(57)【要約】【課題】太陽光発電により発電される電力を需要先に供給するにあたり、エネルギを無駄なく利用すると共に、電力を安定して供給することができる電力供給システムを提供する。【解決手段】電力供給システム１は、太陽光発電装置１０と、発電機２２と、圧縮機３１を有したヒートポンプ３０と、蓄熱可能な熱媒体５１を貯留する貯湯槽５０と、発電機２２とヒートポンプ３０を制御する制御機器８３とを備え、当該電力供給システム１で生成される電力で、電力供給部４０から需要先８０に供給する電力の電力量を供給側電力量Ｗ２とすると、太陽光発電装置１０で出力される発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より小さいとき、制御機器８３の指令で発電機２２が、発電側電力量Ｗ１と供給側電力量Ｗ２との負の差分に相当する不足電力量Ｗ３に基づいて運転され、運転時にコージェネ２０のエンジン２１で発生する排熱Ｑｃが、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄熱される。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光により発電を行う太陽光発電装置と、発電を行う発電装置と、電気モータで動作する圧縮機を有するヒートポンプと、を備えた電力供給システムにおいて、
蓄熱可能な熱媒体を貯留する蓄熱槽と、前記発電装置及び前記ヒートポンプを制御する制御装置と、を備え、
当該電力供給システムにより生成される電力を、需要先に向けて供給するにあたり、そのターミナルとなる電力供給部から、前記需要先に供給する電力の大きさを、供給側電力量とすると、
前記太陽光発電装置による発電で出力される発電側電力量が、前記供給側電力量より小さいとき、
前記制御装置の指令により、前記発電装置が、前記発電側電力量と前記供給側電力量との負の差分に相当する不足電力量に基づいて、運転され、運転時に、前記発電装置で発生する熱が、前記蓄熱槽内の前記熱媒体に蓄熱されること、
を特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載する電力供給システムにおいて、
前記発電側電力量が、前記供給側電力量より大きいとき、
前記制御装置の指令により、前記ヒートポンプが、前記発電側電力量と前記供給側電力量との正の差分に相当する余剰電力量に基づく電力で運転され、運転時に、前記ヒートポンプで発生する熱が、前記蓄熱槽内の前記熱媒体に蓄熱されること、
を特徴とする電力供給システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する電力供給システムにおいて、
前記蓄熱槽は、前記熱媒体を水とした貯湯槽であること、
を特徴とする電力供給システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載する電力供給システムにおいて、
前記発電装置は、エンジンの駆動により発電を行う発電機であり、
前記エンジンに使用する燃料が、ガスであること、
を特徴とする電力供給システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載する電力供給システムにおいて、
前記発電装置は、燃料電池であること、
を特徴とする電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽光発電装置を併設して電力を供給する電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電は、再生可能なエネルギとして、太陽光のエネルギを利用して発電できることから、太陽光発電システムが近年、産業向けや家庭向けに急速に普及し、需要先で使用する電力の一部が、太陽光発電により賄われている。太陽電池パネルで発電する電力は、直流電力であるため、太陽光発電システムから、住宅内の電力負荷、送配電系統等の需要先に電力を供給する場合には、インバータの一種であるパワーコンデショナーにより、直流電力が交流電力に変換される。
【０００３】
他方、太陽電池パネルで発電される出力は、日照に依存して、天候や昼夜によって大きく変動する。そのため、発電される出力が、需要先で必要な電力量より小さい場合には、足りない電力は、例えば、蓄電池等により補われるが、必要な電力量より大きい場合には、パワーコンデショナーが、直流電力に制御をかけて交流電力の出力を調整する。
【０００４】
また、特許文献１には、太陽電池パネルで発電される出力の変動に伴い、供給先の電力を調整する技術が、開示されている。特許文献１は、２つのヒートポンプ装置を直流部で電気的に接続したヒートポンプシステムである。第１ヒートポンプ装置は、太陽光発電装置と、第１エンジンで駆動する第１発電機と、ヒートポンプ用の第１圧縮機と、太陽光発電装置及び第１発電機より入力される直流電力を交流電力に変換して出力する第１インバータとを有している。第２ヒートポンプ装置は、第２エンジンで駆動する第２発電機と、ヒートポンプ用の第２圧縮機と、発電機より入力される直流電力を交流電力に変換して出力する第２インバータとを有している。
【０００５】
