(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電セル、および該発電セルに太陽光を集光する集光手段からなる太陽光発電装置と、
前記発電セルを冷却する第１の冷却手段と、
燃料を使用するエンジンで駆動される燃料発電装置と、
前記エンジンを冷却水で冷却する第２の冷却手段と、
前記第１の冷却手段で前記発電セルから回収された熱量および前記第２の冷却手段で前記エンジンから回収された熱量を熱源として利用する排熱利用機器と、
前記第２の冷却手段から排出された冷却水を前記エンジンの排気で加熱する排気加熱手段と、
前記排気加熱手段で加熱された冷却水を前記排熱利用機器に導入する配管と、
前記太陽光発電装置および燃料発電装置による総発電電力量を監視する電力監視手段と、
前記総発電電力量が予定の目標値に一致するように前記燃料発電装置を運転する制御装置とを具備したことを特徴とするエネルギ供給システム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記総発電電力量が予定の目標値に一致するように前記燃料発電装置を運転することにより、太陽光発電装置で発電された電力値の変動を補償するように構成されたことを特徴とする請求項１記載のエネルギ供給システム。
【請求項３】
発電セル、および該発電セルに太陽光を集光する集光手段からなる太陽光発電装置と、
前記発電セルを冷却する第１の冷却手段と、
燃料を使用するエンジンで駆動される燃料発電装置と、
前記エンジンを冷却水で冷却する第２の冷却手段と、
前記第１の冷却手段で前記発電セルから回収された熱量および前記第２の冷却手段で前記エンジンから回収された熱量を熱源として利用する排熱利用機器と、
前記第２の冷却手段から排出された冷却水を前記エンジンの排気で加熱する排気加熱手段と、
前記排気加熱手段で加熱された冷却水を前記排熱利用機器に導入する配管と、
前記太陽光発電装置で発電された電力の変動を監視する太陽光発電電力監視手段と、
前記太陽光発電装置で発電された電力の変動相当分だけ発電電力を増減させるように前記燃料発電装置を運転する制御装置とを具備したことを特徴とするエネルギ供給システム。
【請求項４】
前記燃料発電装置で発電された電力の値を監視する燃料発電電力監視手段を具備し、
前記制御装置が、前記燃料発電装置で発電された電力の値を予定の目標値に一致させるように該燃料発電装置を運転するように構成されているとともに、前記太陽光発電装置で発電された電力の変動相当分だけ前記目標値を変化させる目標値設定手段を含んでいることを特徴とする請求項３記載のエネルギ供給システム。
【請求項５】
前記第１の冷却手段が、発電セルを冷却水で冷却するように構成されていると共に、
該第１の冷却手段から排出された冷却水を太陽光の集光によって加熱する集光加熱手段と、
前記集光加熱手段で加熱された冷却水を前記排熱利用機器に導入する配管とを具備したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のエネルギ供給システム。
【請求項６】
前記排熱利用機器が、吸収式エアコンであり、吸収液の加熱再生のために前記冷却水を前記吸収液の再生器へ導入するように構成したことを特徴とする請求項５記載のエネルギ供給システム。
【請求項７】
前記太陽光発電装置およびエンジン発電装置の発電電力を前記排熱利用機器の電気エネルギとして利用するように構成したことを特徴とする請求項５または６記載のエネルギ供給システム。
【請求項８】
前記再生器の駆動温度を低下させるため、前記再生器の圧力を低下させるコンプレッサを具備したことを特徴とする請求項６または７記載のエネルギ供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽エネルギを利用するエネルギ供給システムに関し、特に、種類が異なる複数のエネルギ発生装置で得られるエネルギをエネルギ利用機器へ安定供給するのに適したエネルギ供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
化石燃料を使用した内燃機関で発電を行うとともに、この内燃機関で発生した熱を熱交換器で回収してエネルギとして利用する熱併給発電システム（コージェネレーションシステム）が知られている。
【０００３】
また近年では太陽エネルギの利用もさかんに検討されており、例えば、特開平８−１８６９３５号公報では、コージェネレーションシステムに太陽光発電および商用電源を組合わせた電力供給システムが提案されている。この電力供給システムによれば、需要に見合った電力を最適な電力源からバランス良く供給できるとともに、電力発生量が天候に左右されやすいという太陽光発電の欠点を補うことも期待される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記太陽光発電装置に着目すると、特に太陽光を発電セルに集光して発電電力を取出す発電装置の場合、発電セルの発熱量が大きいため、この熱をエネルギとして利用することが考えられる。しかし、この発電セルの発熱量も、天候に左右されやすい電力発生量と一緒に変化するため、化石燃料を使用する発電装置のように安定した量の排熱を取出すことが困難であるという問題点がある。
