JP2013245839A - 電気給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、自家発電による電力と深夜電力のうち貯湯運転に用いる電力を自動的に選択し、使用電力のコストダウンを促進することを目的とする。
【解決手段】電気給湯装置は、給湯機１、電力メータ５、太陽光発電モジュール６、ＨＥＭＳコントローラ８、サーバ１０等を備える。給湯機１は、ヒートポンプユニット３により加熱した高温水を貯湯タンク２に貯留する貯湯運転を実行する。給湯機１の制御部４は、太陽光発電により売電を実行しつつ深夜電力により貯湯運転を実行した場合の商用電力貯湯時利益Ａｃと、太陽光発電により売電及び貯湯運転を実行した場合の自家発電貯湯時利益Ａｓとを比較する。そして、太陽光電力と深夜電力のうちコスト的に有利な電力を用いて貯湯運転を実行する。これにより、ユーザが余分な選択操作等を行わなくても、常に最適な電力を用いて貯湯運転を行うことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、商用電源及び太陽光発電を利用して温水を生成する機能を備えた電気給湯装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１に記載されているように、太陽光発電により得られる電力と、商用電力（深夜電力）とを利用して温水を生成する貯湯式給湯機が知られている。従来技術では、気象情報取得手段により取得した気象予測情報が予め設定された気象情報と一致した場合に、深夜電力に代えて、太陽光発電により生成される昼間電力を使用して温水を貯湯する構成としている。

特開２００８−２７０２号公報

しかしながら、従来技術では、気象予測情報に基いて、太陽光発電により貯湯が可能であるか否かを判断しているだけであり、電力のコストについては考慮されていないので、場合によってはコスト的に割高となる電力を利用して貯湯が行われるという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ユーザのコストメリットを考慮しつつ、自家発電による電力と深夜電力のうち貯湯運転に用いる電力を自動的に選択し、使用電力のコストダウンを促進することが可能な電気給湯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電気給湯装置は、商用電力及び自家発電電力により作動し、低温水を加熱して高温水を貯湯タンクに貯える貯湯運転を実行することが可能な給湯機と、電力料金が安価となる深夜電力時間帯に商用電力を用いて貯湯運転を実行した場合の電力料金を、深夜貯湯料金として算出する第１の貯湯料金算出手段と、自家発電により貯湯運転を実行した場合、貯湯に使用した電力をもし売電していたら入手できたであろう電力料金を、自家発電貯湯料金として算出する第２の貯湯料金算出手段と、自家発電により貯湯運転を実行せずに得られる売電料金を、最大売電利益として算出する売電利益算出手段と、最大売電利益から深夜貯湯料金を減算して得られる商用電力貯湯時利益と、最大売電利益から自家発電貯湯料金を減算して得られる自家発電貯湯時利益との大小関係に基いて、商用電力と自家発電電力のうち実際の貯湯運転に用いる電力を選択する電力選択手段と、を備えている。

本発明によれば、ユーザが余分な選択操作等を行わなくても、自家発電電力と深夜電力のうちコスト的に有利な電力を自動的に選択して貯湯運転を効率よく実行し、運転コストを向上させることができる。これにより、コスト的に不利な場合でも自家発電が利用されるのを防止し、ユーザのコストメリットを十分に考慮することができる。

本発明の実施の形態１において、電気給湯装置の構成を示す全体構成図である。 昼間に太陽光発電を実行し、深夜電力を用いて貯湯運転を実行した場合の蓄熱量、消費電力及び電力料金と時間の一例を示すタイミングチャートである。 太陽光発電により貯湯運転を実行した場合の蓄熱量、消費電力及び電力料金と時間との関係の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１において、制御部により実行される制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、制御部により実行される制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、太陽光発電により貯湯運転を実行した場合の蓄熱量、消費電力及び電力料金と時間との関係の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３において、ＨＥＭＳコントローラを単体で示す正面図である。

実施の形態１．
以下、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。なお、各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。図１は、本発明の実施の形態１において、電気給湯装置の構成を示す全体構成図である。本実施の形態の電気給湯装置は、商用電力及び自家発電電力により作動するヒートポンプ式の貯湯式給湯機１を備えている。なお、本実施の形態では、自家発電の一形態として太陽光発電を例に挙げて説明する。

貯湯式給湯機１は、湯水を貯留する貯湯タンク２と、ヒートポンプユニット３と、給湯機１を制御する制御部４とを備えている。ヒートポンプユニット３は、電動式の圧縮機等により駆動されるヒートポンプサイクルを備えており、貯湯運転を行うことができる。貯湯運転とは、ヒートポンプサイクルにより大気中の熱を利用して低温水を加熱し、高温水を貯湯タンク２に貯留するものである。貯湯タンク２に貯留された高温水は、各所の給湯栓等に供給されたり、浴槽水の加熱等に利用される。

