(57)【要約】【課題】熱電併給システムにおいて熱損失を低減させると共に、電力損失を低減させる。【解決手段】太陽光熱利用熱電併給装置１０が、その太陽光熱利用熱電併給装置１０の生成した直流電力を交流電力へ変換する電力変換装置２３に対して電気的に接続され、複数の戸１に設けられた太陽光熱利用熱電併給装置１０にて生成される直流電力が、単一の電力変換装置１０へ導かれるように構成され、太陽光熱利用熱電併給装置１０で集熱された熱は、その太陽光熱利用熱電併給装置１０が設けられている戸１の熱消費部８へ導かれると共に、太陽光熱利用熱電併給装置１０で生成された直流電力は、電力変換装置２３へ導かれ交流電力に変換された後、戸１の電力消費部４へ導かれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光から直流電力を生成すると共に太陽熱を集熱する太陽光熱利用熱電併給装置が、少なくとも１つ以上設けられている戸を複数有する集合住宅に対し熱及び電力を供給する集合住宅用熱電併給システムであって、
前記太陽光熱利用熱電併給装置が、その太陽光熱利用熱電併給装置の生成した直流電力を交流電力へ変換する電力変換装置に対して電気的に接続され、
前記電力変換装置が、前記戸の電力消費部へ商用電力を導く商用電力系統の電力線に電気的に接続され、
複数の前記戸に設けられた前記太陽光熱利用熱電併給装置にて生成される直流電力が、単一の前記電力変換装置へ導かれるように構成され、
前記太陽光熱利用熱電併給装置で集熱された熱は、その太陽光熱利用熱電併給装置が設けられている前記戸の熱消費部へ導かれると共に、
前記太陽光熱利用熱電併給装置で生成された直流電力は、前記電力変換装置へ導かれ交流電力に変換された後、前記戸の電力消費部へ導かれる集合住宅用熱電併給システム。
【請求項２】
前記集合住宅に設けられた前記電力変換装置は単一であり、
単一の前記電力変換装置が、すべての前記太陽光熱利用熱電変換装置で生成された直流電力を、交流電力へ変換する請求項１に記載の集合住宅用熱電併給システム。
【請求項３】
前記電力変換装置での変換後の交流電力は、前記集合住宅の共用電力消費部へ導かれる請求項１又は２に記載の集合住宅用熱電併給システム。
【請求項４】
前記集合住宅は多数階であり、各階に前記戸が設けられており、
前記太陽光熱利用熱電併給装置は、前記戸のベランダの外面に設けられている請求項１乃至３の何れか一項に記載の集合住宅用熱電併給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の戸を有する集合住宅において、太陽光から直流電力を生成すると共に太陽熱を集熱する太陽光熱利用熱電併給装置が備えられた集合住宅用熱電併給システムに関する。
【０００２】
通常、太陽光熱利用熱電併給装置は、太陽光から電力を生成する電力生成部を備えると共に、太陽熱を集熱する集熱部を備えて構成されている（特許文献１を参照）。
電力生成部にて生成された電力は、電気機器等の電力消費部にて使用することができ、また、集熱部にて集熱された熱は、給湯等の熱消費部にて使用することができる。よって、従来、太陽熱利用熱電併給装置を集合住宅に設置して、太陽光熱利用熱電併給装置からの電力及び熱を集合住宅にて使用することが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽光熱利用熱電変換装置からの電力及び熱を集合住宅にて活用する場合として、例えば、複数の戸の夫々に太陽光熱利用熱電併給装置を設置し、各戸に設置された太陽光熱利用熱電併給装置にて生成した電力及び熱を各戸にて使用することが考えられる。
ここで、太陽光熱利用熱電併給装置において生成される電力は、通常直流電力であるので、その電力を電気機器等の電力消費部にて使用するためには、直流電力を交流電力へ変換する電力変換装置を設ける必要がある。そこで、従来、電力変換装置として、直流電力を交流電力へ変換するとともに、電力を供給する商用電力系統の電力線に接続されたインバータ（パワーコンディショナー）を設けている。よって、各戸に設置された太陽光熱利用熱電併給装置にて生成した電力を各戸の電力消費部にて使用するためには、複数の戸の夫々にインバータ（パワーコンディショナー）を設けることになる。
