JP6259638B2 - Solar energy utilization system - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光を利用して発電可能であると共に発電に伴って得られる熱を利用可能な太陽エネルギー利用システムの技術に関する。 The present invention relates to a technology of a solar energy utilization system that can generate power using sunlight and can use heat obtained by power generation.
従来、太陽光を利用して発電可能であると共に発電に伴って得られる熱を利用可能な太陽エネルギー利用システム(ハイブリッドシステム)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。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technology of a solar energy utilization system (hybrid system) that can generate power using sunlight and can use heat obtained by power generation has been publicly known. For example, as described in Patent Document 1.
特許文献1には、太陽光を利用して発電可能な太陽光発電モジュール(発電部)と、太陽光発電モジュールの熱を集熱可能な太陽熱集熱モジュール(集熱部)と、熱を蓄えることが可能な蓄熱槽と、太陽熱集熱モジュールと蓄熱槽との間で液体熱媒体(伝熱媒体)を循環させる駆動ポンプ(ポンプ)と、蓄熱槽内の温度を検出する温度センサと、伝熱媒体の放熱を促進する放熱促進手段と、を具備する太陽エネルギー利用システムが記載されている。 In Patent Document 1, a solar power generation module (power generation unit) capable of generating power using sunlight, a solar heat collection module (heat collection unit) capable of collecting heat of the solar power generation module, and heat are stored. A heat storage tank, a drive pump (pump) that circulates a liquid heat medium (heat transfer medium) between the solar heat collection module and the heat storage tank, a temperature sensor that detects the temperature in the heat storage tank, A solar energy utilization system is described that includes a heat dissipation promoting means for promoting heat dissipation of a heat medium.
特許文献1に記載の太陽エネルギー利用システムにおいては、蓄熱槽内の温度が設定値よりも高くなると、放熱促進手段によって伝熱媒体の放熱が促される。これによって、電熱媒体の過度の温度上昇を防止することができ、発電部の発電効率の低下や損傷等を防止することができる。 In the solar energy utilization system described in Patent Literature 1, when the temperature in the heat storage tank becomes higher than the set value, the heat dissipation medium is urged to radiate heat. Thereby, an excessive temperature rise of the electric heating medium can be prevented, and a decrease in power generation efficiency or damage of the power generation unit can be prevented.
しかし、特許文献1においては、集熱部から蓄熱槽へと熱を運ぶ(伝熱媒体を循環させる)ポンプの制御については言及されていない。このため、集熱部(発電部)の温度があまり上がっていない状態でポンプを駆動させて、集熱効率の悪い運転が行われることが懸念される。 However, Patent Document 1 does not mention control of a pump that carries heat (circulates a heat transfer medium) from the heat collecting section to the heat storage tank. For this reason, there is a concern that the pump is driven in a state where the temperature of the heat collecting unit (power generation unit) is not so high, and an operation with poor heat collecting efficiency is performed.
また、このような問題を解決するために、高効率な制御が可能なシステムを構築しようとすると、センサ類(例えば、発電部(集熱部)の温度を検出する温度センサ等)が多数必要になるなど、コストの増加が懸念される。 In addition, in order to solve such problems, a large number of sensors (for example, a temperature sensor that detects the temperature of the power generation unit (heat collection unit)) is required to construct a system capable of highly efficient control. There are concerns about an increase in costs.
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、センサ類の増加によるコストの増加を防止しながらも、効率的な運転が可能な太陽エネルギー利用システムを提供することである。 The present invention has been made in view of the situation as described above, and the problem to be solved is a solar energy utilization system capable of efficient operation while preventing an increase in cost due to an increase in sensors. Is to provide.
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。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
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、前記発電部の熱を集熱可能な集熱部と、熱を蓄えることが可能な蓄熱槽と、前記集熱部と前記蓄熱槽との間を循環可能な伝熱媒体と、前記伝熱媒体を循環させるポンプと、前記発電部における発電量を検出する発電量検出手段と、前記蓄熱槽内の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段と、を具備し、前記発電部における発電量の積算値が算出され、当該積算値が所定の閾値を超えた場合に前記ポンプが駆動されて前記蓄熱槽に熱が蓄えられ、前記所定の閾値は、前記発電部が発電を開始した場合に前記ポンプを所定時間駆動させた後の前記蓄熱槽内の温度から推定される前記発電部の温度に基づいて決定されるものである。 That is, in claim 1, a power generation unit capable of generating power using sunlight, a heat collection unit capable of collecting heat of the power generation unit, a heat storage tank capable of storing heat, and the heat collection unit A heat transfer medium that can circulate between the heat transfer tank and the heat storage tank, a pump that circulates the heat transfer medium, a power generation amount detecting means that detects a power generation amount in the power generation section , and a temperature in the heat storage tank And a heat storage tank temperature detecting means for calculating the integrated value of the power generation amount in the power generation unit, and when the integrated value exceeds a predetermined threshold, the pump is driven to store heat in the heat storage tank. The predetermined threshold is determined based on the temperature of the power generation unit estimated from the temperature in the heat storage tank after the pump is driven for a predetermined time when the power generation unit starts power generation. It is.
