特許 7296737 ソーラーパネル冷却機能付空調システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-15

(45)【発行日】2023-06-23

(54)【発明の名称】ソーラーパネル冷却機能付空調システム

(51)【国際特許分類】

   F24F 5/00 20060101AFI20230616BHJP

   F24F 11/47 20180101ALI20230616BHJP

   F24F 11/89 20180101ALI20230616BHJP

   F25B 5/02 20060101ALI20230616BHJP

   H02S 40/42 20140101ALI20230616BHJP

【ＦＩ】

F24F5/00 L

F24F11/47

F24F11/89

F25B5/02 B

F25B5/02 520A

H02S40/42

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019013120

(22)【出願日】2019-01-29

(65)【公開番号】P2020122593

(43)【公開日】2020-08-13

【審査請求日】2022-01-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000236056

【氏名又は名称】三菱電機ビルソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤田 優也

(72)【発明者】

【氏名】門田 祐輔

【審査官】安島 智也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－０３８１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１７１１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３７５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１１１６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１４３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１８９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４１２１７２５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｆ ５／００

Ｆ２４Ｆ １１／００ － １１／８９

Ｆ２５Ｂ ５／０２

Ｈ０２Ｓ ４０／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び前記各機器に冷媒を循環させる空調装置用冷媒回路を有する空調装置と、
太陽光を電力に変換するソーラーパネルと、
前記空調装置用冷媒回路の前記室外熱交換器出口側から電子制御弁を介して前記ソーラーパネルの冷却回路を通り前記空調装置用冷媒回路の前記室内熱交換器出口側に冷媒を分岐して導くソーラーパネル冷却用冷媒回路と、
前記空調装置のエネルギー効率に関係する負荷率であって、前記室外熱交換器の容量に対する前記室外熱交換器に発生した負荷の割合である負荷率、及び前記ソーラーパネルの発電時の最大出力に関係する温度特性に基づき前記電子制御弁を制御する弁制御部と、
を備え、
前記ソーラーパネルの出力電圧が予め設定される許容最大出力電圧以上になる場合には、前記電子制御弁を閉鎖する、
ソーラーパネル冷却機能付空調システム。

【請求項2】

請求項１に記載のソーラーパネル冷却機能付空調システムにおいて、
前記ソーラーパネルの最大出力は、前記ソーラーパネルの温度が低下するほど増大し、
前記弁制御部は、前記空調装置の負荷率について、前記空調装置の負荷に基づいて算出される算出負荷率が、エネルギー効率が最大となるように予め設定される所定負荷率より低くなる場合に、前記電子制御弁を開放し、前記算出負荷率が前記所定負荷率以上となる場合に前記電子制御弁を閉鎖するように制御する、
ソーラーパネル冷却機能付空調システム。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のソーラーパネル冷却機能付空調システムにおいて、
前記電子制御弁は電子制御膨張弁である、
ソーラーパネル冷却機能付空調システム。

【請求項4】

請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のソーラーパネル冷却機能付空調システムにおいて、
前記ソーラーパネルの温度を検出する温度センサを備え、
前記温度センサの検出値が、前記ソーラーパネルの周囲空気の露点温度以下になる場合に、前記電子制御弁を閉鎖する、
ソーラーパネル冷却機能付空調システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調装置、ソーラーパネル、及びソーラーパネル冷却回路を備えるソーラーパネル冷却機能付空調システムに関し、その空調システム全体のエネルギー効率向上に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ソーラーパネルの裏面側に配置された熱伝導板を冷媒配管に接触させ、その冷媒配管に液冷媒を流すことで、冷媒配管内で液冷媒を気化させると共に、熱伝導板の温度を低下させるヒートポンプシステムが記載されている。

【0003】

特許文献２には、太陽電池モジュールの集合体（太陽電池アレイ）の裏面に接合した熱交換器に冷媒を流し、その冷媒を屋外に設置されたクーラで冷却する構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－１９５１８７号