また、各戸に太陽光熱利用熱電併給装置を設ける場合、各戸のベランダ等の限られた場所に設置される場合が多い。この様な場合では、太陽光熱利用熱電併給装置の１戸当りの設置面積が２ｍ2〜３ｍ2と小さく、この場合に生成される直流電力も２００〜４００Ｗと小さい。これに対し、通常用いられる戸建て用のインバータ（パワーコンディショナー）の定格電力は、３ｋＷ程度であるので、太陽光熱利用熱電併給装置の発電電力に比べて大きい。このため、太陽光熱利用熱電併給装置に対して各別にインバータ（パワーコンディショナー）を設けて電力変換を行う場合、各電力変換装置の電力負荷が低くなり、電力の変換効率が悪化し、結果的に電力を損失することとなってしまう。
また、各戸に対して各別にインバータ（パワーコンディショナー）を設けると、導入するインバータの数が多くなり、導入費用が高くなるという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、導入コストを低減させながらも、集合住宅の各戸の熱消費部に熱損失を低減させた状態で熱を導くと共に、各戸の電力消費部に電力損失を低減させた状態で電力を導くことができるエネルギ効率の高い集合住宅用熱電併給システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の集合住宅用熱電併給システムは、
太陽光から直流電力を生成すると共に太陽熱を集熱する太陽光熱利用熱電併給装置が、少なくとも１つ以上設けられている戸を複数有する集合住宅に対し、熱及び電力を供給する集合住宅用熱電併給システムであって、
その特徴構成は、前記太陽光熱利用熱電併給装置が、その太陽光熱利用熱電併給装置の生成した直流電力を交流電力へ変換する電力変換装置に電気的に接続され、
前記電力変換装置が、前記戸の電力消費部へ商用電力を導く商用電力系統の電力線に電気的に接続され、
複数の前記戸に設けられた前記太陽光熱利用熱電併給装置にて生成される直流電力が、単一の前記電力変換装置へ導かれるように構成され、
前記太陽光熱利用熱電併給装置で集熱された熱は、その太陽光熱利用熱電併給装置が設けられている前記戸の熱消費部へ導かれると共に、
前記太陽光熱利用熱電併給装置で生成された直流電力は、前記電力変換装置へ導かれ交流電力に変換された後、前記戸の電力消費部へ導かれる点にある。
【０００７】
上記特徴構成によれば、太陽光熱利用熱電併給装置において集熱された熱は、その太陽光熱利用熱電併給装置が設けられている各戸の熱消費部に導かれるので、熱の移動による熱損失が少ない状態で熱消費部へ導くことができ、高い熱効率を維持できる。
一方、上記特徴構成によれば、単一の電力変換装置には、複数の戸の太陽光熱利用熱電併給装置にて生成される直流電力が導かれて、交流電力へ変換されることとなる。これにより、例えば、１つの電力変換装置に対して、２つの戸に設けられた太陽光熱利用熱電併給装置にて生成された電力を導くことができる。この結果、電力変換装置は、従来に比して、高い負荷率で稼動することができ、効率的に電力を変換することができる。即ち、電力変換装置の電力変換効率を高めることで、電力損失を低減させた状態で、各戸の電力消費部に電力を導くことができる。
さらに、複数の戸に設けられた太陽光熱利用熱電併給装置により生成された直流電力を、単一の電力変換装置にて電力変換するように構成されているので、戸の数に対して電力変換装置の数を少なく設けることができ、各戸に対して１つの電力変換装置を備える場合に比べて、電力変換装置の導入費用を低減できる。
以上から、導入コストを低減させながらも、集合住宅の各戸の熱消費部に対して熱損失を低減させた状態で熱を導くことができると共に、各戸の電力消費部に対して電力損失を低減させた状態で電力を導くことができるエネルギ効率の高い集合住宅用熱電併給システムを実現できる。
【０００８】
本発明の集合住宅用熱電併給システムの更なる特徴構成は、前記集合住宅に設けられた前記電力変換装置は単一であり、