請求項2においては、前記所定の閾値は、推定された前記発電部の温度が低いほど高くなるように決定されるものである。 According to a second aspect of the present invention, the predetermined threshold value is determined so as to increase as the estimated temperature of the power generation unit decreases.
請求項3においては、前記所定の閾値は、前記発電部による発電の開始からの経過時間に応じて増加するように更新されるものである。 According to a third aspect of the present invention, the predetermined threshold value is updated so as to increase in accordance with an elapsed time from the start of power generation by the power generation unit.
請求項4においては、前記所定の閾値は、前記発電部が発電を開始する直前の前記蓄熱槽内の温度が高いほど高くなるように決定されるものである。 In Claim 4 , the said predetermined threshold value is determined so that it may become so high that the temperature in the said thermal storage tank just before the said electric power generation part starts electric power generation is high.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項1においては、センサ類の増加によるコストの増加を防止しながらも、効率的な運転が可能となる。すなわち、通常設けられる発電量検出手段及び蓄熱槽温度検出手段を用いて制御を行うため、別途センサ類を設ける必要がない。また、集熱部から蓄熱槽へ伝熱媒体が運ばれた後の当該蓄熱槽内の温度に基づいて発電部の温度を推定し、所定の閾値を決定することで、発電部の温度に基づく閾値を設定することができる。 In claim 1, efficient operation is possible while preventing an increase in cost due to an increase in sensors. That is, since it controls using the electric power generation amount detection means and heat storage tank temperature detection means which are normally provided, it is not necessary to provide sensors separately. Also, based on the temperature of the power generation unit by estimating the temperature of the power generation unit based on the temperature in the heat storage tank after the heat transfer medium is carried from the heat collection unit to the heat storage tank, and determining a predetermined threshold value A threshold can be set.
請求項2においては、適切な閾値を決定することができる。すなわち、推定された発電部の温度が低いほどポンプを駆動させるまでの発電量の積算値を多く(すなわち、閾値を高く)することで、発電部の温度を上昇させるための時間をより長く確保することができる。 In claim 2 , an appropriate threshold value can be determined. In other words, the lower the estimated temperature of the power generation unit, the longer the time taken to increase the temperature of the power generation unit by increasing the integrated value of the power generation amount until the pump is driven (that is, increasing the threshold). can do.
請求項3においては、閾値を適切な値になるように更新することができる。すなわち、発電量の積算値は同じでも、日射量が低いほど発電部の温度は上昇し難い。よって、そのような日射量が低い場合(すなわち、発電量の積算値の増加具合が遅い場合)には閾値を増加させ、発電部の温度を上昇させるための時間をより長く確保することができる。 In the third aspect , the threshold value can be updated to an appropriate value. That is, even if the integrated value of the power generation amount is the same, the temperature of the power generation unit is less likely to increase as the solar radiation amount is lower. Therefore, when the amount of solar radiation is low (that is, when the increase in the integrated value of the power generation amount is slow), it is possible to secure a longer time for increasing the temperature of the power generation unit by increasing the threshold value. .
請求項4においては、適切な閾値を決定することができる。すなわち、発電部の温度が蓄熱槽内の温度よりもある程度高くないと、伝熱媒体を循環させても当該蓄熱槽に効率的に熱を蓄えることができない。よって、蓄熱槽内の温度に応じて閾値を増減させることで、発電部の温度を適切な温度まで上昇させるための時間を確保することができる。 In claim 4 , an appropriate threshold value can be determined. That is, unless the temperature of the power generation unit is higher than the temperature in the heat storage tank to some extent, heat cannot be efficiently stored in the heat storage tank even if the heat transfer medium is circulated. Therefore, the time for raising the temperature of the power generation unit to an appropriate temperature can be ensured by increasing or decreasing the threshold according to the temperature in the heat storage tank.
以下では、図1を用いて、本発明に係る太陽エネルギー利用システムの実施の一形態である太陽エネルギー利用システム(以下、単に「システム」と記す)1について説明する。 Hereinafter, a solar energy utilization system (hereinafter simply referred to as “system”) 1 which is an embodiment of the solar energy utilization system according to the present invention will be described with reference to FIG.