【文献】特開平４－１２７５８２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１及び特許文献２に記載された構成では、ソーラーパネルまたは太陽電池モジュールの集合体を冷媒により冷却することで、太陽電池モジュール等を含むソーラーパネルの温度が低下し、最大出力を増大できる可能性はある。しかしながら、冷媒を循環させるとともにその冷媒を冷却する装置の消費電力が増えるため、ソーラーパネル及びその冷却装置を含むシステム全体のエネルギー効率を向上させる面から改良の余地がある。

【0006】

一方、建物の室内を冷却する空調装置は、一般に、一定の負荷が与えられることでエネルギー効率が高くなる。このことから、空調装置を利用してソーラーパネルを冷却することが考えられるが、システム全体のエネルギー効率を向上させる面から改良の余地がある。

【0007】

本発明は、空調装置のエネルギー効率を向上させるために、ソーラーパネルを冷却する機能を有するソーラーパネル冷却機能付空調システムであって、システム全体のエネルギー効率を向上させることができるソーラーパネル冷却機能付空調システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るソーラーパネル冷却機能付空調システムは、室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び前記各機器に冷媒を循環させる空調装置用冷媒回路を有する空調装置と、太陽光を電力に変換するソーラーパネルと、前記空調装置用冷媒回路の前記室外熱交換器出口側から電子制御弁を介して前記ソーラーパネルの冷却回路を通り前記空調装置用冷媒回路の前記室内熱交換器出口側に冷媒を分岐して導くソーラーパネル冷却用冷媒回路と、前記空調装置のエネルギー効率に関係する負荷率であって、前記室外熱交換器の容量に対する前記室外熱交換器に発生した負荷の割合である負荷率、及び前記ソーラーパネルの発電時の最大出力に関係する温度特性に基づき前記電子制御弁を制御する弁制御部と、を備えるソーラーパネル冷却機能付空調システムである。

【0009】

本発明に係るソーラーパネル冷却機能付空調システムによれば、空調装置を利用してソーラーパネルを冷却するとともに、空調装置の負荷率及びソーラーパネルの温度特性に基づき、ソーラーパネル冷却用冷媒回路の電子制御弁が制御される。これにより、空調装置の負荷が増大し、空調装置のエネルギー効率を向上できるとともに、ソーラーパネルの温度を低下させることで最大出力を増大できる。このため、空調装置の負荷率及びソーラーパネルの温度特性に応じてシステム全体のエネルギー効率が高くなる状態でソーラーパネルを冷却することができるので、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。

【0010】

本発明に係るソーラーパネル冷却機能付空調システムにおいて、より好ましくは、前記ソーラーパネルの最大出力は、前記ソーラーパネルの温度が低下するほど増大し、前記弁制御部は、前記空調装置の負荷率について、前記空調装置の負荷に基づいて算出される算出負荷率が、エネルギー効率が最大となるように予め設定される所定負荷率より低くなる場合に、前記電子制御弁を開放し、前記算出負荷率が前記所定負荷率以上となる場合に前記電子制御弁を閉鎖するように制御する。

【0011】

上記構成によれば、算出負荷率が、エネルギー効率が最大となる所定負荷率より低くなる場合に電子制御弁を開放することで、ソーラーパネルが冷却されソーラーパネルの最大出力を増大できる。これとともに、空調装置用冷媒回路に加えて、ソーラーパネル冷却用冷媒回路にも冷媒が分岐して流れるため、室内の冷房状態を維持する場合に、空調装置の冷媒循環量が多くなる。これにより、算出負荷率が高くなるので、算出負荷率を所定負荷率に近づけることができる。この結果、空調装置のエネルギー効率を向上できるとともに、ソーラーパネルの最大出力を増大できるので、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、算出負荷率が所定負荷率以上となる場合に電子制御弁を閉鎖することにより、算出負荷率のさらなる増大を抑制できるので、算出負荷率を所定負荷率付近に維持しやすくなる。

