JP2014134326A - 電力管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池による発電電力に余剰電力が生じた場合に、この余剰電力を有効に利用して高効率で蓄熱を行うことができる電力管理システムを提供する。
【解決手段】屋根２に設置された太陽光によって発電する太陽電池３と、床下空間部１１に設置された空調機（ヒートポンプ式空調機）６と、太陽電池３の発電電力と電力負荷機器１０ａ，１０ｂで消費される消費電力とを比較し、太陽電池３の発電電力の方が消費電力よりも大きくて余剰電力が有り、かつこの余剰電力が空調機６を運転する規定電力以上であると判断した場合に、余剰電力で空調機６を運転するように制御する制御ユニット７とを備え、制御ユニット７による制御により余剰電力で空調機６を運転したときに得られる熱エネルギーを、床下空間部１１内に蓄熱させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電装置を備えた戸建てなどの住宅での電力管理システムに関する。

近年、省エネや創エネを目的として、太陽光発電装置を備えた戸建て住宅や集合住宅などが増加してきている。太陽光発電装置の太陽電池（ソーラパネル）は、晴天時の昼間などは発電電力が最も高くなり、曇りや雨天時などで太陽光の照度が低いと発電電力が減少し、更に、太陽が出ていない夜間では発電電力がゼロとなるという発電特性を有している。

このように、太陽電池による発電電力は晴天時の昼間などでは最も高くなるが、一般の家庭等では住宅内の電力負荷機器（例えば、照明、冷蔵庫など）への通電によって消費される昼間の消費電力は、朝夕や夜間に消費される消費電力に比べて少なく、晴天時の昼間は太陽電池による発電電力に余剰電力が生じる。

このため、近年では、太陽光発電装置の太陽電池による発電電力に余剰電力が生じた場合、住宅に接続されている商用電源（電力系統）にこの余剰電力を逆供給（売電）する制度が導入されている。現行制度では、太陽光発電装置を備えた住宅がまだ十分に普及していないので普及を促すために余剰電力の売電単価が高く設定されており、この余剰電力を売電することによるユーザ（余剰電力の売電者）側の不利益はない。

ところで、将来的に太陽光発電装置を備えた住宅が普及するにつれて、余剰電力の売電単価が下がることは必然であり、また省エネの観点からも、余剰電力は自宅内で有効に活用することが望ましい。

このため、例えば特許文献１に記載の発明では、例えば、冬季の晴天時の昼間に太陽電池による発電電力に余剰電力が生じた場合、室温が所定温度を超えるとファンを正回転させて室内の空気（熱）を床下に供給して、床下に設置した蓄熱材に熱エネルギーとして蓄熱させ、夜間には、ファンを逆回転させてこの蓄熱された熱エネルギーで加熱された空気を室内に供給するようにしている。

特開２０１２−１００４２０号公報（段落００５１、００５２）

前記特許文献１に記載の発明では、上記したように冬季の晴天時の昼間に太陽電池による発電電力に余剰電力が生じた場合に、建物内の室温が所定温度を超えると、この余剰電力でファンを駆動回転して室内の所定温度を超えている空気を床下に供給し、床下に設置した蓄熱材に熱エネルギーとして蓄熱する構成である。

しかしながら、冬季では晴れている昼間でも建物内の室温はさほど高くないので、床下に設置した蓄熱材に熱エネルギーとして蓄熱する際の蓄熱効率は低いものとなる。このため、夜間に蓄熱材から室内側に供給される熱エネルギーは小さく、効果的な空調調整を行うことができない。

そこで、本発明は、太陽電池による発電電力に余剰電力が生じた場合に、この余剰電力を有効に利用して高効率で蓄熱を行うことができる電力管理システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明に係る電力管理システムは、太陽光によって発電する太陽電池と、建物の床下空間部に設置された空調手段と、前記太陽電池の発電電力と、建物内の電力負荷機器で消費される消費電力とを比較し、前記太陽電池の発電電力の方が前記消費電力よりも大きくて余剰電力が有り、かつこの余剰電力が前記空調手段を運転する規定電力以上であると判断した場合に、前記余剰電力で前記空調手段を運転するように制御する制御手段とを備え、前記制御手段による前記制御により前記余剰電力で前記空調手段を運転したときに得られる熱エネルギーを、前記床下空間部内に蓄熱させることを特徴としている。