制御部４は、ユーザの設定や運転環境等に応じて給湯機１の作動状態を制御するもので、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を含む記憶回路と、入出力ポートとを備えた演算処理装置により構成されている。制御部４の入力側には、給湯機１に搭載された各種のセンサが接続され、制御部４の出力側には、給湯機１に搭載されたポンプ、弁等のアクチュエータが接続されている。また、給湯機１の電源回路は、電力メータ５を介して外部の送電系統に接続されている。この送電系統には、電力会社により商用電力（例えば、交流２００Ｖ）が送電される。給湯機１は、電力メータ５を介して商用電力を買電することにより、貯湯運転等を実行することができる。

また、本実施の形態のシステムは、太陽光発電を行うことが可能な太陽光発電モジュール６と、太陽光発電モジュール６により発電した電力（太陽光電力）が入力されるインバータ７とを備えている。インバータ７は、太陽光発電モジュール６から入力される直流電圧を商用電力と同じ交流電圧に変換する機能を有し、貯湯式給湯機１及び電力メータ５にそれぞれ接続されている。インバータ７は、太陽光電力を貯湯式給湯機１に供給し、貯湯式給湯機１を作動させることができる。また、インバータ７は、例えば太陽光発電モジュール６の発電量（太陽光発電量）が貯湯式給湯機１の消費電力量よりも大きい場合に、電力メータ５を介して前記送電系統に電力を供給し、売電することができる。

一方、貯湯式給湯機１の制御部４は、家屋内等に配置されたＨＥＭＳ（ホームエネルギー管理システム）コントローラ８と接続されている。ＨＥＭＳコントローラ８は、通信網であるインターネット９を経由して遠隔地のサーバ１０に接続されており、家庭の電力消費や発電等に関係した所定情報をサーバ１０に送信及び蓄積する。この所定情報には、例えば家庭の電力消費量、発電量、給湯機１の給水温度、外気温度、日照時間等が含まれている。給湯機１の制御部４は、ＨＥＭＳコントローラ８と情報通信を実行し、また、ＨＥＭＳコントローラ８等を介してサーバ１０と情報通信を実行することにより、必要に応じて上記所定情報を送受信する。また、居住者（ユーザ）は、テレビやパーソナルコンピュータ、専用モニタ等により上記所定情報を確認することができる。

なお、本実施の形態では、制御部４に外気温度と給水温度との関係を示すデータを予め記憶させておき、外気温度の取得値から給水温度を推定してもよい。ヒートポンプユニット３の加熱能力は、後述の図２に示すように、温度データから推定することができる。また、制御部４は、電力メータ５またはＨＥＭＳコントローラ８に予め記憶された電力料金体系情報を取得し、後述のように各種の電力料金を算出することができる。この電力料金体系情報には、少なくとも深夜電力料金と売電料金の料金体系が含まれている。なお、電力料金体系情報は、ＨＥＭＳコントローラ８に入力するか、または、インターネット９を介して電力会社のデータベースから取得する構成としてもよい。

（電力選択制御）
本実施の形態は上述の如き構成を有するもので、次に、給湯機１の制御部４により実行される電力選択制御について説明する。まず、基本的な考え方について説明すると、本実施の形態では、下記の演算処理（１）〜（６）を行うことにより、商用電力と太陽光電力のうちコスト的に有利な電力を用いて貯湯運転を実行する。

（１）電力料金が安価となる深夜電力時間帯の商用電力（深夜電力）を用いて前記貯湯運転を実行した場合の電力料金を、深夜貯湯料金Ｘとして算出する。
（２）太陽光発電により貯湯運転を実行した場合、貯湯に使用した電力をもし売電していたら入手できたであろう電力料金を、自家発電貯湯料金Ｙとして算出する。
（３）太陽光発電により貯湯運転を実行せずに得られる売電料金を、最大売電利益Ｚとして算出する。
（４）最大売電利益Ｚから自家発電貯湯料金Ｙを減算することにより、昼間に太陽光発電を利用して貯湯運転を実行した場合の売電料金を、自家発電貯湯時利益Ａｓ（＝Ｚ−Ｙ）として算出する。
（５）最大売電利益Ｚから深夜貯湯料金Ｘを減算することにより、昼間に太陽光発電を実行して深夜に貯湯運転を実行した場合の売電料金を、商用電力貯湯時利益Ａｃ（＝Ｚ−Ｘ）として算出する。
（６）商用電力貯湯時利益Ａｃと自家発電貯湯時利益Ａｓとの大小関係に基いて、商用電力と太陽光電力のうち実際の貯湯運転に用いる電力を選択する。