【０００５】
太陽光発電の排熱を利用した太陽電池コージェネレーションシステムとしては、特開平５−３３２６３６号にその一例が提案されている。しかし、この太陽電池コージェネレーションシステムでは排熱を回収した後の冷却水温度があまり高くないため、これを断熱圧縮して温度を上げた後利用する必要があることから、システムの複雑化を招くといった問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消し、太陽エネルギを利用するエネルギ供給システムにおいて、天候に左右されずに安定したエネルギを供給できるようにするとともに、システムの簡素化を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、目的を達成するための本発明は、発電セル、および該発電セルに太陽光を集光する集光手段からなる太陽光発電装置と、前記発電セルを冷却する第１の冷却手段と、燃料を使用するエンジンで駆動される燃料発電装置と、前記エンジンを冷却する第２の冷却手段と、前記第１の冷却手段で前記発電セルから回収された熱量および前記第２の冷却手段で前記エンジンから回収された熱量を熱源として利用する排熱利用機器と、前記太陽光発電装置および燃料発電装置による総発電電力量を監視する電力監視手段と、前記総発電電力量が予定の目標値に一致するように前記燃料発電装置を運転する制御装置とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００８】
この第１の特徴によれば、前記太陽光発電装置および燃料発電装置で発生した熱量が排熱利用機器の熱源として利用される。そして、該両方の発電装置による総発電電力量が安定するように燃料発電装置が運転されるので、例えば太陽光発電装置の発電電力が天候の具合で低下したときに燃料発電装置は発電電力を増大させるように運転される。燃料発電装置の発電電力が増大すれば、該燃料発電装置のエンジンの冷却水から得られる熱量が増大し、結果的に、システム全体として、発電電力が安定するだけでなく、排熱利用機器に供給される熱量も安定する。
【０００９】
また、本発明は、前記第１および第２の冷却手段が冷却水で発電セルまたはエンジンを冷却するものであり、かつ前記冷却水をさらに加温するための集光加熱手段または／および排気加熱手段を具備した点に第２の特徴がある。この第２の特徴によれば、冷却水を加温でき、より高い温度の熱源を提供することができる。
【００１０】
また、本発明は、排熱利用機器として吸収式エアコンを有し、該吸収式エアコンの吸収液の加熱再生のための熱源として前記冷却水を利用できるようにした点に第３の特徴があり、太陽光発電装置およびエンジン発電装置の発電電力を前記排熱利用機器の電気エネルギとして利用するように構成した点に第４の特徴がある。この第３および第４の特徴によれば吸収式エアコンの電気エネルギおよび熱エネルギの双方を太陽光発電装置およびエンジン発電装置から得ることができる。
【００１１】
特に、冷房については、太陽光の照射量が大きく冷房需要の大きいときに、発電セルの排熱をさらにその照射量の大きな太陽光の集光加熱によって昇温調節して吸収式エアコンの駆動エネルギとして供給することができるため、効率よい冷房運転がおこなえる。
【００１２】
また、本発明は、前記吸収液の加熱再生のための再生器の圧力を低下させて運転温度を低下させられるようにした点に第５の特徴がある。第５の特徴によれば、再生器の運転温度を低下させられるので、太陽光発電装置およびエンジン発電装置の冷却手段の冷却水から得られるエネルギによって、前記吸収液を再生させるために十分な温度で再生器を駆動することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るエネルギ供給システムの構成図である。同図に示すように、該エネルギ供給システムは、太陽光コージェネレーションシステム（以下、「太陽光コージェネ」という）１とエンジン発電コージェネレーションシステム（以下、「エンジンコージェネ」という）２とを含んでいる。太陽光コージェネ１とエンジンコージェネ２の詳細な構成は後述する。太陽光コージェネ１とエンジンコージェネ２で得られた熱水は、排熱利用機器３に供給される。以下の説明では、排熱利用機器３の例として吸収式冷凍機（エアコン）を想定する。前記熱水は吸収式エアコン３で使用されて温度が低下し、再び太陽光コージェネ１およびエンジンコージェネ２に循環される。吸収式エアコンについても詳細は後述する。
【００１４】
一方、太陽光コージェネ１とエンジンコージェネ２とで発生した直流電力はインバータ４で交流に変換されて電力利用機器５に供給される。電力利用機器５としては電灯や前記エアコン等、一般家庭用電器機器が想定される。インバータ４の出力側には電力計６が設けられている。電力監視装置７は電力計６の出力を、予め設定した目標値と比較して、偏差を出力する。電力監視装置７の出力はエンジンコージェネ２の出力を制御するため、該エンジンコージェネ２に設けられている後述の燃料噴射装置（一般にはスロットル弁調整をも含む燃料制御装置）に供給される。該電力監視装置７はマイコンによって構成することができる。
