(57)【要約】太陽光発電を利用してもコストを抑える。直流電力を交流電力に変換し、予め定められた電圧値の範囲内に収まる交流電圧を出力するＶＶＶＦインバータ１１と、太陽光エネルギーを直流電力に変換し、上記電圧値の範囲の上限電圧値以上の直流電圧をＶＶＶＦインバータ１１側に出力可能な太陽光発電パネル１４と、電力系統Ｓから供給される交流電力を直流電力に変換し、太陽光発電パネル１４からＶＶＶＦインバータ１１への電力供給の不足分を補うために、上記電圧値の範囲の下限電圧値以上となる特定値の直流電圧をＶＶＶＦインバータ１１側に出力するＡＣ−ＤＣ変換器１５と、太陽光発電パネル１４からＶＶＶＦインバータ１１の方向に電流を流す第１のダイオード１２と、ＡＣ−ＤＣ変換器１５からＶＶＶＦインバータ１１の方向に電流を流す第２のダイオード１３と、を備える。
2015005414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換し、予め定められた電圧値の範囲内に収まる交流電圧を出力する直流−交流変換器と、
太陽光エネルギーを直流電力に変換し、前記電圧値の範囲の上限電圧値以上の直流電圧を前記直流−交流変換器側に出力可能な太陽光発電部と、
電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記太陽光発電部から前記直流−交流変換器への電力供給の不足分を補うために、前記電圧値の範囲の下限電圧値以上となる特定値の直流電圧を前記直流−交流変換器側に出力する交流−直流変換器と、
前記太陽光発電部から前記直流−交流変換器の方向に電流を流す第１の逆流阻止部と、
前記交流−直流変換器から前記直流−交流変換器の方向に電流を流す第２の逆流阻止部と、
を備えることを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記交流−直流変換器は、前記電圧値の範囲の下限電圧値を、前記特定値とすることを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記太陽光発電部は、前記直流−交流変換器側に出力する直流電力が最大となるように、当該直流電力を制御する最大電力点制御部を有する、ことを特徴とする請求項１または２記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記交流−直流変換器は、前記太陽光発電部から出力される直流電力が最大となるように、前記直流−交流変換器側に出力する直流電圧を制御する電圧制御部を有する、ことを特徴とする請求項１または２記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記交流−直流変換器と前記第２の逆流阻止部との間、および／または、前記太陽光発電部と前記第１の逆流阻止部との間に、直流電圧を調整して出力する直流−直流変換器を、さらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の電力供給システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力供給システムから供給される交流電力により駆動する圧縮機を有するヒートポンプと、
前記ヒートポンプの温熱により暖められた温水を貯蔵する温水貯蔵容器と、
前記ヒートポンプの冷熱により冷やされた冷水を貯蔵する冷水貯蔵容器と、
を備えることを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力供給システムから供給される交流電力により駆動する圧縮機を有する複数のヒートポンプと、
それぞれ異なる温度の水を貯蔵する複数の貯蔵容器と、を備え、
貯蔵する水の温度順に配列した各前記貯蔵容器の間に、それぞれ一つの前記ヒートポンプを配置する、
