(57)【要約】【課題】集熱部が発電部を冷却できなくなるのを防止することができるエネルギー利用システムを提供する。【解決手段】太陽光を利用して発電可能な発電部１１と、発電部１１に沿って熱媒体が流通可能に形成された集熱部内管路１３を有し、集熱部内管路１３を流通する熱媒体により発電部１１の熱を集熱可能な集熱部１２と、集熱部１２において集熱された熱を蓄熱可能な蓄熱装置３０と、集熱部１２と蓄熱装置３０との間で熱媒体を循環させることで、集熱部１２から蓄熱装置３０へと熱を伝達する循環装置４０と、熱媒体を冷却可能な電気式冷却装置６０と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を利用して発電可能な発電部と、
前記発電部に沿って熱媒体が流通可能に形成された集熱部内管路を有し、前記集熱部内管路を流通する前記熱媒体により前記発電部の熱を集熱可能な集熱部と、
前記集熱部において集熱された熱を蓄熱可能な蓄熱装置と、
前記集熱部と前記蓄熱装置との間で前記熱媒体を循環させることで、前記集熱部から前記蓄熱装置へと熱を伝達する熱伝達装置と、
前記熱媒体を冷却可能な電気式冷却装置と、
を具備するエネルギー利用システム。
【請求項２】
前記電気式冷却装置は、前記集熱部内管路を冷却するように配置されている、
請求項１に記載のエネルギー利用システム。
【請求項３】
前記電気式冷却装置は、前記集熱部内管路の上流側端部近傍を冷却するように配置されている、
請求項１又は請求項２に記載のエネルギー利用システム。
【請求項４】
前記集熱部は、
前記発電部と前記集熱部内管路とを伝熱可能に接続すると共に、前記集熱部内管路を全体的に覆うように配置された伝熱板を具備し、
前記電気式冷却装置は、前記伝熱板を冷却するように配置されている、
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のエネルギー利用システム。
【請求項５】
前記電気式冷却装置は、前記発電部により発電された電気により駆動するように構成されている、
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のエネルギー利用システム。
【請求項６】
前記熱伝達装置は、
前記熱媒体を圧送するポンプと、
前記集熱部から前記蓄熱装置へと前記熱媒体を案内する第一管路と、
前記蓄熱装置から前記集熱部へと前記熱媒体を案内する第二管路と、
前記蓄熱装置を介することなく前記第一管路の中途部と前記第二管路の中途部とを接続するバイパス管路と、
前記第一管路及び前記第二管路と前記蓄熱装置とが連通する状態と、前記第一管路及び前記第二管路と前記バイパス管路とが連通する状態とを切り換え可能な切換弁と、
を具備する、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のエネルギー利用システム。
【請求項７】
前記蓄熱装置の温度が所定温度まで上昇すると、前記ポンプを停止して前記集熱部による集熱を中断し、
次いで、前記発電部の温度が所定温度まで上昇すると、前記電気式冷却装置を駆動させて前記集熱部内管路を冷却すると共に、前記切換弁を動作させて前記第一管路及び前記第二管路と前記バイパス管路とが連通する状態とし、
次いで、前記ポンプを駆動させて前記熱媒体を循環させる制御部をさらに具備する、
請求項６に記載のエネルギー利用システム。
【請求項８】
前記制御部は、
前記電気式冷却装置で前記熱媒体を冷却することによる前記発電部の発電の増分と、前記電気式冷却装置の駆動に要する電気使用量とを比較し、前記発電の増分の方が前記電気式冷却装置の駆動に要する電気使用量よりも大きいと判断した場合に、前記電気式冷却装置を駆動させる、
請求項７に記載のエネルギー利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を利用して発電可能な発電部と、前記発電部の熱を集熱可能な集熱部とを具備するエネルギー利用システムの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光を利用して発電可能な発電部と、前記発電部の熱を集熱可能な集熱部とを具備するエネルギー利用システムの技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００３】
特許文献１には、太陽光を利用して発電可能な発電部（太陽電池モジュール）と、前記発電部の裏側に接するように配置されて前記発電部の熱を集熱する集熱部（集熱器）とを具備する太陽光発電ユニットが開示されている。前記集熱部は、前記発電部の裏側に接するように縦横に延びる配管を具備し、前記配管に水が流通するように構成されている。これにより、前記配管を流通する水が前記発電部の熱を集熱して温水となる。このようにして、特許文献１に記載の太陽光発電ユニットにおいては、太陽光による発電と太陽熱の利用（温水生成）を行うことができる。
【０００４】