特許文献１では、太陽光発電装置と第１発電機とにより発電される電力の和が、第１インバータの設定電力（定格容量）を上回るとき、設定分の電力が、第１インバータにより交流電力に変換されて交流系統に出力される。また、この設定電力を上回る分に相当する過剰な電力分と、第２発電機により発電される電力との和の電力分が、第２インバータにより交流電力に変換されて交流系統に出力される。
【０００６】
このような第１インバータと第２インバータとの制御は、制御部で行われる。これにより、太陽光発電装置による発電電力と、第１発電機による発電電力との和が、第１インバータの設定電力を上回っても、第１発電機で発電する電力量を変更することなく、ヒートポンプシステムの運転が継続できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−６１９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、パワーコンデショナーにより、変換後の交流電力の出力を調整する技術では、直流電力に制御をかけて、抑制された交流電力に変換する際に、電気回路で発熱が生じる。この熱は放たれて、熱エネルギが損失し、太陽光のエネルギを有効に活用することができていない。
【０００９】
また、特許文献１では、太陽光発電装置により発電される出力が、第１インバータの定格容量を上回ったときに、その過剰分の電力を第２インバータで交流電力に変換することにより、太陽光発電による出力の変動が吸収されているが、特許文献１は、圧縮機やエンジンから生じる熱エネルギを、有効に活用するシステムになっていない。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、太陽光発電により発電される電力を需要先に供給するにあたり、エネルギを無駄なく利用すると共に、電力を安定して供給することができる電力供給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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る電力供給システムは、以下の構成を有する。
（１）太陽光により発電を行う太陽光発電装置と、発電を行う発電装置と、電気モータで動作する圧縮機を有するヒートポンプと、を備えた電力供給システムにおいて、蓄熱可能な熱媒体を貯留する蓄熱槽と、前記発電装置及び前記ヒートポンプを制御する制御装置と、を備え、当該電力供給システムにより生成される電力を、需要先に向けて供給するにあたり、そのターミナルとなる電力供給部から、前記需要先に供給する電力の大きさを、供給側電力量とすると、前記太陽光発電装置による発電で出力される発電側電力量が、前記供給側電力量より小さいとき、前記制御装置の指令により、前記発電装置が、前記発電側電力量と前記供給側電力量との負の差分に相当する不足電力量に基づいて、運転され、運転時に、前記発電装置で発生する熱が、前記蓄熱槽内の前記熱媒体に蓄熱されること、を特徴とする。
（２）（１）に記載する電力供給システムにおいて、前記発電側電力量が、前記供給側電力量より大きいとき、前記制御装置の指令により、前記ヒートポンプが、前記発電側電力量と前記供給側電力量との正の差分に相当する余剰電力量に基づく電力で運転され、運転時に、前記ヒートポンプで発生する熱が、前記蓄熱槽内の前記熱媒体に蓄熱されること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載する電力供給システムにおいて、前記蓄熱槽は、前記熱媒体を水とした貯湯槽であること、を特徴とする。
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する電力供給システムにおいて、前記発電装置は、エンジンの駆動により発電を行う発電機であり、前記エンジンに使用する燃料が、ガスであること、を特徴とする。
（５）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する電力供給システムにおいて、前記発電装置は、燃料電池であること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成を有する本発明の電力供給システムの作用・効果について説明する。
（１）太陽光により発電を行う太陽光発電装置と、発電を行う発電装置と、電気モータで動作する圧縮機を有するヒートポンプと、を備えた電力供給システムにおいて、蓄熱可能な熱媒体を貯留する蓄熱槽と、発電装置及びヒートポンプを制御する制御装置と、を備え、当該電力供給システムにより生成される電力を、需要先に向けて供給するにあたり、そのターミナルとなる電力供給部から、需要先に供給する電力の大きさを、供給側電力量とすると、太陽光発電装置による発電で出力される発電側電力量が、供給側電力量より小さいとき、制御装置の指令により、発電装置が、発電側電力量と供給側電力量との負の差分に相当する不足電力量に基づいて、運転され、運転時に、発電装置で発生する熱が、蓄熱槽内の熱媒体に蓄熱されること、を特徴とする。この特徴により、太陽光発電装置による発電が、日照量の違いにより、季節や天候、昼夜で大きく変動しても、太陽光発電装置で発電された発電側電力量と共に、補完的に発電装置で発電された不足電力量分の電力が、需要先で必要な電力量となって、電力供給部から需要先に安定して供給できる。また、需要先で必要とする供給側電力量を下回った不足電力量分の電力を、発電装置で補うとき、例えば、発電機の動力源であるエンジンの作動や、燃料電池の発電時の発熱等により得られる熱エネルギを、貯湯槽内の熱媒体に蓄えることができているため、熱媒体に蓄熱した熱も、有効に利用することができる。