ことを特徴とするヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給システムおよびヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギーである太陽光を利用する太陽光発電は、燃料が不要であり、運転中に温室効果ガスを排出しないこと等から大いに注目されている。下記特許文献１には、電力系統に太陽光発電を連携させた太陽光発電装置が開示されている。特許文献１に記載の太陽光発電装置は、太陽電池ストリングから出力される直流電力を電力変換器で交流電力に変換し、この変換した交流電力を交流負荷や電力系統に供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４６７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の太陽光発電装置では、電力変換器で電力を変換する際に、変換後の交流電力の電圧や位相を、電力系統の電圧や位相と同期させている。このような電力変換器は、高い変換精度が要求されるため、コストが嵩む要因になる。【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、太陽光発電を利用してもコストを抑えることができる電力供給システムおよびヒートポンプシステムを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様である電力供給システムは、直流電力を交流電力に変換し、予め定められた電圧値の範囲内に収まる交流電圧を出力する直流−交流変換器と、太陽光エネルギーを直流電力に変換し、前記電圧値の範囲の上限電圧値以上の直流電圧を前記直流−交流変換器側に出力可能な太陽光発電部と、電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記太陽光発電部から前記直流−交流変換器への電力供給の不足分を補うために、前記電圧値の範囲の下限電圧値以上となる特定値の直流電圧を前記直流−交流変換器側に出力する交流−直流変換器と、前記太陽光発電部から前記直流−交流変換器の方向に電流を流す第１の逆流阻止部と、前記交流−直流変換器から前記直流−交流変換器の方向に電流を流す第２の逆流阻止部と、を備える。【０００７】
かかる構成を採用することにより、例えば昼間等のように、太陽光発電部から出力される電圧が、交流−直流変換器から出力される電圧以上となる場合には、太陽光発電部の出力電圧を直流−交流変換器に供給させることが可能となる。一方、例えば夜間等のように、太陽光発電部から出力される電圧が、交流−直流変換器から出力される電圧に満たない場合には、交流−直流変換器の出力電圧を直流−交流変換器に供給させることが可能となる。すなわち、太陽光発電部側の電力を電力系統側の電力よりも優先して供給することができるとともに、太陽光発電部からの不安定な電力を、電力系統からの電力で補って安定した電力供給を確保することが可能となる。【０００８】
また、太陽光発電部の直流電力および交流−直流変換器の直流電力を、逆流阻止部を介して直流電力のままで直流−交流変換器に供給することができるため、直流電力を交流電力に変換する電力変換器が不要になるとともに、直流−交流変換器に供給する電力の位相を同期させる必要がない。これにより、構成を簡素にすることができ、ひいてはコストを抑えることができる。それゆえに、太陽光発電を利用してもコストを削減可能となる。【０００９】
上記交流−直流変換器は、前記電圧値の範囲の下限電圧値を、前記特定値とすることとしてもよい。【００１０】
これにより、太陽光発電部から出力される電圧が、直流−交流変換器から出力される供給電圧の下限値以上である場合には、太陽光発電部の出力電圧を直流−交流変換器に供給することができ、太陽光発電部から出力される電圧が、直流−交流変換器から出力される供給電圧の下限値に満たない場合には、交流−直流変換器の出力電圧を直流−交流変換器に供給することができる。【００１１】
本発明の一態様であるヒートポンプシステムは、上記電力供給システムから供給される交流電力により駆動する圧縮機を有するヒートポンプと、前記ヒートポンプの温熱により暖められた温水を貯蔵する温水貯蔵容器と、前記ヒートポンプの冷熱により冷やされた冷水を貯蔵する冷水貯蔵容器と、を備える。【００１２】
かかる構成を採用することにより、上記電力供給システムから供給される電力によってヒートポンプの圧縮機を駆動することができ、電力供給システムから供給される電力が、圧縮機の消費電力を超える場合には、ヒートポンプシステムの温熱および冷熱を利用して温水および冷水をエネルギー源として温水貯蔵容器および冷水貯蔵容器に貯蔵しておくことが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、太陽光発電を利用してもコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態における電力供給システムの構成を例示する図である。
