(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電装置の出力電力を直接利用して稼動される冷凍機と、
前記冷凍機により冷却される冷熱源貯蔵室と、
前記冷熱源貯蔵室に設置された多数の水槽と、
前記冷熱源貯蔵室の空気との間で熱交換された水を外部へ送り出すために前記冷熱源貯蔵室に設置された熱交換装置と、を有することを特徴とする冷熱源貯蔵システム。
【請求項２】
前記熱交換装置を流れる水が外部との間で循環することを特徴とする請求項１に記載の冷熱源貯蔵システム。
【請求項３】
前記熱交換装置に外部から水を供給し、供給された水を前記熱交換装置を通して外部へ送り出すことを特徴とする請求項１に記載の冷熱源貯蔵システム。
【請求項４】
前記冷熱源貯蔵室内の冷却された空気を外部へ送り出す手段を有することを特徴とする請求項１に記載の冷熱源貯蔵システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の冷熱源貯蔵システムと、温熱源貯蔵システムと、を有する熱源貯蔵システムであって、前記温熱源貯蔵システムが、
太陽光発電装置の出力電力を直接利用して稼動されるヒーターと、
前記ヒーターにより加熱される水を貯蔵する温熱源貯蔵タンクと、
前記温熱源貯蔵タンクの温水との間で熱交換された水を外部へ送り出すために前記温熱源貯蔵タンクに設置された熱交換装置と、を有することを特徴とする熱源貯蔵システム。
【請求項６】
前記温熱源貯蔵システムの前記熱交換装置を流れる水が外部との間で循環することを特徴とする請求項５に記載の熱源貯蔵システム。
【請求項７】
前記温熱源貯蔵タンク内の温水を外部へ送り出す手段を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の熱源貯蔵システム。
【請求項８】
前記出力電力を、前記冷凍機又は前記ヒーターのいずれか一方に送るか、又は、双方に送るように切り替える電力切替装置を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の熱源貯蔵システム。
【請求項９】
前記出力電力を、前記冷凍機と前記ヒーターの双方に送るとき、各々に振り分ける電力の割合が調整されることを特徴とする請求項８に記載の熱源貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電を利用した冷熱源又は温熱源の貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、太陽光を太陽電池に照射することで直流電力を出力する。出力された直流電力は、一般的にはインバータにより交流に変換されて各種の電気的負荷に供給される。また、太陽光発電システムには、通常、蓄電池が組み込まれており、余剰電力が蓄電池に蓄積される。蓄電池に蓄積された電力は、太陽光発電の電力が不足するときにこれを補うために用いられる。
【０００３】
一方、特許文献１には、夏季における冷房等で使用するエネルギー消費を低減するために、冬季に凍結した氷や雪を貯氷室にて夏季まで保存し、夏季において貯氷室から冷気を取り出して冷房等に利用するシステムが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、冬季に水タンクを氷結させた自然氷を、断熱されたコンテナ内に収容し、夏季にコンテナを車両で運搬して多様な場所で冷熱源として利用する移動式氷室が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３０５８７３号公報
【特許文献２】特開２００９−１２７８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽光発電は天候及び昼夜によって大きく発電量が変動するため、太陽光発電による電力を蓄電池に蓄積する場合、蓄電池の容量の問題があり、また蓄電池から電力を取り出して利用する場合は制御が複雑である上、電力の損失も大きかった。
また、特許文献１、２に記載の冬季の氷や雪を冷熱源として利用する方法は、利用できる場所が寒冷地に限られるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、太陽光発電による電力を蓄電池に蓄積することなく、別の形態で蓄積することによって電力をより有効に利用することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
・  本発明の第１の態様は、冷熱源貯蔵システムであって、太陽光発電装置の出力電力を直接利用して稼動される冷凍機と、
前記冷凍機により冷却される冷熱源貯蔵室と、