【0012】

本発明に係るソーラーパネル冷却機能付空調システムにおいて、より好ましくは、前記電子制御弁は電子制御膨張弁である。

【0013】

上記構成によれば、ソーラーパネル冷却用冷媒回路において電子制御膨張弁の他に膨張弁を設ける必要がなくなる。

【0014】

本発明に係るソーラーパネル冷却機能付空調システムにおいて、より好ましくは、前記ソーラーパネルの温度を検出する温度センサを備え、前記ソーラーパネルの出力電圧が予め設定される許容最大出力電圧以上になる場合、あるいは、前記温度センサの検出値が、前記ソーラーパネルの周囲空気の露点温度以下になる場合には、前記電子制御弁を閉鎖する。

【0015】

上記構成によれば、ソーラーパネルの出力電圧が許容最大出力電圧以上である場合に、ソーラーパネルの冷却による出力電圧のさらなる上昇を防止でき、ソーラーパネルの電気回路の保護を図れる。これとともに、ソーラーパネルが、周囲空気の露点温度以下である場合に、ソーラーパネルの冷却によってさらに温度が低下することを防止し、結露の発生を抑制することで発電効率の低下を抑制できる。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係るソーラーパネル冷却機能付空調システムによれば、空調装置のエネルギー効率及びシステム全体のエネルギー効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る実施形態のソーラーパネル冷却機能付空調システムを建物に取り付けた状態を示す図である。

【図2】実施形態のソーラーパネル冷却機能付空調システムの回路図である。

【図3】実施形態において、空調装置の負荷率とエネルギー効率の指標の１つであるＣＯＰとの関係を表す性能曲線の１例を示す図である。

【図4】実施形態において、ソーラーパネルの温度特性の１例を示す図である。

【図5】実施形態において、弁制御部による電子制御弁の制御方法を示すフローチャートである。

【図6】ソーラーパネルの非冷却時（ａ）と冷却時（ｂ）とにおける各要素に出入りするエネルギーの概要を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する形状、数などは、説明のための例示であって、ソーラーパネル冷却機能付空調システムの仕様により適宜変更が可能である。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。また、本文中の説明においては、必要に応じてそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

【0019】

図１は、実施形態のソーラーパネル冷却機能付空調システム１０を建物１００に取り付けた状態を示す図である。ソーラーパネル冷却機能付空調システム１０は、空調装置１２と、ソーラーパネル３０と、ソーラーパネル冷却用冷媒回路４０と、弁制御部５０（図２）とを含んで構成される。空調装置１２は、例えば建物１００の室内等の空間の冷暖房に用いられる。ソーラーパネル３０は、建物１００の屋根上に取り付けられて、太陽光の受光によって発電する。以下、ソーラーパネル冷却機能付空調システム１０は、システム１０と記載する。

【0020】

システム１０は、空調装置１２を循環する冷媒によってソーラーパネル３０も冷却することでソーラーパネル３０の最大出力を向上させるとともに、ソーラーパネル３０の冷却及び非冷却を適切に切り換えることで、システム１０全体のエネルギー効率も向上させる。

【0021】

図２は、システム１０の回路図である。空調装置１２は、室内熱交換器１３、圧縮機１４、室外熱交換器１５、膨張弁１６及びこれら各機器１３，１４，１５，１６に冷媒を循環させる空調装置用冷媒回路２０を有する。空調装置用冷媒回路２０は、各機器１３，１４，１５，１６を接続する複数の配管により構成される。図２では、太線矢印により空調装置用冷媒回路２０の各配管を示している。

【0022】

空調装置１２は室内冷房時に、冷媒を室内熱交換器１３、圧縮機１４、室外熱交換器１５、膨張弁１６の順に循環させる。室内熱交換器１３及び膨張弁１６は、建物１００の室内に配置される室内機１７の内部に配置される。圧縮機１４及び室外熱交換器１５は、建物１００の外部に配置される室外機１８の内部に配置される。

【0023】

室内熱交換器１３は、室内冷房時に、室内熱交換器１３の内部を流れる冷媒と、室内熱交換器１３を通過する室内空気との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発させる蒸発器として使用される。室内空気はその熱交換によって冷却され、冷却空気として室内機１７から室内に吹き出される。