【図２】太陽光発電パネルの特性を例示する図である。
【図３】実施形態におけるヒートポンプシステムの構成を例示する図である。
【図４】温水貯蔵容器の内部構成を例示する図である。
【図５】変形例におけるヒートポンプシステムの構成を例示する図である。
【図６】変形例における電力供給システムの構成を例示する図である。
【図７】変形例における電力供給システムの構成を例示する図である。
【図８】変形例におけるヒートポンプシステムの構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電力供給システムおよびヒートポンプシステムの好適な実施形態について説明する。
【００１６】
まず、図１を参照して、実施形態における電力供給システムの構成について説明する。電力供給システム１は、例示的に、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）インバータ１１と、第１のダイオード１２と、第２のダイオード１３と、太陽光発電パネル１４と、ＡＣ−ＤＣ変換器１５と、を含んで構成する。
【００１７】
ＶＶＶＦインバータ１１は、直流電力を交流電力に変換する電力変換器（直流−交流変換器）である。ＶＶＶＦインバータ１１は、例えば電気事業法等で規定されている供給電圧値の範囲内に収まる交流電圧を出力する。例示的に、電気事業法では、供給する標準電圧が１００Ｖである場合には、供給電圧を１０１Ｖ±６Ｖの範囲内に維持することが規定されており、供給する標準電圧が２００Ｖである場合には、供給電圧を２０２Ｖ±２０Ｖの範囲内に維持することが規定されている。
【００１８】
ＶＶＶＦインバータ１１は、後述するヒートポンプ２１に含まれる交流モータ２１１に交流電圧を供給する。交流モータ２１１は、ヒートポンプ２１に含まれる圧縮機２１２を駆動する交流電動機である。
【００１９】
なお、本実施形態では、電力供給システムを構成するインバータとして、ＶＶＶＦインバータを用いて説明するが、電力供給システムを構成するインバータは、ＶＶＶＦインバータに限定されず、ＶＶＶＦ方式を採用しない通常のインバータであってもよい。ＶＶＶＦインバータを採用した場合には、電圧と周波数とを任意に変更できるというメリットがある。一方、通常のインバータを採用した場合には、電圧と周波数とが一定になるため、インバータでの損失が低減され、モータの効率が向上するというメリットがある。
【００２０】
第１のダイオード１２および第２のダイオード１３は、アノードからカソードへの一方向に電流を流し、その反対方向には電流を流さない半導体ダイオード（逆流阻止部）である。第１のダイオード１２は、太陽光発電パネル１４とＶＶＶＦインバータ１１との間に配置される。第１のダイオード１２は、太陽光発電パネル１４からＶＶＶＦインバータ１１の方向に電流が流れるように、太陽光発電パネル１４側にアノードが接続され、ＶＶＶＦインバータ１１側にカソードが接続される。
【００２１】
第２のダイオード１３は、ＡＣ−ＤＣ変換器１５とＶＶＶＦインバータ１１との間に配置される。第２のダイオード１３は、ＡＣ−ＤＣ変換器１５からＶＶＶＦインバータ１１の方向に電流が流れるように、ＡＣ−ＤＣ変換器１５側にアノードが接続され、ＶＶＶＦインバータ１１側にカソードが接続される。
【００２２】
このように第１のダイオード１２と第２のダイオード１３とを配置することで、第１のダイオード１２および第２のダイオード１３によるダイオードＯＲ回路を形成することができる。これにより、太陽光発電パネル１４の出力電圧およびＡＣ−ＤＣ変換器１５の出力電圧のうち、高電位側の電圧がＶＶＶＦインバータ１１に供給されることになる。なお、第１のダイオード１２および第２のダイオード１３は、半導体ダイオードであることには限定されず、逆流阻止部として機能可能な他の素子等であってもよい。
【００２３】