また、一般的に、発電部を構成する太陽電池パネルは、高温になると劣化が進み寿命が短くなる。また、太陽電池パネルは、高温になると発電効率が低下する。特許文献１に記載の技術においては、集熱部の配管を流通する水が発電部の熱を集熱することで、当該発電部が冷却される。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、温水が利用されない場合や温水の熱が利用されない場合に温水の温度が過度に上昇する。そうすると、温水がこれ以上発電部から熱を奪うことができなくなり、その結果、発電部を冷却することができなくなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１００７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、集熱部が発電部を冷却できなくなるのを防止することができるエネルギー利用システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、太陽光を利用して発電可能な発電部と、前記発電部に沿って熱媒体が流通可能に形成された集熱部内管路を有し、前記集熱部内管路を流通する前記熱媒体により前記発電部の熱を集熱可能な集熱部と、前記集熱部において集熱された熱を蓄熱可能な蓄熱装置と、前記集熱部と前記蓄熱装置との間で前記熱媒体を循環させることで、前記集熱部から前記蓄熱装置へと熱を伝達する熱伝達装置と、前記熱媒体を冷却可能な電気式冷却装置と、を具備するものである。
【００１０】
請求項２においては、前記電気式冷却装置は、前記集熱部内管路を冷却するように配置されているものである。
【００１１】
請求項３においては、前記電気式冷却装置は、前記集熱部内管路の上流側端部近傍を冷却するように配置されているものである。
【００１２】
請求項４においては、前記集熱部は、前記発電部と前記集熱部内管路とを伝熱可能に接続すると共に、前記集熱部内管路を全体的に覆うように配置された伝熱板を具備し、前記電気式冷却装置は、前記伝熱板を冷却するように配置されているものである。
【００１３】
請求項５においては、前記電気式冷却装置は、前記発電部により発電された電気により駆動するように構成されているものである。
【００１４】
請求項６においては、前記熱伝達装置は、前記熱媒体を圧送するポンプと、前記集熱部から前記蓄熱装置へと前記熱媒体を案内する第一管路と、前記蓄熱装置から前記集熱部へと前記熱媒体を案内する第二管路と、前記蓄熱装置を介することなく前記第一管路の中途部と前記第二管路の中途部とを接続するバイパス管路と、前記第一管路及び前記第二管路と前記蓄熱装置とが連通する状態と、前記第一管路及び前記第二管路と前記バイパス管路とが連通する状態とを切り換え可能な切換弁と、を具備するものである。
【００１５】
請求項７においては、前記蓄熱装置の温度が所定温度まで上昇すると、前記ポンプを停止して前記集熱部による集熱を中断し、前記発電部の温度が所定温度まで上昇すると、前記電気式冷却装置を駆動させて前記集熱部内管路を冷却すると共に、前記切換弁を動作させて前記第一管路及び前記第二管路と前記バイパス管路とが連通する状態とし、次いで、前記ポンプを駆動させて前記熱媒体を循環させる制御部をさらに具備するものである。
【００１６】
請求項８においては、前記制御部は、前記電気式冷却装置で前記熱媒体を冷却することによる前記発電部の発電の増分と、前記電気式冷却装置の駆動に要する電気使用量とを比較し、前記発電の増分の方が前記電気式冷却装置の駆動に要する電気使用量よりも大きいと判断した場合に、前記電気式冷却装置を駆動させるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１８】
請求項１においては、集熱部が発電部を冷却できなくなるのを防止することができる。
【００１９】
請求項２においては、集熱部内管路を流通する熱媒体を冷却することができ、ひいては集熱部が発電部を冷却できなくなるのを防止することができる。
【００２０】
請求項３においては、冷却された熱媒体を集熱部内管路に流通させることができ、ひいては集熱部が発電部を冷却できなくなるのを防止することができる。
【００２１】
請求項４においては、集熱部内管路を流通する熱媒体を全体的に冷却することができ、ひいては集熱部が発電部を冷却できなくなるのを防止することができる。
【００２２】
請求項５においては、外部電源を使用することなく、熱媒体を冷却することができる。
【００２３】
請求項６においては、蓄熱装置を冷却することなく熱媒体を循環させることができる。
【００２４】
請求項７においては、蓄熱装置を冷却することなく熱媒体を循環させることができる。
【００２５】
請求項８においては、発電量が多い状態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一実施形態に係るエネルギー利用システムの構成を示した模式図。
【図２】発電集熱装置及びその周辺部の平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】エネルギー利用システムの制御に関する構成を示したブロック図。
【図５】熱媒体がバイパス管路を流通するよう切換弁を切り換えた状態を示すエネルギー利用システムの模式図。
【図６】本発明の第一実施形態に係るエネルギー利用システムの制御を示すフローチャート。
【図７】本発明の第二実施形態に係るエネルギー利用システムの制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、図１から図５までを用いて、本発明の第一実施形態に係るエネルギー利用システム１について説明する。
【００２８】
エネルギー利用システム１は、住宅等に設けられるものであり、太陽エネルギー（太陽光や太陽熱）を利用して発電された電力や集熱された熱を当該住宅等で使用するためのものである。エネルギー利用システム１は、主として発電集熱装置１０、パワーコンディショナ２０、蓄熱装置３０、循環装置４０、給湯装置５０、電気式冷却装置６０及び制御装置７０を具備する。
【００２９】
発電集熱装置１０は、太陽光を受けて発電可能であり、かつ太陽光を受けて得られた熱（太陽熱）を集熱可能なもの（いわゆる、ハイブリッドソーラーパネル）である。発電集熱装置１０は、主として発電部１１及び集熱部１２を具備する。
【００３０】