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で使用するためのものである。システム1は、主として発電部10、集熱部20、蓄熱槽30、集熱ポンプ40、熱交換器50、出湯ポンプ60、給湯設備70及び主制御装置100を具備する。
The system 1 is provided in a house or the like, and is for using electric power generated by using solar energy (sunlight or solar heat) or heat collected in the house. The system 1 mainly includes a
発電部10は、太陽光を利用して発電するものである。発電部10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10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10は、太陽光の日射量や当該発電部10の状態(例えば、当該発電部10の温度)等に応じた量の電力を発電することができる。
The
また、発電部10において発電された電力は住宅内の負荷等へ供給される。当該電力の流通経路には、当該電力(発電部10における発電量)を検出する電力センサ12が設けられる。電力センサ12は、本発明に係る発電量検出手段の実施の一形態である。
Moreover, the electric power generated in the
集熱部20は、発電部10の熱を集熱するものである。集熱部20は、略平板状に形成された透明多孔室断熱材及び選択吸収膜等により構成される。集熱部20は、発電部10の裏面と対向して配置され、当該発電部10と略一体的に形成される。集熱部20の内部には、不凍液等の伝熱媒体が流通可能な配管(不図示)が配設される。集熱部20は、前記配管を流通する伝熱媒体により、発電部10の熱(具体的には、太陽光を受けたことによる太陽熱や、発電により発生した熱)を集熱することができる。
The
蓄熱槽30は、熱を蓄えるためのものである。蓄熱槽30は、伝熱媒体を保温した状態で貯溜することができる。蓄熱槽30は、集熱配管31を介して集熱部20と接続され、伝熱媒体は当該集熱配管31を介して集熱部20と蓄熱槽30との間を循環することができる。
The
また、蓄熱槽30には、当該蓄熱槽30内(蓄熱槽30に貯溜された伝熱媒体)の温度を検出することが可能な蓄熱槽内温度センサ32が設けられる。蓄熱槽内温度センサ32は、蓄熱槽30の下部に設けられ、特に蓄熱槽30の下部に貯溜された伝熱媒体(すなわち、蓄熱槽30内で比較的低温な伝熱媒体)の温度を検出することが可能である。
The
集熱ポンプ40は、本発明に係るポンプの実施の一形態である。集熱ポンプ40は、集熱部20と蓄熱槽30との間で伝熱媒体を循環させるためのものである。集熱ポンプ40は集熱配管31の中途部に設けられ、集熱配管31内の伝熱媒体を圧送することによって当該伝熱媒体を集熱部20と蓄熱槽30との間で循環させることができる。
The
熱交換器50は、伝熱媒体の熱を水へと伝えるためのものである。熱交換器50は、循環配管51を介して蓄熱槽30と接続され、伝熱媒体は当該循環配管51を介して蓄熱槽30と熱交換器50との間を循環することができる。
The
出湯ポンプ60は、蓄熱槽30と熱交換器50との間で伝熱媒体を循環させるためのものである。出湯ポンプ60は循環配管51の中途部に設けられ、循環配管51内の伝熱媒体を圧送することによって当該伝熱媒体を蓄熱槽30と熱交換器50との間で循環させることができる。
The
給湯設備70は、住宅(例えば、浴室の浴槽等)に湯を供給するためのものである。給湯設備70には給湯管71が接続される。給湯管71は、上水を給湯設備70へと案内するものであり、その中途部が熱交換器50を通過するように配設される。
The hot
主制御装置100は、システム1の運転を制御するためのものである。主制御装置100は、RAMやROM等の記憶部、CPU等の演算処理部等により構成される。
The
主制御装置100は電力センサ12と電気的に接続され、当該電力センサ12から出力された検出結果を取得することができる。
主制御装置100は蓄熱槽内温度センサ32と電気的に接続され、当該蓄熱槽内温度センサ32から出力された検出結果を取得することができる。
The
主制御装置100は集熱ポンプ40と電気的に接続され、当該集熱ポンプ40の動作を制御することができる。
主制御装置100は出湯ポンプ60と電気的に接続され、当該出湯ポンプ60の動作を制御することができる。
The
The
以下では、上述の如く構成されたシステム1が運転される様子の概略について説明する。 Below, the outline of a mode that the system 1 comprised as mentioned above is drive | operated is demonstrated.
発電部10に太陽光が照射されると、当該発電部10において電力が発電され、当該電力は住宅内の負荷等へ供給される。また、発電部10に太陽光が照射されると、当該太陽光による熱(太陽熱)や発電に伴う熱が発生する。当該熱は集熱部20に集熱され、さらに集熱ポンプ40によって循環される伝熱媒体によって蓄熱槽30へと運ばれる(集熱される)。すなわち、蓄熱槽30には高温になった伝熱媒体が貯溜されることになる。
When sunlight is irradiated to the
さらに出湯ポンプ60が駆動されると、当該出湯ポンプ60によって循環される伝熱媒体によって、蓄熱槽30の熱(高温の伝熱媒体)が熱交換器50へと運ばれる。当該熱交換器50において、伝熱媒体の熱が給湯管71を流通してきた上水へと伝えられ、高温になった上水(湯)が給湯設備70へと供給されることになる。
When the
熱交換器50において、上水へと熱を伝えて低温になった伝熱媒体は、蓄熱槽30へと戻され、さらに集熱配管31を介して再び集熱部20へと循環される。このように伝熱媒体を循環させることで、集熱部20から熱を運び出すことができ、ひいては発電部10の温度上昇を抑制し、高温による当該発電部10の発電効率の低下や損傷を防止することができる。
In the
以下では、システム1の運転の制御の概要について説明する。 Below, the outline | summary of control of the driving | operation of the system 1 is demonstrated.