前記冷熱源貯蔵室に設置された多数の水槽と、
前記冷熱源貯蔵室の空気との間で熱交換された水を外部へ送り出すために前記冷熱源貯蔵室に設置された熱交換装置と、を有することを特徴とする。
・  上記第１の態様において、前記熱交換装置を流れる水が外部との間で循環することが好適である。
・  上記第１の態様において、前記熱交換装置に外部から水を供給し、供給された水を前記熱交換装置を通して外部へ送り出すことが好適である。
・  上記第１の態様において、前記冷熱源貯蔵室内の冷却された空気を外部へ送り出す手段を有することが好適である。
・  本発明の第２の態様は、上記第１の態様の冷熱源貯蔵システムと、温熱源貯蔵システムと、を有する熱源貯蔵システムであって、前記温熱源貯蔵システムが、
太陽光発電装置の出力電力を直接利用して稼動されるヒーターと、
前記ヒーターにより加熱される水を貯蔵する温熱源貯蔵タンクと、
前記温熱源貯蔵タンクの温水との間で熱交換された水を外部へ送り出すために前記温熱源貯蔵タンクに設置された熱交換装置と、を有することを特徴とする。
・  上記第２の態様において、前記温熱源貯蔵システムの前記熱交換装置を流れる水が外部との間で循環することが好適である。
・  上記第２の態様において、前記温熱源貯蔵タンクにて加熱された水を外部へ送り出す手段を有することが好適である。
・  上記第２の態様において、前記出力電力を、前記冷凍機又は前記ヒーターのいずれか一方に送るか、又は、双方に送るように切り替える電力切替装置を有することが好適である。また、前記出力電力を、前記冷凍機と前記ヒーターの双方に送るとき、各々に振り分ける電力の割合が調整されることが、好適である。
【発明の効果】
【０００９】
太陽光発電による電力を蓄電池に蓄積することに替えて、熱源として蓄積することにより、電力をより有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の、太陽光発電を利用した熱源貯蔵システムの一例の概略構成図である。
【図２】図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１に示した熱源貯蔵システムの利用例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参考しつつ、本発明による太陽光発電を利用した熱源貯蔵システムについて詳細に説明する。本発明では、太陽光発電による電力を、蓄電池に蓄積することに替えて、熱源として蓄積する。この場合、「熱源」とは、利用対象の温度に対して低い温度を有する冷熱源、又は、利用対象の温度に対して高い温度を有する温熱源である。利用対象の温度は、厳密に規定しないが、温暖な気候の日常生活における平均的な室温や水温を目安とする。例えば室温は２５℃±５℃、水温は１０℃±５℃であるが、これらの範囲に限定されない。
【００１２】
図１は、本発明の、太陽光発電を利用した熱源貯蔵システムの一例の概略構成図である。図１では、冷水又は冷風の流れを黒矢印で、温水の流れを白矢印で示している。太陽光発電装置１０は、太陽電池パネルを適宜接続して構成されている。太陽光発電装置１０は、直流電力を発電する。電力変換装置１１は、例えば、スイッチング電源等の電力変換回路及び／又はインバータ等を含み、適切な電圧と周波数の交流、又は適切な電圧の直流を出力する。
【００１３】
電力切替装置１２は、電力変換装置１１の出力電力を、冷凍機２１又はヒーター３１のいずれか一方に送るか、又は、双方に送るように切り替える。図示しないが、双方に送る場合は、電力を振り分ける割合も調整できるものとする。電力変換装置１１の駆動制御及び電力切替装置１２の切替制御は、例えば、適宜設けられたコントローラ６０により行われる。
【００１４】
なお、電力変換装置１１が交流を出力しかつ冷凍機２１又はヒーター３１が交流を電源として稼動する装置である場合は、電力変換装置１１の交流出力がそのまま冷凍機２１又はヒーター３１の電源として利用され、冷凍機２１又はヒーター３１が直流を電源として稼動する装置である場合は、電力変換装置１１の交流出力を直流に変換する装置（図示せず）を仲介してから電源として利用される。
【００１５】
また、電力変換装置１１が直流を出力しかつ冷凍機２１又はヒーター３１が直流を電源として稼動する装置である場合は、電力変換装置１１の直流出力がそのまま冷凍機２１又はヒーター３１の電源として利用され、冷凍機２１又はヒーター３１が交流を電源として稼動する装置である場合は、電力変換装置１１の直流出力を交流に変換する装置（図示せず）を仲介してから電源として利用される。
【００１６】
いずれにしても、太陽光発電装置１０の出力電力を直接利用して冷凍機２１又はヒーター３１が稼動される。「直接利用」とは、太陽光発電装置１０の出力電力が、蓄電池に蓄積されることはなく、直ちに冷凍機２１又はヒーター３１に供給されて消費されることを意味する。