発電部１１は、太陽光を受けて発電するものである。発電部１１は、略平板状に形成された太陽電池パネル等により構成される。発電部１１は、例えば住宅の屋根の上等の日当たりの良い場所に設置される。発電部１１は、太陽光の日射量に応じた量の電力を発電することができる。
【００３１】
集熱部１２は、発電部１１の熱を集熱するものである。集熱部１２は、略平板状（平面視において発電部１１と略同一形状）に形成される。集熱部１２は、発電部１１の裏面（下面）と当接するように配置され、当該発電部１１と略一体的に形成される。集熱部１２は、集熱部内管路１３、伝熱板１４及び断熱材１５を具備する。
【００３２】
集熱部内管路１３は、熱媒体である不凍液を流通させるものである。集熱部内管路１３は、集熱部１２の略全面に亘って、集熱部１２の内部を蛇行しながら延びるように形成される。集熱部内管路１３は、集熱部１２の前端の右部に不凍液の入口が設けられ、集熱部１２の前端の左部に不凍液の出口が設けられるように配置される。なお、集熱部内管路１３は、細い管路（配管）が何度も前後に往復するように形成されるが、図２においては簡略化して、太い配管が前後に２往復するように形成された様子を図示している。
【００３３】
伝熱板１４は、発電部１１の熱を吸収し、当該熱を集熱部内管路１３へ伝達するものである。伝熱板１４は、熱伝導性に優れた材料から形成され、例えばアルミ製とされる。伝熱板１４は、略矩形板状に形成される。伝熱板１４は、発電部１１と集熱部内管路１３との間に配置される。伝熱板１４は、集熱部内管路１３を上方から全体的に覆うように配置され、溶接や機械的かしめにより当該集熱部内管路１３に接合される。伝熱板１４は、発電部１１の裏面（下面）に当接するように配置される。伝熱板１４は、このように配置されることにより、発電部１１と集熱部内管路１３とを伝熱可能に接続する。
【００３４】
断熱材１５は、不凍液が流通する集熱部内管路１３を断熱するものである。断熱材１５は、平面視において、発電部１１と略同一形状に形成される。断熱材１５は、集熱部内管路１３を下方から覆うように配置される。断熱材１５により、不凍液が集熱した発電部１１の熱が、集熱部内管路１３の外部に逃げてしまうのを抑制することができる。
【００３５】
このように構成される集熱部１２において、発電部１１の熱は伝熱板１４に伝達される。伝熱板１４に伝達された熱は、集熱部内管路１３を介して当該集熱部内管路１３を流通する不凍液へ伝達される。これにより、発電部１１の熱（具体的には、太陽光を受けたことで発生する太陽熱）を集める（集熱する）ことができる。
【００３６】
パワーコンディショナ２０は、発電部１１において発電された直流電力を交流電力に変換して電力負荷２へと供給するものである。ここで、電力負荷２とは、前記住宅等に設けられ、電力を消費する電気製品等である。例えば、電力負荷２には、照明器具、テレビ、洗濯機等が含まれる。
【００３７】
蓄熱装置３０は、集熱部１２において集熱された熱を蓄える（蓄熱する）ためのものである。蓄熱装置３０は、蓄熱槽３１及び熱交換器３２を具備する。
【００３８】
蓄熱槽３１は、集熱部１２において集熱された熱を実際に蓄える（蓄熱する）部分である。蓄熱槽３１は、内部に湯を貯溜することができる空間を有する箱状に形成される。蓄熱槽３１は、断熱材等を用いて形成され、内部に貯溜された湯を保温することができる。蓄熱槽３１は、発電部１１の熱を集熱した不凍液により温められた水（湯）を貯溜することによって、当該蓄熱槽３１内に熱を蓄える（蓄熱する）ことができる。
【００３９】
熱交換器３２は、不凍液によって集熱された発電部１１の熱を、蓄熱槽３１に蓄えられた水（湯）に伝達するものである。熱交換器３２は、蓄熱槽３１内に配置され、当該蓄熱槽３１に蓄えられた水（湯）と熱交換可能に配置される。
【００４０】
循環装置４０は、発電集熱装置１０（集熱部１２）と蓄熱装置３０との間で不凍液を循環させるものである。循環装置４０は、主として往管路４１、復管路４２、循環ポンプ４３、バイパス管路４４、第一切換弁４５及び第二切換弁４６を具備する。
【００４１】
往管路４１は、蓄熱装置３０から集熱部１２へと不凍液を案内するものである。往管路４１は、配管や継手等によって形成される。往管路４１の一端は、蓄熱装置３０の熱交換器３２に接続される。往管路４１の他端は、集熱部１２の集熱部内管路１３の入口部分に接続される。
【００４２】
復管路４２は、集熱部１２から蓄熱装置３０へと不凍液を案内するものである。復管路４２は、配管や継手等によって形成される。復管路４２の一端は、集熱部１２の集熱部内管路１３の出口部分に接続される。復管路４２の他端は、蓄熱装置３０の熱交換器３２に接続される。
【００４３】
循環ポンプ４３は、不凍液を圧送することで、蓄熱装置３０と集熱部１２との間で不凍液を循環させるものである。循環ポンプ４３は、往管路４１の中途部に設けられる。循環ポンプ４３が駆動されると、当該循環ポンプ４３によって、不凍液が蓄熱槽３１から集熱部１２に向かって圧送される。当該循環ポンプ４３によって圧送された不凍液は、集熱部内管路１３を流通した後、復管路４２を介して再び蓄熱装置３０へと戻される。このように流通する不凍液を介して、集熱部１２で集められた熱がさらに蓄熱装置３０へと蓄えられる。
【００４４】
バイパス管路４４は、往管路４１の中途部から復管路４２の中途部へと不凍液を案内するものである。バイパス管路４４は、配管や継手等によって形成される。バイパス管路４４は、蓄熱装置３０を介することなく、往管路４１の中途部と復管路４２の中途部とを接続する。バイパス管路４４と往管路４１との接続部分は、循環ポンプ４３よりも蓄熱装置３０側に位置する。バイパス管路４４は、発電集熱装置１０から蓄熱装置３０への集熱が可能か否か判定するための運転（さぐり運転）に用いる管路を兼ねることができる。