本実施形態の如く構成されたシステム1においては、発電部10の熱を集める集熱部20と蓄熱槽30との間で伝熱媒体を循環させて当該蓄熱槽30に熱を蓄える(集熱する)。このため、発電部10と蓄熱槽30内の温度にある程度の差(発電部10の温度が蓄熱槽30内の温度よりある程度高くなる状態)が生じていないと、伝熱媒体を循環させても効率的に集熱することはできない。すなわち、システム1においては、発電部10の温度を把握し、当該温度に基づいて(発電部10の温度が集熱可能な温度であるか否かを判定して)運転を制御することが効率化のために重要である。
In the system 1 configured as in the present embodiment, a heat transfer medium is circulated between the
一方、発電部10の温度は日射量に大きく依存する。また、当該発電部10における発電量も日射量に大きく依存するため、日射量の関数として表すことができる。したがって、発電部10の温度は、発電部10における発電量に依存するといえる。
On the other hand, the temperature of the
そこで、本実施形態におけるシステム1では、発電部10の温度と、発電部10における発電量の積算値(積算発電量)とを関連付け、当該積算発電量に基づいてシステム1の運転を制御する。より具体的には、発電部10の積算発電量の閾値を設定し、当該積算発電量が閾値を超えた時点で発電部10がある程度の温度まで上昇した(発電部10と蓄熱槽30内の温度にある程度の差が生じた)ものと判断して集熱ポンプ40を駆動させ、蓄熱槽30への集熱を開始する。
Therefore, in the system 1 in the present embodiment, the temperature of the
システム1の運転の制御に用いる閾値は、蓄熱槽30内の温度、発電部10における発電開始からの経過時間及び蓄熱槽30内の温度から推定される発電部10の温度に基づいて設定する。
The threshold used for controlling the operation of the system 1 is set based on the temperature in the
このような閾値を用いることにより、発電部10における発電量を検出する電力センサ12及び蓄熱槽30内の温度を検出する蓄熱槽内温度センサ32による検出結果を用いて制御を行うことができる。この電力センサ12及び蓄熱槽内温度センサ32は、制御内容にかかわらず、太陽エネルギー利用システムの状態を確認するために通常設置されると考えられるものである。このため、センサ類を極力増設することなく、本実施形態に係る制御を行うことが可能となる。
By using such a threshold value, it is possible to perform control using detection results by the
以下では、図2を用いて、システム1の運転の制御についてより詳細に説明する。 Hereinafter, the control of the operation of the system 1 will be described in more detail with reference to FIG.
ステップS101において、主制御装置100は、一日のうちで初めて発電部10における発電量EPVが発生したか(発電部10において発電が開始されたか)否かを判定する。
主制御装置100は、発電量EPVが発生したと判定した場合、ステップS102に移行する。
主制御装置100は、発電量EPVが発生していないと判定した場合、ステップS101の処理を再度行う。
In step S101, the
When it is determined that power generation amount EPV has been generated,
The
ステップS102において、主制御装置100は、集熱ポンプ40を一定時間(例えば、30(s)程度)だけ駆動させ、集熱部20の伝熱媒体を蓄熱槽30内へと圧送する。
主制御装置100は、ステップS102の処理を行った後、ステップS103に移行する。
In step S <b> 102,
After performing the process of step S102,
ステップS103において、主制御装置100は、一定時間駆動した集熱ポンプ40を停止させる。
主制御装置100は、ステップS103の処理を行った後、ステップS104に移行する。
In step S103,
After performing the process of step S103,
ステップS104において、主制御装置100は、集熱ポンプ40の停止直後の蓄熱槽30内の温度TTの値を、発電部10の温度TPと推定する。
主制御装置100は、ステップS104の処理を行った後、ステップS105に移行する。
In step S104, the
After performing the process of step S104,
ステップS105において、主制御装置100は、本制御で用いられる発電部10の積算発電量の閾値Nの初期値N0を算出する。当該初期値N0の算出には、ステップS103において推定された発電部10の温度TPを用いる。
なお、当該初期値N0の算出方法については後述する。
主制御装置100は、ステップS105の処理を行った後、ステップS106に移行する。
In step S105, the
A method for calculating the initial value N 0 will be described later.
After performing the process of step S105,
ステップS106において、主制御装置100は、初期値N0及び発電部10における発電開始からの経過時間tに基づいて、閾値Nを更新する。
なお、当該閾値Nの更新方法については後述する。
主制御装置100は、ステップS106の処理を行った後、ステップS107に移行する。
In step S106, the
A method for updating the threshold value N will be described later.