（１：深夜貯湯料金Ｘ）
次に、個々の演算処理について説明する。図２は、昼間に太陽光発電を実行し、深夜電力を用いて貯湯運転を実行した場合の蓄熱量、消費電力及び電力料金の一例を示すタイミングチャートである。なお、この図は、ある条件下における給湯機の動作例を示すものであり、本発明を限定するものではない。また、図２中の下段に示す電力料金は、買電による料金の増加をプラス方向とし、売電による料金の減少をマイナス方向として表記されている。図２に示すように、商用電力を用いる場合には、例えば深夜電力時間帯に含まれる０時〜４時の間に深夜電力を買電して貯湯運転を実行する。また、図２では、１６時〜２０時の時間帯にのみ一定量の湯を使用し、４時〜１６時及び２０時〜２４時の時間帯には給湯の使用がない状態を例示している。一方、８時〜２０時の時間帯には、太陽光発電により得られた電力を売電している。

深夜貯湯料金Ｘの算出処理では、まず、翌日の給湯使用量（熱量）を過去の履歴に基いて算出する。また、貯湯タンク２から放熱により失われる自然放熱量を過去の履歴に基いて算出する。そして、これらの算出結果に基いて深夜電力の貯湯運転により加熱する必要がある要求貯湯量（熱量）を算出する。なお、上記２種類の履歴データは、制御部４に予め記憶されているもので、制御部４は、請求項３における給湯履歴記憶手段を構成している。次の処理では、前記要求貯湯量、給水温度及び外気温度に基いてヒートポンプユニット３の加熱能力及び使用電力（この場合、深夜電力）を推定し、深夜電力料金に換算する。この換算処理により、深夜電力を利用して貯湯運転を実行した場合の深夜貯湯料金Ｘを得ることができる。

なお、制御部４には、外気温度、貯湯温度差及び自然放熱量の関係を示す第１のデータと、給水温度、外気温度差及びヒートポンプユニット３の加熱能力の関係を示す第２のデータとが予め記憶されている。制御部は、これら第１，第２のデータに基いてヒートポンプ３の加熱能力を推測することができる。また、上記温度データは、給湯機１に搭載された各種のサーミスタ（残湯温度サーミスタ、給水温度サーミスタ、外気温度サーミスタ）等により検出してもよい。

次に、図２の動作例を前提として、深夜貯湯料金Ｘを具体的に算出してみる。図２では、翌日の給湯使用量を１６時から２０時にかけて２．０ｋＷの一定熱量に設定し、自然放熱量を０．２ｋＷに設定している。このため、２４時に最低貯湯量（蓄熱量がゼロ）に到達するものとすれば、４時までに必要となる要求貯湯量は、２．２ｋＷ×４ｈ＝８．８ｋＷｈと、０．２ｋＷ×１６ｈ＝３．２ｋＷｈとを合計した１２ｋＷｈとなる。また、図２において、ヒートポンプユニット３の加熱時の使用電力は１ｋＷであり、加熱能力は３．２ｋＷであるのに対し、自然放熱量が０．２ｋＷなので、実質の加熱量は３．０ｋＷ（＝３．２ｋＷ−０．２ｋＷ）となる。この加熱量３．０ｋＷにより１２ｋＷｈの湯を温めるためには４時間（＝１２ｋＷｈ÷３．０ｋＷ）必要となるので、使用電力量は１．０ｋＷ×４時間＝４．０ｋＷｈとなる。よって、深夜電力料金が１０円／ｋＷｈであるとすれば、深夜貯湯料金Ｘは、４．０ｋＷｈ×１０円／ｋＷｈ＝４０円となる。

（２：自家発電貯湯料金Ｙ）
自家発電貯湯料金Ｙの算出処理では、まず、翌日の給湯使用量（熱量）を過去の履歴に基いて算出し、貯湯タンク２から放熱により失われる自然放熱量を過去の履歴に基いて算出する。そして、これらの算出結果に基いて太陽光電力の貯湯運転により加熱する必要がある要求貯湯量（熱量）を算出する。これらの処理は、深夜貯湯料金Ｘの場合とほぼ同様のものである。また、本算出処理では、給湯の使用履歴から使用タイミングを推定し、前記要求貯湯量と、使用タイミングの推定結果とに基いて、ある所定の時刻までに必要となる給湯使用量（熱量）を算出する。次に、翌日の昼間の給水温度、外気温度等に基いて、前記給湯使用量を満たすようなヒートポンプユニット３の加熱能力を予測し、この予測結果に基いて消費電力量を算出する。そして、この消費電力量を昼間の電力料金に換算すれば、太陽光発電を利用して昼間に貯湯運転を実行した場合の自家発電貯湯料金Ｙを得ることができる。