【００４５】
第一切換弁４５は、不凍液の流通経路を切り換えるものである。第一切換弁４５は、バイパス管路４４と復管路４２との接続部分に設けられる。第一切換弁４５を切り換えることによって、復管路４２とバイパス管路４４とが連通されると共に当該復管路４２と蓄熱装置３０とが遮断される状態（図５参照）と、復管路４２と蓄熱装置３０とが連通されると共に当該復管路４２とバイパス管路４４とが遮断される状態（図１参照）と、を切り換えることができる。
【００４６】
第二切換弁４６は、不凍液の流通経路を切り換えるものである。第二切換弁４６は、バイパス管路４４と往管路４１との接続部分に設けられる。第二切換弁４６を切り換えることによって、往管路４１とバイパス管路４４とが連通されると共に当該往管路４１と蓄熱装置３０とが遮断される状態（図５参照）と、往管路４１と蓄熱装置３０とが連通されると共に当該往管路４１とバイパス管路４４とが遮断される状態（図１参照）と、を切り換えることができる。
【００４７】
給湯装置５０は、蓄熱装置３０に蓄えられた熱を熱負荷へと供給するものである。ここで、熱負荷とは、前記住宅等に設けられ、熱を消費する機器等である。熱負荷には、例えば、お湯を供給する給湯設備、床暖房等の暖房設備等が含まれる。給湯装置５０は、主として上水管路５１、給湯管路５２及び給湯ポンプ５３を具備する。
【００４８】
上水管路５１は、上水を蓄熱槽３１へと案内するものである。上水管路５１は、配管や継手等によって形成される。上水管路５１の一端は、蓄熱槽３１の上部に接続される。
【００４９】
給湯管路５２は、温められた上水（湯）を熱負荷へと案内するものである。給湯管路５２は、配管や継手等によって形成される。給湯管路５２の一端は、蓄熱槽３１の下部に接続される。給湯管路５２の他端は、熱負荷に接続される。
【００５０】
給湯ポンプ５３は、湯を熱負荷へと供給するものである。給湯ポンプ５３は、給湯管路５２の中途部に設けられる。給湯ポンプ５３が駆動されると、当該給湯ポンプ５３によって、蓄熱槽３１内の湯が圧送される。当該湯は、給湯管路５２を介して熱負荷へと供給される。
【００５１】
電気式冷却装置６０は、集熱部１２と蓄熱装置３０との間を循環する不凍液を冷却するものである。電気式冷却装置６０は、電気を駆動源とする冷却装置であり、例えばペルチェ素子を用いることができる。電気式冷却装置６０（ペルチェ素子）は、平板状に形成され、発電集熱装置１０に配置される。より詳細には、電気式冷却装置６０は、伝熱板１４を冷却するように、当該伝熱板１４上に載置される。電気式冷却装置６０は、平面視において、集熱部内管路１３の上流側端部（往管路４１から不凍液が入って来る入口部分）に配置される。
【００５２】
このように配置された電気式冷却装置６０は、伝熱板１４を介して、集熱部内管路１３の上流側端部近傍を主に冷却することができる。これにより、冷却された不凍液が集熱部内管路１３を流通することとなり、高温のままの不凍液が集熱部内管路１３を流通するのを防止することができる。また、電気式冷却装置６０は、伝熱板１４を冷却することで、集熱部内管路１３全体を冷却することができる。
【００５３】
また、電気式冷却装置６０は、発電部１１に対して当該発電部１１から受電可能に接続される。電気式冷却装置６０は、発電部１１により発電された電気により駆動するように構成される。これにより、電気式冷却装置６０は外部電源を必要としないため、当該外部電源と接続するケーブル等も必要としない。
【００５４】
図４に示す制御装置７０は、エネルギー利用システム１の動作を制御するものである。制御装置７０は、主としてＣＰＵ等の演算処理装置、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、Ｉ／Ｏ等の入出力装置、並びにモニター等の表示装置等により構成される。制御装置７０には、エネルギー利用システム１の動作を制御するための種々の情報やプログラム等が予め記憶される。制御装置７０は、蓄熱槽温度センサ７１、発電部温度センサ７２及び電力センサ７３に接続される。
【００５５】
蓄熱槽温度センサ７１は、蓄熱槽３１に蓄えられている湯の温度を検出するものである。蓄熱槽温度センサ７１は、蓄熱槽３１の中央部分に設けられる。蓄熱槽温度センサ７１は、検出された温度に関する信号を、制御装置７０に送信する。
【００５６】
発電部温度センサ７２は、発電部１１の温度を検出するものである。発電部温度センサ７２は、発電部１１の中央部分に設けられる。発電部温度センサ７２は、検出された温度に関する信号を、制御装置７０に送信する。
【００５７】
電力センサ７３は、発電部１１において発電された電力量を検出するものである。電力センサ７３は、パワーコンディショナ２０と電力負荷２との間に設けられる。電力センサ７３は、検出された電力量に関する信号を、制御装置７０に送信する。
【００５８】
また、制御装置７０は、循環ポンプ４３及び給湯ポンプ５３に接続される。制御装置７０は、循環ポンプ４３及び給湯ポンプ５３の駆動を制御するように構成される。
【００５９】
以下では、上述の如く構成されたエネルギー利用システム１が運転される様子の概略について説明する。
【００６０】
発電集熱装置１０に太陽光が照射されると、発電部１１において電力が発電され、当該電力はパワーコンディショナ２０を介して前記住宅内の電力負荷２へ供給される。また、発電集熱装置１０に太陽光が照射されると、当該太陽光による熱（太陽熱）が発生する。当該太陽熱は、発電部１１の下方に配置された伝熱板１４により吸収される。伝熱板１４に吸収された熱は、伝熱板１４の下方に配置された集熱部内管路１３を介して、当該集熱部内管路１３を流通する不凍液に伝達（集熱）される。