After performing the process of step S106,
ステップS107において、主制御装置100は、発電部10における発電量EPVの積算値が閾値Nを超えたか否かを判定する。
主制御装置100は、発電量EPVの積算値が閾値Nを超えたと判定した場合、ステップS108に移行する。
主制御装置100は、発電量EPVの積算値が閾値Nを超えていないと判定した場合、ステップS106に移行する。
In step S107, the
The
The
ステップS108において、主制御装置100は、集熱ポンプ40を駆動させ、集熱部20と蓄熱槽30との間で伝熱媒体を循環させる。これによって、集熱部20で集熱された発電部10の熱が、さらに蓄熱槽30に集熱される。
主制御装置100は、ステップS108の処理を行った後、ステップS109に移行する。
In step S <b> 108,
After performing the process of step S108,
ステップS109において、主制御装置100は、集熱ポンプ40の駆動中における蓄熱槽30内の温度変化量(時間差分)ΔTTが0以下になったか否かを判定する。すなわち、主制御装置100は、蓄熱槽30内の温度TTの変化(上昇)が無くなった、又は低下し始めたか否かを判定する。
主制御装置100は、蓄熱槽30内の温度変化量(時間差分)ΔTTが0以下になったと判定した場合、ステップS110に移行する。
主制御装置100は、蓄熱槽30内の温度変化量(時間差分)ΔTTが0以下になっていないと判定した場合、ステップS109の処理を再度行う。
In step S109,
When the
When
ステップS110において、主制御装置100は、集熱ポンプ40の駆動を停止させる。
In step S110,
以上のように、主制御装置100は、一日のうちで初めて発電量EPVが発生した時点で(ステップS101)、集熱ポンプ40を一定時間駆動させ(ステップS102)、その後当該集熱ポンプ40を停止させる。主制御装置100は、集熱ポンプ40の停止直後の蓄熱槽30内の温度TTから、発電部10の温度TPを推定し(ステップS103)、当該温度TPを用いて発電部10の積算発電量の閾値Nの初期値N0を算出する(ステップS105)。
As described above,
このように、主制御装置100は、蓄熱槽30内の温度(蓄熱槽内温度センサ32の検出結果)に基づいて、発電部10の温度TPを推定することができる。これによって、発電部10の温度TPを検出するためのセンサを別途設ける必要がなくなるため、コストの増加を防止することができる。
Thus, the
また主制御装置100は、発電部10における発電量EPVの積算値が閾値Nを超えるまで、所定時間毎(例えば、1分毎等)に当該閾値Nを更新し続ける(ステップS106)。そして、発電量EPVの積算値が閾値Nを超えた場合には、発電部10の温度がある程度上昇した(発電部10の温度が集熱可能な温度になった)と判断し、集熱ポンプ40を駆動させ(ステップS108)、蓄熱槽30に熱を蓄える。
The
そして、主制御装置100は、集熱ポンプ40の駆動中における蓄熱槽30内の温度変化量(時間差分)ΔTTが0以下になった場合(ステップS109)、発電部10(集熱部20)の熱が十分に蓄熱槽30へと蓄えられたものと判断し、集熱ポンプ40の駆動を停止させる(ステップS110)。
When the temperature change amount (time difference) ΔT T in the
次に、ステップS105における閾値Nの初期値N0の算出方法について説明する。 Next, a method for calculating the initial value N 0 of the threshold value N in step S105 will be described.
初期値N0は、以下の数1を用いて算出される。 The initial value N 0 is calculated using the following formula 1.
ここで、NTは暫定的に決定される閾値の初期値(暫定初期値)、NPは初期値N0に蓄熱槽30内の温度を考慮するための加算値である。
Here, the initial value of the threshold N T determined tentatively (provisional initial value), N P is the additional value to account for temperature in the
上記数1の暫定初期値NTは以下の数2を用いて算出される。 The provisional initial value NT of Equation 1 is calculated using Equation 2 below.
ここで、a、b及びcは正の定数、Taは所定の基準値である。この暫定初期値NTをグラフに表したものを、図3(a)に示す。 Here, a, b and c are positive constants, and T a is a predetermined reference value. FIG. 3A shows the provisional initial value NT in a graph.
暫定初期値NTは集熱ポンプ40を一定時間駆動させて算出(推定)された発電部10の温度TPに基づいて決定される。この発電部10の温度TPは外気温度によって左右されるため、季節毎の気温の差異を考慮した閾値Nの算出が可能になる。
Provisional initial value N T is determined based on the temperature T P of the
発電開始時の発電部10の温度TPが低いほど、発電部10の温度が集熱可能な温度になる(発電部10の温度が上昇して、蓄熱槽30内の温度よりある程度高くなる)までに必要な太陽エネルギーは大きくなる。そこで図3(a)に示すように、暫定初期値NTの値は、発電部10の温度TPが低いほど大きくなるように設定される。これによって、発電部10の温度TPが低いほど、集熱ポンプ40が駆動されるまでに必要な発電量EPVの積算値(ステップS107参照)は大きくなる。
As the temperature T P of the
なお、発電部10の温度TPが基準値Taを超える場合には、暫定初期値NTを一定の値(c)とし、最低限の閾値N(発電量EPVの積算値)を確保するものとする。
In the case where the temperature T P of the
また、上記数1の加算値NPは以下の数3を用いて算出される。
Also, the addition value N P in Formula 1 is calculated using the
ここで、d及びeは正の定数である。この加算値NPをグラフに表したものを、図3(b)に示す。 Here, d and e are positive constants. Those representing the sum value N P in the graph, shown in FIG. 3 (b).