本発明に係る電力管理システムによれば、余剰電力で床下空間部内の空調手段を運転することにより、余剰電力を有効に利用して床下空間部内に熱エネルギーを高効率で蓄熱させることができる。

本発明の実施形態に係る電力管理システムを示す概略構成図。 冬季の晴天時における太陽電池で発電された発電電力を時系列で示した図。 床下空間部内に蓄熱されている熱エネルギーによって暖められた空気を、床面上の室内に供給したとき（実線ａ）と、供給しなかったとき（破線ｂ）の室内温度の変化を示した図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電力管理システムを示す概略構成図である。なお、図１に示す本実施形態は、太陽光発電装置を備えた戸建住宅での電力管理システムの例である。

図１に示すように、本実施形態に係る電力管理システムは、戸建住宅１の屋根２に設置された太陽電池（ソーラパネル）３、ＰＣＳ（パワーコンディショナ）４、分電盤５、ヒートポンプ式空調機（以下、「空調機」という）６、制御ユニット７を主構成要素として備えている。

太陽電池３は、太陽光を受けて直流の発電電力を発生する。ＰＣＳ（Power Conditioning Subsystem）４は、太陽電池３による発電で得られた直流の発電電力を入力し、交流電力（通常は家庭用の１００Ｖの交流電力）に変換する機能を有している。また、ＰＣＳ４は、変換されたこの交流電力を、電力メータ８を介して住宅内に供給される商用電源（電力系統）９に協調させる系統連系運転機能を有している。太陽電池３とＰＣＳ４とによって太陽光発電装置が構成されている。

ＰＣＳ４で調整された交流電力は、分電盤５を介して住宅内の電力負荷機器（例えば、照明器具、冷蔵庫、空調機器、各種家電機器など）１０ａ，１０ｂ…、及び空調機６に供給される。

空調機６は、戸建住宅１の床下空間部１１の一方（図１では右側）の側部付近に設置した室内機６ａと、屋外に設置した屋外機６ｂとで構成されており、室内機６ａと屋外機６ｂとの間は、冷媒を循環させるための循環パイプ１２ａ，１２ｂで接続されている。この空調機６の運転により、床下空間部１１内に温風又は冷風を放出させることができる。

床下空間部１１は、戸建住宅１の基礎断熱として構築された基礎底盤コンクリート１ａとその側縁に立設された基礎側壁コンクリート１ｂと、床面１３とで囲まれた空間領域である。また、基礎側壁コンクリート１ｂの内面には、断熱効果を高めるためにグラスウールなどの基礎断熱材１４が取り付けられている。なお、断熱効果をより高めるために、床面１３の床下空間部１１側にも断熱材を取り付けてもよい。

床下空間部１１上の床面１３の両側付近には、空気循環用の吹出し口１５と吸込み口１６がそれぞれ設けられており、室内機６ａ側にある吸込み口１６は、吸込み用パイプ１７を介して室内機６ａの吸入口に連結されている。この室内機６ａの吸入口内には吸入用のファン（不図示）が設けられている。なお、吹出し口１５は、床面１３に複数設けていてもよい。

床面１３の吹出し口１５と吸込み口１６には、開閉可能な蓋（不図示）が設けられており、電動アクチュエータ（不図示）によって空調機６の運転に連動して開閉することができる。なお、この蓋はユーザ（住居人）の操作によって手動でも開閉することもできる。

制御ユニット７は、ＰＣＳ４から入力される太陽電池３の発電電力と、住宅内の電力負荷機器１０ａ，１０ｂ…への通電によって消費される消費電力とを比較する。

そして、制御ユニット７は、この比較で太陽電池３の発電電力の方が前記消費電力よりも大きく、かつこのときの余剰電力が空調機６の運転に必要な規定電力以上であると判断した場合、この余剰電力を分電盤５を介して空調機６側に供給するように制御する。

