(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱により内部の熱媒体を加熱するための集熱パネルと、
水道水を蓄積しておくための貯湯タンクと、
前記集熱パネルで加熱された熱媒体により前記貯湯タンク内の水道水を加温するための熱交換器と、
熱媒体を前記集熱パネルと前記熱交換器との間で循環させるための循環ポンプと、
前記集熱パネル内の熱媒体の温度を検出するための第１の温度センサと、
前記貯湯タンク内に貯められた水道水の温度を検出するための第２の温度センサと、
前記第１及び第２の温度センサからの出力に基づいて、前記集熱パネル内の熱媒体の温度と前記貯湯タンク内の水道水の温度との温度差が所定の値以上になったとき、前記循環ポンプを作動させるための制御手段と、
太陽光を電気エネルギーに変換するための太陽電池と、
商用交流電源からの電力を所定電圧の直流電力に変換するためのＡＣ−ＤＣコンバータと、
前記太陽電池及び／又は前記ＡＣ−ＤＣコンバータからの電力を蓄えて前記循環ポンプに供給するためのバッファ用のコンデンサと、
前記コンデンサの両端電圧を検出するための電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出された前記コンデンサの両端電圧が所定の値よりも高いときは前記ＡＣ−ＤＣコンバータからの電力を前記コンデンサに供給しないようにし、前記電圧検出手段で検出された前記コンデンサの両端電圧が所定の値よりも低いときは前記ＡＣ−ＤＣコンバータからの電力を前記コンデンサに供給するようにするためのスイッチ手段と、
を備えていることを特徴とするソーラーシステム。
【請求項２】
太陽熱により内部の熱媒体を加熱するための集熱パネルと、
水道水を蓄積しておくための貯湯タンクと、
前記集熱パネルで加熱された熱媒体により前記貯湯タンク内の水道水を加温するための熱交換器と、
熱媒体を前記集熱パネルと前記貯湯タンクとの間で循環させるための循環ポンプと、
前記集熱パネル内の熱媒体の温度を検出するための第１の温度センサと、
前記貯湯タンク内の水道水の温度を検出するための第２の温度センサと、
前記第１及び第２の温度センサからの出力に基づいて、前記集熱パネル内の熱媒体の温度と前記貯湯タンク内の水道水の温度との温度差が所定の値以上になったとき、前記循環ポンプを作動させるための制御手段と、
太陽光を電気エネルギーに変換するための太陽電池と、
前記太陽電池からの直流電力を所定電圧の直流電力に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータと、
商用交流電源からの交流電力を「前記ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電力の電圧よりも低い電圧である所定電圧の直流電力」に変換するためのＡＣ−ＤＣコンバータと、
前記太陽電池及び／又は前記ＡＣ−ＤＣコンバータからの電力を蓄えて前記循環ポンプに供給するためのバッファ用のコンデンサと、
を備えていることを特徴とするソーラーシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅の屋根などに設置された集熱パネルで加熱された熱媒体を利用して水道水を加温するためのソーラーシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、住宅の屋根などに集熱パネルを設置しておき、この集熱パネル内の熱媒体（不凍液など）を太陽光からの熱で加熱し、この加熱された熱媒体をポンプにより熱交換用の貯湯タンクに供給して水道水を加温し、熱交換に使用した熱媒体は前記ポンプにより再び前記集熱パネルに戻すようにしたソーラーシステムが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなソーラーシステムの中には、前記ポンプの電気代の低減などの目的から、前記ポンプの駆動電源として太陽電池を使用しているものがある。このような太陽電池を備えたソーラーシステムにおいては、昼間の晴天時などの太陽光が十分に照射されている場合は、集熱パネルが太陽熱を集熱して熱媒体を加熱すると共に、前記ポンプが前記太陽電池からの十分な電力により前記熱媒体を熱交換器に供給することができる。他方、曇天や雨天の場合は、太陽電池からは十分な電力が出力されないため前記ポンプは駆動できないが、この場合は前記集熱パネルによる太陽熱の集熱すなわち熱媒体の加熱も十分に行われないので、前記ポンプによる熱媒体の熱交換器への供給は必要ない。すなわち、通常の曇天や雨天の場合は、太陽電池からは十分な電力が出力されないために前記ポンプを駆動することができなくても、特に問題はない。