加算値NPは集熱ポンプ40の駆動直前の蓄熱槽30内の温度TTに基づいて決定される。
Addition value N P is determined based on the temperature T T in the
蓄熱槽30へと熱を集める場合、蓄熱槽30内の温度TTが高くなると、それ以上に発電部10の温度を高くする必要があるため、閾値Nも大きい値に設定する必要がある。
反対に、蓄熱槽30内の温度TTが低い場合、閾値Nを小さい値に設定することで、早い段階で蓄熱槽30へと熱を集めることができる。
When collecting the heat to the
Conversely, if the temperature T T in the
そこで図3(b)に示すように、加算値NPの値は、蓄熱槽30内の温度TTが高いほど大きくなり、蓄熱槽30内の温度TTが低いほど小さくなる(負の値になる)ように設定される。このように設定された加算値NPを暫定初期値NTに加算して初期値N0を算出することで(数1参照)、初期値N0に蓄熱槽30内の温度を考慮することができる。
Therefore, as shown in FIG. 3 (b), the value of the sum N P, the temperature T T in the
但し、上述の如く加算値NPは負の値を取り得るため、上記数1で暫定初期値NTに加算値NPを加算した際に、初期値N0が負の値や、正の値であっても極端に小さい値を取るおそれがある。そこで、上記数1で暫定初期値NTに加算値NPを加算した際に、初期値N0が所定の下限値を下回らないように予め設定される。 However, since the addition value N P can take a negative value as described above, when the addition value N P is added to the provisional initial value N T in Equation 1, the initial value N 0 is a negative value or a positive value. Even a value may take an extremely small value. Therefore, upon adding the additional value N P provisional initial value N T In Equation 1, the initial value N 0 is set in advance so as not to fall below a predetermined lower limit value.
次に、ステップS106における閾値Nの更新方法について説明する。 Next, a method for updating the threshold value N in step S106 will be described.
閾値Nは、以下の数4を用いて更新される。 The threshold value N is updated using the following equation (4).
ここで、t(分)は発電部10における発電開始からの経過時間、tbは所定の基準値である。また、fは正の定数である。この閾値Nをグラフに表したものを、図4に示す。
Here, t (min) elapsed time from the start of power generation in the
発電部10の温度は、同じ発電量EPVの積算値が得られたとしても、日射量が高いほど上昇し易い。例えば、同じ発電量EPVの積算値が得られたとしても、晴天の日の方が曇天の日よりも発電部10の温度が高くなる。この天候による差異を閾値Nに反映するために、当該閾値Nを経過時間tによって変化させる。
Temperature of the
具体的には、発電部10における発電開始からtb(分)経過するまでは、閾値Nは初期値N0のまま一定とする。ここで、基準値tbとしては、晴天の日において発電部10の温度が集熱可能な温度まで上昇するのに必要な時間が設定される。当該時間(基準値tb)は、実験や数値解析等によって予め定められる。
Specifically, the threshold N remains constant at the initial value N 0 until t b (minutes) has elapsed from the start of power generation in the
一方、発電部10における発電開始からtb(分)経過した後は、毎分初期値N0のf(%)ずつ閾値Nを増加させていく。これによって、曇天の日など日射量が低い場合の、発電部10の温度上昇の鈍化傾向を考慮することができる。
On the other hand, after t b (min) has elapsed since the start of power generation in the
以下では、図5及び図6を用いて、晴天の日、曇天の日及び雨天の日のそれぞれにおける、システム1の制御の具体例について説明する。
なお、図5及び図6において示した発電部10の温度TPは、システム1の制御の様子を確認するために実際に測定された値(実測値)を示しているが、上述したように当該システム1の制御に発電部10の温度TPを実際に測定する必要はない。
Below, the specific example of control of the system 1 in each of a fine day, a cloudy day, and a rainy day is demonstrated using FIG.5 and FIG.6.
