JPH07190464A - 太陽電池駆動空調機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 順潮流式太陽電池駆動空調機において、太陽
日射を遊ばさずに最大限活用することを目的とする。 【構成】 太陽電池からの入口電圧をコントロールする
コンバータを太陽日射最大獲得制御する。また、太陽日
射の余剰時に、更に冷暖房を強化する。また圧縮機停止
時には太陽電池からの電力で欠相運転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通常の商用交流電源以
外に太陽電池などの直流電源を利用して圧縮機を駆動す
る太陽電池駆動空調機に関するものであり、特に太陽電
池側出力が不足する場合は商用電源側から電力供給を受
けるが、太陽電池側の出力が空調負荷に比べて余裕があ
っても商用電源側に売電して戻せない、いわゆる順潮流
方式の場合に太陽エネルギを最大限に利用する制御方法
に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽電池駆動空調機は、ソーラエ
ネルギ出力が天候により大きく変動することや、太陽電
池の特性が負荷に対して変動が大きいために、運転中に
太陽電池出力（電圧，電流）が大きく変動し、ソーラ利
用の点から必ずしも効率の良い太陽電池の出力点で運転
しているとは言えなかった。

【０００３】図４は、従来の太陽電池駆動空調機の構成
図を示すものである。１は単相１００Ｖまたは２００Ｖ
の商用交流電源、２は商用交流電源１を整流する整流器
で、通常コンデンサ（図示せず）などで行う。３は整流
器２の出口２ｏの直流電圧を任意の交流周波数に変換す
るインバータ、４はインバータ３で変換された周波数の
回転数で駆動される圧縮機であり、通常はモータ４’を
内蔵し冷媒（図示せず）が封入され、冷暖房運転時にモ
ータ４’に通電することによって冷媒が圧縮される。特
に暖房時は圧縮機４が室外の低外気温度の雰囲気中にあ
るために圧縮機４中に冷媒が貯溜して運転始動時にオイ
ルと共に圧縮機４外へ飛び出してしまうこともあった。
５は室内機で、室内に冷房時は冷風を、暖房時は温風を
送って室内空気の温度制御をする。６は商用交流電源１
で駆動される室外ファンで熱の搬送を行う役割をする。
７は太陽電池で太陽日射によって直流電力を発生する。
８は該太陽電池７からの入口電圧Ｄｉを出口電圧Ｄｏに
昇圧するＤＣ／ＤＣ変換コンバータで、該コンバータ８
で昇圧された出力部８ｏと前記整流器２の出口の直流部
２ｏとを結んでおり、商用交流電源１だけでなく太陽電
池７からの出力を利用して圧縮機４に電力を供給し、太
陽電池駆動空調機を構成している。

【０００４】図５は太陽電池７の特性、特に日射量をパ
ラメータとした電力−電圧特性、電流−電圧特性を示
す。日射量により、また負荷によって特性が大きく変化
することを示している。太陽電池は日射量、雰囲気温度
などによって特性が変化するが、任意の雰囲気温度、日
射量のもとで最高の効率（出力）点（図５で言えば例え
ばＡ１，Ａ２，Ａ３点など）が存在する。

【０００５】以上のように構成された太陽電池駆動空調
機において、太陽日射がある場合、太陽電池７からの出
力で圧縮機４を駆動する。太陽電池７からの出力が空調
負荷（圧縮機負荷）よりも少ないときや、夜間や、雨天
時のように太陽電池７出力が殆ど無いときは商用交流電
源１から電力を供給して圧縮機４を駆動する。太陽電池
７の出力は必ずしも図５に示すような最高効率の点（前
述のように、Ａ１，Ａ２，Ａ３等）なっていたり、また
この点で常に安定しているわけではない。日射量と空調
負荷とのバランスによって太陽電池７の出力点が大きく
変動し、効率（電力）の悪いところの運転状態もあり、
効率の良い太陽電池７の使い方とは必ずしもいえなかっ
た。