また、この比較で太陽電池３の発電電力の方が前記消費電力よりも大きく、かつこのときの余剰電力が空調機６の運転に必要な規定電力以下であると判断した場合、この余剰電力を空調機６には供給せず、この余剰電力を商用電源（電力系統）９側に逆潮流するように制御して、電力会社にその余剰電力を売電する。

また、制御ユニット７は、雨天やくもりなどで太陽電池３の発電電力が前記消費電力よりも少ないと判断した場合、商用電源（電力系統）９側から不足分の電力の供給を受けるように制御する。

なお、夜間においては太陽電池３の発電電力はゼロなので、制御ユニット７は、夜間の間は商用電源（電力系統）９側から電力メータ８を介して交流電力の供給を受けるように制御する。

制御ユニット７には、消費電力や太陽電池３の発電電力の値などを表示する表示部、各種操作ボタン等を有する操作パネル１８が接続されている。この操作パネル１８の操作ボタンをユーザ（住居人）が操作することで、電力管理をユーザの判断で任意に行うこともできる。

例えば、制御ユニット７の比較で太陽電池３の発電電力の方が消費電力よりも大きく、かつこのときの余剰電力が空調機６の運転に必要な規定電力以上であると判断した場合において、上記したように余剰電力を空調機６側に供給することなくこの余剰電力を商用電源（電力系統）９側に逆潮流するように切り替えて、電力会社にその余剰電力を売電することもできる。

また、ユーザ（住居人）による操作パネル１８の操作によって、空調機６を商用電源（電力系統）９からの電力で任意に運転することもできる。

次に、上記した本実施形態に係る電力管理システムによる電力管理制御について説明する。

例えば、図２に示すように、冬季の晴天時の昼間（日中）では太陽電池３によって発電された発電電力（図２の実線ａ）が時系列に得られる。また、住宅内の電力負荷機器１０ａ，１０ｂ…への通電によって消費電力（図２の破線ｂ）が時系列に変化する。なお、図２に示した時系列の消費電力は、昼間においては居住者が不在の場合である。また、図２では、太陽電池３の昼間の発電電力の方が朝方や夜間での消費電力よりも高い例であるが、消費電力は各電力負荷機器１０ａ，１０ｂ…のＯＮ／ＯＦＦ状況によって大きく変化する。

図２に示すように、昼間において居住者が不在であれば昼間の消費電力は小さく、帰宅して在室している夕方から夜にかけての消費電力が最も高くなる。このように、冬季の晴天時の昼間では、太陽電池３で発電される電力（発電電力）に大きな余剰電力が生じる。

そして、制御ユニット７は、ＰＣＳ４から入力される太陽電池３の時系列の発電電力と、住宅内の電力負荷機器１０ａ，１０ｂ…への通電によって消費される時系列の消費電力とを比較し、太陽電池３の発電電力の方が消費電力よりも大きく、かつこのときの余剰電力が空調機６の運転に必要な規定電力以上であると判断した場合、この余剰電力を分電盤５を介して空調機６側に供給するように制御する。この際、床面１３の吹出し口１５と吸込み口１６は蓋（不図示）で閉じられている。

そして、この余剰電力で昼間に空調機６を暖房運転することで、床下空間部１１内の空気が暖められ、熱エネルギーとして蓄えられる。なお、本実施形態では、基礎側壁コンクリート１ｂの内面に基礎断熱材１４を取り付けているので、床下空間部１１内での蓄熱効率を高めることができる。また、蓄熱効率をより高めるために、床下空間部１１内に蓄熱体（例えば、コンクリートや石、周知の潜熱蓄熱材など）を設置してもよい。

空調機６の運転は、余剰電力が空調機６の運転に必要な規定電力以下になるまで行われる。なお、余剰電力が空調機６の規定電力以下になる前でも、運転開始から所定時間経過後に空調機６の運転を停止するようにしてもよい。

このように、この空調機６はヒートポンプ式なので、ＣＯＰ（仕事率）が４程度（もしくは４以上）と優れており、床下空間部１１内に高効率で蓄熱することができる。更に、太陽電池３による発電電力の余剰電力で空調機６を暖房運転しているので、余剰電力を無駄にすることなく有効に利用することが可能となる。

