(57)【要約】【課題】様々な大きさの余剰電力に対応し、商用電力系統から余分な電力供給を受けなくても、湯切れが生じにくい給湯機、制御装置、プログラムを提供する。【解決手段】給湯機１は、並列に設けられた第１の個別コンプレッサ１５１と第２の個別コンプレッサ１５２とでコンプレッサ１５が構成されている。コンプレッサ１５は、個別コンプレッサ１５１，１５２の稼働台数によって、消費電力が段階的に切り替わる。制御装置７は、太陽電池の余剰電力にて給湯機１を稼働させる稼働時間帯としてスケジュールで定められた時間帯に、稼働させる個別コンプレッサ１５１，１５２を選択する選択部７１と、スケジュールを記憶するスケジュール記憶部７２とを備えている。選択部７１は、稼働時間帯において、実際の余剰電力の範囲内で給湯機１の消費電力が最大となるように、稼働させる個別コンプレッサ１５１，１５２を選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯める貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯められる湯水を加熱するヒートポンプ方式の加熱装置とを備え、前記貯湯タンク内の湯水によって給湯を行う貯湯式の給湯機であって、
前記加熱装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサを有し、
前記コンプレッサは、前記冷媒の流路において互いに並列となるように設けられた複数台の個別コンプレッサからなり、前記個別コンプレッサの稼働台数によって消費電力が段階的に切り替わることを特徴とする給湯機。
【請求項２】
請求項１に記載の給湯機と、太陽電池とを備え、前記太陽電池の出力から前記給湯機以外の負荷で消費される電力を差し引いた余剰電力にて前記給湯機を稼働させる需要家システムに用いられ、前記給湯機の動作を制御する制御装置であって、
前記余剰電力にて前記給湯機を稼働させる稼働時間帯が定められたスケジュールを記憶しているスケジュール記憶部と、
前記スケジュールで定められた前記稼働時間帯に、前記余剰電力の範囲内で前記給湯機の消費電力が最大となるように、前記複数台の個別コンプレッサの中から稼働させる個別コンプレッサを前記余剰電力の大きさに応じて選択する選択部とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
ユーザインタフェースに対する操作入力に応じて前記スケジュールを設定し、当該スケジュールを前記スケジュール記憶部に書き込むスケジュール設定部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
翌日の前記余剰電力を時間帯別に予測し、前記余剰電力が既定値以上になると予測された時間帯を前記稼働時間帯として翌日の前記スケジュールを決定して、当該スケジュールを前記スケジュール記憶部に書き込む余剰予測部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の給湯機と、太陽電池とを備え、前記太陽電池の出力から前記給湯機以外の負荷で消費される電力を差し引いた余剰電力にて前記給湯機を稼働させる需要家システムに用いられ、前記給湯機の動作を制御するコンピュータにて実行されるプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記余剰電力にて前記給湯機を稼働させる稼働時間帯が定められたスケジュールを記憶しているスケジュール記憶部、
前記スケジュールで定められた前記稼働時間帯に、前記余剰電力の範囲内で前記給湯機の消費電力が最大となるように、前記複数台の個別コンプレッサの中から稼働させる個別コンプレッサを前記余剰電力の大きさに応じて選択する選択部
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式の給湯機、制御装置、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ヒートポンプ式給湯機は、電気料金に深夜料金が適用される深夜に稼働し貯湯することを前提とした装置であるが、深夜に沸き上げた湯が翌日の晩に使用される場合など、貯湯時間が長くなるとその間の放熱による損失が大きくなる。さらに、深夜は日中に比べて大気温度が低いので、ヒートポンプ式給湯機のエネルギー消費効率（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）が低くなる。
【０００３】
ところで、近年、一般住宅等においても、太陽電池から種々の負荷への電力供給を行い、太陽電池の生成電力が不足する場合には商用電力系統から負荷へ電力供給を行う系統連系システムが急速に普及している。系統連系システムでは、太陽電池の発電電力が消費電力を上回り太陽電池で生成される電力に余剰分（余剰電力）が生じると、この余剰電力を商用電力系統（商用交流電源）に逆潮流して電力会社に売電することができる（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