【０００６】又、圧縮機４の負荷が太陽電池７からの出
力よりも小さい場合や冷暖房負荷が無い場合やそして又
運転中でも圧縮機が停止している場合には、当然太陽電
池７の出力があるにもかかわらず、逆潮流方式のように
商用電源側に電力を戻すことができず太陽電池７の最高
効率点からずれて運転しなければならなかったり、また
太陽電池のエネルギを使わず遊んでしまうという問題が
あった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑み、常に太陽電池からの出力を最大限に取得すべく太
陽電池からの出力電圧を上昇させるコンバータを制御す
ることにあり、空調負荷、即ち圧縮機負荷が太陽電池出
力よりも小さい場合は、太陽電池の出力で優先的に圧縮
機負荷を賄うようにし、逆に圧縮機負荷が太陽電池出力
よりも大きい場合には、太陽電池を最高の効率点で運転
するように制御することにある。

【０００８】また、冷暖房負荷が全く無い場合や又冷暖
房運転中でも圧縮機が停止している場合には、太陽電池
が遊んでしまっている場合でも圧縮機内に冷媒が溜り込
んで、いわゆる寝込み運転をして圧縮機の寿命に支障を
きたす危険性があった。従来は商用電源からインバータ
を介して圧縮機を欠相運転をしてヒータの代用を行い、
圧縮機を加熱して冷媒を追い出していた。

【０００９】また、太陽電池からの出力が圧縮機負荷よ
りも大きく、余裕がある場合には、室内の空調設定を現
状よりも強めておく（冷房時は低めに、暖房時は高めに
する）ことによって太陽電池を有効に利用することにあ
る。

【００１０】更に又、例え太陽電池からの出力に余裕が
あって、室内の空調設定を強めても快適性面で不快感が
増しては駄目であるので、室内の快適性面を損なわない
範囲内で行わなければならない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決（目的を
達成）するために本発明は、 １）商用交流電源を整流する整流器、この整流器出口の
直流部の電圧を交流周波数に変換するインバータ、この
インバータで駆動される圧縮機などからなる空調機に、
太陽電池からの入口電圧を昇圧するコンバータを設け、
このコンバータで昇圧された出力電圧と整流器の直流部
とを結んで太陽電池駆動空調機を構成している。そして
コンバータには制御部を設け、コンバータの入口電圧、
入口電流を検出し、従って太陽電池出力（入口電圧と入
口電流との積）を算出するようにしている。そしてコン
バータの入口電圧が太陽電池の最高効率点電圧よりも高
くなる場合には、コンバータの昇圧された出力の電圧を
直流部の電圧よりも高く設定して太陽電池からの出力を
最大限に利用すると共に、太陽電池からの入口電圧が太
陽電池の最高効率点電圧よりも低くなる場合には、コン
バータの昇圧された出力の電圧を太陽電池からの入口電
圧の低下に応じて漸次下げて設定し、太陽電池からの入
口電圧が最高効率点電圧近辺になるよう制御される。

【００１２】２）商用交流電源を整流する整流器、この
整流器出口の直流部の電圧を交流周波数に変換するイン
バータ、このインバータで駆動される圧縮機などからな
る空調機に、太陽電池からの入口電圧を昇圧するコンバ
ータを設け、このコンバータで昇圧された出力電圧と整
流器の直流部とを結んで太陽電池駆動空調機を構成して
いる。そして特に暖房運転時の圧縮機停止時に、太陽電
池からの出力で圧縮機への欠相通電させる制御方法を有
する。

【００１３】３）室内空気温度を制御する室内機と、商
用交流電源を整流する整流器、この整流器出口の直流部
の電圧を変換するインバータ、インバータで駆動される
圧縮機、室外ファン等からなる室外機と前記室内機を連
結して空調機を構成する。そして太陽電池を設け、この
太陽電池からの入口電圧を昇圧するコンバータ、このコ
ンバータの昇圧された出力電圧と前記直流部とを結んで
太陽電池駆動空調機を構成している。そしてコンバータ
には制御部を設けており、コンバータの入口電圧、入口
電流を検出するように構成し、従って太陽電池出力を算
出するようにしている。太陽電池からの入口電圧が太陽
電池の最高効率点電圧よりも高い場合には、現状室内空
気温度設定値よりも冷暖房を更に強化する。即ち冷房時
は室内空気温度を低下させ、暖房時は上昇させる制御方
法を有している。