【００１５】
次に、上記エネルギ供給システムをさらに詳細に説明する。図２は図１に示したシステムの詳細構成図である。同図において、太陽光コージェネ１には発電セル８が設けられ、該発電セル８は内部に冷却水が通される冷却管９の上に装着される。フレネルレンズ１０は太陽光を発電セル８に集光する。フレネルレンズ１０は例えば２５０倍集光のものを使用する。太陽光を正確に発電セル８上の所定位置に集光できるようにフレネルレンズ１０と発電セル８とは一体型とするのが望ましい。フレネルレンズ１０と発電セル８とを一体型とした光発電装置の一例が米国特許５，４９８，２９７号に記載されており、本実施形態では、この光発電装置のうち冷却フィンを取り除いたものを使用できる。
【００１６】
発電セル８は集光により高温になるので、冷却管９に導入される循環冷却水（以下、「冷却水」という）で冷却する。冷却水は配管１１によって送り込まれ、入口９ａから冷却管９に導入される。発電セル８から熱を吸収した冷却水は温水となって出口９ｂから排出される。出口９ｂから出た温水はさらに配管１２を通じて加温部に給送されて温度が上げられる。加温部は、加温セルすなわち第２の冷却管１３と該第２の冷却管１３に太陽光を集光するフレネルレンズ１４からなる。このフレネルレンズ１４も例えば２５０倍集光のものを使用する。第２の冷却管１３の入口１３ａから導入された温水は出口１３ｂから熱水となって排出される。
【００１７】
一方、エンジンコージェネ２はエンジン１５および該エンジン１５で駆動される発電機１６、ならびにエンジン１５のマフラー１７を含んでいる。エンジン１５には燃料タンク（図示せず）から供給される燃料をエンジン１５内に噴射する燃料噴射弁１８および該燃料噴射弁１８の開弁デューティを指示する開弁制御装置（図示せず）が設けられる。エンジン１５の種類は特に限定されないが、ＬＰＧやＬＮＧ等のガス燃料を使用するものが望ましい。また、燃料噴射弁による燃料制御のほか、キャブレター方式のエンジンであってもよい。
【００１８】
エンジン１５には冷却のためのウォータジャケット（図示せず）が設けられており、このウォータジャケットには冷却水が導入され、エンジン１５の熱を吸収して温水となって排出される。エンジン１５の排気はマフラー１７を通して外気に排出される。前記エンジン１５のウォータジャケットから排出された温水は配管１９を通じてマフラー１７内に案内される。そして、該温水はマフラー１７内で排気によって加温され、熱水となる。熱水は配管２０を通じてマフラー１７から排出され、前記第２の冷却管１３から配管２１を通じて排出される熱水と合流される。
【００１９】
前記太陽光コージェネ１およびエンジンコージェネ２で発生し、配管２０，２１によって給送された熱水は、さらに合流配管２２に合流して吸収式エアコン３の冷媒を再生する再生器２３に導入される。吸収式エアコン３では、冷媒から冷媒蒸気が発生して該冷媒の温度が低下するとともに、冷媒蒸気を吸収した吸収液の温度が上昇する。そして、これら吸収液や冷媒を冷却水と熱交換して所望の空調用冷風や温風を得るようにしている。
【００２０】
前記吸収液は冷媒蒸気を吸収することによって濃度が低下し、吸収能力が低下するので、この吸収液濃度を回復するため、吸収液から冷媒を分離するために前記再生器２３が設けられる。再生器２３には管路２４を通じて希釈された吸収液（希液）が給送される。前記熱水を再生器２３に導入することによって前記吸収液が加熱され、吸収液から冷媒蒸気が加熱分離される。冷媒が分離されて濃度が回復した吸収液および分離された冷媒は管路２５，２６を通じて吸収式エアコン３にそれぞれ回収されて再び吸収サイクルに使用される。なお、前記太陽光コージェネ１およびエンジンコージェネ２によって発生した熱で加熱された熱水のみで再生器２３に必要な熱量を得ることが十分でない場合にはバーナ（図示せず）を併用することができる。また、このバーナに代えて、前記太陽光コージェネ１やエンジンコージェネ２で発電した電力を利用できるヒータを用いてもよい。
【００２１】
前記管路２６の途中には図示しない凝縮器が設けられ、再生器２３で加熱された吸収液から発生した冷媒蒸気を凝縮する。再生器２３の圧力を低下させるため、該凝縮器と再生器２３との間にコンプレッサ２７を設けている。吸収液としてＤＭＩ誘導体（ジメチルイミダゾリジノン）を使用し、冷媒としてＴＦＥ（トリフルオロエタノール）を使用する組合わせでは、再生器２３での運転温度は例えば１３５度Ｃである。したがって、再生器２３に導入される熱水の温度がこれより低い場合は、冷媒はその気化温度に達しない。そこで、コンプレッサ２７を運転して再生器２３の圧力を低下させ、冷媒の気化温度を低下させる。該コンプレッサ２７は、再生器２３に導入される熱水の温度に従い、該熱水温度が１３５度Ｃより低い場合にのみ運転するようにできる。前記太陽光コージェネ１やエンジンコージェネ２で発電された電気は吸収式エアコン３の動力や前記ヒータ用として使用することができるが、その他の電灯や電気利用機器に配電してもよい。