【０００４】
しかしながら、日中の薄曇や晴天時の一時的な曇りなどの場合は、前記集熱パネルによる熱媒体の加熱は十分に行われているが、太陽電池の発電は十分に行われないということになる。すなわち、日中の薄曇や晴天時の一時的な曇りなどの場合は、前記集熱パネルによる熱媒体の加熱は十分に行われているにも拘わらず、太陽電池からは前記ポンプを駆動するだけの電力が供給されず循環ポンプが停止してしまうため、熱交換用の熱媒体が熱交換器と集熱パネルとの間で循環されず、集熱パネルによる熱媒体の加熱作用が無駄になってしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明はこのような従来技術の問題点に着目してなされたものであって、日中の薄曇や晴天時の一時的な曇りなどのように、太陽電池からは十分な電力が供給されないが集熱パネルによる熱媒体の加熱は十分に行われているような場合には、循環ポンプを駆動して熱交換用の熱媒体を熱交換器と集熱パネルとの間で循環させるようにして、「集熱パネルによる熱媒体の加熱は十分に行われているのに太陽電池からの電力が十分でないために、集熱パネルによる熱媒体の加熱作用が無駄になってしまうこと」を有効に防止することができるソーラーシステムを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術の課題を解決するための本発明によるソーラーシステムは、太陽熱により内部の不凍液などの熱媒体を加熱するための集熱パネルと、水道水を蓄積しておくための貯湯タンクと、前記集熱パネルで加熱された熱媒体により前記貯湯タンク内の水道水を加温するための熱交換器と、熱媒体を前記集熱パネルと前記熱交換器との間で循環させるための循環ポンプと、前記集熱パネル内の熱媒体の温度を検出するための第１の温度センサと、前記貯湯タンク内に貯められた水道水の温度を検出するための第２の温度センサと、前記第１及び第２の温度センサからの出力に基づいて、前記集熱パネル内の熱媒体の温度と前記貯湯タンク内の水道水の温度との温度差が所定の値以上になったとき、前記循環ポンプを作動させるための制御手段と、太陽光を電気エネルギーに変換するための太陽電池と、商用交流電源からの電力を所定電圧の直流電力に変換するためのＡＣ−ＤＣコンバータと、前記太陽電池及び／又は前記ＡＣ−ＤＣコンバータからの電力を蓄えて前記循環ポンプに供給するためのバッファ用のコンデンサと、前記コンデンサの両端電圧を検出するための電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出された前記コンデンサの両端電圧が所定の値よりも高いときは前記ＡＣ−ＤＣコンバータからの電力が前記コンデンサに供給されないようにし、前記電圧検出手段で検出された前記コンデンサの両端電圧が所定の値よりも低いときは前記ＡＣ−ＤＣコンバータからの電力が前記コンデンサに供給されるようにして太陽電池の出力を補い、前記循環ポンプに常に一定電圧を供給するためのスイッチ手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明のソーラーシステムは、太陽熱により内部の熱媒体を加熱するための集熱パネルと、水道水を蓄積しておくための貯湯タンクと、前記集熱パネルで加熱された熱媒体により前記貯湯タンク内の水道水を加温するための熱交換器と、熱媒体を前記集熱パネルと前記貯湯タンクとの間で循環させるための循環ポンプと、前記集熱パネル内の熱媒体の温度を検出するための第１の温度センサと、前記貯湯タンク内の水道水の温度を検出するための第２の温度センサと、前記第１及び第２の温度センサからの出力に基づいて、