太陽光発電パネル１４は、太陽光エネルギーを直流電力に変換するモジュール（太陽光発電部）である。太陽光発電パネル１４は、最大電力点追従（Maximum Power Point Tracking）部を有する。最大電力点追従部は、太陽光発電パネル１４の出力電力が最大電力点付近で動作するように、出力電圧や出力電流を制御する回路である。最大電力点とは、太陽光発電パネル１４の電力−電圧特性において、出力電力が最大になる点をいう。
【００２４】
図２は、太陽光発電パネルの特性を例示する図である。図２に示すＡＶ１，ＡＶ２およびＡＶ３は電流−電圧特性であり、ＰＶ１，ＰＶ２およびＰＶ３は電力−電圧特性であり、ＭＰ１，ＭＰ２およびＭＰ３は最大電力点である。ＡＶ１，ＰＶ１およびＭＰ１は、パネルに照射される光量が１０００Ｗ／ｍ２である時の電流−電圧特性、電力−電圧特性および最大電力点であり、ＡＶ２，ＰＶ２およびＭＰ２は、パネルに照射される光量が８００Ｗ／ｍ２である時の電流−電圧特性、電力−電圧特性および最大電力点であり、ＡＶ３，ＰＶ３およびＭＰ３は、パネルに照射される光量が６００Ｗ／ｍ２である時の電流−電圧特性、電力−電圧特性および最大電力点である。
【００２５】
図２に示すように、太陽光発電パネル１４の電力−電圧特性ＰＶ１〜ＰＶ３や電流−電圧特性ＡＶ１〜ＡＶ３、最大電力点ＭＰ１〜ＭＰ３は、パネルに照射される光量によって変化する。つまり、各特性や最大電力点は、例えば天候状態や時間帯に応じて変動する。最大電力点追従部は、その時点の光量に応じた各特性に基づいて、出力電力が最大電力点付近で動作するように、出力電圧や出力電流を制御し、その時点の光量に応じた出力電力を最大化する。これにより、太陽光発電パネル１４は、天候状態等が変化しても、その天候状態等に応じた最大の電力を出力することが可能となる。また、図２に示すように、最大電力点ＭＰ１〜ＭＰ３における電圧は、ほぼ一定とみなせる範囲の電圧に収まるため、最大電力点追従部を設けることで、出力電圧を安定して供給することが可能となる。
【００２６】
図１に示す太陽光発電パネル１４から出力可能な電圧の最大値は、ＶＶＶＦインバータ１１から出力される供給電圧の上限値以上に設定する。これにより、少なくとも、太陽光発電パネル１４から最大の出力電圧が供給されているときには、太陽光発電パネル１４からの出力電圧のみで、ＶＶＶＦインバータ１１からヒートポンプ２１側に出力される供給電圧の全てを賄うことが可能となる。
【００２７】
ＡＣ−ＤＣ変換器１５は、電力系統Ｓから供給される交流電力を直流電力に変換する電力変換器（交流−直流変換器）である。電力系統Ｓは、電力会社等が電力を消費者に供給するためのシステム全体の総称であり、例えば、発電所、変電所、送電線、配電線等の設備を含む。ＡＣ−ＤＣ変換器１５の出力電圧値は、太陽光発電パネル１４からＶＶＶＦインバータ１１への電力供給の不足分を補うことができように、ＶＶＶＦインバータ１１から出力される電圧の下限値以上となる特定値に設定する。これにより、太陽光発電パネル１４からの出力電圧が、ＶＶＶＦインバータ１１から出力される電圧の下限値に満たない場合であっても、ＡＣ−ＤＣ変換器１５からの出力電圧のみで、ＶＶＶＦインバータ１１からヒートポンプ２１側に出力される電圧を賄うことが可能となる。
【００２８】
このように電力供給システム１を構成することで、例えば昼間等のように、太陽光発電パネル１４から出力される電圧が、ＡＣ−ＤＣ変換器１５から出力される電圧以上となる場合には、太陽光発電パネル１４の出力電圧をＶＶＶＦインバータ１１に供給させることが可能となる。一方、例えば夜間等のように、太陽光発電パネル１４から出力される電圧が、ＡＣ−ＤＣ変換器１５から出力される電圧に満たない場合には、ＡＣ−ＤＣ変換器１５の出力電圧をＶＶＶＦインバータ１１に供給させることが可能となる。
【００２９】
すなわち、太陽光発電側の電力を電力系統側の電力よりも優先して供給することができるとともに、太陽光発電パネル１４からの不安定な電力を、電力系統Ｓからの電力で補い、安定した電力供給を確保することができる。
【００３０】
また、太陽光発電パネル１４の直流電力およびＡＣ−ＤＣ変換器１５の直流電力を、ダイオードを介して直流電力のままでＶＶＶＦインバータ１１に供給することができるため、直流電力を交流電力に変換する電力変換器が不要になるとともに、ＶＶＶＦインバータ１１に供給する電力の位相を同期させる必要がない。これにより、構成を簡素にすることができ、ひいてはコストを削減することが可能となる。それゆえに、太陽光発電を利用してもコストを抑えることが可能となる。