The temperature T P of the
図5(a)には、晴天の日においてシステム1を制御した場合の具体例を示している。晴天の日には、発電部10における発電開始からtb分程度経過した時点で、発電量EPVの積算値が閾値Nを超え、その時点から集熱ポンプ40の駆動(蓄熱槽30への集熱)が開始される。
FIG. 5A shows a specific example when the system 1 is controlled on a sunny day. A sunny day, at the time of the lapse of about t b min from the start of power generation in the
この場合、発電部10の温度TPに着目すると、発電量EPVの積算値が閾値Nを超えた時点で、発電部10の温度TPが集熱可能な温度(蓄熱槽30内の温度TTとの差(ΔTPT)がある程度大きくなる温度)まで十分に上昇している。
In this case, paying attention to the temperature T P of the
図5(b)には、曇天の日においてシステム1を制御した場合の具体例を示している。曇天の日には、発電部10における発電開始からtb分程度経過した時点では、まだ発電量EPVの積算値が閾値Nを超えていない。また、この時点では、発電部10の温度TPが集熱可能な温度まで上昇していない(蓄熱槽30内の温度TTとの差が小さい)。
FIG. 5B shows a specific example when the system 1 is controlled on a cloudy day. In cloudy days, at the time it has elapsed about t b min from the start of power generation in the
曇天の日には、発電部10における発電開始からtb分以上経過した時点で、発電量EPVの積算値が閾値Nを超え、その時点から集熱ポンプ40の駆動(蓄熱槽30への集熱)が開始される。この時点では、発電部10の温度TPが集熱可能な温度(蓄熱槽30内の温度TTとの差(ΔTPT)がある程度大きくなる温度)まで十分に上昇している。
In cloudy days, when older than t b min from the start of power generation in the
図6には、雨天の日においてシステム1を制御した場合の具体例を示している。雨天の日には、発電部10における発電量EPVが少ないため、その積算値が閾値Nを超えることがない。すなわち、雨天の日においては、集熱ポンプ40が駆動される(蓄熱槽30への集熱が行われる)ことがない。
FIG. 6 shows a specific example when the system 1 is controlled on a rainy day. On the day of rain, since a small power generation amount E PV in the
この場合、発電部10の温度TPに着目すると、発電部10の温度TPが集熱可能な温度(蓄熱槽30内の温度TTとの差がある程度大きくなる温度)まで上昇していない。すなわちこの場合は、非効率的な集熱ポンプ40の駆動を防止することができる。
In this case, paying attention to the temperature T P of the
以上の如く、本実施形態に係るシステム1(太陽エネルギー利用システム)は、
太陽光を利用して発電可能な発電部10と、
発電部10の熱を集熱可能な集熱部20と、
熱を蓄えることが可能な蓄熱槽30と、
集熱部20と蓄熱槽30との間を循環可能な伝熱媒体と、
前記伝熱媒体を循環させる集熱ポンプ40(ポンプ)と、
発電部10における発電量を検出する電力センサ12(発電量検出手段)と、
を具備し、
発電部10における発電量EPVの積算値が算出され、当該積算値が所定の閾値Nを超えた場合に集熱ポンプ40が駆動されて蓄熱槽30に熱が蓄えられるものである。
このように構成することにより、センサ類の増加によるコストの増加を防止しながらも、効率的な運転が可能となる。すなわち、通常設けられる電力センサ12を用いて制御を行うため、別途センサ類を設ける必要がない。
As described above, the system 1 (solar energy utilization system) according to the present embodiment is
A
A
A
A heat transfer medium that can circulate between the
A heat collecting pump 40 (pump) for circulating the heat transfer medium;
A power sensor 12 (power generation amount detecting means) for detecting the power generation amount in the
Comprising
Integrated value of the power generation amount E PV in the
With this configuration, efficient operation is possible while preventing an increase in cost due to an increase in sensors. That is, since control is performed using the normally provided
また、システム1は、
蓄熱槽30内の温度を検出する蓄熱槽内温度センサ32(蓄熱槽温度検出手段)をさらに具備し、
所定の閾値Nは、
発電部10が発電を開始した場合に集熱ポンプ40を所定時間駆動させた後の蓄熱槽30内の温度TTから推定される発電部10の温度TPに基づいて決定されるものである。
このように構成することにより、センサ類の増加によるコストの増加を防止しながらも、効率的な運転が可能となる。すなわち、通常設けられる蓄熱槽内温度センサ32を用いて制御を行うため、別途センサ類を設ける必要がない。また、集熱部20から蓄熱槽30へ伝熱媒体が運ばれた後の当該蓄熱槽30内の温度TTに基づいて発電部10の温度TPを推定し、所定の閾値Nを決定することで、発電部10の温度TPに基づく閾値Nを設定することができる。
In addition, the system 1
A heat storage tank temperature sensor 32 (heat storage tank temperature detection means) for detecting the temperature in the
The predetermined threshold N is
Is to be determined based on the
With this configuration, efficient operation is possible while preventing an increase in cost due to an increase in sensors. That is, since control is performed using the heat storage
また、所定の閾値Nは、
推定された発電部10の温度TPが低いほど高くなるように決定されるものである。
このように構成することにより、適切な閾値Nを決定することができる。すなわち、推定された発電部10の温度TPが低いほど集熱ポンプ40を駆動させるまでの発電量EPVの積算値を多く(すなわち、閾値Nを高く)することで、発電部10の温度TPを上昇させるための時間をより長く確保することができる。
The predetermined threshold N is
Temperature T P of the estimated
By configuring in this way, an appropriate threshold value N can be determined. That is, many integrated value of the power generation amount E PV to a temperature T P of estimated
また、所定の閾値Nは、
発電部10による発電の開始からの経過時間tに応じて増加するように更新されるものである。
このように構成することにより、閾値Nを適切な値になるように更新することができる。すなわち、発電量EPVの積算値は同じでも、日射量が低いほど発電部10の温度TPは上昇し難い。よって、そのような日射量が低い場合(すなわち、発電量EPVの積算値の増加具合が遅い場合)には閾値Nを増加させ、発電部10の温度TPを上昇させるための時間をより長く確保することができる。
The predetermined threshold N is