単一の前記電力変換装置が、すべての前記太陽光熱利用熱電変換装置で生成された直流電力を、交流電力へ変換する点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、単一の電力変換装置が、すべての太陽光熱利用熱電変換装置で生成された直流電力を交流電力へ変換するので、電力変換装置を非常に高い負荷率で稼動でき、効率良く電力を変換することができる。
【００１０】
本発明の集合住宅用熱電併給システムの更なる特徴構成は、前記電力変換装置での変換後の交流電力は、前記集合住宅の共用電力消費部へ導かれる点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、例えば、各戸の電力消費部の電力需要が少ない時間帯で電力供給過多である場合であっても、その電力を共用電力消費部に導いて使用できる。これにより、電力変換装置での変換後の交流電力を、集合住宅内にて適切に使用でき、集合住宅におけるエネルギ効率を高めることができる。
【００１２】
本発明の集合住宅用熱電併給システムの更なる特徴構成は、前記集合住宅は多数階であり、各階に前記戸が設けられており、
前記太陽光熱利用熱電併給装置は、前記戸のベランダの外面に設けられている点にある。
【００１３】
例えば、太陽光熱利用熱電併給装置は集合住宅の屋上に設ける場合があるが、この場合、設置面積は屋上の面積に限定され、特に、多数階の集合住宅では各戸の需要を賄う集熱量を回収できない場合がある。加えて、屋上から各戸まで回収した熱を送る場合、熱の移動距離が比較的長く、熱の移動による熱損失が大きくなる場合がある。
これに対し、上記特徴構成によれば、太陽光熱利用熱電併給装置が、各戸のベランダの外面に設けられることで、十分な設置面積を確保できる。これにより、高い集熱量を確保できる。
加えて、太陽光熱利用熱電併給装置は、各戸のベランダの外面に設けられ、各戸の熱消費部と近接している。このため、太陽光熱利用熱電併給装置により回収した熱を、熱の移動による熱損失が適切に抑制された状態で、熱消費部まで導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】集合住宅用熱電併給システムが備えられた集合住宅の概略構成図
【図２】太陽光熱利用熱電併給装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の集合住宅用熱電併給システム１００の実施の形態において、図面に基づいて説明する。
【００１６】
〔全体構造〕
本発明の集合住宅用熱電併給システム１００は、図１に示す如く、多数階から成る集合住宅２に備えられたものである。集合住宅２は、各階に複数の戸１を有しており、各戸１のベランダ３の外面３ａに、太陽光から直流電力を生成すると共に太陽熱を集熱する太陽光熱利用熱電併給装置１０を少なくとも１つ以上備えている。尚、図１には、多数階の集合住宅２を示しており、各階に複数の戸１が設けられている例を示している。更に、各戸１には、本願の理解を容易にすべく、ベランダ３等を図示している（図１中、右側の戸１についてはベランダ３等の図示を省略している）。そのベランダ３は、各戸１の側方に設けられた外部空間であり、屋根を有するもの及び有しないものの双方を含むものとする。ベランダ３の外面３ａは、太陽光が照射されると共に太陽の輻射熱が伝達される位置にある。
上記集合住宅２の各戸１には、熱消費部８としての床暖房装置や浴槽等が設けられている。加えて、上記集合住宅２の各戸１には、電力消費部４としての冷蔵庫やテレビ等が設けられていると共に、集合住宅２の共用部には、共有電力消費部５としての照明等が設けられている。そして、上記電力消費部４や共有電力消費部５へは、商用電力系統６から送電線７を介して交流電力が供給可能に構成されている。
【００１７】
〔太陽光熱利用熱電併給装置による電力供給〕
まず、太陽光熱利用熱電併給装置１０の構成について簡単に説明し、その後、太陽光熱利用熱電併給装置１０による電力供給について説明する。