図３は、太陽光発電により貯湯運転を実行した場合の蓄熱量、消費電力及び電力料金の一例を示すタイミングチャートである。この図において、太陽光発電は、８時〜２０時の時間帯に実行され、貯湯運転は、１２時〜１５時１５分の時間帯に実行される。また、図３では、翌日の給湯使用量を１６時から２０時にかけて２．０ｋＷの一定熱量に設定し、自然放熱量を０．２ｋＷに設定している。このため、２４時に最低貯湯量（蓄熱量がゼロ）に到達するものとすれば、１６時までに必要となる要求貯湯量は、２．２ｋＷ×４ｈ＝８．８ｋＷｈと、０．２ｋＷ×４ｈ＝０．８ｋＷｈとを合計した９．６ｋＷｈとなる。なお、上記例では、給湯開始時間のばらつき等を考慮して、１６時に対して４５分早い１５時１５分時点までに貯湯運転を完了する設定としている。

従って、最終的な要求貯湯量は、前述の計算結果９．６ｋＷｈに対して、１５時１５分〜１６時の４５分の自然放熱量（０．２ｋＷ×０．７５ｈ＝０．１５ｋＷｈ）を加えた量９．７５ｋＷｈ（９．６ｋＷｈ＋０．１５ｋＷｈ）となる。また、貯湯運転時の消費電力は１ｋＷ、加熱能力は３．２ｋＷであるのに対して、自然放熱量は０．２ｋＷなので、実質の加熱量は３．０ｋＷ（３．２ｋＷ−０．２ｋＷ）となる。従って、９．７５ｋＷｈの湯を温めるためには、３時間１５分（９．７５ｋＷｈ÷３．０ｋＷ）が必要となる。このため、貯湯運転時の消費電力量は１．０ｋＷ×３．２５時間＝３．２５ｋＷｈとなる。また、貯湯運転の実行時間帯（１２時〜１５時１５分の３．２５時間）には、売電単価が１５円／ｈで一定となる。従って、太陽光発電により貯湯運転を実行した場合の自家発電貯湯料金Ｙは、３．２５ｋＷｈ×１５円／ｈ＝４８．７５円となる。なお、この試算は、図３の動作例から得られる一例に過ぎない。

（３：太陽光発電の最大売電利益Ｚ）
太陽光発電により貯湯運転を実行せずに得られる翌日の最大売電利益Ｚは、次のように算出する。まず、制御部４は、所定の気象予報取得手段から翌日の気象予報を取得する。この気象予報取得手段には、ＨＥＭＳコントローラ８、サーバ１０、インターネット９上の所定サイト等が含まれる。そして、制御部４は、気象予報により得られた天候と太陽光発電量との関係を示す履歴データに基いて、太陽光発電量の予測値である太陽光予測発電量を算出する。詳しく述べると、電力メータ５は、太陽光発電モジュール６による発電量をリアルタイムで計測する機能を有し、計測した発電量を制御部４に送信する。

制御部４は、過去に取得した太陽光発電量と気象予報（天候）との関係を履歴データとして記憶しており、この履歴データに基いて、気象予報から太陽光予測発電量を推定することができる。より詳しく述べると、制御部４は、日中における太陽光発電量の変動パターン（図２）と、翌日の気象予報が反映された前記履歴データとに基いて、翌日の太陽光予測発電量を算出する。そして、算出された太陽光予測発電量に基いて売電料金体系のデータを参照し、当該太陽光予測発電量に対応する最大売電利益Ｚを算出する。

最大売電利益Ｚは、図２の電力使用例において、次のように算出される。太陽光電力（発電量）は、８時〜１２時の時間帯に一定の割合で２ｋＷまで増加し、１２時〜１６時の時間帯にピークである２ｋＷを発電した後に、１６時〜２０時の時間帯に一定の割合で０ｋＷまで減少している。このため、太陽光電力量の合計は、２ｋＷ×４時間÷２＋２ｋＷ×４時間＋２ｋＷ×４時間÷２＝１６ｋＷｈとなる。売電料金体系が１５円／ｋＷｈであるとすれば、翌日の最大売電利益Ｚは、１６ｋＷｈ×１５円／ｋＷｈ＝２４０円となる。なお、この試算は、気象状態を考慮しない場合の一例である。

（４：自家発電貯湯時利益Ａｓ）
自家発電貯湯時利益Ａｓは、太陽光発電により昼間に売電及び貯湯運転を実行した場合の売電料金として定義される。自家発電貯湯時利益Ａｓは、最大売電利益Ｚから自家発電貯湯料金Ｙを減算することにより得ることができる。前述の具体例に基いて算出すると、翌日の自家発電貯湯時利益Ａｓは、太陽光発電時の最大売電利益Ｚ（２４０円）−自家発電貯湯料金Ｙ（４８．７５円）＝１９１．２５円として算出される。