ただし、今後、多数の需要家から一斉に逆潮流（売電）が行われるようになると、太陽電池で生成される電力が商用電力系統に与える影響が大きくなり、商用電力系統の電力品質の低下につながる可能性がある。そこで、売電以外の方法で太陽電池の余剰電力を有効に利用するための方法として、太陽電池の余剰電力にてヒートポンプ式給湯機を日中に運転することが提案されている（たとえば非特許文献１参照）。
【０００５】
非特許文献１には、電力・給湯需要、太陽電池の出力の予測パターンから複数のシナリオを想定し、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）を用いて各シナリオに対する平均コストを最小にする運転パターンを抽出する手法が開示されている。これにより、電力・給湯需要、太陽電池の出力の予測の不確実性を考慮して、逆潮流抑制を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１８９４７７号公報（第００４７−００４８段落）
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】浅利真宏、所健一、「需要家機器との連系制御を用いた太陽光発電逆潮流抑制方式―予測の不確実性を考慮したヒートポンプ式給湯機の運用計画法―」、電力中央研究所報告（Ｒ０８０２５）、財団法人電力中央研究所、平成２１年８月、ｐ．１−１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、通常のヒートポンプ式給湯機は、単位時間当たりに発生する熱量（加熱能力）が略一定であるので、大気温度が高くＣＯＰが高い日中でも、稼働するために比較的大きな電力（最低でも１ｋＷ程度）が必要になる。そのため、天気が悪い、または負荷での電力需要が大きい等の理由で、ヒートポンプ式給湯機を稼働させるのに十分な余剰電力が太陽電池に生じない場合、ヒートポンプ式給湯機は、稼働すべき時間帯に稼働できず、結果的に、湯切れを生じる可能性がある。
【０００９】
また、ヒートポンプ式給湯機は、不足分の電力について商用電力系統から追加で電力供給を受ける（買電）ことにより稼働することも可能ではあるが、この場合、本来なら余剰電力が生じるはずの時間帯に商用電力系統から余分な電力供給を受けることになる。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、様々な大きさの余剰電力に対応し、商用電力系統から余分な電力供給を受けなくても、湯切れが生じにくい給湯機、制御装置、プログラ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】
【００１１】
本発明の給湯機は、湯水を貯める貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯められる湯水を加熱するヒートポンプ方式の加熱装置とを備え、前記貯湯タンク内の湯水によって給湯を行う貯湯式の給湯機であって、前記加熱装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサを有し、前記コンプレッサは、前記冷媒の流路において互いに並列となるように設けられた複数台の個別コンプレッサからなり、前記個別コンプレッサの稼働台数によって消費電力が段階的に切り替わることを特徴とする。
【００１２】
本発明の制御装置は、上記給湯機と、太陽電池とを備え、前記太陽電池の出力から前記給湯機以外の負荷で消費される電力を差し引いた余剰電力にて前記給湯機を稼働させる需要家システムに用いられ、前記給湯機の動作を制御する制御装置であって、前記余剰電力にて前記給湯機を稼働させる稼働時間帯が定められたスケジュールを記憶しているスケジュール記憶部と、前記スケジュールで定められた前記稼働時間帯に、前記余剰電力の範囲内で前記給湯機の消費電力が最大となるように、前記複数台の個別コンプレッサの中から稼働させる個別コンプレッサを前記余剰電力の大きさに応じて選択する選択部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この制御装置において、ユーザインタフェースに対する操作入力に応じて前記スケジュールを設定し、当該スケジュールを前記スケジュール記憶部に書き込むスケジュール設定部をさらに備えることが望ましい。
【００１４】
この制御装置において、翌日の前記余剰電力を時間帯別に予測し、前記余剰電力が既定値以上になると予測された時間帯を前記稼働時間帯として翌日の前記スケジュールを決定して、当該スケジュールを前記スケジュール記憶部に書き込む余剰予測部をさらに備えることがより望ましい。
【００１５】