【００１４】４）そして更にこの室内機に、室内の快適
性指標検出手段を設けて、冷暖房を強化する方法とし
て、室内の快適性指標が現状値よりも不快側になる場合
は快適許容範囲内で冷房時は前記室内空気温度を低下さ
せ、暖房時は上昇させてなる制御方法を有している。

【００１５】

【作用】上記手段により、コンバータの制御部において
コンバータ入口電圧、入口電流を検出される。かつ太陽
電池からの出力（入口電圧と入口電流との積）も算出さ
れる。太陽電池からの出力に余裕がある場合は、図５の
太陽電池の特性から明らかなようにコンバータ入口電圧
が太陽電池の最高効率点電圧よりも高くなる。この場合
制御部においてコンバータの昇圧された出力電圧を直流
部の電圧よりも高く設定するように働く。そうすること
によって商用電源側からの出力よりも太陽電池からの出
力が優先的に圧縮機側へ供給される。次に、太陽電池か
らの出力が不足する場合は商用電源側からも電力供給さ
れるが、太陽電池からの入口電圧が太陽電池の最高効率
点電圧よりも低い状態になってしまう。制御部において
コンバータの昇圧された出力の電圧を太陽電池からの入
口電圧の低下に応じて漸次下げて設定することにより、
太陽電池側からの出力を抑えて太陽電池からの入口電圧
を上昇させて入口電圧が最高効率点電圧近辺になるよう
にコントロールされ、太陽電池からの出力を最大限に利
用できることになる。

【００１６】上記別の手段により、暖房時の圧縮機停止
時（運転スイッチが入っていなくても暖房期間中場合
や、暖房運転中に圧縮機がＯＦＦした場合がある）、太
陽電池からの出力で圧縮機内のモータへ欠相通電させる
よう働かせ、モータ巻線をヒータとして活用して圧縮機
内の冷媒温度を上昇させる。

【００１７】上記別の手段により、コンバータの制御部
においてコンバータ入口電圧、入口電流を検出する。太
陽電池からの出力に余裕がある場合は太陽電池からの入
口電圧が太陽電池の最高効率点電圧よりも高い状態でバ
ランスすることになる。この場合現状室内空気温度設定
よりも冷暖房を更に強化させる。即ち冷房時は室内空気
温度設定を低下させ、暖房時は上昇させるよう制御され
る。

【００１８】又上記別の手段により、室内機で室内の快
適指標が検出される。太陽電池からの出力に余裕がある
場合は太陽電池からの入口電圧が太陽電池の最高効率点
電圧よりも高い状態でバランスすることになるが、この
場合現状室内空気温度設定よりも冷暖房を強化すること
になる。冷暖房を強化することによって室内の快適性指
標が現状値よりも不快側になる場合は快適許容範囲内
で、冷房時は室内空気温度設定をより低下させ、暖房時
は上昇させるように制御されることになる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参考
に説明する。

【００２０】図１は、本発明の１実施例の太陽電池駆動
空調機の構成図である。図２および図３は、別の発明の
１実施例の太陽電池駆動空調機の構成図である。便宜
上、従来例と同一構成要素部品については同一符号をつ
けている。

【００２１】図１において、１は商用交流電源、２は商
用交流電源１を整流する整流器、３は該整流器２出口の
直流部２ｏの電圧を変換するインバータ、４は該インバ
ータ３で駆動される圧縮機、５は室内を冷暖房する室内
機、６は商用交流電源１で駆動される室外ファン、７は
太陽電池であり図４に示される従来例のものと変わりは
なく、特性的には図５に示すものと同じとみてよい。８
はこの太陽電池７からの入口電圧Ｄｉを出口電圧Ｄｏに
昇圧するコンバータで、このコンバータ８の昇圧された
出力部８ｏと前記整流器２の出口の直流部２ｏとを結ん
で太陽電池駆動空調機を構成している。９はコンバータ
８の制御部であり、コンバータ８の入口電圧Ｄｉ、入口
電流Ｉｉの検出手段を有している。従って太陽電池７の
出力（入口電圧Ｄｉと入口電流Ｉｉとの積）も算出する
ようにしている。太陽電池７からの入口電圧Ｄｉが太陽
電池７の最高効率点電圧（ある任意の雰囲気温度、日射
量の条件で仮にＶａとする）よりも高い場合には、コン
バータ８の昇圧された出力電圧Ｄｏを前記直流部２ｏの
電圧よりも高く設定し、そして太陽電池７からの入口電
圧Ｄｉが太陽電池の最高効率点電圧（Ｖａ）よりも低い
場合には、コンバータ８の昇圧された出力電圧Ｄｏを太
陽電池７からの入口電圧Ｄｉの低下に応じて出力電圧Ｄ
ｏを漸次下げて、太陽電池７からの入口電圧Ｄｉが常に
最高効率点電圧（Ｖａ）近辺になるよう構成されてい
る。