It is updated so as to increase in accordance with the elapsed time t from the start of power generation by the
With this configuration, the threshold value N can be updated to an appropriate value. That is, even an integrated value of the power generation amount E PV is the same, the temperature T P of the
また、所定の閾値Nは、
発電部10が発電を開始する直前の蓄熱槽30内の温度TTが高いほど高くなるように決定されるものである。
このように構成することにより、適切な閾値Nを決定することができる。すなわち、発電部10の温度TPが蓄熱槽30内の温度TTよりもある程度高くないと、伝熱媒体を循環させても当該蓄熱槽30に効率的に熱を蓄えることができない。よって、蓄熱槽30内の温度TTに応じて閾値Nを増減させることで、発電部10の温度TPを適切な温度まで上昇させるための時間を確保することができる。
The predetermined threshold N is
In which the
By configuring in this way, an appropriate threshold value N can be determined. That is, when the temperature T P of the
なお、本実施形態において説明したシステム1の構成は一例であり、本発明に係る太陽エネルギー利用システムは任意に構成することが可能である。 In addition, the structure of the system 1 demonstrated in this embodiment is an example, and the solar energy utilization system which concerns on this invention can be comprised arbitrarily.
また、本実施形態で示した定数(a、b、c、d、e及びf)は、実験や数値解析等によって適切な値を設定することが可能である。 The constants (a, b, c, d, e, and f) shown in the present embodiment can be set to appropriate values through experiments, numerical analysis, and the like.
また、本発明に係る太陽エネルギー利用システムは、住宅に限らず、種々の施設(集合住宅、商業施設、実験設備等)に適用することが可能である。 Moreover, the solar energy utilization system according to the present invention can be applied not only to a house but also to various facilities (a collective house, a commercial facility, an experimental facility, etc.).
1 システム(太陽エネルギー利用システム)
10 発電部
12 電力センサ(発電量検出手段)
20 集熱部
30 蓄熱槽
32 蓄熱槽内温度センサ(蓄熱槽温度検出手段)
40 集熱ポンプ(ポンプ)
100 主制御装置
1 system (solar energy utilization system)
10
20
40 Heat collection pump (pump)
100 Main controller
Claims (4)
前記発電部の熱を集熱可能な集熱部と、
熱を蓄えることが可能な蓄熱槽と、
前記集熱部と前記蓄熱槽との間を循環可能な伝熱媒体と、
前記伝熱媒体を循環させるポンプと、
前記発電部における発電量を検出する発電量検出手段と、
前記蓄熱槽内の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段と、
を具備し、
前記発電部における発電量の積算値が算出され、当該積算値が所定の閾値を超えた場合に前記ポンプが駆動されて前記蓄熱槽に熱が蓄えられ、
前記所定の閾値は、
前記発電部が発電を開始した場合に前記ポンプを所定時間駆動させた後の前記蓄熱槽内の温度から推定される前記発電部の温度に基づいて決定される、
太陽エネルギー利用システム。 A power generation unit capable of generating power using sunlight;
A heat collecting unit capable of collecting heat of the power generation unit;
A heat storage tank capable of storing heat;
A heat transfer medium that can circulate between the heat collecting section and the heat storage tank;
A pump for circulating the heat transfer medium;
A power generation amount detecting means for detecting a power generation amount in the power generation section;
A heat storage tank temperature detecting means for detecting the temperature in the heat storage tank;
Comprising
An integrated value of the power generation amount in the power generation unit is calculated, and when the integrated value exceeds a predetermined threshold, the pump is driven to store heat in the heat storage tank,
The predetermined threshold is:
It is determined based on the temperature of the power generation unit estimated from the temperature in the heat storage tank after driving the pump for a predetermined time when the power generation unit starts power generation,
Solar energy utilization system.
推定された前記発電部の温度が低いほど高くなるように決定される、
請求項1に記載の太陽エネルギー利用システム。 The predetermined threshold is:
It is determined to be higher as the estimated temperature of the power generation unit is lower,
The solar energy utilization system according to claim 1.
前記発電部による発電の開始からの経過時間に応じて増加するように更新される、
請求項1又は請求項2に記載の太陽エネルギー利用システム。 The predetermined threshold is:
Updated to increase according to the elapsed time from the start of power generation by the power generation unit,
The solar energy utilization system according to claim 1 or 2.
前記発電部が発電を開始する直前の前記蓄熱槽内の温度が高いほど高くなるように決定される、
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の太陽エネルギー利用システム。 The predetermined threshold is:
It is determined to be higher as the temperature in the heat storage tank immediately before the power generation unit starts power generation,
Solar energy utilization system as claimed in any one of claims 1 to 3.
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