本発明のプログラムは、上記給湯機と、太陽電池とを備え、前記太陽電池の出力から前記給湯機以外の負荷で消費される電力を差し引いた余剰電力にて前記給湯機を稼働させる需要家システムに用いられ、前記給湯機の動作を制御するコンピュータにて実行されるプログラムであって、前記コンピュータを、前記余剰電力にて前記給湯機を稼働させる稼働時間帯が定められたスケジュールを記憶しているスケジュール記憶部、前記スケジュールで定められた前記稼働時間帯に、前記余剰電力の範囲内で前記給湯機の消費電力が最大となるように、前記複数台の個別コンプレッサの中から稼働させる個別コンプレッサを前記余剰電力の大きさに応じて選択する選択部として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、個別コンプレッサの稼働台数によって消費電力が段階的に切り替わるので、様々な大きさの余剰電力に対応し、商用電力系統から余分な電力供給を受けなくても、湯切れが生じにくいという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る給湯機の構成を示す説明図である。
【図２】実施形態１に係る需要家システムの全体構成を示す説明図である。
【図３】実施形態１に係る制御装置の動作の説明図である。
【図４】実施形態２に係る制御装置の「晴れ」の日の動作の説明図である。
【図５】実施形態２に係る制御装置の「くもり」の日の動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態の給湯機１は、図２に示すように太陽電池２、パワーコンディショナ３、各種機器（空調、照明、ＩＨヒータ、冷蔵庫、テレビ、乾燥機等）からなる負荷４と共に需要家１０に設けられ、太陽電池２等と共に需要家システムを構成する。ここでは、一般的な戸建住宅を需要家の例として説明するが、これに限らず集合住宅や施設等を需要家として本発明を適用することも可能である。
【００１９】
太陽電池２は、自然エネルギー（太陽光）を利用して直流電力を生成する発電装置を構成する。太陽電池２は、日射量に応じて発電電力が変動するため、基本的には昼間に発電を行い夜間に発電を停止する。太陽電池２は、図示しない接続箱を介してパワーコンディショナ３に接続されている。
【００２０】
パワーコンディショナ３は、太陽電池２からの直流電力を商用電力系統５の位相に同期した交流電力に変換するインバータ回路（図示せず）を有している。パワーコンディショナ３の出力は宅内に設置された分電盤６に接続されており、太陽電池２からの電力はパワーコンディショナ３および分電盤６を介して負荷４に供給される。分電盤６は商用電力系統５にも接続されており、太陽電池２からの出力のみでは負荷４の総需要電力を賄えない場合、負荷４には商用電力系統５から電力供給される。
【００２１】
さらに、パワーコンディショナ３は、商用電力系統５の停電検出時にインバータ回路の動作を停止させ、分電盤６との間に挿入された解列リレー（図示せず）を解列させる保護装置（図示せず）を有しており、太陽電池２の単独運転を防止する。また、パワーコンディショナ３は、太陽電池２の発電電力に余剰分（以下、「余剰電力」という）が生じたときに、余剰電力を商用電力系統５に逆潮流して電力会社に売電する機能を有している。ここでいう余剰電力は、太陽電池２の出力から負荷４で消費される電力を差し引いた分の電力である。なお、パワーコンディショナ３は、分電盤６内あるいは分電盤６の周辺に設置される。
【００２２】
商用電力系統５は、単相三線式であって、中性極と一対の電圧極との３線からなる引込線（図示せず）によって住宅に引き込まれ、分電盤６に接続されている。分電盤６は、主幹ブレーカ（図示せず）および複数個の分岐ブレーカ（図示せず）等を収納し、各分岐ブレーカに負荷４が接続されている。
【００２３】
給湯機１は、他の負荷４と共に分電盤６の分岐ブレーカに接続されており、太陽電池２あるいは商用電力系統５から電力供給を受けて動作する。この給湯機１は、図１に示すように、湯水を貯める貯湯タンク１１と、貯湯タンク１１に貯められる湯水を加熱する加熱装置１２とを有し、貯湯タンク内の湯水によって給湯を行う貯湯式の給湯機である。加熱装置１２は、ヒートポンプ方式であって、貯湯タンク１１と共に宅外に設置されている。
【００２４】
貯湯タンク１１は、底部に往管１１１が接続され、後述する加熱装置１２の加熱用熱交換器１３の入口に往管１１１を介して接続されている。さらに、貯湯タンク１１は、上部に復管１１２が接続され、加熱用熱交換器１３の出口に復管１１２を介して接続されている。貯湯タンク１１と加熱用熱交換器１３との間の往管１１１には、湯水を循環させる循環ポンプ１４が設けられている。これにより、貯湯タンク１１内の湯水は、貯湯タンク１１の底部から往管１１１を通して加熱用熱交換器１３に搬送され、加熱用熱交換器１３にて加熱された後、復管１１２を通して貯湯タンク１１の上部から貯湯タンク１１内に戻されることになる。
【００２５】