【００２２】図２において、１は商用交流電源、２はこ
の商用交流電源を整流する整流器、３はこの整流器２出
口の直流部２ｏの電圧を交流周波数に変換するインバー
タである。４はこのインバータ３で駆動される圧縮機で
あり、モータ４’を内蔵しており冷媒（図示せず）が封
入されており、冷暖房運転時にモータ４’に通電するこ
とによって冷媒が圧縮される。特に暖房時は圧縮機４が
室外の低外気温度の雰囲気中にあるために圧縮機４中に
冷媒が貯溜して運転始動時にオイルと共に圧縮機４外へ
飛び出してしまうこともあった。８は太陽電池７からの
入口電圧Ｄｉを昇圧するコンバータで、このコンバータ
８で昇圧された出力部８ｏと整流器の直流部２ｏとを結
んで太陽電池駆動空調機を構成している。そして特に暖
房運転時の圧縮機４停止時に、太陽電池７からの出力で
圧縮機４のモータ４’への欠相通電させる制御方法を有
する。

【００２３】図３において、５は室内１０の空気（図示
せず）温度を制御する室内機である。２は商用交流電源
１を整流する整流器、３は整流器２の出口の直流部２ｏ
の電圧を変換するインバータ、４はインバータ３で駆動
される圧縮機である。６は室外ファンで、商用交流電源
１で駆動される。７は太陽電池で、８は太陽電池７から
の入口電圧Ｄｉを昇圧するコンバータで、該コンバータ
８の昇圧された出力部８ｏと前記整流器２の出口の直流
部２ｏとを結んで太陽電池駆動空調機を構成している。
９はコンバータ８の制御部であり、コンバータ８の入口
電圧Ｄｉ、入口電流Ｉｉの検出手段を有している。従っ
て太陽電池７の出力（入口電圧Ｄｉと入口電流Ｉｉとの
積）も算出されるようにしている。太陽電池７からの入
口電圧Ｄｉが太陽電池７の最高効率点電圧（Ｖａ）より
も高くなる場合に、現状室内空気温度設定よりも冷暖房
を強化する方法、即ち冷房時は室内空気温度の設定を低
下させ、暖房時は上昇させる制御方法を有している。

【００２４】また、同じく図３において、更に室内機５
に室内１０の快適性指標検出手段１１を設けている。快
適性指標は空気温度、湿度、壁面平均温度、気流などの
因子で決定されるが、空気温度は温度サーミスタ、湿度
は湿度センサ、壁面平均温度は赤外線センサ等（いずれ
も図示せず）で検出される。太陽電池７からの入口電圧
Ｄｉが太陽電池７の最高効率点電圧（Ｖａ）よりも高く
なる場合には、現状室内空気温度設定よりも冷暖房を強
化するが、室内１０の快適性指標が現状値よりも不快側
になる場合は快適許容範囲内で、冷房時は室内空気温度
の設定を低下させ、暖房時は上昇させる制御方法を有し
ている。