前記集熱パネル内の熱媒体の温度と前記貯湯タンク内の水道水の温度との温度差が所定の値以上になったとき、前記循環ポンプを作動させるための制御手段と、太陽光を電気エネルギーに変換するための太陽電池と、前記太陽電池からの直流電力を所定電圧の直流電力に変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータと、商用交流電源からの電力を「前記ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電力の電圧よりも低い電圧である所定電圧の直流電力」に変換するためのＡＣ−ＤＣコンバータと、前記太陽電池及び／又は前記ＡＣ−ＤＣコンバータからの電力を蓄えて前記循環ポンプに供給するためのバッファ用のコンデンサと、を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）  図１は本発明の実施形態１によるソーラーシステムの全体構成を示す概略図である。図１において、１は住宅などの建物の給湯に使用するための水道水を取り込むための給水口、２は前記給水口１から取り込まれた水道水を貯めておくための貯湯タンク、３は住宅などの建物の屋根に取り付けられその内部に収容した不凍液などの熱媒体を太陽熱で加熱するための集熱パネル、４は前記集熱パネル３で加熱された熱媒体を前記貯湯タンク２内に備えられた熱交換器５に供給するための送り配管、６は前記熱交換器５で使用された熱媒体を前記集熱パネル３に戻すための戻し配管、７は前記戻し配管６の途中に備えられた熱媒体を蓄積しておくための膨張タンク、８は前記熱媒体を前記集熱パネル３と熱交換器５との間で前記送り配管４及び戻し配管６を介して循環させるための循環ポンプ、である。
【０００９】
また、図１において、１１は前記集熱パネル３内の熱媒体の温度を検出するための温度センサ、１２は前記貯湯タンク２内の高位置にある水道水の温度を検出するための温度センサ、１３は前記貯湯タンク２内の中位置にある水道水の温度を検出するための温度センサ、１４は前記貯湯タンク２内の低位置にある水道水の温度を検出するための温度センサ、１５は前記貯湯タンク２に備えられ熱膨張した水道水を貯湯タンク２の外へ逃がすための逃がし弁、１６は前記貯湯タンク２に備えられ風呂や炊事場などに前記熱交換器５で加温された水道水を供給するための出湯口、である。
【００１０】
また、図１において、２１は前記循環ポンプ８を制御するためのマイクロコンピュータを備えた制御盤、２２は建物の屋根に取り付けられ前記循環ポンプ８の駆動用電力を供給するための太陽電池、２３は前記循環ポンプ８の駆動用電力を供給するための商用交流電源（商用交流電源用プラグ）、２４はユーザーが前記制御盤２１を介して前記循環ポンプ８を含むソーラーシステムを制御するためのリモートコントローラ（リモコン）、である。このリモコン２４では、前記太陽電池２２の出力など現在のソーラーシステムの動作状態を小型表示画面で表示できるようになっている。また、本実施形態１では、前記の各温度センサ１１，１２，１３，１４からの出力は、前記制御盤２１のマイクロコンピュータに入力されるようになっている。
【００１１】
詳しくは後述するが、本実施形態１では、前記制御盤２１により、前記集熱パネル３により熱媒体が十分に加熱されている場合だけ、すなわち、前記集熱パネル３内の熱媒体の温度と前記貯湯タンク２内の水道水の温度とを比較して得られる差温が所定の値（例えば、７℃）よりも大きい場合だけ、前記循環ポンプ８を駆動して、前記集熱パネル３内の熱媒体を前記熱交換器５に供給するようにしている。
【００１２】
また、詳しくは後述するが、本実施形態１では、前記制御盤２１により、太陽光が十分に照射しており前記太陽電池２２から電力が十分に供給されているときは、前記太陽電池２２からの電力のみで前記循環ポンプ８を駆動するようにし、一時的な曇や薄曇などのような場合で前記太陽電池２２から出力される電力が弱いために前記太陽電池２２からの電力だけでは前記循環ポンプ８を駆動できないときは、前記太陽電池２２からの電力の不足分を前記商用交流電源２３からの電力で補充するようにしている。
【００１３】