【００６１】
循環ポンプ４３が駆動されると、集熱部１２と蓄熱装置３０との間で不凍液が循環される。当該不凍液によって、集熱部１２において集熱された熱が蓄熱装置３０へと運ばれる。当該熱は、熱交換器３２により蓄熱槽３１に蓄えられた水に伝達される。これにより、当該水は沸かされて高温になる。これによって、蓄熱槽３１には、高温になった湯が蓄えられる（蓄熱される）ことになる。
【００６２】
また、熱負荷で給湯需要（湯（熱）の要求）が発生すると、給湯ポンプ５３が駆動される。給湯ポンプ５３が駆動されると、蓄熱槽３１に蓄えられた湯が、給湯管路５２を介して熱負荷へと供給される。
【００６３】
このようにして、発電部１１の熱を利用することができる。また、集熱部１２により発電部１１の熱が集熱されることで、発電部１１を冷却することができる。
【００６４】
蓄熱槽温度センサ７１は、熱負荷で給湯需要が無い等の理由により、蓄熱装置３０に蓄えられている湯の温度が所定温度まで上昇したことを検出すると、その旨を示す信号を制御装置７０に送信する。制御装置７０は、蓄熱槽３１に蓄えられた湯の温度が所定温度まで上昇した旨を示す信号を受信すると、循環ポンプ４３を停止させる。これにより、不凍液の循環（流通）が停止して、集熱部１２による発電部１１の熱の集熱が中断される。
【００６５】
集熱が中断された後、発電部１１の温度が所定温度まで上昇したことを検出すると、その旨を示す信号を発電部温度センサ７２から制御装置７０に送信する。制御装置７０は、発電部１１の温度が所定温度まで上昇した旨を示す信号を受信すると、電気式冷却装置６０を駆動させる。これにより、集熱部内管路１３が冷却される。
【００６６】
次いで、制御装置７０は、第一切換弁４５及び第二切換弁４６を切り換える。具体的には、制御装置７０は、第一切換弁４５及び第二切換弁４６を動作させることにより、バイパス管路４４と、往管路４１及び復管路４２と、が連通した状態（図５参照）とする。
【００６７】
第一切換弁４５及び第二切換弁４６を切り換えた後、制御装置７０は、循環ポンプ４３を駆動させる。これにより、不凍液は、往管路４１、集熱部内管路１３、復管路４２及びバイパス管路４４の順で循環する。不凍液は、電気式冷却装置６０により冷却された部分（すなわち集熱部内管路１３）を流通する際に冷却される。また、冷却された不凍液は、バイパス管路４４を流通し、蓄熱装置３０へは流通しない。よって、蓄熱槽３１に蓄えられた湯が冷却されてしまうのを防止することができる。
【００６８】
以下では、図６に示すフローチャートを用いて、発電部１１の冷却に係る制御装置７０による制御の詳細について説明する。
【００６９】
ステップＳ１０１において、制御装置７０は、蓄熱槽３１に蓄えられている湯の温度が所定温度（例えば８０℃）を超えているか否かを判定する。なお、前記所定温度（８０℃）は、蓄熱槽３１に蓄えられている湯の上限値（前記湯が不凍液からこれ以上熱を受け取れない状態の当該湯の温度）である。制御装置７０は、蓄熱槽３１に蓄えられている湯の温度が８０℃を超えていると判定した場合、ステップＳ１０２に移行する。制御装置７０は、蓄熱槽３１に蓄えられている湯の温度が８０℃以下であると判定した場合、ステップＳ１１１に移行する。
【００７０】
ステップＳ１１１において、制御装置７０は、循環ポンプ４３を駆動させる（循環ポンプ４３の駆動を継続する）。制御装置７０は、当該ステップＳ１１１の処理を行った後、ステップＳ１０１の処理を再度行う。
【００７１】
一方、ステップＳ１０２において、制御装置７０は、循環ポンプ４３を停止させる。循環ポンプ４３が停止すると、不凍液の流通（循環）が停止し、集熱部１２による発電部１１の熱の集熱が中断される。制御装置７０は、当該ステップＳ１０２の処理を行った後、ステップＳ１０３に移行する。
【００７２】
ステップＳ１０３において、制御装置７０は、発電部１１の温度が所定温度（例えば７０℃）を超えているか否かを判定する。制御装置７０は、発電部１１の温度が７０℃を超えていると判定した場合、ステップＳ１０４に移行する。制御装置７０は、発電部１１の温度が７０℃以下であると判定した場合、ステップＳ１０１の処理を再度行う。
【００７３】
ステップＳ１０４において、制御装置７０は、電気式冷却装置６０を駆動させる。電気式冷却装置６０が駆動すると、集熱部内管路１３が冷却される。制御装置７０は、当該ステップＳ１０４の処理を行った後、ステップＳ１０５に移行する。
【００７４】
ステップＳ１０５において、制御装置７０は、第一切換弁４５及び第二切換弁４６を切り換える。これにより、バイパス管路４４と、往管路４１及び復管路４２と、が連通した状態（図５参照）となる。制御装置７０は、当該ステップＳ１０５の処理を行った後、ステップＳ１０６に移行する。
【００７５】
ステップＳ１０６において、制御装置７０は、循環ポンプ４３を駆動させる。循環ポンプ４３が駆動することにより、不凍液が循環装置４０及び集熱部内管路１３を循環する。このとき、不凍液は、電気式冷却装置６０により冷却された集熱部内管路１３を通過するときに冷却される。冷却された不凍液は、バイパス管路４４を流通し、蓄熱装置３０へは流通しない。制御装置７０は、当該ステップＳ１０６の処理を行った後、ステップＳ１０７に移行する。
【００７６】
ステップＳ１０７において、制御装置７０は、発電部１１の温度が所定温度（例えば４０℃）を下回っているか否かを判定する。制御装置７０は、発電部１１の温度が４０℃を下回っている（つまり、発電部１１が十分に冷却された）と判定した場合、ステップＳ１０８に移行する。制御装置７０は、発電部１１の温度が４０℃以上であると判定した場合、ステップＳ１０７の処理を再度行う。