上記太陽光熱利用熱電併給装置１０は、図２の側方断面図に示す如く、集合住宅２のベランダ３の外面３ａに、その集光面及び集熱面を沿うようにして設置されており、太陽光から直流電力を生成する電力生成部１１と、太陽熱を集熱する集熱部１２と、集熱部１２で集熱した熱を貯湯槽１３（図１参照）へ熱媒を介して導く伝熱部１４とから構成されている。具体的には、太陽光が照射される側（図２の右側で、外面３ａと反対側）から順に、ガラス等から成る保護カバー１５、支柱１６により形成される空気層１７、電力生成部１１としての発電セル１９及びそれを両側（図２の左右両側）から保護する薄膜層１８、集熱部１２としての鉄等から成る金属板２０、集熱部１２の熱が外部へ拡散することを防止する断熱層２１とから成る。
太陽光熱利用熱電併給装置１０による電力供給において、上記電力生成部１１により生成された直流電力は、図１に示す如く、直流電力用送電線２２を介して、直流電力を交流電力へ変換するパワーコンディショナー２３（電力変換装置の一例）へ導かれる。
【００１８】
〔パワーコンディショナーによる電力変換及び系統連系〕
パワーコンディショナー２３は、上述した様に、複数の太陽光熱利用熱電併給装置１０と直流電力用送電線２２により電気的に接続されており、複数の太陽光熱利用熱電併給装置１０にて生成された直流電力を、まとめて交流電力に変換可能に構成されている。加えて、商用電力系統６と電力消費部４とを接続する送電線７（図１にて太線で示す）に対し、電気的に接続されている。
【００１９】
尚、本発明では、パワーコンディショナー２３は、経済性の観点から、一般の戸建て用として市販されている比較的安価なものを用いており、この定格電力は３０００Ｗ程度と比較的高い。これに対し、ベランダ３の外面３ａ程度の設置面積（２ｍ2〜３ｍ2程度）に設けられる太陽光熱利用熱電併給装置１０の発電電力は、２００〜４００Ｗ程度と比較的低い。このため、当該太陽光熱利用熱電併給装置１０の発電電力を、各別にパワーコンディショナー２３により電力変換する場合、パワーコンディショナー２３の電力負荷が低くなり、電力の変換効率が悪くなる虞がある。
これに対し本発明では、複数の戸１（例えば、１０戸以上２０戸以下）の太陽光熱利用熱電併給装置１０にて生成された発電電力を、単一のパワーコンディショナー２３にて電力変換するように構成されている。
【００２０】
即ち、本発明では、複数の戸１の太陽光熱利用熱電併給装置１０にて生成された直流電力をまとめて、単一のパワーコンディショナー２３にて交流電力へ変換する。これにより、パワーコンディショナー２３に導かれる直流電力を、例えば、その定格電力程度となるように、戸１の数とパワーコンディショナー２３との数との関係を設定し、パワーコンディショナー２３の電力負荷を高めて、効率的に電力を変換することができる。
【００２１】
尚、本発明によれば、各戸１に対し単一のパワーコンディショナー２３を設けなくともよく、複数の戸１に対し単一のパワーコンディショナー２３を設けているので、各戸１のパワーコンディショナー２３の導入費用を低減できる。
【００２２】
また、当該パワーコンディショナー２３は、変換後の交流電力を、集合住宅２の共用部の共用電力消費部５に対しても、供給可能に構成されている。これにより、各戸１の電力消費部４の需要が少ない場合であっても、共用電力消費部５にて電力を使用して、太陽光熱利用熱電併給装置１０にて供給された電力を、集合住宅２において適切に消費することができる。
【００２３】
〔太陽光熱利用熱電併給装置による熱供給〕
次に、太陽光熱利用熱電併給装置１０による熱供給について説明する。太陽光熱利用熱電併給装置１０における集熱部１２は、太陽の輻射熱を回収すると共に、電力生成部１１の発電セル１９が発電時に発生する熱をも回収するように構成されている。回収された熱は、伝熱部１４により、貯湯槽１３に貯留されている湯水の熱として蓄熱される。具体的には、伝熱部１４は、導管２５が集熱部１２と貯湯槽１３との間に設けられ、当該導管２５の内部を熱媒が循環するように構成されている。導管２５は、集熱部１２としての金属板２０と接触するように固定具にて固定されており、金属板２０で回収された熱が集熱部１２に適切に導かれるようになっている。導管２５は、貯湯槽１３の内部に敷設され、当該導管２５内の熱媒が、貯湯槽１３に貯留される湯水と熱交換する形態で、貯湯槽１３の湯水に対し熱が蓄熱される。貯湯槽１３に貯留されている湯水は、給水による冷却及び補助熱源機２６による加熱によって温度調整された後、太陽光熱利用熱電併給装置１０が設けられている戸１の熱消費部８へ供給される。