【００１３】
従って、本発明に係る電力供給システムによれば、太陽光発電により発電される電力を需要先に供給するにあたり、エネルギを無駄なく利用すると共に、電力を安定して供給することができる、という優れた効果を奏する。
【００１４】
（２）に記載する電力供給システムにおいて、発電側電力量が、供給側電力量より大きいとき、制御装置の指令により、ヒートポンプが、発電側電力量と供給側電力量との正の差分に相当する余剰電力量に基づく電力で運転され、運転時に、ヒートポンプで発生する熱が、蓄熱槽内の熱媒体に蓄熱されること、を特徴とする。この特徴により、太陽光発電装置で発電された発電側電力量のうち、供給側電力量分の電力が、電力供給部から需要先に安定して供給できると共に、需要先で必要とする供給側電力量を上回った余剰電力量分の電力を、ヒートポンプの動力源としているため、太陽光から得たエネルギが無駄なく利用できている。さらに、ヒートポンプの作動により得られる熱エネルギを、貯湯槽内の熱媒体に蓄えることができているため、熱媒体に蓄熱した熱も、有効に利用することができる。
【００１５】
（３）に記載する電力供給システムにおいて、蓄熱槽は、熱媒体を水とした貯湯槽であること、を特徴とする。この特徴により、貯湯槽内の水が、例えば、発電装置である発電機のエンジンから生じる熱、発電装置である燃料電池の発電時に生じる熱等による排熱や、ヒートポンプからの放熱に基づいて、９０℃程度に加熱し蓄熱された後、その放熱を８０〜９０℃等の温度帯域で行えば、熱媒体による放熱を、熱供給先として、給湯設備や、冷暖房を行う空気調和設備等の熱源（エネルギ源）に活用することができる。特に、８０〜９０℃等という温度帯域の熱は、ポテンシェルエネルギが高く、空気調和設備等の熱源にそのまま供給できて管理し易いため、空気調和設備等の熱源に供給する上で適した温度であることから、貯湯槽内で熱媒体が、９０℃程度に蓄熱されることが望ましい。
【００１６】
（４）に記載する電力供給システムにおいて、発電装置は、エンジンの駆動により発電を行う発電機であり、エンジンに使用する燃料が、ガスであること、を特徴とする。この特徴により、エンジンから生じる排ガスには、酸性雨の原因の一つとされている硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生せず、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生も比較的少なく抑えることができる。また、都市ガスの中でも、特に天然ガスの場合には、地球温暖化原因の一つとされる二酸化炭素（ＣＯ２）の発生が、石油や石炭による燃料の場合に比べて、少なく抑えられる。また、天然ガスは、電力、高圧蒸気または低圧蒸気、温水と、エネルギとして、多段階に無駄なく有効利用することが可能になる。
【００１７】
（５）に記載する電力供給システムにおいて、発電装置は、燃料電池であること、を特徴とする。この特徴により、燃料電池は、例えば、都市ガス等の燃料の持つ化学エネルギを、電気エネルギに直接変換して発電を行うため、エネルギ損失がより少なく抑えられて、効率の高い発電を行うことができる。また、二酸化炭素（ＣＯ２）の発生がない上、水素と酸素との電気化学反応後に生成される副産物が、水だけであるため、燃料電池による発電は環境に優しい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の実施例１に係る電力供給システムの概念を模式的に示す図である。
【図２】図１と同様、実施例２に係る電力供給システムの概念を模式的に示す図である。
【図３】実施例１の変形例に係る電力供給システムの概念を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る電力供給システムについて、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態に係る電力供給システムは、例えば、病院、ビル、大型商用施設、集合住宅のほか、一般家庭向けの戸建て住宅等の需要先に、電力を供給する場合を挙げて説明する。図１は、実施形態に係る電力供給システムの概念を模式的に示す図である。なお、図１は、実施例１として、エンジンの駆動により発電を行う発電機が構成された場合を示す図であるが、実施例２及び、実施例１の変形例の構成と共通する部分については、図１を用いて説明する。
【００２０】
図１に示すように、電力供給システム１は、太陽光発電装置１０と、発電機２２（発電装置）と、ヒートポンプ３０と、蓄熱槽５０等とを有している。太陽光発電装置１０は、ガラス基板上に複数の発電セル（図示省略）を配設してなる発電モジュールを１つ以上備え、太陽光により発電を行う装置である。発電セルは、太陽の入射光による光エネルギを、電気エネルギに直接変換する素子であり、例えば、単結晶型、多結晶型、薄膜型、アモルファス型、色素増感型、多接合型等、周知技術により構成されている。発電モジュールは、複数の発電セルを、電気的に直列接続してなり、太陽光発電装置１０で発電された電力は、直流電力である。