【0024】

圧縮機１４は、室内冷房時に、室内熱交換器１３の出口と室外熱交換器１５の入口との間に接続され、室内熱交換器１３で蒸発した冷媒を圧縮しながら、室外熱交換器１５に送り出す。

【0025】

室外熱交換器１５は、室内冷房時に、室外熱交換器１５の内部を流れる冷媒と、室外熱交換器１５を通過する外気との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮させる凝縮器として使用される。

【0026】

膨張弁１６は室内冷房時に、室外熱交換器１５の出口と室内熱交換器１３の入口との間に接続される。膨張弁１６は、冷媒の圧力及び温度を低下させ、蒸発しやすい状態にする。

【0027】

図３は、空調装置１２の負荷率とエネルギー効率の指標の１つであるＣＯＰとの関係を表す性能曲線の１例を示している。負荷率を、室外熱交換器の容量に対する室外熱交換器に発生した負荷の割合と定義する。図３に示すように、空調装置１２の性能曲線には最大値が存在し、負荷率ＬＦがＬＦｍａｘのときにＣＯＰが最大となる。また、一般的な使用状態で、空調装置１２の年平均冷房空調負荷率は負荷率ＬＦｍａｘを下回り、一般的に空調装置１２はエネルギー効率が悪い状態で運転される。実施形態では、後述のように空調装置１２の算出負荷率ＬＦが、エネルギー効率が最大となる所定負荷率ＬＦｍより低い場合に、空調装置１２に流す冷媒を後述のソーラーパネル３０の冷却にも用いる。算出負荷率ＬＦは、空調装置１２に含まれる温度センサ及び圧力センサ等の検出情報から算出された室外熱交換器１５に発生した負荷と、予め設定される室外熱交換器１５の容量との割合から算出される。これにより、空調装置用冷媒回路２０に加えて、ソーラーパネル３０を冷却する後述のソーラーパネル冷却用冷媒回路４０にも冷媒が分岐して流れるため、室内の冷房状態を維持する場合に、空調装置１２の冷媒循環量が多くなり、算出負荷率ＬＦが大きくなる。したがって、算出負荷率ＬＦを所定負荷率ＬＦｍに近づけることができるので、空調装置１２を高効率で運転できる。

【0028】

図４は、ソーラーパネル３０の温度特性の１例を示す図である。図４に示すように、ソーラーパネル３０の最大出力（最大発生可能出力）は、ソーラーパネル３０の温度（パネル温度）が上昇するに従い、例えば直線状に単調減少する。このため、例えば、ソーラーパネル３０の温度がｔ１からｔ０（ｔ０＜ｔ１）に低下する場合に最大出力を増大させることができる。

【0029】

ソーラーパネル３０は、電気的に直列に接続された複数の太陽電池モジュールを含んでいる。なお、ソーラーパネル３０は、直列接続された複数の太陽電池モジュールを１組として、複数組の太陽電池モジュール同士が並列接続されてもよい。

【0030】

図２に示すように、ソーラーパネル冷却用冷媒回路４０は、電子制御弁である電子制御膨張弁４１と、ソーラーパネル冷却回路４３と、上流側、中間、及び下流側配管４４，４５，４６とを含んでいる。ソーラーパネル冷却回路４３は、例えばソーラーパネル３０の受光面とは反対側に配置され、ソーラーパネル３０を冷却する。上流側配管４４の両端は、空調装置用冷媒回路２０における室外熱交換器１５の出口及び膨張弁１６の間と、電子制御膨張弁４１の入口とに接続される。以下では、電子制御膨張弁４１はＬＥＶ４１と記載する。

【0031】

ＬＥＶ４１は、その膨張弁の開度が弁制御部５０で制御される。この開度を０とした場合には、室外熱交換器１５からの冷媒がソーラーパネル冷却用冷媒回路４０の下流側に流れることが阻止される。上記開度を大きくすることで、室外熱交換器１５からの冷媒が、ＬＥＶ４１で膨張した後、ソーラーパネル冷却用冷媒回路４０の下流側に流れる。中間配管４５の両端は、ＬＥＶ４１の出口とソーラーパネル冷却回路４３の入口とに接続される。