【００３１】
また、第２のダイオード１３によって、太陽光発電パネル１４側の電力が電力系統Ｓ側に流入することを阻止できるため、電力系統Ｓの安定性を維持することができる。また、ダイオードは、比較的電力損失が少ないため、第１のダイオード１２または第２のダイオード１３を介して電力を供給する電力供給システム１は、電力の供給効率を高めることができる。
【００３２】
次に、図３を参照して、実施形態におけるヒートポンプシステムの構成について説明する。ヒートポンプシステム２は、例示的に、ヒートポンプ２１と、熱交換器２２、２３および２６と、温水貯蔵容器２４と、冷水貯蔵容器２５と、循環ポンプ２７および２８と、を含んで構成する。
【００３３】
ヒートポンプシステム２は、ヒートポンプ２１の温熱を利用して暖めた温水を温水貯蔵容器２４に貯める温熱利用機構と、ヒートポンプ２１の冷熱を利用して冷やした冷水を冷水貯蔵容器２５に貯める冷熱利用機構と、を有する。温水貯蔵容器２４に貯めた温水は、例えば、シャワーや風呂、厨房等で利用することができる。冷水貯蔵容器２５に貯めた冷水は、例えば、熱交換器２６を介してエアコンや冷蔵庫等に利用することができる。
【００３４】
ヒートポンプシステム２の温熱利用機構について説明する。ヒートポンプ２１は、ヒートポンプの内部を循環する冷媒を圧縮機で圧縮し、高温になった冷媒を熱交換器２２に送る。この熱交換器２２には、温水貯蔵容器２４に供給された水が循環ポンプ２７の駆動により送り込まれている。熱交換器２２において冷媒と熱交換して暖められた温水は、循環ポンプ２７の駆動により温水貯蔵容器２４に送り込まれ、貯蔵される。
【００３５】
ヒートポンプシステム２の冷熱利用機構について説明する。ヒートポンプ２１は、ヒートポンプの内部を循環する冷媒を膨張弁で膨張させ、低温になった冷媒を熱交換器２３に送る。この熱交換器２３には、冷水貯蔵容器２５に貯められた冷水が循環ポンプ２８の駆動により送り込まれている。熱交換器２３で冷媒と熱交換して冷やされた冷水は、循環ポンプ２８の駆動により冷水貯蔵容器２５に送り込まれ、貯蔵される。
【００３６】
図４に示すように、温水貯蔵容器２４の内部には、複数の仕切板２４１が層状に設けられている。各仕切板２４１と容器内部との間には、その一部に隙間２４２が形成されており、温水貯蔵容器２４に貯められた温水は、この隙間２４２を介して容器内を流動することになる。ここで、仕切板２４１を設けない場合には、温水貯蔵容器２４に貯められた温水が容器内全体で対流可能となるため、上部側の比較的温度の高い温水と下部側の比較的温度の低い温水とが混ざり合って蓄熱効率が低下してしまうことになる。これに対して、仕切板２４１を設けた場合には、容器内全体での対流を抑制することができるため、蓄熱効率を向上させることができる。
【００３７】
本実施形態におけるヒートポンプシステム２によれば、電力供給システム１から供給される電力によってヒートポンプ２１の圧縮機２１２を駆動することができ、電力供給システム１から供給される電力が、圧縮機２１２の消費電力を超えたときには、ヒートポンプシステム２の温熱および冷熱を利用して温水および冷水をエネルギー源として貯蔵しておくことが可能となる。エネルギー源として貯蔵した温水はシャワーや風呂、厨房等に利用することができ、エネルギー源として貯蔵した冷水はエアコンや冷蔵庫等に利用することができる。
【００３８】
[変形例]
なお、上述した実施形態は、単なる例示に過ぎず、実施形態に明示していない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な形態に変形して実施することができる。
【００３９】
例えば、上述した実施形態では、ＡＣ−ＤＣ変換器１５の出力電圧値を、ＶＶＶＦインバータ１１から出力される電圧の下限値以上となる特定値に設定しているが、ＡＣ−ＤＣ変換器１５の出力電圧値を、ＶＶＶＦインバータ１１から出力される電圧の下限値に設定することとしてもよい。
【００４０】
これにより、太陽光発電パネル１４から出力される電圧が、ＶＶＶＦインバータ１１から出力される供給電圧の下限値以上である場合には、太陽光発電パネル１４の出力電圧をＶＶＶＦインバータ１１に供給することができ、太陽光発電パネル１４から出力される電圧が、ＶＶＶＦインバータ１１から出力される供給電圧の下限値に満たない場合には、ＡＣ−ＤＣ変換器１５の出力電圧をＶＶＶＦインバータ１１に供給することができる。