また、貯湯タンク１１は、水道等（図示せず）に接続され低温の水を内部に供給するための給水口（図示せず）を底部に有し、給湯用の給湯管（図示せず）に接続され高温の湯を吐出するための吐出口（図示せず）を上部に有している。貯湯タンク１１は、内部の湯水の熱を逃がしにくいように断熱構造を採用している。
【００２６】
上記構成により、貯湯タンク１１は、内部が常に湯水で充満されており、底部（給水口）から給水され加熱された湯水を上部から戻すので、内部において湯水は上方ほど高温となる。ここで、貯湯タンク１１内には上下方向に複数配置された温度センサ（図示せず）が設けられ、給湯機１は、温度センサの出力により貯湯タンク１１上端からどの位置まで湯水が所定温度（たとえば９０℃）の湯となっているかを検出し、湯量を判断する。給湯機１は、貯湯タンク１１内の湯量が所定の沸上湯量に達していれば沸上完了状態にあると判断し、加熱装置１２の運転を停止する。なお、ここでいう湯量とは、貯湯タンク１１内の湯水のうち所定温度以上の湯の量を意味する。沸上湯量は、給湯機１のコントローラ（図示せず）によってユーザ等が任意に設定する。
【００２７】
加熱装置１２は、大気中の熱を冷媒（たとえばＣＯ２などの自然冷媒）に集め、この冷媒をコンプレッサ１５にて圧縮して高温にした後、冷媒の熱を加熱用熱交換器１３にて湯水に伝達することで湯水を加熱する。
【００２８】
具体的に説明すると、加熱装置１２は、大気中の熱を冷媒に伝達する大気用熱交換器１６と、冷媒を圧縮するコンプレッサ１５と、冷媒の熱を湯水に伝達する加熱用熱交換器１３と、膨張弁１７とを有している。大気用熱交換器１６は、大気と冷媒との間で熱交換を行い、大気中の熱を冷媒に取り込む。コンプレッサ１５は、大気用熱交換器１６から出た冷媒を断熱圧縮することにより、冷媒を高温にする。加熱用熱交換器１３は、コンプレッサ１５にて圧縮された冷媒を取り込み、この冷媒と貯湯タンク１１から送られる湯水との間で熱交換を行い、貯湯タンク１１内に貯められる湯水を加熱する。膨張弁１７は、加熱用熱交換器１３から出た冷媒を膨張し、大気用熱交換器１６へと送る。
【００２９】
要するに、加熱装置１２は、大気用熱交換器１６→コンプレッサ１５→加熱用熱交換器１３→膨張弁１７→大気用熱交換器１６の順に冷媒を循環させる。これにより、冷媒は、大気用熱交換器１６にて大気中の熱を吸収し、コンプレッサ１５にて圧縮されて高温高圧となり、加熱用熱交換器１３にて放熱し、膨張弁１７にて減圧され大気用熱交換器１６へと戻ることになる。そのため、加熱装置１２は、加熱用熱交換器１３にて貯湯タンク１１から送られてきた湯水を加熱することができる。
【００３０】
ところで、一般的なヒートポンプ式の給湯機はコンプレッサを１台のみ有しているが、本実施形態のヒートポンプ式の給湯機１は、コンプレッサ１５が各々個別に動作する複数台の個別コンプレッサからなる。図１の例では、コンプレッサ１５は、第１の個別コンプレッサ１５１と第２の個別コンプレッサ１５２との２台の個別コンプレッサにて構成されている。
【００３１】
これら複数台（ここでは２台）の個別コンプレッサ１５１，１５２は、大気用熱交換器１６と加熱用熱交換器１３との間における冷媒の流路において、互いに並列となるように設けられている。したがって、加熱装置１２は、第１および第２の個別コンプレッサ１５１，１５２のうち１台のみを稼働させることもできるし、第１および第２の個別コンプレッサ１５１，１５２の両方を同時に稼働させることもできる。
【００３２】
ここにおいて、コンプレッサ１５全体としては、個別コンプレッサ１５１，１５２の稼働台数によって、消費電力が段階的に切り替わり、単位時間当たりに発生する熱量（加熱能力）も段階的に切り替わることになる。つまり、加熱装置１２は、個別コンプレッサ１５１，１５２の稼働台数が多いほど、コンプレッサ１５全体での消費電力が大きくなるものの、単位時間当たりに湯水に与える熱量が大きくなり、同じ量の水を沸き上げるのに要する時間が短くなる。
【００３３】
本実施形態では、コンプレッサ１５を構成する複数台の個別コンプレッサ１５１，１５２について、各々が同等の加熱能力を有し、定格消費電力が同一（各々０．５ｋＷとする）である場合を想定する。ただし、コンプレッサ１５を構成する複数台の個別コンプレッサ１５１，１５２は、加熱能力が異なっていてもよく、この場合、加熱装置１２は、稼働させる個別コンプレッサ１５１，１５２によって消費電力や、単位時間当たりに湯水に与える熱量が異なる。また、コンプレッサ１５は、複数台の個別コンプレッサからなる構成であればよく、３台以上の個別コンプレッサを有していてもよい。
【００３４】
ここにおいて、本実施形態の需要家システムは、太陽電池２の出力から給湯機１以外の負荷４で消費される電力を差し引いた余剰電力が生じる時間帯の少なくとも一部の時間帯において、余剰電力にて給湯機１を稼働させることにより余剰電力を有効利用する。つまり、この需要家システムにおいては、給湯機１は深夜に限らず、太陽電池２に余剰電力が生じる日中にも稼働する。
【００３５】