【0032】

下流側配管４６（図２）の両端は、ソーラーパネル冷却回路４３の出口と、空調装置用冷媒回路２０における室内熱交換器１３の出口及び圧縮機１４の入口の間とに接続される。これにより、ソーラーパネル冷却用冷媒回路４０は、空調装置用冷媒回路２０の室外熱交換器１５出口側からＬＥＶ４１を介してソーラーパネル冷却回路４３を通り空調装置用冷媒回路２０の室内熱交換器１３出口側に冷媒を分岐して導く。このため、ソーラーパネル冷却回路４３に、ＬＥＶ４１にて膨張された低温の冷媒が流れることで、ソーラーパネル３０を冷却できる。弁制御部５０によりＬＥＶ４１が開放（開弁）されることにより、ソーラーパネル３０を冷却するモード（ソーラーパネル冷却モード）が実行される。

【0033】

弁制御部５０は、空調装置１２の負荷率と、ソーラーパネル３０の発電時の温度特性である、ソーラーパネル３０の温度及び最大出力の関係とに基づきＬＥＶ４１の開度を制御する。弁制御部５０は、演算処理部であるＣＰＵと、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部とを有するマイクロコンピュータを含んで構成される。

【0034】

システム１０は、さらにソーラーパネル３０の温度を検出するパネル温度センサ４７と、ソーラーパネル３０の周囲空気の温度を検出する外気温度センサ４８と、この周囲空気の湿度を検出する湿度センサ４９とを有する。各センサ４７，４８，４９の検出信号は、弁制御部５０に送信される。弁制御部５０は、各センサ４７，４８，４９の検出信号に基づいても、ＬＥＶ４１の開度を制御する。この制御において、ソーラーパネル３０の出力電圧が、ソーラーパネル３０の電気回路の保護の面から予め設定される許容最大出力電圧以上になる場合を第１の場合とする。また、外気温度センサ４８及び湿度センサ４９の検出値からソーラーパネル３０の周囲空気の露点温度が算出される。このとき、パネル温度センサ４７の検出値が、露点温度の算出値以下になる場合を第２の場合とする。弁制御部５０は、第１の場合あるいは第２の場合にＬＥＶ４１を閉鎖して、ソーラーパネル冷却モードを停止する。

【0035】

図５を用いて弁制御部５０を用いたＬＥＶ４１の制御方法を説明する。図５は、弁制御部５０によるＬＥＶ４１の制御方法を示すフローチャートである。図５に示す処理は、弁制御部５０により実行される。システム１０の電源がオンされ、弁制御部５０が起動されると、まずステップＳ１１において、空調装置１２の算出負荷率ＬＦが０か否か、すなわち空調装置１２が停止しているか否かが判定される。空調装置１２が停止している（ステップＳ１１の判定がＹＥＳの）場合にはステップＳ１６に移行し、空調装置１２が運転中である（ステップＳ１１の判定がＮＯの）場合にはステップＳ１２に移行する。ステップＳ１６では、ＬＥＶ４１を閉鎖し、ソーラーパネル冷却モードを停止する。ステップＳ１６の処理の終了後は、ステップＳ１１に戻る。

【0036】

ステップＳ１２では、ソーラーパネル３０の出力電圧Ｖｐが、許容最大出力電圧Ｖｐｍ以上（Ｖｐ≧Ｖｐｍ）か否かが判定される。ステップＳ１２の判定処理は、ソーラーパネル３０の出力電圧が高すぎる場合に、ソーラーパネル３０の冷却を停止することでソーラーパネル３０の電気回路の保護を図るために実行される。