【００４１】
また、上述した実施形態では、太陽光発電パネル１４に最大電力点追従部を設けているが、太陽光発電パネル１４に最大電力点追従部を設けることは必須ではない。例えば、太陽光発電パネル１４に最大電力点追従部を設けずに、ＡＣ−ＤＣ変換器１５に電圧制御部を設けることとしてもよい。この電圧制御部は、太陽光発電パネル１４から出力される直流電力が最大となるように、ＡＣ−ＤＣ変換器１５からＶＶＶＦインバータ１１側に出力する直流電圧を制御する。このような電圧制御部を設けて、電力系統Ｓから供給される交流電力の電圧を制御することで、太陽光発電パネル１４から出力される直流電力を最大限利用することが可能となる。
【００４２】
また、上述した実施形態では、ヒートポンプシステム２が、一つのヒートポンプ２１を利用して温水貯蔵容器２４に温水を貯蔵し、冷水貯蔵容器２５に冷水を貯蔵する場合について説明しているが、ヒートポンプシステムの構成はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、二つのヒートポンプ３１，３２を利用して、三つの貯蔵容器３３，３４，３５にそれぞれ温度の異なる水を貯蔵するヒートポンプシステム３であってもよい。
【００４３】
この変形例におけるヒートポンプシステム３は、高温側のヒートポンプ３１の温熱を利用して暖めた水を高温貯蔵容器３３に貯め、高温側のヒートポンプ３１の冷熱を利用して冷やした水を中温貯蔵容器３４に貯めるとともに、低温側のヒートポンプ３２の温熱を利用して暖めた水を中温貯蔵容器３４に貯め、低温側のヒートポンプ３２の冷熱を利用して冷やした水を低温貯蔵容器３５に貯めるものである。
【００４４】
ヒートポンプを２段階で利用することで、ヒートポンプを１段階で利用する場合に比べて、ヒートポンプシステムの効率を向上させることができる。以下において、それぞれの場合におけるヒートポンプシステムの効率を求め、比較することとする。ヒートポンプシステムの効率は、例えばヒートポンプの総合効率（以下、「ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）」という。）を用いて表すことができる。
【００４５】
ＣＯＰは以下の式（１）を用いて算出する。式（１）のεｃはカルノー効率であり、εｍは機械効率である。
ＣＯＰ ＝ εｃ × εｍ  …  （１）
【００４６】
カルノー効率εｃは以下の式（２）を用いて算出する。式（２）のＴｃは低温側の温度[Ｋ]であり、Ｔｈは高温側の温度[Ｋ]である。
εｃ ＝ Ｔｃ／（Ｔｈ − Ｔｃ）  …  （２）
【００４７】
ヒートポンプ２１を１段階で利用するヒートポンプシステム２（図３参照）の効率は、以下のようになる。
【００４８】
まず、温水貯蔵容器２４に貯蔵する温水の温度が８５[℃]であり、冷水貯蔵容器２５に貯蔵する冷水の温度が５[℃]であり、この温度領域における機械効率εｍが０．９である場合のヒートポンプシステム２におけるＣＯＰを求める。この場合、カルノー効率は、式（２）より、３．４８となり、これを式（１）に代入すると、ＣＯＰは、３．１３となる。
【００４９】
ＣＯＰが３．１３となるヒートポンプシステム２では、ヒートポンプ２１の消費電力を２００[Ｗ]とすると、冷水貯蔵容器２５からは６２６[Ｗ]の熱が取り除かれることとなり、温水貯蔵容器２４には６２６[Ｗ]に消費電力の２００[Ｗ]を加算した８２６[Ｗ]の熱が取り込まれることになる。
【００５０】
つまり、温水貯蔵容器２４に８５[℃]の温水を貯蔵し、冷水貯蔵容器２５に５[℃]の冷水を貯蔵する場合には、２００[Ｗ]の消費電力に対し、冷水貯蔵容器２５から６２６[Ｗ]の熱を取り除くことができる。
【００５１】
次に、温水貯蔵容器２４に貯蔵する温水の温度が８５[℃]であり、冷水貯蔵容器２５に貯蔵する冷水の温度が−３０[℃]であり、この温度領域における機械効率εｍが０．９である場合のヒートポンプシステム２におけるＣＯＰを求める。この場合、カルノー効率は、式（２）より、２．１１となり、これを式（１）に代入すると、ＣＯＰは、１．９０となる。
【００５２】