【００２１】
ヒートポンプ３０は、例えば、空気熱利用ヒートポンプ等であり、図示しない電気モータで動作する圧縮機３１のほか、凝縮器、膨張弁、蒸発器等を有し、周知技術で構成されている。このヒートポンプ３０は、後述するＥＭＳ８１の制御機器８３と電気的に接続されている。圧縮機３１は、後述する太陽光発電装置１０の余剰電力量Ｗ４に基づく電力により、運転される。ヒートポンプ３０では、熱媒体が、圧縮機３１で圧縮されて高温高圧の気体状となり、凝縮器による熱交換で放熱され、放たれた熱が、蓄熱槽５０に貯留されている熱媒体５１に供給される。ヒートポンプ３０において、放熱後の熱媒体は、膨張弁を通じて噴射され、蒸発器に送り込まれて、周囲の外気から吸熱して低温低圧の気体状となる。
【００２２】
蓄熱槽は、蓄熱可能な熱媒体５１を貯留する。具体的には、蓄熱槽は、熱媒体５１を水とした貯湯槽５０である。なお、蓄熱槽には、熱媒体５１である水だけを貯留するのではなく、蓄熱槽内に、充填容器に封入された蓄熱材を、熱媒体５１と共に収容しても良い。この蓄熱材は、状態変化または化学反応により、生じた熱の出入りを利用して蓄熱または放熱を行うものである。
【００２３】
すなわち、蓄熱材は、相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱または放熱を行う潜熱蓄熱材や、水との化学反応に伴う反応熱の出入りを利用して蓄熱または放熱を行う化学蓄熱材であり、充填容器を介して熱媒体５１との間で熱を移動させることにより、蓄熱材への蓄熱、または蓄熱材から放熱を行うものでも良い。
【００２４】
このような潜熱蓄熱材等が、熱媒体５１と共に、貯湯槽５０内に収容されていると、例えば、８０℃から９０℃に昇温する際の蓄熱量では、潜熱蓄熱材等は、同体積で水を昇温する場合の蓄熱量４２ｋＪに対し、その約数〜１０倍を超える等、より大きな蓄熱量を保持できる物性を有する。そのため、このような潜熱蓄熱材等を用いた貯湯槽５０では、槽全体の大きさを、従来の蓄熱槽（貯湯槽）との対比で、例えば、１／３〜１／４程度等まで、コンパクト化することができる。また、蓄熱槽の構造も簡単にすることができる。
【００２５】
次に、エネルギ管理システム８１（以下、「ＥＭＳ（EMS：Energy Management System）８１」と略称する。）について、説明する。ＥＭＳ８１は、電力供給システム１より生成される電力の需要先８０で、導入されている。具体的には、需要先８０が、例えば、病院、ビル、大型商用施設、集合住宅等の場合には、ＥＭＳ８１は、ビルのエネルギ管理システム（BEMS：Building Energy Management System）であり、需要先８０が、例えば、一般家庭向けの戸建て住宅等である場合には、ＥＭＳ８１は、住宅内のエネルギ管理システム（HEMS：Home Energy Management System）である。
【００２６】
ＥＭＳ８１は、端末機器８２と、制御機器８３とを有している。ＥＭＳ８１では、制御機器８３が、コージェネレーションシステム２０（以下、「コージェネ２０」と略称する。）の発電機２２と、ヒートポンプ３０の圧縮機３１と、貯湯槽５０内の熱交換器やバルブ等の動作制御を行う電気制御部（図示省略）と、第１電力量計６５と、第２電力量計６６と、電気的に接続されていると共に、端末機器８２とも電気的に接続されている。制御機器８３は、第１電力量計６５で計測される電力量と、第２電力量計６６で計測される電力量を検出すると共に、検出された双方の電力量に基づいて、発電機２２の作動と圧縮機３１の作動を制御する。コージェネ２０、ヒートポンプ３０、及び貯湯槽５０は、端末機器８２の操作により、制御機器８３で制御されながら、自動運転を可能としている。
【００２７】
なお、図１には図示していないが、ＥＭＳ８１では、コージェネ２０、ヒートポンプ３０、貯湯槽５０、第１電力量計６５、及び第２電力量計６６以外にも、制御機器８３が、太陽光発電装置１０や、例えば、空気調和設備、家電製品等、需要先８０で使用する個々の電力負荷と、電気的に接続すると共に、通信可能な回線で相互に接続されていても良い。これにより、端末機器８２は、太陽光発電装置１０と、コージェネ２０と、ヒートポンプ３０と、貯湯槽５０のほか、先に例示した空気調和設備、家電製品等、需要先８０で使用する個々の電力負荷に対し、各々で消費するエネルギ（電力量）を確認することができる。また、ネットワークを構築して一元管理された空気調和設備や家電製品等を、端末機器８２を通じて遠隔制御や自動制御で、操作することが可能になる。
【００２８】
（実施例１）
次に、実施例１に係る電力供給システム１について、説明する。実施例１は、発電機２２の発電をエンジン２１の駆動で行うコージェネ２０であり、太陽光発電装置１０で発電された直流電力を、交流電力に変換して電力供給部に送電する電力供給システム１である。この電力供給システム１は、電力の需要先８０を、例えば、病院、ビル、大型商用施設、集合住宅等を主な対象としている。
【００２９】
発電機２２は、本実施例１では、コージェネ２０内に構成され、動力源であるエンジン２１の駆動により発電を行う。エンジン２１は、本実施形態では、例えば、圧縮天然ガス、液化石油ガス（ＬＰガス）（LPG：liquefied petroleum gas）等、都市ガスを燃料とする発電用ガスタービンエンジンである。本実施例１のように、ガスタービンエンジン式のエンジン２１を備えたコージェネ２０では、コージェネ２０全体が小型であっても、発電機２２の出力を比較的大きくできる利点がある。