【００７７】
ステップＳ１０８において、制御装置７０は、電気式冷却装置６０を停止させる。制御装置７０は、当該ステップＳ１０８の処理を行った後、ステップＳ１０９に移行する。
【００７８】
ステップＳ１０９において、制御装置７０は、循環ポンプ４３を停止させる。制御装置７０は、当該ステップＳ１０９の処理を行った後、ステップＳ１１０に移行する。
【００７９】
ステップＳ１１０において、制御装置７０は、第一切換弁４５及び第二切換弁４６を切り換える。これにより、熱交換器３２と、往管路４１及び復管路４２と、が連通した状態（図１参照）となる。制御装置７０は、当該ステップＳ１１０の処理を行った後、再びステップＳ１０１に移行する。
【００８０】
ステップＳ１０１においては、制御装置７０は、蓄熱槽３１に蓄えられている湯の温度が８０℃以下であると判定した場合、ステップＳ１１１に移行して循環ポンプ４３を駆動させる。これにより、集熱部１２により発電部１１の熱の集熱が再び開始される。
【００８１】
なお、前述の如く、不凍液は、発電部１１の熱を集熱して、蓄熱槽３１に蓄えられた水（湯）に当該熱を伝達する。よって、従来の技術においては、熱負荷で給湯需要が長期間において無い場合、蓄熱装置３０に蓄えられている不凍液の温度は徐々に上昇する。不凍液は、過度に昇温すると、発電部１１の熱をこれ以上奪うことができなくなる。そうすると、発電部１１を冷却することができなくなる。発電部１１が高温となると、発電部１１の劣化が進むと共に、発電部１１の発電効率が低下する。
【００８２】
本実施形態に係るエネルギー利用システム１においては、熱負荷で給湯需要が長期間において無い場合に、電気式冷却装置６０により不凍液が冷却される。したがって、集熱部１２が発電部１１を冷却できなくなるのを防止することができる。これにより、発電部１１の劣化の促進を抑制し、高寿命化することができる。また、発電部１１の発電効率の低下を抑制することができる。
【００８３】
以上の如く、本実施形態に係るエネルギー利用システム１は、太陽光を利用して発電可能な発電部１１と、前記発電部１１に沿って不凍液（熱媒体）が流通可能に形成された集熱部内管路１３を有し、前記集熱部内管路１３を流通する前記不凍液により前記発電部１１の熱を集熱可能な集熱部１２と、前記集熱部１２において集熱された熱を蓄熱可能な蓄熱装置３０と、前記集熱部１２と前記蓄熱装置３０との間で前記不凍液を循環させることで、前記集熱部１２から前記蓄熱装置３０へと熱を伝達する循環装置４０（熱伝達装置）と、前記不凍液を冷却可能な電気式冷却装置６０と、を具備するものである。
このように構成することにより、集熱部１２が発電部１１を冷却できなくなるのを防止することができる。
【００８４】
また、前記電気式冷却装置６０は、前記集熱部内管路１３を冷却するように配置されているものである。
このように構成することにより、集熱部内管路１３を流通する不凍液を冷却することができ、ひいては集熱部１２が発電部１１を冷却できなくなるのを防止することができる。
【００８５】
また、前記電気式冷却装置６０は、前記集熱部内管路１３の上流側端部近傍を冷却するように配置されているものである。
このように構成することにより、冷却された不凍液を集熱部内管路１３に流通させることができ、ひいては集熱部１２が発電部１１を冷却できなくなるのを防止することができる。
【００８６】
また、前記集熱部１２は、前記発電部１１と前記集熱部内管路１３とを伝熱可能に接続すると共に、前記集熱部内管路１３を全体的に覆うように配置された伝熱板１４を具備し、前記電気式冷却装置６０は、前記伝熱板１４を冷却するように配置されているものである。
このように構成することにより、集熱部内管路１３を流通する不凍液を全体的に冷却することができ、ひいては集熱部１２が発電部１１を冷却できなくなるのを防止することができる。
【００８７】
また、前記電気式冷却装置６０は、前記発電部１１により発電された電気により駆動するように構成されているものである。
このように構成することにより、外部電源を使用することなく、不凍液を冷却することができる。
【００８８】
また、前記循環装置４０は、前記不凍液を圧送する循環ポンプ４３（ポンプ）と、前記集熱部１２から前記蓄熱装置３０へと前記不凍液を案内する復管路４２（第一管路）と、前記蓄熱装置３０から前記集熱部１２へと前記不凍液を案内する往管路４１（第二管路）と、前記蓄熱装置３０を介することなく前記復管路４２の中途部と前記往管路４１の中途部とを接続するバイパス管路４４と、前記復管路４２及び前記往管路４１と前記蓄熱装置３０とが連通する状態と、前記復管路４２及び前記往管路４１と前記バイパス管路４４とが連通する状態とを切り換え可能な第一切換弁４５及び第二切換弁４６と、を具備するものである。
このように構成することにより、蓄熱装置３０を冷却することなく不凍液を循環させることができる。
【００８９】
また、本実施形態に係るエネルギー利用システム１は、前記蓄熱装置３０の温度が所定温度まで上昇すると、前記循環ポンプ４３を停止して前記集熱部１２による集熱を中断し、次いで、前記発電部１１の温度が所定温度まで上昇すると、前記電気式冷却装置６０を駆動させて前記集熱部内管路１３を冷却し、次いで、前記第一切換弁４５及び第二切換弁４６を動作させて前記復管路４２及び前記往管路４１と前記バイパス管路４４とが連通する状態とし、次いで、前記循環ポンプ４３を駆動させて前記不凍液を循環させる制御装置７０（制御部）をさらに具備するものである。
このように構成することにより、蓄熱装置３０を冷却することなく不凍液を循環させることができる。
【００９０】