【００２２】
続いて、前記電力監視装置７および開弁制御装置について説明する。図３は電力監視装置７および開弁制御装置の要部機能を示すブロック図である。電力計６は前記インバータ４で交流に変換された電力を測定する。電力計６で検出された電力値は電力監視装置７の比較部２８に入力される。比較部２８では、目標値設定部２９に設定された目標値と前記電力値とが比較され、目標値に対する偏差を示す差信号が出力される。この差信号は、開弁制御装置３０のデューティ設定部３１に供給される。デューティ設定部３１には大小のデューティ値を予め設定しており、比較部２８から正の差信号つまり前記電力値がしきい値より大きいことを示す差信号が入力されれば小さいデューティ値を出力し、負の差信号つまり前記電力値がしきい値より小さいことを示す信号が入力されれば大きいデューティ値を出力する。
【００２３】
前記デューティ値は駆動部３２に供給され、駆動部３２は供給されたデューティ値に従って噴射弁１８の開弁用電磁コイルを付勢する。すなわち、デューティ値が大きい場合は噴射弁１８による燃料噴射量は大きくなり、デューティ値が小さい場合は燃料噴射量は小さくなる。また、前記目標値を多段階設定し、該目標値と比較した多数の差信号を得るようにすれば、該差信号に対応した多数のデューティ値を得ることができる。なお、ここでは、噴射弁の開弁時間の制御のみを説明したが、エンジンコージェネ２の出力調整のためのスロットル調整等も同様に行うことができる。
【００２４】
こうして、太陽光コージェネ１とエンジンコージェネ２とによって発電された総電力量が前記目標値より小さいときにはエンジンコージェネ２のエンジンの出力を増大させて発電量を大きくし、発電量がしきい値より大きいときにはエンジンの出力を低下させてエンジンコージェネ２の発電量を小さくするように制御する。その結果、日照の具合で太陽光コージェネ１の発電量が変動したときにも、エネルギ供給システム全体としての電力発生量は一定にできる。これと同時に、太陽光コージェネ１とエンジンコージェネ２とから発生される熱量（排熱エネルギ）も比較的安定に維持できる。
【００２５】
なお、本実施形態では、太陽光コージェネ１およびエンジンコージェネ２で発電される電力の合計値を監視して、この合計値を安定させるように制御したが、太陽光コージェネ１による発電電力を監視する手段を設け、該発電電力が変動したときにこの低下分を補償するようにエンジンコージェネ２を運転することもできる。
【００２６】
図４は変形例を示すブロック図であり、電力変動検出部３３は太陽光コージェネ１による発電量に基づき、その単位時間あたりの変動量（正負の値）を検出する。エンジンコージェネ２の出力調整部３４には前記変動量に対応した調整出力量が設定されており、前記電力変動検出部３３から出力される電力変動量に応答してエンジンコージェネ２の出力を調整する。出力調整は、例えば上述のように燃料噴射弁の開弁時間の調整によって行う。
【００２７】
上記変形例はさらに次のように変形できる。すなわち、出力調整部３４を、エンジンコージェネ２の発電電力量が予定の目標値に一致する制御を行うように変形する。そして、出力調整部３４の目標値は、電力変動検出部３３から出力される電力変動量で更新するように構成する。そうすることで、出力調整部３４では、太陽光コージェネ１の発電電力量の変動を補償するようにエンジンコージェネ２の出力を調整できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、前記太陽光発電装置および燃料発電装置で発電したトータルの電力を安定化させられると同時に、前記太陽光発電装置および燃料発電装置のエンジンの冷却水から得られるトータルの熱量も比較的安定に得るることができる。したがって、排熱利用機器および電力利用機器等のエネルギ利用機器に安定したエネルギを供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るエネルギ供給システムの構成図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係るエネルギ供給システムの詳細な構成図である。
【図３】  電力安定のための制御装置の機能を示すブロック図である。
【図４】  一実施形態の変形例に係る要部機能ブロック図である。
【符号の説明】
１…太陽光コージェネレーション、  ２…エンジンコージェネレーション、  ３…排熱利用機器（吸収式エアコン）、  ６…電力計、  ７…電力監視装置、  ８…発電セル、  ９…第１の冷却管、  １３…第２の冷却管、  １５…エンジン、１６…発電装置、  １７…マフラー、  ２７…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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