【００３０】
なお、エンジン２１の燃料に都市ガスと石油とが併用可能なコージェネ２０であっても良い。また、コージェネ２０のエンジン２１は、内燃機関の一種であるガスタービンエンジン以外にも、例えば、ガスエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関であっても良い。さらに、動力源は、内燃機関に限らず、例えば、蒸気ボイラー、蒸気タービン、スターリングエンジン等の外燃機関であっても良い。
【００３１】
図１に示すように、電力供給システム１では、貯湯槽５０は、コージェネ２０のエンジン２１からの排熱Ｑｃや、ヒートポンプ３０からの放熱Ｑｐに基づいて、水（熱媒体５１）を、例えば、約９０℃に加熱した温水を貯留する。
【００３２】
また、太陽光発電装置１０が、インバータ６１（図２では、第１インバータ６１）、第１電力量計６５、及び第２電力量計６６を介して、電力供給部４０と直列に接続されている。第１電力量計６５と第２電力量計６６との間には、コージェネ２０の発電機２２が、第１電力系統２と並列接続された第２電力系統３上に設けられている。なお、図示していないが、コージェネ用インバータが、コージェネ２０に内蔵または外付けに関わらず、必要に応じて発電機２２と電気的に接続され、発電機２２により発電された交流電圧を、後述する電力供給部４０への給電で必要とする所定の電圧値に可変する。
【００３３】
ヒートポンプ３０の圧縮機３１は、第１電力量計６５と第２電力量計６６との間で、第１電力系統２と並列接続された第３電力系統４上に設けられている。なお、図示していないが、ヒートポンプ用インバータが、ヒートポンプ３０に内蔵または外付けに関わらず、必要に応じて圧縮機３１と電気的に接続され、インバータ６１より変換された交流電圧を、圧縮機３１への給電に適した所定の電圧値に可変する。
【００３４】
インバータ６１（第１インバータ６１）は、太陽光発電装置１０により発電された直流電力を、交流電力に変換する。第１電力量計６５は、インバータ６１（第１インバータ６１）により変換された交流電力の出力を計測する。第２電力量計６６は、第１電力系統２を介して送電される交流電力の出力、または、第１電力系統２と第２電力系統３との双方より送電される交流電力の出力の和を計測する。電力供給部４０は、電力供給システム１により生成される電力を、需要先８０に向けて供給するにあたり、そのターミナルとなる部分である。
【００３５】
ここで、太陽光発電装置１０により発電された直流電力に基づき、交流電力に変換された出力で、第１電力量計６５で計測される電力量を、発電側電力量Ｗ１とし、電力供給部４０から需要先８０に供給する電力の大きさで、第２電力量計６６で計測される電力量を、供給側電力量Ｗ２とする。また、発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より小さいとき、発電側電力量Ｗ１と供給側電力量Ｗ２との負の差分に相当する電力量を、不足電力量Ｗ３とする。反対に、発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より大きいとき、発電側電力量Ｗ１と供給側電力量Ｗ２との正の差分に相当する電力量を、余剰電力量Ｗ４とする。
【００３６】
電力供給システム１では、発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より小さいときには、ＥＭＳ８１の制御機器８３からの指令により、コージェネ２０の発電機２２が、不足電力量Ｗ３に基づいて運転され、運転時に、エンジン２１で発生する排熱Ｑｃが、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄熱される。このとき、ヒートポンプ３０の圧縮機３１は稼働せず、ヒートポンプ３０では熱が発生せず、放熱Ｑｐはゼロである。
【００３７】
他方、発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より大きいときには、ＥＭＳ８１の制御機器８３からの指令により、ヒートポンプ３０の圧縮機３１が、余剰電力量Ｗ４に基づく電力により運転され、運転時に、ヒートポンプ３０で発生する放熱Ｑｐが、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄熱される。このとき、コージェネ２０のエンジン２１は稼働せず、エンジン２１からの排熱Ｑｃはゼロである。勿論、発電機２２は発電していない。
【００３８】
（実施例２）
次に、実施例２に係る電力供給システム１Ａについて、図２を用いて説明する。図２は、実施例２に係る電力供給システムの概念を模式的に示す図である。実施例２は、燃料電池２５（発電装置）により発電を行うコージェネ２０Ａであり、太陽光発電装置１０で発電された直流電力を、交流電力に変換して電力供給部に送電する電力供給システム１Ａである。本実施例２に係る電力供給システム１Ａは、電力の需要先８０を、例えば、一般家庭向けの戸建て住宅等を主な対象としており、第２インバータ６２を有している点、及びコージェネ２０Ａの構成を除いて、実施例１に係る電力供給システム１と同じである。