なお、本実施形態に係る循環装置４０は、本発明に係る熱伝達装置の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る往管路４１は、本発明に係る第二管路の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る復管路４２は、本発明に係る第一管路の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る循環ポンプ４３は、本発明に係るポンプの実施の一形態である。
また、本実施形態に係る第一切換弁４５及び第二切換弁４６は、本発明に係る切換弁の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る不凍液は、本発明に係る熱媒体の実施の一形態である。
【００９１】
以上、本発明の第一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００９２】
例えば、本実施形態においては、電気式冷却装置６０は、伝熱板１４上に載置されて、伝熱板１４を介して集熱部内管路１３を冷却するように配置されるものとしたが、往管路４１や復管路４２を冷却するように配置されていてもよい。
【００９３】
また、本実施形態においては、電気式冷却装置６０は、平面視において、集熱部内管路１３の上流側端部（往管路４１から不凍液が入って来る入口部分）に１つ配置されるものとしたが、電気式冷却装置６０は、平面視において、当該上流側端部以外の部分にも別途配置されていてもよい。
【００９４】
また、本実施形態においては、電気式冷却装置６０は、伝熱板１４上に載置されるものとしたが、伝熱板１４の下方に配置されていてもよい。このとき、電気式冷却装置６０は、集熱部内管路１３を直接冷却するように配置されていてもよい。
【００９５】
また、本実施形態においては、電気式冷却装置６０としてペルチェ素子を用いるものとしたが、本発明に係る電気式冷却装置は、ペルチェ素子に限定されるものではなく、電気を駆動源とする種々の冷却装置を用いることができる。
【００９６】
また、本実施形態においては、ペルチェ素子は、平板状に形成されて伝熱板１４上に載置するものとしたが、チューブ状に形成されて集熱部内管路１３の外周面を覆うように配置されるものであってもよい。また、集熱部内管路１３の一部がペルチェ素子で構成されるものであってもよい。
【００９７】
また、本実施形態においては、蓄熱槽３１は、湯を蓄えるものとしたが、循環装置４０を循環する不凍液を蓄えるように構成されていてもよい。この場合、熱交換器３２は、蓄熱槽３１に蓄えられた不凍液と上水管路５１から供給される上水との間で熱交換するように配置される。
【００９８】
また、本実施形態においては、電気式冷却装置６０は、発電部１１により発電された電気により駆動するように構成されるものとしたが、外部電源（商用電源）により駆動するように構成されてもよい。
【００９９】
また、本実施形態においては、発電部１１の温度は、発電部温度センサ７２により検出されるものとしたが、発電部１１による発電量から推測されるものであってもよい。具体的には、電力センサ７３によって検出された発電量の移動平均を算出し、当該算出された移動平均に基づいて発電部１１の温度を推測するようにしてもよい。
【０１００】
また、本実施形態においては、制御装置７０は、ステップＳ１０１において、蓄熱槽３１に蓄えられている湯の温度が８０℃を超えているか否かを判定するものとしたが、判定の基準となる湯の温度は８０℃に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。ステップＳ１０３及びステップＳ１０７についても同様である。
【０１０１】
また、本実施形態においては、制御装置７０は、蓄熱槽３１に蓄えられている湯の温度が８０℃以下であると判定した場合、ステップＳ１１１に移行して循環ポンプ４３を駆動させるものとしたが、蓄熱槽３１に蓄えられている湯の温度が８０℃以下であり、且つ、発電部１１の温度が当該湯の温度よりも高いと判定した場合に、循環ポンプ４３を駆動させるものであってもよい。
【０１０２】
また、本実施形態においては、制御装置７０は、ステップＳ１０４において電気式冷却装置６０を駆動させた後、ステップＳ１０５において第一切換弁４５及び第二切換弁４６を切り換えるものとしたが、第一切換弁４５及び第二切換弁４６を切り換えた後、電気式冷却装置６０を駆動させてもよい。
【０１０３】
また、本実施形態においては、制御装置７０は、ステップＳ１０３において、発電部１１の温度が所定温度（７０℃）を超えていると判定した場合に、電気式冷却装置６０を駆動させるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。以下では、図１及び図７を参照して、本発明の第二実施形態に係るエネルギー利用システム１における、電気式冷却装置６０を駆動に関する制御の流れについて説明する。
【０１０４】
図７に示す第二実施形態に係るエネルギー利用システム１における制御の流れが、第一実施形態に係るエネルギー利用システム１における制御の流れ（図６参照）と異なる点は、ステップＳ１０３に代えてステップＳ２０１からステップＳ２０７までを行う点である。よって、以下では、第一実施形態と異なるステップ（ステップＳ２０１からステップＳ２０７）についてのみ説明する。
【０１０５】
ステップＳ２０１において、制御装置７０は、発電部温度センサ７２により検出された発電部１１の温度（Ｔ１℃）を取得する。制御装置７０は、当該ステップＳ２０１の処理を行った後、ステップＳ２０２に移行する。
【０１０６】