【００１７】
冷凍機２１は、冷熱源貯蔵室２０に設置されている。冷熱源貯蔵室２０は、例えば、断熱性の床、壁及び天井により囲まれた内部空間を有する建物やコンテナとして設けられる。冷熱源貯蔵室２０の内部空間には、多数の水槽２２が設置されている。多数の水槽２２は、例えば各段に縦横数列に水槽２２が配置されると共に、鉛直方向に複数段配置されている。各水槽２２には水が充填されている。冷凍機２１を稼動させることによって冷熱源貯蔵室２０内の空気が冷却され、水槽２２内の水が凍結して氷となる。水槽２２内の凍結した氷が冷熱源となる。すなわち、太陽光発電による電力が、冷熱源に変換されて蓄積されることになる。そして、冷凍機２１が停止している期間も、冷熱源によって、冷熱源貯蔵室２０内の空気が比較的長時間に亘って低温に維持される。
【００１８】
さらに、冷熱源貯蔵室２０には、熱交換パイプを具備する熱交換装置２３、２４が設置されている。図１では２つの異なる熱交換装置２３、２４を示しているが、必要に応じていずれか一方の熱交換装置のみを設けることができ、又は、いずれの熱交換装置もそれぞれ複数設けることができる。熱交換装置は、熱交換パイプ内を流れる水と、冷熱源貯蔵室２０内の空気との間で熱交換を行う。熱交換を行った水は、冷熱源貯蔵室２０の外部へ送り出される。
【００１９】
図１では、外部の多様な需要者５０をまとめて模式的に示している。熱交換装置２３を流れる水は、送水と停止を切り替えるバルブと送出用のポンプＰとを設けた冷水ライン４１を通って、外部の需要者５０に設置された別の熱交換装置５１へ流れ、ここで熱交換を行った後に戻り、循環する。
【００２０】
また、熱交換装置２４は、その中を流れる水として、例えば、一般的な水道水等を外部から供給される。供給された水は、熱交換装置２４を流れ、適宜のバルブとポンプとを設けた冷水ライン４２を通って外部の需要者５０に供給され、そこで冷水として使用される。
【００２１】
さらに、冷熱源貯蔵室２０内の冷却された空気を、送風ファンＭを設けた冷風ライン４３により外部の需要者５０に供給することもできる。供給された冷風は、需要者５０において使用される。図示しないが、この場合、冷熱源貯蔵室２０には、送り出した空気を補填するための通気孔が設けられている。
【００２２】
次に、ヒーター３１は、温熱源貯蔵タンク３０に設置されている。温熱源貯蔵タンク３０は、好ましくは断熱性の周囲壁により囲まれた内部空間を有するタンクとして設けられる。温熱源貯蔵タンク３０の内部空間は、外部から供給された水で充填されている。ヒーター３１を稼動させることによって、充填された水が加熱されて温水３２となる。温水３２の温度は、例えば３０℃〜９０℃の範囲であるが、種々の条件によって決まるのでこの範囲に限定されない。この温水３２が温熱源となる。すなわち、太陽光発電による電力が、温熱源に変換されて蓄積されることになる。ヒーター３１が停止している期間も、温熱源によって、温熱源貯蔵タンク３０内の水の温度が比較的長時間に亘って高温に維持される。
【００２３】
さらに、温熱源貯蔵タンク３０には、熱交換パイプを具備する熱交換装置３３が設置されている。図１では１つの熱交換装置３３を示しているが、必要に応じてこれを複数設けることができる。熱交換装置は、熱交換パイプ内を流れる水と、温熱源貯蔵タンク３０の温水３２との間で熱交換を行う。熱交換を行った水は温熱源貯蔵タンク３０の外部へ送り出される。
【００２４】
熱交換装置３３を流れる水は、送水と停止を切り替えるバルブと送出用のポンプＰとを設けた温水ライン４４を通って、外部の需要者５０に設置された別の熱交換装置５２へ流れ、ここで熱交換を行った後に戻り、循環する。
【００２５】
さらに、温熱源貯蔵タンク３０の温水３２を、適宜のバルブとポンプＰとを設けた温水ライン４５により外部の需要者５０に供給することもできる。供給された温水は、需要者５０において使用される。この場合、送り出した温水の分に相当する水が新たに温熱源貯蔵タンク３０に補填される。
【００２６】
外部の需要者５０への冷水、冷風及び／又は温水の供給は、需要者５０の必要に応じて行われ、コントローラ６０により制御することができる。あるいは、コントローラ６０とは別のコントローラにより制御するようにしてもよい。冷水、冷風及び／又は温水の供給は、冷凍機２１及び／又はヒーター３１へ電力供給している間、又は、電力供給を停止している間のいずれにおいても行うことができる。
【００２７】