【0037】

ソーラーパネル３０の出力電圧Ｖｐが許容最大出力電圧Ｖｐｍ未満の場合（ステップＳ１２の判定がＮＯの場合）には、ステップＳ１３に移行する。

【0038】

ステップＳ１３では、パネル温度センサ４７の検出値である、ソーラーパネル３０の温度Ｔｐが、ソーラーパネル３０の周囲空気の露点温度Ｔｄ以下（Ｔｐ≦Ｔｄ）か否かが判定される。ステップＳ１３の判定処理は、ソーラーパネル３０の温度Ｔｐが周囲空気の露点温度Ｔｄ以下である場合に、ソーラーパネル３０の冷却を停止することでソーラーパネル３０の温度がさらに低下することを防止し、結露の発生によるソーラーパネル３０の発電効率低下を抑制するために実行される。

【0039】

ソーラーパネル３０の温度Ｔｐが、周囲空気の露点温度Ｔｄを上回る場合（ステップＳ１３の判定がＮＯの場合）には、ステップＳ１４に移行する。

【0040】

次に、ステップＳ１４では、室外熱交換器１５の容量に対する室外熱交換器１５に発生した負荷の割合である算出負荷率ＬＦが、エネルギー効率が最大となるように予め設定される所定負荷率ＬＦｍ以上（ＬＦ≧ＬＦｍ）か否かが判定される。算出負荷率ＬＦは、上記のように、空調装置１２に含まれる温度センサ及び圧力センサ等の検出情報から算出された室外熱交換器１５に発生した負荷と、予め設定される室外熱交換器１５の容量との割合から算出される。算出負荷率ＬＦが所定負荷率ＬＦｍより低い場合（ステップＳ１４の判定がＮＯの場合）には、ステップＳ１５に移行する。

【0041】

ステップＳ１５では、ＬＥＶ４１を開放し、ソーラーパネル冷却モードを実行する。ステップＳ１５の処理の後では、ステップＳ１１に戻る。

【0042】

一方、ステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４において判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ１１の判定がＹＥＳの場合と同様に、ステップＳ１６に移行し、ＬＥＶ４１が閉鎖される。図５のステップＳ１１～Ｓ１４の処理は順序が入れ替えられてもよい。

【0043】

上記のシステム１０によれば、空調装置１２を利用してソーラーパネル３０を冷却するとともに、空調装置１２のエネルギー効率に関係する負荷率及びソーラーパネル３０の発電時の最大出力に関係する温度特性に基づき、ソーラーパネル冷却回路４３より冷媒上流側のＬＥＶ４１が制御される。これにより、空調装置１２の負荷が増大し、空調装置１２のエネルギー効率を向上できるとともに、ソーラーパネル３０の温度を低下させることで最大出力を増大できる。このため、システム全体のエネルギー効率が高くなる状態でソーラーパネル３０を冷却することができるので、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、ソーラーパネル３０を冷却するための空調装置１２以外の冷却媒体（例えば水等）を用意する必要がなくなる。これにより、その冷却媒体を流すための動力源等を用意する必要もなくなり、かつ、その品質を管理する必要もなくなる。

【0044】

ここで、システム全体のエネルギー効率は、次のように定義できる。図６は、ソーラーパネル３０の非冷却時（ａ）と冷却時（ｂ）とにおける各要素に出入りするエネルギーの概要を示している。ソーラーパネル３０の非冷却時における空調装置１２の消費電力、冷房能力、ソーラーパネル３０の出力を、それぞれＣａｃ、Ｑａｃ、Ｇａｃとする。このとき、システム全体のエネルギー効率Ｅ１は、Ｅ１＝Ｑａｃ／Ｃａｃで定義される。

【0045】

一方、ソーラーパネル３０の冷却時において、ソーラーパネル３０の冷却に利用可能な空調装置１２の冷房能力ＤＱでソーラーパネル３０を冷却する場合に、その冷却によってソーラーパネル３０の出力がＤＧ分増大すると仮定する。この場合に、空調装置１２の消費電力、冷房能力、ソーラーパネル３０の出力を、それぞれＣｐｖ（＝Ｃａｃ＋ＤＣ）、Ｑｐｖ（＝Ｑａｃ＋ＤＱ）、Ｇｐｖ（＝Ｇａｃ＋ＤＧ）とする。このとき、システム全体のエネルギー効率Ｅ２は、Ｅ２＝Ｑａｃ／（Ｃｐｖ－ＤＧ）で定義される。