【００２５】以上のように構成された本実施例において
動作を説明する。図１の本発明において、冷暖房運転を
行う場合、圧縮機４への電力として太陽電池７からの電
力が供給される。太陽電池７側からの電力が不足する場
合は商用交流電源１から電力補給される。コンバータの
制御部９においてコンバータ８入口電圧、入口電流が検
出される。かつ太陽電池７からの入力（入口電圧Ｄｉと
入口電流Ｉｉとの積）が算出される。太陽電池７からの
電力が圧縮機４負荷よりも大きくてまだ余裕がある場合
には、コンバータ８入口電圧Ｄｉが太陽電池７の最高効
率点電圧Ｖａよりも高い状態でバランスしようとするの
で、コンバータ８の昇圧された出力電圧Ｄｏを直流部２
ｏの電圧よりも高く設定される。そうすることによって
商用電源１からの出力よりも太陽電池７からの出力が優
先的に圧縮機４側へ供給されることになる。太陽電池７
からの入口電圧Ｄｉが太陽電池７の最高効率点電圧Ｖａ
よりも低くなる場合には、太陽電池７からの出力が少な
い場合で、コンバータ８の昇圧された出力の電圧Ｄｏを
太陽電池からの入口電圧Ｄｉの低下に応じて漸次下げて
設定することにより、太陽電池７側からの出力を抑えて
太陽電池７にかかる負荷を減少させて、コンバータ８の
入口電圧Ｄｉを上昇させるように働くことによって、入
口電圧Ｄｉが最高効率点電圧Ｖａ近辺になるようコンバ
ータ８が制御され、太陽電池７からの出力を最大限に利
用できることになる。

【００２６】図２の発明において、暖房時の圧縮機４停
止時、即ち運転スイッチが入っていなくても暖房期間中
の場合や、暖房運転中に圧縮機４がサーモＯＦＦしてい
るような場合に、太陽電池７からの出力で圧縮機４内の
モータ４’へ欠相通電させる。モータ４’巻線が電熱ヒ
ータとして活用されて圧縮機内の冷媒温度が上昇する。
そうすることによって、圧縮機内の冷媒がオイルにとけ
込まず圧縮機外へ追い出され、始動時の潤滑不良などの
問題が解消される。

【００２７】図３の別の発明において、冷暖房運転を行
う場合、圧縮機４への電力として太陽電池７からの電力
が供給される。太陽電池７側からの電力が不足する場合
は商用交流電源１から電力補給される。コンバータ８の
制御部９においてコンバータ８の入口電圧Ｄｉ、入口電
流Ｉｉが検出される。太陽電池７からの電力を商用交流
電源１より優先的に利用してもまだ余裕がある場合に
は、太陽電池７からの入口電圧Ｄｉが太陽電池の最高効
率点電圧Ｖａよりも高い状態になろうとする。その場
合、室内制御部１３において冷房時は室内空気温度設定
を現状設定値より低下させ、暖房時は上昇させるように
して冷暖房を更に強化するように動作される。

【００２８】また同じく図３の別の発明において、圧縮
機４に通電して冷暖房運転を行う場合、室内制御部１３
においてサーミスタや湿度センサや赤外センサなどによ
り室内の空気温度、湿度、壁面輻射温度等が検出され
る。そしてこれらの値によって決定される室内の快適性
指標、例えば空調業界などで一般的に使われているＰＭ
Ｖ（予測平均申告）値が算出される。例えばこのＰＭＶ
値によって暑くも寒くもない快適状態や快適許容範囲が
一つの指標として決定される。太陽電池７からの電力を
商用交流電源１よりも優先的に利用してもまだ余裕があ
る場合には、太陽電池７からの入口電圧Ｄｉが太陽電池
７の最高効率点電圧Ｖａよりも高い状態で釣り合おうと
する。この場合室内制御部１３において室内１０の冷暖
房を更に強化するように動作されるが、室内の快適性指
標が現状値よりも不快側に算出される場合は快適許容範
囲内で、冷房時は室内空気温度設定を低下させ、暖房時
は上昇させるように制御される。