ＣＯＰが１．９０となるヒートポンプシステム２では、ヒートポンプ２１の消費電力を２００[Ｗ]とすると、冷水貯蔵容器２５からは３８０[Ｗ]の熱が取り除かれることとなり、温水貯蔵容器２４には３８０[Ｗ]に消費電力の２００[Ｗ]を加えた５８０[Ｗ]の熱が取り込まれることになる。
【００５３】
つまり、温水貯蔵容器２４に８５[℃]の温水を貯蔵し、冷水貯蔵容器２５に−３０[℃]の冷水を貯蔵する場合には、２００[Ｗ]の消費電力に対し、冷水貯蔵容器２５から３８０[Ｗ]の熱を取り除くことができる。
【００５４】
これら２つの例示では、高温側と低温側との温度差が８０[℃]であるのか、１１５[℃]であるのかが相違していることになるが、それぞれのＣＯＰを比較すると、温度差が３５[℃]拡がったことで、ＣＯＰが４０％程、低下することがわかる。したがって、８５[℃]の温水を貯蔵し、−３０[℃]の冷水を貯蔵する場合には、効率が低すぎて実用的ではないことがわかる。ここで、ヒートポンプ内で用いる媒体は、使用する温度領域が拡がると、機械損失が増える傾向にあるため、上記ＣＯＰの低下率は、実際には上記値よりも大きくなることが想定される。
【００５５】
これに対して、ヒートポンプを２段階で利用するヒートポンプシステム３（図５参照）の効率は、以下のようになる。
【００５６】
まず、高温側のヒートポンプ３１のＣＯＰを求める。高温貯蔵容器３３に貯蔵する温水の温度が８５[℃]であり、中温貯蔵容器３４に貯蔵する水の温度が１７[℃]であり、この温度領域における機械効率εｍが０．９である場合、カルノー効率は、式（２）より、４．２６となり、これを式（１）に代入すると、ＣＯＰは、３．８３となる。
【００５７】
ＣＯＰが３．８３となるヒートポンプ３２では、ヒートポンプ３１の消費電力を１００[Ｗ]とすると、中温貯蔵容器３４からは３８３[Ｗ]の熱が取り除かれることとなり、高温貯蔵容器３３には３８３[Ｗ]に消費電力の１００[Ｗ]を加えた４８３[Ｗ]の熱が取り込まれることになる。
【００５８】
次に、低温側のヒートポンプ３２のＣＯＰを求める。中温貯蔵容器３４に貯蔵する水の温度が１７[℃]であり、低温貯蔵容器３５に貯蔵する冷水の温度が−３０[℃]であり、この温度領域における機械効率εｍが０．９である場合、カルノー効率は、式（２）より、５．１７となり、これを式（１）に代入すると、ＣＯＰは、４．６５となる。
【００５９】
ＣＯＰが４．６５となるヒートポンプ３２では、ヒートポンプ３２の消費電力を１００[Ｗ]とすると、低温貯蔵容器３５からは４６５[Ｗ]の熱が取り除かれることとなり、中温貯蔵容器３４には４６５[Ｗ]に消費電力の１００[Ｗ]を加算した５６５[Ｗ]の熱が取り込まれることになる。
【００６０】
つまり、高温貯蔵容器３３に８５[℃]の水を貯蔵し、中温貯蔵容器３４に１７[℃]の水を貯蔵し、低温貯蔵容器３５に−３０[℃]の水を貯蔵する場合には、２つのヒートポンプ３１，３２に合わせて２００[Ｗ]の消費電力を要するのに対し、低温貯蔵容器３５から４６５[Ｗ]の熱を取り除くことができる。
【００６１】
これらの結果、８５[℃]の水と−３０[℃]の水とを貯蔵するという同条件下において、ヒートポンプ２１を１段階で利用するヒートポンプシステム２では、２００[Ｗ]の消費電力で冷水貯蔵容器２５から３８０[Ｗ]の熱を取り除くのに対し、ヒートポンプを２段階で利用するヒートポンプシステム３では、２００[Ｗ]の消費電力で低温貯蔵容器３５から４６５[Ｗ]の熱を取り除けることがわかる。つまり、ヒートポンプを２段階で利用するヒートポンプシステム３は、ヒートポンプ２１を１段階で利用するヒートポンプシステム２よりも、２２％程、ヒートポンプシステムの効率を向上させることが可能となる。
【００６２】
なお、上記変形例では、二つのヒートポンプ３１，３２を利用して、三つの貯蔵容器３３，３４，３５にそれぞれ温度の異なる水を貯蔵するヒートポンプシステム３について説明したが、三つ以上のヒートポンプを利用して、四つ以上の貯蔵容器にそれぞれ温度の異なる水を貯蔵する場合についても同様に本発明を適用することができる。この場合、貯蔵する水の温度順に配列した各貯蔵容器の間に、それぞれ一つのヒートポンプを配置するように、ヒートポンプシステムを構成すればよい。
【００６３】
また、上述した実施形態における電力供給システム１において、ＤＣ−ＤＣ変換器を、さらに追加することとしてもよい。図６および図７を参照して、この変形例における二つの電力供給システムについて説明する。なお、図６および図７に示すＤＣ−ＤＣ変換器以外の各構成要素は、図１に示す各構成要素と同じであるため、ここでは、それらの説明を省略する。