【００３９】
燃料電池２５は、コージェネ２０Ａ内に構成されている。燃料電池２５は、例えば、燃料である都市ガス等から取り出した水素と、空気中の酸素とを電気化学反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギを、電気エネルギに直接変換して発電を行う電池であり、燃料電池２５により発電される電力は、直流である。第２インバータ６２は、燃料電池２５により発電された直流電力を、交流電力に変換する。燃料電池２５では、水素と酸素との電気化学反応の応答性が良く、燃料電池２５は、都市ガス等に含まれる水素と、空気中の酸素を供給し続けることで、いつでも発電することができるため、燃料電池２５は、この電気化学反応の実施とその停止を制御する制御部（図示省略）を有している。この制御部は、ＥＭＳ８１の制御機器８３からの指令に基づいて作動する。
【００４０】
図２に示すように、電力供給システム１Ａでは、貯湯槽５０は、燃料電池２５の発電時に発熱した排熱Ｑｃや、ヒートポンプ３０からの放熱Ｑｐに基づいて、水（熱媒体５１）を、例えば、約９０℃に加熱した温水を貯留する。
【００４１】
実施例１の電力供給システム１と同様、電力供給システム１Ａでも、発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より小さいときには、ＥＭＳ８１の制御機器８３からの指令により、コージェネ２０Ａが、不足電力量Ｗ３に基づいて運転され、運転時に、燃料電池２５で生じる排熱Ｑｃが、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄熱される。このとき、ヒートポンプ３０の圧縮機３１は稼働せず、ヒートポンプ３０では熱が発生せず、放熱Ｑｐはゼロである。
【００４２】
他方、発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より大きいときには、ＥＭＳ８１の制御機器８３からの指令により、ヒートポンプ３０の圧縮機３１が、余剰電力量Ｗ４に基づく電力により運転され、運転時に、ヒートポンプ３０で発生する放熱Ｑｐが、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄熱される。このとき、コージェネ２０Ａ内の燃料電池２５は発電せず、コージェネ２０Ａからの排熱Ｑｃはゼロである。
【００４３】
（変形例）
次に、実施例１の変形例に係る電力供給システム１Ｂについて、図３を用いて説明する。図３は、変形例に係る電力供給システムの概念を模式的に示す図である。実施例３は、実施例１と同様、発電機２２の発電をエンジン２１の駆動で行うコージェネ２０であるが、太陽光発電装置１０で発電された直流電力を、電力供給部４０を経た後、交流電力に変換する電力供給システム１Ｂである。
【００４４】
図３に示すように、電力供給システム１Ｂでは、太陽光発電装置１０が、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示省略）、第１電力量計６５Ａ、及び第２電力量計６６Ａを介して、電力供給部４０と直列に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽光発電装置１０により発電された直流電圧を、送電で必要とする所定の電圧値に変圧する。また、第１電力量計６５Ａと第２電力量計６６Ａとの間には、コージェネ２０の発電機２２が、第１電力系統２Ａと並列接続された第２電力系統３Ａ上に設けられ、コージェネ２０と第２電力量計６６Ａとの間には、コンバータ（図示省略）が接続されている。このコンバータは、コージェネ２０の発電機２２により発電された交流電力を直流電力に変換する。
【００４５】
また、ヒートポンプ３０の圧縮機３１は、第１電力量計６５Ａと第２電力量計６６Ａとの間で、第１電力系統２Ａと並列接続された第３電力系統４Ａ上に、第１インバータ６１Ａと共に設けられている。充電装置７０は、第２電力量計６６Ａと電力供給部４０との間で、第１電力系統２Ａと並列に接続されている。
【００４６】
第１インバータ６１Ａは、太陽光発電装置１０により発電された直流電力を、圧縮機３１の電源として必要な交流電力に変換する。第１電力量計６５Ａは、太陽光発電装置１０により発電された直流電力の出力を計測する。第２電力量計６６Ａは、第１電力系統２Ａを介して送電される直流電力の出力、または、第１電力系統２Ａと第２電力系統３Ａとの双方より送電される直流電力の出力の和を計測する。
【００４７】
充電装置７０は、例えば、電気自動車、エンジンとモータとを搭載したハイブリッドタイプの自動車等、直流電力を電源とした被充電対象物に、電力供給システム１Ｂで生成される直流電力を充電する装置である。第２インバータ６２Ａは、電力供給システム１Ｂにより生成された直流電力を、需要先８０で必要とされる交流電力に変換する。
【００４８】
ここで、太陽光発電装置１０により発電された直流電力による出力で、第１電力量計６５Ａに計測される電力量を、発電側電力量Ｗ１とし、第２電力量計６６Ａに計測される電力量を、供給側電力量Ｗ２とする。なお、電力供給部４０と需要先８０との間に第２インバータ６２Ａがあり、この第２インバータ６２Ａで直流電力を交流電力に変換するときの電力ロスが、例えば、５％程度生じる。そのため、電力供給部４０から需要先８０に供給する交流電力の大きさは、この電力ロス分を加味したものであることが好ましい。