次に、ユーザーが前記リモコン２４でソーラーシステムの運転スイッチをＯＮした場合の本実施形態１の動作を、図２のフローチャートを参照して説明する。この場合は、まず、制御盤２１内のマイクロコンピュータは、前記温度センサ１１からの前記集熱パネル３内の熱媒体の温度と前記温度センサ１４からの前記貯湯タンク２内の低位置の水道水の温度とを比較し、その差温が例えば７℃以上かどうかを判定し（ステップＳ１）、ＹＥＳであれば、ステップＳ２に進み、前記循環ポンプ８をＯＮして駆動させる。また、この判定がＮＯのときは、前記循環ポンプ８はＯＦＦのままに保持する。
【００１４】
次に、前記ステップＳ２で前記循環ポンプ８がＯＮされた後の本実施形態１の動作を説明する。このとき、前記太陽電池２２からの出力が前記循環ポンプ８を駆動させるために十分なものであるときは（ステップＳ３）、前記太陽電池２２からの出力のみで前記循環ポンプ８が駆動される（ステップＳ４）。また、前記太陽電池２２からの出力が前記循環ポンプ８を駆動させるために十分ではないときは（ステップＳ３）、前記商用交流電源２３からの電力で前記太陽電池２２からの電力の不足分が補充されて前記循環ポンプ８が駆動される。
【００１５】
その後、前記制御盤２１内のマイクロコンピュータが、前記温度センサ１１からの前記集熱パネル３内の熱媒体の温度と前記温度センサ１４からの前記貯湯タンク２内の低位置の水道水の温度とを比較し、その差温が例えば４℃以下かどうかを判定し（ステップＳ６）、ＹＥＳであれば、ステップＳ７に進み、前記循環ポンプ８をＯＦＦにして停止させる。また、この判定がＮＯのときは、前記循環ポンプ８をＯＮのままに保持する（前記ステップＳ３の戻る）。
【００１６】
次に、図２で説明した前記ステップＳ３，Ｓ４，及びＳ５の動作を実現するための本実施形態１の電気的な回路構成を、図３に基づいて説明する。図３において、３０は前記循環ポンプ８用のモータ、２２は前記モータ３０の駆動用電力を供給するための太陽電池、３２は逆流防止用ダイオード、３３は前記太陽電池２２からの電力を蓄えて前記モータ３０に供給するためのバッファ用（平滑用）のコンデンサ、３４は前記制御盤２１に内蔵されており前記温度センサ１１及び１４などからの出力が入力されるマイクロコンピュータ、３５は前記マイクロコンピュータ３４からの制御信号（ベース電流）に基づいてスイッチング作用を行うためのトランジスタ、である。
【００１７】
本実施形態１では、図２について前述したように、前記マイクロコンピュータ３４は、前記温度センサ１１及び１４からそれぞれ入力される検出温度を比較して、その差温が例えば７℃以上のときは前記トランジスタ３５をＯＮして前記の循環ポンプ８用モータ３０を駆動させ（図２のステップＳ１，Ｓ２参照）、その差温が例えば４℃以下のときは前記トランジスタ３５をＯＦＦにして前記の循環ポンプ８用モータ３０を停止させるようにしている（図２のステップＳ６，Ｓ７参照）。
【００１８】
また、図３において、２３は商用交流電源、３７は前記商用交流電源２３からの交流電力を所定電圧の直流電力に変換するためのＡＣ−ＤＣコンバータ、３８は前記バッファ用コンデンサ３３の両端電圧を検出して前記マイクロコンピュータ３４に入力するための電圧検出器、３９は前記マイクロコンピュータ３４に所定の基準電圧を入力するための基準電圧源、４０は前記マイクロコンピュータ３４からの制御信号（ベース電流）に基づいてスイッチング作用を行うためのトランジスタ、である。詳しくは後述するが、本実施形態１において、前記マイクロコンピュータ３４は、前記電圧検出器３８からの検出電圧と前記基準電圧源３９からの基準電圧とを比較して、前記検出電圧が前記基準電圧よりも低い場合だけ、制御信号を出力して、前記トランジスタ４０をＯＮするようにしている。
【００１９】
次に、図３の回路の動作を説明する。晴れの日中など太陽光が十分に照射されているために太陽電池２２から十分な電力が出力されているときは、前記太陽電池２２からの電力は前記のバッファ用コンデンサ３３に蓄えられ前記コンデンサ３３からモータ駆動用の電力が安定的に前記モータ３０に供給される。この場合、前記電圧検出器３８で検出される前記バッファ用コンデンサ３３の両端電圧は、前記基準電圧源３９からの基準電圧よりも高い状態を保つため、前記マイクロコンピュータ３４は、前記トランジスタ４０をＯＦＦの状態に保ち、商用交流電源２３からの電力は前記モータ３０に供給されないようにする。