【００２９】

【発明の効果】上記実施例より明らかなように本発明の
太陽電池駆動空調機によれば、 １）太陽電池の出力が空調負荷に比べて余裕があるとき
は商用交流電力よりも優先的に利用し、太陽電池の出力
が不足する場合は商用交流側の電力からも補給されるが
太陽電池の最高効率近辺で運転されるので、いずれの場
合も太陽電池を有効に活用できる。 ２）暖房時の圧縮機停止時、太陽電池からの電力で圧縮
機内の冷媒温度を上昇させるので、圧縮機内の冷媒がオ
イルにとけ込まず圧縮機外へ追い出され、始動時の潤滑
不良などの問題が解消されると共に、遊んでいる太陽エ
ネルギを有効に活用できる。 ３）太陽電池の出力が空調負荷に比べて余裕があるとき
は商用交流電力よりも優先的に利用するが、それでもま
だ余裕がある場合は冷暖房の温度設定値を更に強めるこ
とにより、一層早く設定値に立ち上げることができた
り、かつ太陽電池を遊ばさずより有効に活用できる。 ４）冷暖房の温度設定値を更に強めることにより室内の
快適性が不快側に働く場合には、快適許容範囲内で温度
設定値を変更するので、快適性を損なわずに太陽電池を
より有効に活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における太陽電池駆動空調機
の構成図

【図２】別の本発明の他の実施例における太陽電池駆動
空調機の構成図

【図３】本発明の他の実施例における太陽電池駆動空調
機の構成図

【図４】従来の太陽電池駆動空調機の構成図

【図５】太陽電池の特性図

【符号の説明】

１ 商用交流電源 ２ 整流器 ３ インバータ ４ 圧縮機 ４’ モータ ５ 室内機 ７ 太陽電池 ８ コンバータ ９ 制御部 １１ 快適性指標検出手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用交流電源を整流する整流器、該整流器
   出口の直流部の電圧を変換するインバータ、該インバー
   タで駆動される圧縮機、太陽電池、該太陽電池からの入
   口電圧を昇圧するコンバータ、該コンバータの昇圧され
   た出力電圧と前記直流部とを結んだ太陽電池駆動空調機
   において、前記コンバータの入口電圧、入口電流の検知
   手段を有する制御部を設け、前記太陽電池からの入口電
   圧が太陽電池の最高効率点電圧よりも高くなる場合に
   は、前記コンバータの昇圧された出力電圧を前記直流部
   の電圧よりも高く設定すると共に、前記太陽電池からの
   入口電圧が太陽電池の最高効率点電圧よりも低くなる場
   合には、前記コンバータの昇圧された出力の電圧を太陽
   電池からの入口電圧の低下に応じて漸次下げて設定し、
   太陽電池からの入口電圧が最高効率点電圧近辺になるよ
   うにしてなる太陽電池駆動空調機の制御方法。
2. 【請求項２】室内機、商用交流電源を整流する整流器、
   該整流器出口の直流部の電圧を変換するインバータ、該
   インバータで駆動される圧縮機、太陽電池、該太陽電池
   からの入口電圧を昇圧するコンバータ、該コンバータの
   昇圧された出力電圧と前記直流部とを結んだ太陽電池駆
   動空調機において、暖房運転時の前記圧縮機停止時に、
   前記太陽電池からの出力で前記圧縮機への欠相通電させ
   てなる太陽電池駆動空調機の制御方法。
3. 【請求項３】室内空気温度を制御する室内機と、商用交
   流電源を整流する整流器、該整流器出口の直流部の電圧
   を変換するインバータ、該インバータで駆動される圧縮
   機、太陽電池、該太陽電池からの入口電圧を昇圧するコ
   ンバータ、該コンバータの昇圧された出力電圧と前記直
   流部とを結んだ太陽電池駆動空調機において、前記コン
   バータの入口電圧、入口電流検出手段を有する制御部を
   設け、前記太陽電池からの入口電圧が前記太陽電池の最
   高効率点電圧よりも高い場合には、冷房時は前記室内空
   気温度を低下させ、暖房時は上昇させて冷暖房を強化し
   てなる太陽電池駆動空調機の制御方法。
4. 【請求項４】前記請求項３記載の室内機に、室内の快適
   性指標検出手段を設けると共に、冷暖房を更に強化する
   方法として、前記室内の快適性指標が現状値よりも不快
   側になる場合は、快適許容範囲内で冷暖房を強化してな
   る請求項３記載の太陽電池駆動空調機の制御方法。