【００４９】
そして、発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より小さいとき、発電側電力量Ｗ１と供給側電力量Ｗ２との負の差分に相当する電力量を、不足電力量Ｗ３とする。反対に、発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より大きいとき、発電側電力量Ｗ１と供給側電力量Ｗ２との正の差分に相当する電力量を、余剰電力量Ｗ４とする。
【００５０】
電力供給システム１Ｂでは、発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より小さいときには、ＥＭＳ８１の制御機器８３により、コージェネ２０の発電機２２が、不足電力量Ｗ３に基づいて運転され、運転時に、エンジン２１で発生する排熱Ｑｃが、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄熱される。このとき、ヒートポンプ３０の圧縮機３１は稼働せず、ヒートポンプ３０では熱が発生せず、放熱Ｑｐはゼロである。
【００５１】
他方、発電側電力量Ｗ１が供給側電力量Ｗ２より大きいときには、ＥＭＳ８１の制御機器８３により、ヒートポンプ３０の圧縮機３１が、余剰電力量Ｗ４に基づく電力により運転され、運転時に、ヒートポンプ３０で発生する放熱Ｑｐが、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄熱される。このとき、コージェネ２０のエンジン２１は稼働せず、エンジン２１からの排熱Ｑｃはゼロである。勿論、発電機２２は発電していない。
【００５２】
次に、本実施の形態に係る電力供給システム１，１Ａ，１Ｂの作用・効果について説明する。電力供給システム１，１Ａ，１Ｂは、太陽光により発電を行う太陽光発電装置１０と、発電を行う発電装置（発電機２２または燃料電池２５）と、電気モータで動作する圧縮機３１を有するヒートポンプ３０と、を備えた電力供給システムにおいて、蓄熱可能な熱媒体５１を貯留する貯湯槽５０と、発電機２２及びヒートポンプ３０（または、燃料電池２５及びヒートポンプ３０）を制御する制御機器８３と、を備えている。電力供給システム１，１Ａ，１Ｂにより生成される電力を、需要先８０に向けて供給するにあたり、そのターミナルとなる電力供給部４０から、需要先８０に供給する電力の大きさを、供給側電力量Ｗ２とすると、太陽光発電装置１０による発電で出力される発電側電力量Ｗ１が、供給側電力量Ｗ２より小さいとき、電力供給システム１，１Ｂでは、発電側電力量Ｗ１と供給側電力量Ｗ２との負の差分に相当する不足電力量Ｗ３に基づいて、発電機２２が運転され、運転時に、コージェネ２０のエンジン２１で発生する排熱Ｑｃが、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄熱されること、を特徴とする。また、電力供給システム１Ａでは、発電側電力量Ｗ１と供給側電力量Ｗ２との負の差分に相当する不足電力量Ｗ３に基づいて、燃料電池２５が運転され、運転時に、コージェネ２０Ａの燃料電池２５で発生する排熱Ｑｃが、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄熱されること、を特徴とする。
【００５３】
この特徴により、太陽光発電装置１０による発電が、日照量の違いにより、季節や天候、昼夜で大きく変動しても、太陽光発電装置１０で発電された発電側電力量Ｗ１と共に、補完的にコージェネ２０，２０Ａで発電された不足電力量Ｗ３分の電力が、需要先８０で必要な電力量となって、電力供給部４０から需要先８０に安定して供給できる。特に、需要先８０で日中、電力消費の大きい時間帯に、空気調和設備等、電力消費の比較的大きい電気製品を使用する場合でも、コージェネ２０の発電機２２、またはコージェネ２０Ａの燃料電池２５が、不足電力量Ｗ３分の電力を補完することができるため、需要先８０は、電力供給システム１，１Ａ，１Ｂによる電力の供給を、安定して得ることができる。さらに、需要先８０で必要とする供給側電力量Ｗ２を下回った不足電力量Ｗ３分の電力を、コージェネ２０，２０Ａで補うとき、エンジン２１の作動により得られる熱エネルギや、燃料電池２５の発電時において水素と酸素との電気化学反応時に得られる熱エネルギを、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄えることができているため、熱媒体５１に蓄熱した熱も、有効に利用することができる。
【００５４】
従って、本実施形態に係る電力供給システム１，１Ａ，１Ｂによれば、太陽光発電により発電される電力を需要先８０に供給するにあたり、エネルギを無駄なく利用すると共に、電力を安定して供給することができる、という優れた効果を奏する。
【００５５】
また、本実施形態に係る電力供給システム１，１Ａ，１Ｂでは、発電側電力量Ｗ１が、供給側電力量Ｗ２より大きいとき、発電側電力量Ｗ１と供給側電力量Ｗ２との正の差分に相当する余剰電力量Ｗ４に基づく電力により、圧縮機３１が運転され、運転時に、ヒートポンプ３０で発生する放熱Ｑｐが、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄熱されること、を特徴とする。