【００２０】
他方、日中でも薄曇や一時的な曇などで太陽電池２２から十分な電力が出力されなくなったとき（しかし、集熱パネル３による熱媒体の加熱は十分に行われているとき）は、前記太陽電池２２からの電力が不足して、その電力だけでは前記モータ３０を駆動することができなくなる。この場合は、前記電圧検出器３８で検出される前記バッファ用コンデンサ３３の両端電圧が低下してしまい、前記バッファ用コンデンサ３３の両端電圧が前記基準電圧源３９からの基準電圧よりも低くなるため、前記マイクロコンピュータ３４は、前記トランジスタ４０にベース電流を流して前記トランジスタ４０をＯＮする。これにより、前記商用交流電源２３からの電力は前記トランジスタ４０を介して前記バッファ用コンデンサ３３に蓄えられながら前記モータ３０に供給される（これにより、前記太陽電池２２からの電力の不足分だけが、前記商用交流電源２３からの電力で補充されて、前記モータ３０に供給されるようになる）。
【００２１】
その後、前記の薄曇や一時的な曇から再び晴天になって太陽電池２２から十分な電力が出力されるようになると、前記太陽電池２２からの電力が前記バッファ用コンデンサ３３に蓄えられ、前記バッファ用コンデンサ３３の両端電圧が前記基準電圧よりも高くなるので、前記マイクロコンピュータ３４は、前記トランジスタ４０をＯＦＦして、前記商用交流電源２３からの電力の前記モータ３０への供給をストップさせる。
【００２２】
（実施形態２）  次に本発明の実施形態２のソーラーシステムを図４に基づいて説明する。図４は実施形態１について前述した図２のステップＳ３，Ｓ４，及びＳ５の動作を実現するための他の電気回路の例を示すものである。この図４に示す回路の部分を除けば、本実施形態２の構成は実施形態１と同様である。
【００２３】
本実施形態２においては、図４に示すように、太陽電池２２の出力側にＤＣ−ＤＣコンバータ４１が備えられている。このＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、太陽電池２２からの電力を所定の電圧（例えば、１２Ｖの一定電圧）に変換して出力するようにしている。また、前記商用交流電源２３に接続されているＡＣ−ＤＣコンバータ３７は、前記商用交流電源２３からの交流電力を、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４１からの出力電圧（１２Ｖ）よりも低い電圧である所定の電圧（例えば、１１．５Ｖの電圧）の直流電力に変換して出力するようにしている。なお、図４において、図３と共通の符号を付しているものは、図３で説明した内容とほぼ同様であるので、詳細な説明を省略する。また、図４において、４２は３２と同様の電流の逆流防止用ダイオードである。また、図４において、４３は前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４１からの変換ノイズを吸収するための平滑コンデンサ、４４は前記ＡＣ−ＤＣコンバータ３７からの変換ノイズを吸収するための平滑コンデンサ、である。
【００２４】
次に、本実施形態２の動作を図４に基づいて説明する。晴れの日中など太陽光が十分に照射されているために太陽電池２２から十分な電力が出力されているときは、前記太陽電池２２からの電力は前記のバッファ用コンデンサ３３に蓄えられ、前記バッファ用コンデンサ３３からモータ駆動用電力が安定的に前記モータ３０に供給される。この場合、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４１からの直流電力の電圧は、前記ＡＣ−ＤＣコンバータ３７からの直流電力の電圧（１１．５Ｖ一定）よりも高い１２Ｖの一定電圧に保たれる（したがって前記バッファ用コンデンサ３３の両端電圧も１２Ｖに一定に保たれる）ので、前記ＡＣ−ＤＣコンバータ３７からの電力が前記モータ３０側に供給されることはない。
【００２５】