（５：商用電力貯湯時利益Ａｃ）
商用電力貯湯時利益Ａｃは、太陽光発電により昼間に売電を実行しつつ、深夜電力を利用して貯湯運転を実行した場合の売電料金として定義される。商用電力貯湯時利益Ａｃは、最大売電利益Ｚから深夜貯湯料金Ｘを減算することにより得ることができる。前述の具体例に基いて算出すると、翌日の商用電力貯湯時利益Ａｃは、最大売電利益Ｚ（２４０円）−深夜貯湯料金Ｘ（４０円）＝２００円として算出される。

（６：貯湯運転に用いる電力の選択）
制御部４は、商用電力貯湯時利益Ａｃと自家発電貯湯時利益Ａｓとの大小関係に基いて、商用電力と太陽光電力のうち実際の貯湯運転に用いる電力を選択する。即ち、商用電力貯湯時利益Ａｃが自家発電貯湯時利益Ａｓよりも大きい場合（Ａｃ＞Ａｓ）には、前記深夜電力時間帯に商用電力（深夜電力）を用いて貯湯運転を実行する。一方、商用電力貯湯時利益Ａｃが自家発電貯湯時利益Ａｓ以下の場合（Ａｃ≦Ａｓ）には、太陽光電力を用いて昼間に貯湯運転を実行する。上記具体例では、商用電力貯湯時利益Ａｃ（２００円）が自家発電貯湯時利益Ａｓ（１９１．２５円）よりも大きいので、深夜電力による貯湯運転を選択する。

また、例えば深夜電力料金が２０円／ｋＷｈとなった場合には、図２中の０時〜４時の４時間に２０円／ｈの電力を買電することになるので、深夜貯湯料金Ｘは、４ｈ×２０円／ｈ＝８０円に増加する。この結果、商用電力貯湯時利益Ａｃは、最大売電利益Ｚ（２４０円）−深夜貯湯料金Ｘ（８０円）＝１６０円となり、自家発電貯湯時利益Ａｓ（１９１．２５円）よりも小さくなる。この場合、制御部４は、貯湯運転に用いる電力として太陽光発電を選択し、太陽光発電により昼間に貯湯運転及び売電を実行する。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、上記システム動作を実現するための具体的な処理について説明する。図４は、本発明の実施の形態１において、制御部により実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、給湯機１の作動中において、所定の時刻または所定の時間毎に実行されるものとする。図４に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、翌日の気象予報、温度環境等を取得し、ステップＳ１０２では、翌日の給湯使用量を予測する。次に、ステップＳ１０４では、予測給湯使用量等に基いて深夜貯湯料金Ｘを算出し、ステップＳ１０６では、予測給湯使用量等に基いて自家発電貯湯料金Ｙを算出する。

次に、ステップＳ１０８では、気象予報等に基いて、太陽光発電による翌日の最大売電利益Ｚを算出する。そして、ステップＳ１１０では、商用電力貯湯時利益Ａｃ（＝Ｚ−Ｘ）を算出し、ステップＳ１１２では、自家発電貯湯時利益Ａｓ（＝Ｚ−Ｙ）を算出する。なお、ここまでの処理は、深夜電力による貯湯運転が実現可能な時間に実行するのが好ましい。続いて、ステップＳ１１４では、商用電力貯湯時利益Ａｃが自家発電貯湯時利益Ａｓよりも大きいか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップＳ１１６に移行し、深夜電力を用いた貯湯運転を実行する。また、ステップＳ１１４の判定が不成立の場合には、ステップＳ１１８に移行し、太陽光電力を用いた貯湯運転を実行する。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、ユーザが余分な選択操作等を行わなくても、太陽光電力と深夜電力のうちコスト的に有利な電力を自動的に選択して貯湯運転を実行し、運転コストを向上させることができる。これにより、従来技術のように、コスト的に不利な場合でも太陽光発電が利用されるのを防止し、ユーザのコストメリットを十分に考慮することができる。

また、本実施の形態では、少なくとも給湯使用量の履歴等に基いて翌日の貯湯時利益Ａｓ，Ａｃを予測することができるので、実際の貯湯運転を行う前にコスト的に有利な電力を予め選択することができる。さらに、本実施の形態では、少なくとも気象予報に基いて翌日の太陽光発電により得られる最大売電利益Ｚを予測することができる。これにより、実際の貯湯運転を行う前に、コスト的に有利な電力をより正確に決定することができる。

なお、前記実施の形態１では、図４中のステップＳ１０４が請求項１，３における第１の貯湯料金算出手段の具体例を示し、ステップＳ１０６が第２の貯湯料金算出手段の具体例を示している。また、ステップＳ１０８は、売電利益算出手段の具体例を示し、ステップＳ１１０〜Ｓ１１４は、電力選択手段の具体例を示している。