コントローラ６０は、冷凍機２１とヒーター３１の双方に電力を送るとき、各々に振り分ける電力の割合を調整することができる。例えば冷水、冷風の需要が増大して冷熱源貯蔵室２０内の温度が上昇したときは、冷凍機２１に振り分ける電力を大きくすることができる。また、コントローラ６０は、例えば温水の需要が増大して温熱源貯蔵タンク３０内の温度が低下したときは、ヒーター３１に振り分ける電力を大きくすることができる。具体例としては、冷凍機２１及びヒーター３１の各機器の入力部にスイッチング電源（図示せず）が設けられ、各スイッチング電源のスイッチング制御を行うＰＷＭ（Puls Width Modulation）信号のデューティ比を制御することにより各機器に供給する電力を調整することができる。また、冷熱源貯蔵室２０及び温熱源貯蔵タンク３０はそれぞれ、その内部の温度を検知してコントローラ６０に通知するセンサ（図示せず）を有することが好適である。
【００２８】
なお、本発明は、冷熱源貯蔵室２０のみを設けて冷水及び／又は冷風を利用する冷熱源貯蔵システムとすることも、温熱源貯蔵タンク３０のみを設けて温水を利用する温熱源貯蔵システムとすることもできる。
【００２９】
図２は、図１に示した熱源貯蔵システムを需要者において利用する幾つかの例を示した図である。しかしながら、本発明の利用形態はこれらに限られない。
【００３０】
図２（ａ）は、共同住宅における利用例である。冷水ライン４２と温水ライン４５が三方バルブを介して接続されている。これにより、温水又は冷水を切り替えて使用することができ、温水又は冷水が各戸に供給される。温水と冷水の切替バルブは、各戸に設けてもよい。
【００３１】
図２（ｂ）は、戸建て住宅における利用例である。冷水ライン４１と、冷風ライン４３と、温水ライン４５が接続されている。冷水ライン４１を流れる循環する水は、熱交換装置５１を介して冷房や冷蔵に利用される。また、冷風ライン４３を流れる空気も、冷房や冷蔵に利用される。
【００３２】
図２（ｃ）は、農産物や水産物の貯蔵庫、熟成庫における利用例である。冷水ライン４１を流れる循環する水は、熱交換装置５１を介して農水産物の保冷や熟成に利用される。また、冷風ライン４３を流れる空気も同様である。
【００３３】
本発明による熱源貯蔵システムは、太陽光発電を実施できる場所であれば、地球上のどのような場所でも実施することができる。また、太陽光発電の電力を、必要に応じて冷熱源と温熱源のいずれか又は双方を選択して蓄積することもできる。例えば、夏季には冷凍機を稼動させて冷熱源として貯蔵して冷水又は冷風を利用し、冬季にはヒーターを稼動させて温熱源として貯蔵して温水を利用することができる。しかしながら、本発明は、季節に依存せず、発電電力を冷熱源としても温熱源としても貯蔵することが可能である。上述した実施例のように冷熱源と温熱源の併用も可能である。
【００３４】
太陽光発電の電力を直接的に冷凍機又はヒーターで消費することは、発電電力を一旦蓄電池に蓄積してからそれを取り出して消費する場合に比べて遙かに損失が少ない。したがって、本発明によれば、全体的にみて自然エネルギーによる電力を有効に利用することができる。
【００３５】
以上に述べた本発明の実施形態は一例を示したものであり、これら以外にも種々の公知技術を適用した多様な変形形態が可能であり、それらについても本発明に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３６】
１０  太陽光発電装置
１１  電力変換装置
１２  電力切替装置
２０  冷熱源貯蔵室
２１  冷凍機
２２  水槽
２３、２４  熱交換装置
３０  温熱源貯蔵タンク
３１  ヒーター
３２  温水
３３  熱交換装置
４１  冷水ライン（循環）
４２  冷水ライン
４３  冷風ライン
４４  温水ライン（循環）
４５  温水ライン
５０  需要者
５１、５２  熱交換装置
６０  コントローラ
【要約】
【課題】太陽光発電による電力を蓄電池に蓄積することなく別の形態で蓄積することにより、電力をより有効に利用する。
【解決手段】冷熱源貯蔵システムが、太陽光発電装置の出力電力を直接利用して稼動される冷凍機と、前記冷凍機により冷却される冷熱源貯蔵室と、前記冷熱源貯蔵室に設置された多数の水槽と、前記冷熱源貯蔵室の空気との間で熱交換された水を外部へ送り出すために前記冷熱源貯蔵室に設置された熱交換装置と、を有する。温熱源貯蔵システムが、太陽光発電装置の出力電力を直接利用して稼動されるヒーターと、前記ヒーターにより加熱される水を貯蔵する温熱源貯蔵タンクと、前記温熱源貯蔵タンクの温水との間で熱交換された水を外部へ送り出すために前記温熱源貯蔵タンクに設置された熱交換装置と、を有する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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