この需要家システムは、図１に示すように、給湯機１の動作を制御する制御装置７を備えている。本実施形態では、制御装置７は給湯機１と一体に設けられており、循環ポンプ１４やコンプレッサ１５の動作を制御する。ただし、制御装置７は給湯機１とは別体に設けられていてもよく、たとえばパワーコンディショナ３と一体に設けられていたり、ホームサーバ（図示せず）等に設けられていたりしてもよい。なお、図１においては、制御用の信号線を点線で示している。
【００３６】
この制御装置７は、余剰電力にて給湯機１を稼働させる稼働時間帯としてスケジュールで決められた時間帯に、稼働させる個別コンプレッサ１５１，１５２を選択する選択部７１と、スケジュールを記憶するスケジュール記憶部７２とを備えている。制御装置７は、ＣＰＵ（Central ProcessingUnit）およびメモリを主構成とするコンピュータからなり、所定のプログラムを実行することによって、選択部７１、スケジュール記憶部７２としての機能を実現する。
【００３７】
選択部７１は、制御装置７の時計部（図示せず）が計時する現在時刻が稼働時間帯の開始時刻になると、そのときの余剰電力の大きさに応じて、稼働させる個別コンプレッサを複数台の個別コンプレッサ１５１，１５２の中から選択する。ここで、選択部７１は、太陽電池２の発電出力と負荷４での消費電力とを監視しており、両者の差分をとることによって実際の余剰電力の大きさを求める。選択部７１は、求めた余剰電力の範囲内で給湯機１の消費電力が最大となるように、稼働させる個別コンプレッサ１５１，１５２を選択する。なお、給湯機１は循環ポンプ１４等でも電力を使用するので、選択部７１は、コンプレッサ１５での消費電力だけでなく、給湯機１全体の消費電力が余剰電力の範囲内に収まるように、稼働させる個別コンプレッサ１５１，１５２を選択する。ただし、以下では、給湯機１の消費電力のうちコンプレッサ１５以外での消費電力は無視できる程度と仮定して説明する。
【００３８】
本実施形態では、複数台（２台）の個別コンプレッサ１５１，１５２は、同等の加熱能力を有し、定格消費電力が同一（各々０．５ｋＷ）であるので、選択部７１は、余剰電力の大きさに応じて個別コンプレッサの稼働台数のみを決定する。つまり、給湯機１は、個別コンプレッサの稼働台数が１台であれば、第１および第２のいずれの個別コンプレッサ１５１，１５２が稼働しても、全体としての消費電力は変わらないので、選択部７１は実質的に稼働台数を０台、１台、２台から選択することになる。これに対して、複数台の個別コンプレッサで加熱能力（定格消費電力）が異なる場合には、選択部７１は、個別コンプレッサの稼働台数に加えて、どの個別コンプレッサを稼働させるかを決定することになる。
【００３９】
ここで、余剰電力は稼働時間帯においても変動するので、選択部７１は、稼働時間帯においては余剰電力の変動を追従するように、随時、実際の余剰電力の大きさに応じて、稼働させる個別コンプレッサ１５１，１５２を選択する。要するに、稼働時間帯において余剰電力が変化すると、選択部７１は、変化後の余剰電力の範囲内で給湯機１の消費電力が最大となるように、稼働させる個別コンプレッサ１５１，１５２を選択する。
【００４０】
スケジュール記憶部７２は、余剰電力にて給湯機１を稼働させる時間帯が稼働時間帯として定められたスケジュールを予め記憶している。スケジュール記憶部７２に記憶されているスケジュールは、太陽電池２の発電電力が負荷４の消費電力を上回り太陽電池２の余剰電力が比較的大きくなる日中の時間帯（たとえば９〜１４時の時間帯）を稼働時間帯として定めている。
【００４１】
ただし、各時間帯における太陽電池２の発電電力は季節によって異なり、また各時間帯における負荷４での消費電力も曜日や季節によって異なるので、１種類のスケジュールのみでは、実際に余剰電力が生じる時間帯と稼働時間帯との間にずれが生じることがある。そこで、制御装置７は、曜日や季節（月）の情報を含むカレンダー機能を有し、スケジュール記憶部７２に曜日や季節ごとのスケジュールを記憶しておくことにより、曜日や季節に応じて適用するスケジュールを自動的に変更してもよい。
【００４２】
本実施形態においては、制御装置７は、ユーザインタフェースに対する操作入力に応じてスケジュールを設定し、このスケジュールをスケジュール記憶部７２に書き込むスケジュール設定部７３をさらに備えている。ここで、ユーザインタフェースはたとえば給湯器１のコントローラであって、ユーザあるいは需要家システムの管理者（以下、「ユーザ等」という）は、ユーザインタフェースを操作することによってスケジュールを任意に書き換えることができる。そのため、ユーザ等は、各需要家１０における太陽電池２の発電電力や負荷４の消費電力の実績値に合わせて稼働時間帯を決定し、スケジュールを設定することができる。
【００４３】