また、前記実施の形態１では、図２及び図３等において、ヒートポンプユニット３の加熱能力を３．２ｋＷとし、自然放熱量を０．２ｋＷとし、貯湯運転時の消費電力を１ｋＷとし、太陽光発電量のピーク値を２ｋＷとし、深夜電力料金を１０円／ｋＷｈとし、売電料金を１５円／ｋＷｈとした場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、これらの具体的数値は、給湯機１や太陽光発電モジュール６の仕様、性能、深夜電力や売電料金の電力料金体系等に応じて変化するものであり、本発明を限定するものではない。さらに、実施の形態１では、自家発電の一例として太陽光発電を用いるものとしたが、本発明の自家発電は太陽光発電に限定されるものではない。

実施の形態２．
次に、図５及び図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成（図１）において、家庭内消費電力量を考慮することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

太陽光発電により得られた電力は、売電されたり、給湯機１に供給される以外にも、家庭内の電気製品により使用される。家庭内の電気製品には、エアコンや電磁調理器具（ＩＨクッキングヒータ）等のように消費電力が比較的大きいものが含まれている。このため、本実施の形態では、貯湯運転用の電力として太陽光発電を選択した状態において、家庭内消費電力量が大きい場合に、貯湯運転の一部を深夜電力により実行する。以下、その具体的な処理について説明する。

まず、インバータ７には、給湯機１に加えて前記電気製品が接続されている。各電気製品の消費電力量、利用状態及び利用時間帯等のデータは、電力メータ５からＨＥＭＳコントローラ８に送信及び蓄積される。給湯機１の制御部４は、これらのデータをＨＥＭＳコントローラ８から履歴データとして取得し、当該履歴データに基いて翌日の家庭内消費電力量を時間帯別に予測する機能を備えている。なお、家庭内消費電力量は、使用されている全ての電気製品の消費電力量を合計したものである。本実施の形態において、ＨＥＭＳコントローラ８（制御部４や電力メータ５でもよい）は、家庭内消費電力量の履歴を記憶する電力履歴記憶手段を構成している。

制御部４は、貯湯運転を行う電力として太陽光電力を選択した場合に、実施の形態１の場合とほぼ同様に、気象予報等に基いて翌日の太陽光予測発電量を算出する。また、制御部４は、前述の要求貯湯量を満たす湯量を昼間の貯湯運転により沸き上げるのに必要な電力量を、貯湯要求電力量として算出する。ここで、太陽光予測発電量から家庭内消費電力量を減算して得られる余剰電力量が貯湯要求電力量よりも大きい場合には、太陽光発電により家庭内の電気製品と貯湯運転の両方を賄うことができる。しかし、余剰電力量が貯湯要求電力量以下の場合には、太陽光発電により電気製品を賄うと、昼間の貯湯運転に必要な電力が不足する虞れがある。そこで、この場合には、深夜電力を用いて補助貯湯運転を実行し、昼間の貯湯運転に必要な電力（熱量）を予め減少させておく。

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、上記システム動作を実現するための具体的な処理について説明する。図５は、本発明の実施の形態２において、制御部により実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、実施の形態１（図４）のルーチンと同期して実行されるものとする。図５に示すルーチンでは、まず、ステップＳ２００において、電力選択制御を実行する。この電力選択制御は、前記図４のルーチンと同様の処理を実行し、深夜電力と太陽光電力のうち貯湯運転に用いる電力を選択するものである。また、電力選択制御中には、前述したように、太陽光予測発電量の算出処理が実行される。

次に、ステップＳ２０２では、前記電力選択制御において、太陽光発電による貯湯運転を選択したか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップＳ２０４に移行し、家庭内消費電力量を算出する。そして、ステップＳ２０６では、太陽光予測発電量から家庭内消費電力量を減算することにより、余剰電力量を算出する。次に、ステップＳ２０８では、余剰電力量が貯湯要求電力量よりも大きいか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップＳ２１０に移行する。ステップＳ２１０では、太陽光発電のみを用いて昼間の貯湯運転を実行する。

一方、ステップＳ２０８の判定が不成立の場合には、ステップＳ２１２に移行し、貯湯要求電力量と余剰電力量との差分に対応する補充電力量を算出する。そして、ステップＳ２１４では、深夜電力を利用して補助貯湯運転を実行する。補助貯湯運転は、補充電力量に対応する湯量（熱量）が補充されるまで実行される。この結果、ステップＳ２１４からステップＳ２１０に移行した状態では、太陽光予測発電量の不足分が補助貯湯運転により補充されているので、翌日には、太陽光発電により家庭内の電気製品と貯湯運転の両方を賄うことができる。一方、ステップＳ２０２の判定が不成立の場合には、ステップＳ２１６により深夜電力のみを用いて貯湯運転を実行し、本ルーチンを終了する。