【００５６】
この特徴により、太陽光発電装置１０で発電された発電側電力量Ｗ１のうち、供給側電力量Ｗ２分の電力が、電力供給部４０から需要先８０に安定して供給できると共に、需要先８０で必要とする供給側電力量Ｗ２を上回った余剰電力量Ｗ４分の電力を、ヒートポンプ３０の動力源としているため、太陽光から得たエネルギが無駄なく利用できている。さらに、ヒートポンプ３０の作動により得られる熱エネルギを、貯湯槽５０内の熱媒体５１に蓄えることができているため、熱媒体５１に蓄熱した熱も、有効に利用することができる。
【００５７】
また、本実施形態に係る電力供給システム１，１Ａ，１Ｂでは、蓄熱槽は、熱媒体５１を水とした貯湯槽５０であること、を特徴とする。この特徴により、電力供給システム１，１Ｂでは、貯湯槽５０内の熱媒体５１（水）が、コージェネ２０のエンジン２１からの排熱Ｑｃや、ヒートポンプ３０からの放熱Ｑｐに基づいて、例えば、９０℃程度に加熱し蓄熱された後、その放熱を８０〜９０℃等の温度帯域で行えば、熱媒体５１による放熱を、熱供給先として、給湯設備や、冷暖房を行う空気調和設備等の熱源（エネルギ源）に活用することができる。また、電力供給システム１Ａでは、貯湯槽５０内の熱媒体５１（水）が、コージェネ２０Ａの燃料電池２５からの排熱Ｑｃや、ヒートポンプ３０からの放熱Ｑｐに基づいて、例えば、９０℃程度に加熱し蓄熱された後、その放熱を８０〜９０℃等の温度帯域で行えば、熱媒体５１による放熱を、熱供給先として、給湯設備や、冷暖房を行う空気調和設備等の熱源（エネルギ源）に活用することができる。このように、８０〜９０℃等という温度帯域の熱は特に、ポテンシェルエネルギが高く、空気調和設備等の熱源にそのまま供給できて管理し易いため、空気調和設備等の熱源に供給する上で適した温度であることから、貯湯槽５０内で熱媒体５１が、９０℃程度に蓄熱されることが望ましい。
【００５８】
また、本実施形態の実施例１，及び変形例に係る電力供給システム１，１Ｂでは、発電装置は、エンジン２１の駆動により発電を行う発電機２２であり、エンジン２１に使用する燃料が、ガスであること、を特徴とする。この特徴により、エンジン２１から生じる排ガスには、酸性雨の原因の一つとされている硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生せず、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生も比較的少なく抑えることができる。また、都市ガスの中でも、特に天然ガスの場合には、地球温暖化原因の一つとされる二酸化炭素（ＣＯ２）の発生が、石油や石炭による燃料の場合に比べて、少なく抑えられる。また、天然ガスは、電力、高圧蒸気または低圧蒸気、温水と、エネルギとして、多段階に無駄なく有効利用することが可能になる。
【００５９】
また、本実施形態の実施例２に係る電力供給システム１Ａでは、発電装置は、燃料電池２５であること、を特徴とする。この特徴により、燃料電池２５は、都市ガス等の燃料の持つ化学エネルギを、電気エネルギに直接変換して発電を行うため、エネルギ損失がより少なく抑えられて、効率の高い発電を行うことができる。また、二酸化炭素（ＣＯ２）の発生がない上、水素と酸素との電気化学反応後に生成される副産物が、水だけであるため、燃料電池２５による発電は環境に優しい。
【００６０】
以上において、本発明を実施形態の実施例１，２、及び変形例に即して説明したが、本発明は上記実施例１，２、及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できる。
【００６１】
例えば、実施形態の実施例１，２，及び変形例で、電力供給システム１，１Ａ，１Ｂの概念を図１〜図３に例示したが、電力供給システムの概念は図１〜図３に限定されるものではない。すなわち、電力供給システムにおいて、太陽光発電装置と電力供給部との間に、コージェネレーションシステム等に構成された発電機とヒートポンプがそれぞれ、並列に接続されており、このコージェネレーションシステム等とヒートポンプとが、蓄熱槽と連結されていれば良い。そして、コージェネレーションシステム等が、不足電力量分の電力を発電し、発電時に生じる熱により、蓄熱槽内の熱媒体が蓄熱されれば良い。ヒートポンプが、余剰電力量分の電力により作動し、ヒートポンプから生じる熱により、蓄熱槽内の熱媒体が蓄熱されれば良い。
【符号の説明】
【００６２】
１，１Ａ，１Ｂ  電力供給システム
１０  太陽光発電装置
２０，２０Ａ  コージェネ（コージェネレーションシステム）
２１  エンジン
２２  発電機（発電装置）
２５  燃料電池（発電装置）
３０  ヒートポンプ
３１  圧縮機
４０  電力供給部
５０  貯湯槽（蓄熱槽）
５１  水（熱媒体）
８０  需要先
８３  制御機器（制御装置）
Ｗ１  発電側電力量
Ｗ２  供給側電力量
Ｗ３  不足電力量
Ｗ４  余剰電力量
Ｑｃ  排熱（エンジンや燃料電池で発生する熱）
Ｑｐ  放熱（ヒートポンプで発生する熱）
【図１】
2017147889.tif 000003
【図２】
2017147889.tif 000004
【図３】
2017147889.tif 000005