さらに、スケジュール記憶部７２に記憶されているスケジュールは、上述したような日中の稼働時間帯に加えて、太陽電池２に発電電力が生じない夜間（深夜）にも、給湯機１を稼働させる時間帯（以下、「夜間稼働時間帯」という）を固定的に定めている。ここで、日中の稼働時間帯と夜間稼働時間帯との比率は予め設定されており、たとえば３：７（＝日中：夜間）に設定されている。
【００４４】
夜間稼働時間帯においては、太陽電池２に余剰電力は生じないので、給湯機１は商用電力系統５から電力供給を受けて稼働する。そのため、選択部７１は、夜間稼働時間帯においては余剰電力の大きさに関係なく、予め決められた個別コンプレッサ１５１，１５２を稼働させる。本実施形態では、選択部７１は夜間稼働時間帯には第１および第２の個別コンプレッサ１５１，１５２の両方を稼働させる。
【００４５】
なお、制御装置７は、給湯機１が沸上完了状態にあると、稼働時間帯や夜間稼働時間帯であってもコンプレッサ１５を停止させる。
【００４６】
次に、上述のように構成される制御装置７の動作について、需要家１０における１日（２４時間）の電力変動を示す図３を参照して説明する。図３では、横軸を時間軸、縦軸を電力として、（ａ）が太陽電池２の発電電力、（ｂ）が給湯機１以外の負荷４の消費電力、（ｃ）が給湯機１の消費電力、（ｄ）が給湯機１無しの場合の売電電力、（ｅ）が給湯機１有りの場合の売電電力を表している。なお、売電電力は需要家から見て商用電力系統５に逆潮流される電力であるので、図３では売電電力を負の電力として表している。
【００４７】
すなわち、制御装置７は、スケジュールで夜間稼働時間帯として定められている時刻ｔ１〜ｔ２の時間帯には、商用電力系統５から電力の供給を受け（買電）、第１および第２の個別コンプレッサ１５１，１５２の両方を稼働させる。これにより、図３における時刻ｔ１〜ｔ２の時間帯においては、給湯機１にて約１．０ｋＷ（＝０．５ｋＷ×２）の消費電力が発生する。
【００４８】
その後、図３における時刻ｔ３に太陽電池２が発電を開始し、時刻ｔ４には太陽電池２の発電電力が負荷４の消費電力を上回ることにより、余剰電力が発生する。仮に給湯機１が無ければ、発生した余剰電力は、全て商用電力系統５に逆潮流されて売電電力となるので、図３に（ｄ）で示すような売電電力が発生する。
【００４９】
これに対して本実施形態では、制御装置７は、スケジュールで稼働時間帯として定められている時刻ｔ５〜ｔ６の時間帯には、余剰電力により給湯機１を稼働させる。ここでは、制御装置７は、余剰電力の範囲内で給湯機１の消費電力が最大となるように、第１の個別コンプレッサ１５１のみを稼働させている。そのため、図３における時刻ｔ５〜ｔ６の時間帯においては、売電電力は、給湯機１が無い場合に比べて、（ｅ）で示すように給湯機１の消費電力（約０．５ｋＷ）の分だけ小さくなる。
【００５０】
その後、図３における時刻ｔ７には太陽電池２の発電電力が負荷４の消費電力を下回ることにより、余剰電力が無くなり、さらに時刻ｔ８には太陽電池２が発電を停止する。
【００５１】
以上説明した本実施形態の需要家システムによれば、太陽電池２で生成された電力は基本的には負荷４へ供給され、太陽電池２に余剰電力が生じた場合に、この余剰電力が給湯機１の加熱装置１２の動力として利用される。そのため、太陽電池２で生じた余剰分の電気エネルギー（余剰電力）は、商用電力系統５に逆潮流して電力会社に売電する以外の方法によって、有効に利用されることになる。したがって、本実施形態の構成においては、余剰電力の逆潮流による売電が抑制されることになり、太陽電池２で生成される電力が商用電力系統５に与える影響が小さくなって、商用電力系統５の電力品質の低下を抑制することができる。
【００５２】
また、この場合、給湯機１は、太陽電池２に余剰電力が生じる日中にも稼働するので、深夜に稼働し貯湯する場合に比べると、日中に沸き上げた湯が当日の晩に使用されることで、貯湯時間が短くなりその間の放熱による損失を小さくできる。さらにまた、日中は深夜に比べて大気温度が高いので、ヒートポンプ式の給湯機１は、日中に稼働することでエネルギー消費効率（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）が高くなるという利点もある。
【００５３】
しかも、本実施形態の給湯機１は、コンプレッサ１５が複数台の個別コンプレッサ１５１，１５２からなるので、個別コンプレッサ１５１，１５２の稼働台数によって、コンプレッサ１５の消費電力を段階的に切り替えることができる。これにより、給湯機１は、全ての個別コンプレッサ１５１，１５２を稼働させるのに十分な余剰電力が太陽電池２に生じていない場合でも、一部の個別コンプレッサ１５１，１５２のみを稼働させることができる。そのため、天気が悪い、または負荷４での電力需要が大きい等の理由で十分な余剰電力が太陽電池２に生じない場合でも、給湯機１は、稼働すべき時間帯に稼働することができ、結果的に湯切れが生じる（貯湯タンク１１の湯量が下限値を下回る）ことを回避できる。
【００５４】