次に、図６を参照して、太陽光発電時の状態について説明する。図６は、本発明の実施の形態２において、太陽光発電により貯湯運転を実行した場合の蓄熱量、消費電力及び電力料金と時間との関係の一例をタイミングチャートである。この図において、給湯機１の加熱能力、給湯負荷の変動パターン等は、前記実施の形態１と同様である。図６に示すように、１２時〜１４時の時間帯には、太陽光発電により得られた２ｋＷの電力のうち、１．５ｋＷが電気製品等の負荷により消費され、余剰電力量が０．５ｋＷまで減少している。この状態では、１ｋＷが必要となる貯湯運転を実行することができない。

１４時以降には、電気製品等の負荷が減少することにより貯湯運転が可能となるものの、１４時から貯湯運転を開始した場合には、貯湯運転が必要な全時間（１５時１５分までに９．７５ｋＷｈを沸き上げるのに必要な時間３．２５時間）のうち、１４時〜１５時１５分の１．２５時間しか確保することができない。１．２５時間の貯湯運転により得られる熱量は、３．７５ｋＷｈ（＝１．２５ｈ×３．０ｋＷ）であるから、１４時の時点では、６ｋＷｈ（＝９．７５ｋＷｈ−３．７５ｋＷｈ）が不足することになる。

この場合、本実施の形態では、前日の深夜電力時間帯において、補助貯湯運転を実行する。補助貯湯運転により沸き上げるべき目標電力量（熱量）は、４時までに補助貯湯運転を終了することを目標とすると、８ｋＷｈとなる。この目標電力量８ｋＷｈは、前記不足分の電力量６ｋＷｈと、４時〜１４時までの自然放熱量２．０ｋＷｈ（０．２ｋＷ×１０ｈ）とを加算したものである。

このように構成される本実施の形態によれば、前記実施の形態１に加えて、次のような効果を得ることができる。太陽光発電により電力不足が生じそうな場合には、この状態を前日に予め予測することができ、安価な深夜電力を利用して翌日の電力不足を補う分だけ補助貯湯運転を実行することができる。これにより、家庭内の電気機器の消費電力量が過大となった場合や、各電気機器の消費電力量を無視して湯の沸き上げを太陽光発電に頼ろうとした場合でも、湯切れを防止するために昼間に商用電力を購入することがなくなり、電力コストを安定的に抑制することができる。

なお、前記実施の形態２では、図５中のステップＳ２００で実行される太陽光予測発電量の算出処理が、請求項５における第１の予測手段の具体例を示している。また、ステップＳ２０４は、第２の予測手段の具体例を示し、ステップＳ２０８，Ｓ２１２，Ｓ２１４は、補助貯湯手段の具体例を示している。

実施の形態３．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態２とほぼ同様の構成及び制御（図１及び図５）において、家庭内消費電力量の予測値を調整するための予測値操作手段を備えたことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図７は、本発明の実施の形態３において、ＨＥＭＳコントローラを単体で示す正面図である。この図に示すように、ＨＥＭＳコントローラ８には、タッチパネル式表示器１００（以下、単にタッチパネルと表記）が搭載されている。タッチパネル１００は、ユーザがタッチ操作を行うことにより、家庭内消費電力量の予測値を調整すること可能な予測値操作手段を構成している。ユーザは、タッチパネル１００に表示される数種類の選択肢から、翌日の行動予定を選択するように構成されている。選択肢の例としては、例えば終日外出するかどうか、昼食を外食にするかどうか、夕食を外食するかどうか、家で入浴するかどうか等がある。

タッチパネル１００の選択結果は、給湯機１の制御部４に送信される。制御部４は、タッチパネル１００の選択結果に基いて、翌日の家庭内消費電力量の予測値を調整する。具体的に述べると、ユーザが終日外出を選択した場合は、冷蔵庫等の常時作動する製品を除いて、エアコン等の製品が使用されないものとして家庭内消費電力量を予測する。また、ユーザが昼食外食または夕食外食を選択した場合には、それぞれ昼間、夕方に食事の準備で使用される電子レンジやＩＨクッキングヒータ等による消費電力は発生しないものとして予測する。さらに、ユーザが入浴なしを選択した場合は、湯はり分の湯を沸き上げる電力が必要ないと予測する。

そして、これらの予測内容は、家庭内消費電力量を予測する処理（例えば、図５中のステップＳ２０４）において、予測値に反映される。従って、本実施の形態によれば、家庭内消費電力量の予測精度を高めることができ、これに伴って太陽光発電による貯湯運転や補助貯湯運転を正確に実行することができる。

なお、前記実施の形態３では、ＨＥＭＳコントローラ８のタッチパネル１００により予測値操作手段を実現する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば給湯機１の制御部４や電力メータ５に予測値操作手段を設置してもよい。