ステップＳ２０２において、制御装置７０は、発電部１１の温度（Ｔ１℃）が所定温度（例えば８０℃）を超えているか否かを判定する。なお、前記所定温度（８０℃）は、発電部１１の劣化や破壊を促すおそれがあると考えられる温度である。制御装置７０は、発電部１１の温度が８０℃を超えていると判定した場合、ステップＳ１０４に移行して電気式冷却装置６０を駆動させる。制御装置７０は、発電部１１の温度が８０℃以下であると判定した場合、ステップＳ２０３に移行する。
【０１０７】
ステップＳ２０３において、制御装置７０は、発電部１１の温度（Ｔ１℃）が所定温度（例えば７０℃）を超えているか否かを判定する。制御装置７０は、発電部１１の温度が７０℃を超えていると判定した場合、ステップＳ２０４に移行する。制御装置７０は、発電部１１の温度が７０℃以下であると判定した場合、ステップＳ１０１の処理を再度行う（図６参照）。
【０１０８】
ステップＳ２０４において、制御装置７０は、前記Ｔ１℃において発電部１１が発電可能な電力（の値）Ａを取得する。なお、前記電力Ａは、例えば、電力センサ７３によって検出された電力量と、当該検出時に発電部温度センサ７２によって検出された発電部１１の温度と、に関するデータを制御装置７０に蓄積しておくことにより、当該データから求めることができる。制御装置７０は、当該ステップＳ２０４の処理を行った後、ステップＳ２０５に移行する。
【０１０９】
ステップＳ２０５において、制御装置７０は、発電部１１が発電可能な最大電力（の値）Ｂを取得する。最大電力Ｂは、ステップＳ２０２と同様に、例えば、制御装置７０に蓄積されたデータから求めることができる。制御装置７０は、当該ステップＳ２０５の処理を行った後、ステップＳ２０６に移行する。
【０１１０】
ステップＳ２０６において、制御装置７０は、電気式冷却装置６０によって発電部１１を前記Ｔ１℃からＴ２℃まで冷却するのに要する単位時間当たりの電気使用量（電力Ｃ）を取得する。前記Ｔ２℃は、発電部１１が最大電力Ｂを出力できる最高温度である。換言すれば、前記Ｔ２℃は、温度上昇に伴って発電効率が下がり始める直前の発電部１１の温度である。前記電力Ｃは、電気式冷却装置６０の性能や実際のデータ等から求めることができる。制御装置７０は、当該ステップＳ２０６の処理を行った後、ステップＳ２０７に移行する。
【０１１１】
ステップＳ２０７において、制御装置７０は、前記最大電力Ｂと前記電力Ａとの差（Ｂ−Ａ）が、前記電力Ｃを上回っているか否かを判定する。制御装置７０は、前記最大電力Ｂと前記電力Ａとの差（Ｂ−Ａ）が前記電力Ｃを上回っていると判定した場合、ステップＳ１０４に移行して電気式冷却装置６０を駆動させる。制御装置７０は、前記最大電力Ｂと前記電力Ａとの差（Ｂ−Ａ）が前記電力Ｃ以下であると判定した場合、ステップＳ１０１の処理を再度行う（図６参照）。
【０１１２】
このように、制御装置７０は、冷却による発電部１１の発電量の増分が、電気式冷却装置６０の駆動に要する電気使用量を上回るときのみ電気式冷却装置６０を駆動させる。したがって、電気式冷却装置６０の駆動によって、逆にエネルギー利用システム１全体としての発電量が減ってしまうということが防止される。また、発電部１１が所定温度（例えば８０℃）を超えるときには、前記発電量の増分が前記電気使用量を上回るか否かに関わらず電気式冷却装置６０を駆動させるので、過度の昇温による発電部１１の劣化や破壊を防止することができる。
【０１１３】
以上の如く、第二実施形態においては、前記制御装置７０は、前記電気式冷却装置６０で前記不凍液を冷却することによる前記発電部１１の発電の増分と、前記電気式冷却装置６０の駆動に要する電気使用量とを比較し、前記発電の増分の方が前記電気式冷却装置６０の駆動に要する電気使用量よりも大きいと判断した場合に、前記電気式冷却装置６０を駆動させるものである。
このように構成することにより、発電量が多い状態とすることができる。
【０１１４】
以上、本発明の第二実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【０１１５】
例えば、第二実施形態においては、制御装置７０は、ステップＳ２０２において、発電部１１の温度が８０℃を超えているか否かを判定するものとしたが、判定の基準となる発電部１１の温度は８０℃に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。ステップＳ２０３についても同様である。
【０１１６】
また、本発明に係る電気式冷却装置６０の駆動に要する電気使用量には、発電部１１により発電された電気を使用する場合の電気使用量だけでなく、外部電源（商用電源）を使用する場合の電気使用量も含まれる。
【０１１７】
また、電力Ａ、最大電力Ｂ及び電力Ｃを求める手段は、前述のものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１１８】
１      エネルギー利用システム
１１    発電部
１２    集熱部
１３    集熱部内管路
１４    伝熱板
３０    蓄熱装置
４０    循環装置（熱伝達装置）
４１    往管路（第二管路）
４２    復管路（第一管路）
４３    循環ポンプ（ポンプ）
４４    バイパス管路
４５    第一切換弁（切換弁）
４６    第二切換弁（切換弁）
６０    電気式冷却装置
７０    制御装置
【図１】
2017058046.tif 000003
【図２】
2017058046.tif 000004
【図３】
2017058046.tif 000005
【図４】
2017058046.tif 000006
【図５】
2017058046.tif 000007
【図６】
2017058046.tif 000008
【図７】
2017058046.tif 000009