さらに、制御装置７は、給湯機１の消費電力が余剰電力を超えない範囲で、個別コンプレッサ１５１，１５２の稼働台数を決定することによって、余剰電力のみで給湯機１の動力を賄うことができる。つまり、制御装置７は、太陽電池２に十分な余剰電力が生じていない場合でも、稼働させる個別コンプレッサ１５１，１５２を制限することによって、給湯機１を稼働するために商用電力系統５から追加で電力供給を受ける（買電）ことを回避できる。したがって、給湯機１は、様々な大きさの余剰電力に対応し、商用電力系統５から余分な電力供給を受けなくても、湯切れが生じにくくなる。
【００５５】
なお、上述したような需要家システムには、蓄電池（図示せず）が付加されていてもよい。蓄電池は、パワーコンディショナ３に接続され、パワーコンディショナ３にて充放電が制御される。この場合、蓄電池は、太陽電池２の余剰電力から給湯機１の消費電力を差し引いた分を電気エネルギーとして蓄えることができるので、余剰電力の逆潮流による売電を一層抑制することができる。
【００５６】
ところで、本実施形態では、パワーコンディショナ３が余剰電力を商用電力系統５に逆潮流して売電する機能を有しているが、このような売電のための機能は必須ではない。すなわち、今後さらに太陽電池等が普及するのに伴い、商用電力系統５の電力品質を安定させるという観点から売電が規制されるとの見方もされており、将来的には、太陽電池の余剰電力を自由に売電できなくなることも考えられる。余剰電力の売電ができなくなると、余剰電力は、本来ならば捨てられるか、あるいは蓄電池に蓄えられることになるが、蓄電値に蓄えられる場合でも蓄電池が満充電になれば残りについては捨てられることになるので、結局、電力の無駄が生じる。
【００５７】
これに対して、本実施形態の需要家システムによれば、太陽電池２の余剰電力が給湯機１の加熱装置１２の動力として有効に利用されるので、本来ならば無駄になる電力を売電以外の方法で有効に利用できる。つまり、本実施形態の構成によれば、余剰電力の逆潮流による売電が抑制されて商用電力系統５の電力品質の低下を抑制できるというだけでなく、売電ができない状況であっても余剰電力を有効利用できるという効果も奏することになる。
【００５８】
（実施形態２）
本実施形態は、制御装置７が余剰電力にて給湯機１を稼働させるスケジュール（稼働時間帯）を動的に決めている点で、スケジュール設定部７３にてスケジュールを固定的に設定する実施形態１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、実施形態１と共通の符号を付して適宜説明を省略する。
【００５９】
本実施形態においては、制御装置７は、翌日の余剰電力を時間帯別に予測し、この予測結果に基づいて翌日のスケジュールを決定する余剰予測部（図示せず）を備えている。余剰予測部は、負荷４の消費電力についての過去一定期間の実績値を履歴データとして保持する機能と、天気予報などの情報を発信するサーバにインターネット経由で接続する機能とを有している。余剰予測部は、履歴データから翌日の電力需要（負荷４の消費電力）を時間帯別に予測し、翌日の天気予報から翌日の太陽電池２の発電電力を時間帯別に予測して、これら電力需要および発電電力から翌日の余剰電力を時間帯別に予測する。なお、「翌日」の起点は、日付の変わる時点（０時００分）であってもよいが、その他の時刻であってもよく、本実施形態では電気料金として深夜料金の適用が開始する２３時００分の時点と仮定する。
【００６０】
余剰予測部は、毎日、所定時刻（たとえば２２時５９分）になると、上述のようにして翌日の余剰電力を時間帯別に予測し、予測結果に基づいて翌日のスケジュールを決定して、スケジュール記憶部７２に記憶されているスケジュールを書き換える。ここで、余剰予測部は、余剰電力が既定値以上になると予測された時間帯を稼働時間帯として、翌日のスケジュールを決定する。ここでいう既定値は、余剰電力にて個別コンプレッサ１５１，１５２を少なくとも１台稼働させることができるように、個別コンプレッサ１５１，１５２の１台当たりの定格消費電力（０．５ｋＷ）よりも大きな値（たとえば０．７ｋＷ）に設定されている。
【００６１】
ただし、給湯機１が沸上完了状態にあれば、制御装置７は、いくら余剰電力が生じていても、それ以上、給湯機１を稼働させる必要がない。そのため、余剰予測部は、余剰電力が既定値上になると予想された時間帯の全てを稼働時間帯とするのではなく、余剰電力が既定値上になると予想された時間帯の一部のみを稼働時間帯とする。ここで、余剰電力が大きいほど、給湯機１は個別コンプレッサ１５１，１５２の稼働台数が増えるため、沸上完了までに要する時間は短くなる。そのため、余剰予測部は、予想される余剰電力が大きいほど、稼働時間帯を短く設定する。
【００６２】
次に、上述のように構成される制御装置７の動作について、需要家１０における１日（２４時間）の電力変動を示す図４、５を参照して説明する。ここで、図４は「晴れ」の日の電力変動を示し、図５は「くもり」の日の電力変動を示す。図４、５では、横軸を時間軸、縦軸を電力として、（ａ）が太陽電池２の発電電力、（ｂ）が給湯機１以外の負荷４の消費電力、（ｃ）が給湯機１の消費電力、（ｄ）が給湯機１無しの場合の売電電力、（ｅ）が給湯機１有りの場合の売電電力を表している。なお、売電電力は需要家から見て商用電力系統５に逆潮流される電力であるので、図４、５では売電電力を負の電力として表している。