また、前記実施の形態１乃至３では、商用電力貯湯時利益Ａｃが自家発電貯湯時利益Ａｓよりも大きい場合（Ａｃ＞Ａｓ）に深夜電力を用いて貯湯運転を実行し、それ以外の場合（Ａｃ≦Ａｓ）には、太陽光電力を用いて貯湯運転を実行する構成とした。しかし、本発明はこれに加えて、商用電力貯湯時利益Ａｃと自家発電貯湯時利益Ａｓの両方がマイナス値となる場合には、両者の大小関係によらずに深夜電力を用いて貯湯運転を実行する構成としてもよい。この構成によれば、例えば太陽光発電系統の異常等により太陽光発電（売電）が十分に実行できない場合や、その発電量が安定しない場合でも、深夜電力を利用して貯湯運転を安定的に実行することができる。

１ 貯湯式給湯機（給湯機）
２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット
４ 制御部（給湯履歴記憶手段）
５ 電力メータ
６ 太陽光発電モジュール
７ インバータ
８ ＨＥＭＳコントローラ（気象予報取得手段、電力履歴記憶手段）
９ インターネット（気象予報取得手段）
１０ サーバ（気象予報取得手段）

Claims (7)

1. 商用電力及び自家発電電力により作動し、低温水を加熱して高温水を貯湯タンクに貯える貯湯運転を実行することが可能な給湯機と、
   電力料金が安価となる深夜電力時間帯に商用電力を用いて前記貯湯運転を実行した場合の電力料金を、深夜貯湯料金として算出する第１の貯湯料金算出手段と、
   自家発電により前記貯湯運転を実行したとき、その分の電力をもし売電した場合の電力料金を、自家発電貯湯料金として算出する第２の貯湯料金算出手段と、
   自家発電により前記貯湯運転を実行せずに得られる売電料金を、最大売電利益として算出する売電利益算出手段と、
   前記最大売電利益から前記深夜貯湯料金を減算して得られる商用電力貯湯時利益と、前記最大売電利益から前記自家発電貯湯料金を減算して得られる自家発電貯湯時利益との大小関係に基いて、前記商用電力と前記自家発電電力のうち実際の貯湯運転に用いる電力を選択する電力選択手段と、
   を備えた電気給湯装置。
2. 前記自家発電は太陽光発電であり、
   前記電力選択手段は、前記商用電力貯湯時利益が前記自家発電貯湯時利益よりも大きい場合に、前記深夜電力時間帯に前記商用電力を用いて前記貯湯運転を実行し、前記商用電力貯湯時利益が前記自家発電貯湯時利益以下の場合に、前記太陽光発電の電力を用いて昼間に前記貯湯運転を実行する構成としてなる請求項１に記載の電気給湯装置。
3. 前記給湯機により給湯した給湯使用量の履歴を記憶する給湯履歴記憶手段を備え、
   前記第１，第２の貯湯料金算出手段は、少なくとも前記給湯使用量の履歴に基いて翌日の予測給湯使用量を算出し、当該予測給湯使用量を前記貯湯運転により生成するのに必要な電力料金を算出する構成としてなる請求項１または２に記載の電気給湯装置。
4. 翌日の気象予報を取得する気象予報取得手段を備え、
   前記売電利益算出手段は、少なくとも前記気象予報に基いて翌日の太陽光発電により得られる太陽光予測発電量を算出し、当該太陽光予測発電量に対応する売電料金を算出する構成としてなる請求項２に記載の電気給湯装置。
5. 翌日の気象予報を取得する気象予報取得手段と、
   少なくとも前記気象予報に基いて翌日の太陽光発電により得られる太陽光予測発電量を算出する第１の予測手段と、
   家庭内消費電力量の履歴を記憶する電力履歴記憶手段と、
   前記家庭内消費電力量の履歴に基いて翌日の家庭内消費電力量を予測する第２の予測手段と、
   前記電力選択手段により前記太陽光発電電力を選択した状態において、前記太陽光予測発電量から前記家庭内消費電力量を減算した余剰電力量が昼間の貯湯運転に必要な貯湯要求電力量よりも小さい場合に、前記余剰電力量と前記貯湯要求電力量との差分に対応する湯量を前記深夜電力時間帯での貯湯運転により生成する補助貯湯手段と、
   を備えてなる請求項２または４に記載の電気給湯装置。
6. 前記第２の予測手段により予測される前記家庭内消費電力量の予測値を調整する操作が可能な予測値操作手段を備えてなる請求項５に記載の電気給湯装置。
7. 前記電力選択手段は、前記商用電力貯湯時利益と前記自家発電貯湯時利益の両方がマイナス値となる場合に、前記深夜電力時間帯に前記商用電力を用いて前記貯湯運転を実行する構成としてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の電気給湯装置。

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