そして、夕方から夜にかけて（夕方だけ、或いは夜間だけでもよい）、床面１３の吹出し口１５と吸込み口１６を閉じている蓋（不図示）を、電動アクチュエータ（不図示）の駆動、又はユーザ（住居人）による手動操作で開く。そして、商用電源（電力系統）９からの交流電力で室内機６ａの吸入用のファン（不図示）を回転駆動し、吸込み口１６と吸込み用パイプ１７を通して床面１３上の床上空間部（リビングルームなどの室内）１９の空気を吸入することで、床下空間部１１と床上空間部１９との間で空気の循環が行われる。なお、この場合には室内機６ａの吸入用のファン（不図示）を回転駆動するだけなので、消費電力は小さい。

これにより、床下空間部１１内に蓄熱されている熱エネルギーによって暖められた空気が、吹出し口１５を通して床面１３上の床上空間部１９に吹き出され、更に吸込み口１６と吸込み用パイプ１７を通して床下空間部１１に戻されるので、暖められた空気が効果的に床上空間部１９に供給され、床上空間部１９を暖めることができる。

図３は、夕方から夜にかけて、床下空間部１１内に蓄熱されている熱エネルギーによって暖められた空気を、床面１３上の床上空間部（室内）１９に供給したとき（図３の実線ａ）と、供給しなかったとき（図３の破線ｂ）の室内温度の変化を示した測定結果である。

このように、床下空間部１１内に蓄熱されている熱エネルギーによって暖められた空気を床上空間部１９に供給することで、夕方から夜にかけての室温の低下を緩やかに抑えることができる。

また、床下空間部１１内の空調機６は商用電源（電力系統）９でも運転可能なので、この空調機６を主となる室内空調機として、夕方から夜にかけて暖房運転することができる。この際、吸込み口１６に接続された吸込み用パイプ１７が室内機６ａの吸入口に連結されているので、室内機６ａで吸気することで床上空間部１９内の空気と床下空間部１１内の空気が効果的に循環され、床上空間部１９の温度を短時間で上げることができる。

更に、上記したように床下空間部１１内に蓄熱されている熱エネルギーによって暖められた空気が床上空間部１９に供給されているので、低消費電力で空調機６を運転（低出力運転）しても床上空間部１９を十分に暖房することが可能となり、電力料金の削減も図ることができる。

１ 戸建住宅
１ａ 基礎底盤コンクリート（基礎底盤部）
１ｂ 基礎側壁コンクリート（基礎側壁部）
２ 屋根
３ 太陽電池
４ ＰＣＳ
５ 分電盤
６ 空調機
６ａ 室内機
７ 制御ユニット（制御手段）
９ 商用電源（電力系統）
１１ 床下空間部
１４ 基礎断熱材
１９ 床上空間部（室内）

Claims (5)

1. 太陽光によって発電する太陽電池と、
   建物の床下空間部に設置された空調手段と、
   前記太陽電池の発電電力と、建物内の電力負荷機器で消費される消費電力とを比較し、前記太陽電池の発電電力の方が前記消費電力よりも大きくて余剰電力が有り、かつこの余剰電力が前記空調手段を運転する規定電力以上であると判断した場合に、前記余剰電力で前記空調手段を運転するように制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段による前記制御により前記余剰電力で前記空調手段を運転したときに得られる熱エネルギーを、前記床下空間部内に蓄熱させることを特徴とする電力管理システム。
2. 前記太陽電池が発電を行う昼間に、前記床下空間部内に蓄熱された前記熱エネルギーによって暖められた空気は、夕方又は／及び夜間に前記床下空間部内から建物内の室内に供給されることを特徴とする請求項１に記載の電力管理システム。
3. 前記床下空間部は、前記建物の床面と基礎底盤部と基礎側壁部とで囲まれた空間であり、少なくとも前記基礎側壁部の内面に基礎断熱材が取り付けられている特徴とする請求項１又は２に記載の電力管理システム。
4. 前記空調手段は、商用電源の電力系統によっても運転可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力管理システム。
5. 前記空調手段は、ヒートポンプ式の空調機であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力管理システム。