【００６４】
図６は、ＡＣ−ＤＣ変換器１５と第２のダイオード１３との間にＤＣ−ＤＣ変換器１６を追加した電力供給システム１Ａを例示する図である。ＤＣ−ＤＣ変換器１６は、ＡＣ−ＤＣ変換器１５側から入力される直流電圧を調整（昇圧／降圧）してＶＶＶＦインバータ１１側に出力する電力変換器（直流−直流変換器）である。このようにＤＣ−ＤＣ変換器１６を配置した場合には、例えば、雷などにより発生するサージ電圧の影響を受けにくくすることができ、電力系統側からＶＶＶＦインバータ１１側への電力供給を、より安定させることが可能となる。
【００６５】
図７は、太陽光発電パネル１４と第１のダイオード１２との間にＤＣ−ＤＣ変換器１７を追加した電力供給システム１Ｂを例示する図である。ＤＣ−ＤＣ変換器１７は、太陽光発電パネル１４側から入力される直流電圧を調整（昇圧／降圧）してＶＶＶＦインバータ１１側に出力する電力変換器（直流−直流変換器）である。このようにＤＣ−ＤＣ変換器１７を配置した場合には、ＤＣ−ＤＣ変換器１７の出力電圧を制御することで、上述した最大電力点追従制御と同様の制御を行うことが可能となる。したがって、この場合には、太陽光発電パネル１４の最大電力点追従部を省略することができる。
【００６６】
また、上述した実施形態におけるヒートポンプシステム２（図３）を、図８に示すように構成することとしてもよい。図８に示すヒートポンプシステム２Ａは、図３に示すヒートポンプシステム２の各構成要素に、６つの三方弁２１３〜２１８と、熱交換器２９と、空気ファン２９１とを追加したものである。なお、図８に追加した構成要素以外の各構成要素は、図３に示す各構成要素と同じであるため、ここでは、それらの説明を省略する。
【００６７】
三方弁２１３、２１４は、ヒートポンプ２１と熱交換器２２との間の冷媒流路に設けられる。三方弁２１５、２１６は、ヒートポンプ２１と熱交換器２３との間の冷媒流路に設けられる。三方弁２１７は、三方弁２１３および三方弁２１６と熱交換器２９との間の冷媒流路に設けられる。三方弁２１８は、三方弁２１４および三方弁２１５と熱交換器２９との間の冷媒流路に設けられる。三方弁２１３〜２１８の弁の開閉は、ヒートポンプ２１によって制御される。
【００６８】
熱交換器２９は、冷媒流路から送り込まれる高温の冷媒または低温の冷媒を、空気ファン２９１から送られる大気（空気）と熱交換させる。
【００６９】
ここで、温水貯蔵容器２４側および冷水貯蔵容器２５側への熱量の供給は、エネルギー保存の法則に従って、その割合が決まる。しかしながら、一般に需要は変動するため、温水と冷水とに対する需要は異なることになる。需要が異なると、需要の少ない方が余ることになる。
【００７０】
図８に示すヒートポンプシステム２Ａは、需要が少なくて余る側の熱量を、三方弁２１３〜２１８を制御して、需要が多い側に導けるように構成したものである。このように構成することで、ヒートポンプシステムの効率を向上させることができる。また、需要が多い側に導く際に、冷媒を熱交換器２９に導くことで、冷媒を大気と熱交換させることができるため、熱交換器２９を利用しない場合に比べて、ＣＯＰを高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る電力供給システムおよびヒートポンプシステムは、太陽光発電を利用してもコストを抑えることに適している。
【符号の説明】
【００７２】
１…電力供給システム
２…ヒートポンプシステム
１１…ＶＶＶＦインバータ
１２…第１のダイオード
１３…第２のダイオード
１４…太陽光発電パネル
１５…ＡＣ−ＤＣ変換器
１６、１７…ＤＣ−ＤＣ変換器
２１…ヒートポンプ
２２…熱交換器
２３…熱交換器
２４…温水貯蔵容器
２５…冷水貯蔵容器
２６…熱交換器
２７…循環ポンプ
２８…循環ポンプ
２９…熱交換器
２１１…交流モータ
２１２…圧縮機
２１３〜２１８…三方弁
２４１…仕切板
２４２…隙間
２９１…空気ファン
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【国際調査報告】
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