即ち、太陽光熱利用熱電併給装置１０にて集熱された熱は、それが設けられている各戸１の熱消費部８へ供給されるように構成されているので、熱の移動による熱損失を低減させて、熱効率を向上させることができる。
【００２４】
〔別実施形態〕
以下に、本発明の別実施形態を説明する。
（Ａ）
上記実施形態において、パワーコンディショナー２３の設置条件について、さらに説明を加える。
パワーコンディショナー２３は、戸１の数との関係で、従来に比べて導入費用を削減でき、且つ、電力変換効率が高くなるように設けられればよいので、例えば、パワーコンディショナー２３が、集合住宅２の１フロアに設けられている複数の戸１に対して１つ設けるように構成してもよいし、太陽光熱利用熱電併給装置１０の設置面積の合計が２０ｍ2以上３０ｍ2以下程度となるような複数の戸１に対し、１つ設けるように構成してもよい。
また、例えば、各戸１の２ｍ2〜３ｍ2程度のベランダ３の外面３ａに、太陽光熱利用熱電併給装置１０を設ける場合、その発電電力は、２００〜４００Ｗとなる。これに対し、市販の戸建て用のパワーコンディショナー２３の定格電力は、３０００Ｗ程度であるので、１０個以上２０個以下程度の戸１に対して、１つのパワーコンディショナー２３を設けるように構成してもよい。
尚、導入費用を低減するという観点からは、パワーコンディショナー２３の数は、集合住宅２が有する戸１の数未満であることが好ましい。
【００２５】
（Ｂ）
上記実施形態において、貯湯槽１３の設置位置は、特に限定しなかったが、例えば、太陽光熱利用熱電併給装置１０が設けられているベランダ３の外壁３ａの近傍に設置することで、太陽光熱利用熱電併給装置１０の集熱部１２と貯湯槽１３との距離を短くして、熱の移動による熱損失を低減するようにしてもよい。
【００２６】
（Ｃ）
上記実施形態では、多数階の集合住宅２を例として示したが、別に、平屋の集合住宅２に対しても、本発明の集合住宅用熱電併給システムを好適に適用することができる。
【００２７】
（Ｄ）
上記実施形態では、太陽高熱利用熱電併給装置１０をベランダ３の外面３ａに設ける際、外面３ａに対しその集光面及び集熱面を沿うようにして設けるとしたが、例えば、外面３ａに対して、集光面及び集熱面を所定の角度だけ鉛直方向で上向きに傾斜させて設けてもよい。これにより、集光率及び集熱率を向上できる場合がある。
【００２８】
（Ｅ）
上記実施形態では、集合住宅２の各戸１には、少なくとも太陽光熱利用熱電併給装置１０を１つ以上備えているものとしたが、集合住宅２の戸１のうち、少なくとも２つ以上の戸１が太陽光熱利用熱電併給装置１０を備えていればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の集合住宅用熱電併給システムは、導入コストを低減させながらも、集合住宅の各戸の熱消費部に対して熱損失を低減させた状態で熱を導くと共に、各戸の電力消費部に対して電力損失を低減させた状態で電力を導くことができるものとして、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ：戸
２    ：集合住宅
３    ：ベランダ
３ａ  ：ベランダの外面
４    ：電力消費部
５    ：共有電力消費部
６    ：商用電力系統
７    ：送電線
８    ：熱消費部
１０  ：太陽光熱利用熱電併給装置
１３  ：貯湯槽
２３  ：パワーコンディショナー（電力変換装置の一例）
２５  ：導管
１００：集合住宅用熱電併給システム
【図１】
2011019367.tif 000003
【図２】
2011019367.tif 000004