３を介して給湯装置６へ給電するように構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係る太陽光発電利用の給湯システムは、一般家庭や集合住宅、病院や老人介護所等の各種の施設に組み込んで有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る太陽光発電利用の給湯システムの実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る太陽光発電利用の給湯システムにおける運転制御の一例を示すフローチャートである。
【図３】従来の代表的な太陽光発電利用の給湯システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  太陽電池
２  パワーコンディショナ
３  分電盤
４  屋内負荷
５  商用電力系統
６  給湯装置
７  通信線
８  給電線
【図１】
2006029635.tif 000003
【図２】
2006029635.tif 000004
【図３】
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