【００６３】
まず、「晴れ」・「くもり」いずれでも、制御装置７は、スケジュールで夜間稼働時間帯として定められている時刻ｔ１〜ｔ２の時間帯には、商用電力系統５から電力の供給を受け（買電）、第１および第２の個別コンプレッサ１５１，１５２の両方を稼働させる。これにより、図４、５における時刻ｔ１〜ｔ２の時間帯においては、給湯機１にて約１．０ｋＷ（＝０．５ｋＷ×２）の消費電力が発生する。
【００６４】
その後、図４、５における時刻ｔ３に太陽電池２が発電を開始し、時刻ｔ４には太陽電池２の発電電力が負荷４の消費電力を上回ることにより、余剰電力が発生する。仮に給湯機１が無ければ、発生した余剰電力は、全て商用電力系統５に逆潮流されて売電電力となるので、図４、５に（ｄ）で示すような売電電力が発生する。図４、５の例では負荷４の消費電力は同じであるが、「晴れ」の日（図４）の方が、「くもり」の日（図５）よりも日射量が多く太陽電池２の発電電力が大きいので、発生する余剰電力も大きくなる。
【００６５】
本実施形態では、制御装置７は、スケジュールで稼働時間帯として定められている時刻ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜８の各時間帯には、余剰電力により給湯機１を稼働させる。ここで、制御装置７は、余剰電力の範囲内で給湯機１の消費電力が最大となるように、第１の個別コンプレッサ１５１のみを稼働させる。
【００６６】
ただし、上述したように「晴れ」の日の方が「くもり」の日よりも余剰電力は大きくなるので、スケジュールにおいては「晴れ」の日（図４）の方が「くもり」の日（図５）よりも稼働時間帯は短く設定される。ここでは、「晴れ」の日（図４）は、時刻ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８の各稼働時間帯が「くもり」の日（図５）に比べて短く設定されている。
【００６７】
また、「晴れ」の日においては、発生する余剰電力が比較的大きいので、制御装置７は、第１および第２の個別コンプレッサ１５１，１５２の両方を稼働させる。そのため、図４における時刻ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜８の各時間帯においては、売電電力は、給湯機１が無い場合に比べて、（ｅ）で示すように給湯機１の消費電力（約１．０ｋＷ）の分だけ小さくなる。
【００６８】
これに対して、「くもり」の日においては、発生する余剰電力が比較的小さいので、制御装置７は、第１の個別コンプレッサ１５１のみを稼働させる。そのため、図５における時刻ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜８の各時間帯においては、売電電力は、給湯機１が無い場合に比べて、（ｅ）で示すように給湯機１の消費電力（約０．５ｋＷ）の分だけ小さくなる。つまり、「晴れ」の日と「くもり」の日とでは、給湯機１は、稼働時間帯における個別コンプレッサ１５１，１５２の稼働台数が異なる。
【００６９】
その後、図４、５のいずれにおいても、時刻ｔ９には太陽電池２の発電電力が負荷４の消費電力を下回ることにより、余剰電力が無くなり、さらに時刻ｔ１０には太陽電池２が発電を停止する。
【００７０】
以上説明した構成によれば、制御装置７は、余剰予測部にて翌日の余剰電力を時間帯別に予測し、その予測結果に基づいて翌日のスケジュールを決定するので、常に適切なスケジュールを設定することができる。すなわち、給湯機１は、実施形態１のように天気予報や電力需要の予測を行うことなく固定的に定められたスケジュールに従って制御される場合に比べ、商用電力系統５から余分な電力供給をより受けにくく、また湯切れもより生じにくくなる。したがって、本実施形態の制御装置７は、天気の崩れや需要家１０における電力需要の変化に起因して、余剰電力の生じる時間帯が変わった場合でも、スケジュールを変更して柔軟に対応することができる。
【００７１】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【符号の説明】
【００７２】
１  給湯機
１１  貯湯タンク
１２  加熱装置
２  太陽電池
７  制御装置
７１  選択部
７２  スケジュール記憶部
７３  スケジュール設定部
１５  コンプレッサ
１５１  第１の個別コンプレッサ
１５２  第２の個別コンプレッサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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