他方、日中でも薄曇や一時的な曇などで太陽電池２２から十分な電力が出力されなくなったとき（しかし、集熱パネル３による熱媒体の加熱は十分に行われているとき）は、前記太陽電池２２からの電力が不足して、その電力だけでは前記モータ３０を駆動することができなくなる。この場合は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４１からの電力の電圧が降下してしまい、例えば１１．５Ｖよりも低くなってしまう（したがって、前記バッファ用コンデンサ３３の両端電圧も、この１１．５Ｖよりも低下してしまう）。すると、この場合は、前記ＡＣ−ＤＣコンバータ３７からの１１．５Ｖの電圧の直流電力（前記商用交流電源２３からの交流電力が変換されたもの）が、前記バッファ用コンデンサ３３に供給され、このバッファ用コンデンサ３３に蓄えられながら前記モータ３０に供給される（これにより、前記太陽電池２２からの電力の不足分だけが、前記商用交流電源２３からの電力で補充されて前記モータ３０に供給されるようになる）。
【００２６】
その後、前記の薄曇や一時的な曇から再び晴天になって太陽電池２２から十分な電力が出力されるようになると、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４１からの電力の電圧が再び１２Ｖとなり、前記バッファ用コンデンサ３３の両端電圧も１２Ｖとなるので、前記ＡＣ−ＤＣコンバータ３７からの電力（１１．５Ｖ一定）は前記バッファ用コンデンサ３３に供給されないようになる（すなわち、前記商用交流電源２３からの電力は前記モータ３０に供給されないようになる）。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のソーラーシステムによれば、太陽光が十分に照射しており太陽電池から十分な電力が供給されているときは、太陽電池からの電力だけで循環ポンプを駆動すると共に、日中の薄曇や晴天時の一時的な曇りなどのように前記太陽電池からの電力だけでは循環ポンプを駆動することができないとき（しかし、集熱パネルによる熱媒体の加熱は十分に行われているとき）は、その不足分の電力だけを商用交流電源からの電力で補充して循環ポンプを駆動するようにしている。したがって、本発明によれば、日中の薄曇や晴天時の一時的な曇りなどのように、太陽電池からは十分な電力が供給されないが前記集熱パネルによる熱媒体の加熱は十分に行われているような場合には、商用交流電源からの電力を補充的に循環ポンプに供給し、循環ポンプを駆動して熱交換用の熱媒体を熱交換器と集熱パネルとの間で循環させるようにしているので、「集熱パネルによる熱媒体の加熱作用は十分に行われているのに太陽電池からの電力が十分でないために、集熱パネルによる熱媒体の加熱作用が無駄になってしまうこと」を有効に防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１によるソーラーシステムの全体構成を示す概略図である。
【図２】  本実施形態１による動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】  本実施形態１において太陽電池からの電力と商用交流電源からの電力との使い分けの動作を行うための電気的構成を示す回路図である。
【図４】  本発明の実施形態２において太陽電池からの電力と商用交流電源からの電力との使い分けの動作を行うための電気的構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  給水口
２  貯湯タンク
３  集熱パネル
４  送り配管
５  熱交換器
６  戻し配管
７  膨張タンク
８  循環ポンプ
１１，１２，１３，１４  温度センサ
１５  逃がし弁
１６  出湯口
２１  制御盤
２２  太陽電池
２３  商用交流電源
２４  リモートコントローラ
３０  循環ポンプ用モータ
３３  バッファ用コンデンサ
３４  マイクロコンピュータ
３５，４０  トランジスタ
３７  ＡＣ−ＤＣコンバータ
３８  電圧検出器
３９  基準電圧源
４１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003812821.tif 000005