【0046】

上記の式は、Ｅ２＝Ｑａｃ／｛Ｃａｃ－（ＤＧ－ＤＣ）｝と変形できるので、ソーラーパネル３０の冷却により増大する出力ＤＧが、空調装置１２の消費電力の増大分ＤＣを上回っていれば、ソーラーパネル３０の冷却によってシステム全体のエネルギー効率Ｅ２をＥ１より高くできる。上記の実施形態によれば、システム全体のエネルギー効率Ｅ２がＥ１より高くなるようにソーラーパネル３０を冷却できる。これについては後で試算結果を用いて説明する。

【0047】

さらに、ソーラーパネル３０の最大出力は、ソーラーパネル３０の温度が低下するほど増大し、弁制御部５０は、算出負荷率ＬＦが、エネルギー効率が最大となる所定負荷率ＬＦｍより低くなる場合に、ＬＥＶ４１を開放するように制御される。これにより、算出負荷率ＬＦが所定負荷率ＬＦｍより低い場合にＬＥＶ４１を開放することで、ソーラーパネル３０が冷却され最大出力を増大できる。これとともに、空調装置用冷媒回路２０に加えて、ソーラーパネル冷却用冷媒回路４０にも冷媒が分岐して流れるため、室内の冷房状態を維持する場合に、空調装置１２の冷媒循環量が多くなる。このため、算出負荷率ＬＦを、所定負荷率ＬＦｍに近づけるように大きくすることができる。この結果、空調装置１２のエネルギー効率を向上できるとともに、ソーラーパネル３０の最大出力を増大できるので、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。また、算出負荷率ＬＦが所定負荷率ＬＦｍ以上となる場合にＬＥＶ４１を閉鎖するように制御されるので、算出負荷率ＬＦのさらなる増大を抑制でき、所定負荷率ＬＦｍ付近に維持しやすくなる。

【0048】

さらに、弁制御部５０により制御される電子制御弁がＬＥＶ４１であるので、ソーラーパネル冷却用冷媒回路４０においてＬＥＶ４１の他に膨張弁を設ける必要がなくなる。なお、弁制御部５０により制御される電子制御弁を、ソーラーパネル冷却用冷媒回路４０に設けられた電子開閉弁とし、その電子開閉弁の下流側に膨張弁を設けてもよいが、この場合には上記の実施形態と異なり、部品点数が増大する。

【0049】

さらに、弁制御部５０は、ソーラーパネル３０の出力電圧が予め設定される許容最大出力電圧以上になる場合、あるいは、パネル温度センサ４７の検出値が、ソーラーパネル３０の周囲空気の露点温度以下になる場合には、ＬＥＶ４１を閉鎖する。これにより、ソーラーパネル３０の出力電圧が許容最大出力電圧以上である場合に、ソーラーパネル３０の冷却による出力電圧のさらなる上昇を防止でき、ソーラーパネル３０の電気回路の保護を図れる。これとともに、ソーラーパネル３０が、周囲空気の露点温度以下になる場合に、ソーラーパネル３０の冷却によってさらに温度が低下することを防止し、結露の発生を抑制することで発電効率の低下を抑制できる。

【0050】

なお、パネル温度センサ４７の検出値が、ソーラーパネル３０の周囲空気の露点温度以下か否かの判定には、外気温度センサ４８及び湿度センサ４９の代わりに、ソーラーパネル３０の周囲空気の露点温度を検出する露点温度センサを用いてもよい。この場合には、弁制御部５０が、露点温度センサの検出値と、パネル温度センサ４７の検出値とからソーラーパネル３０の温度が周囲空気の露点温度以下か否かを判定する。

【0051】

図５に示した制御方法において、ステップＳ１２及びステップＳ１３の処理を省略することもできる。ステップＳ１２を省略する場合には、例えば、ステップＳ１２の処理とは別の手段によって、ソーラーパネル３０の電気回路を保護する。

【0052】

次に、実施形態のように、空調装置１２の負荷率を、エネルギー効率が最大となる負荷率に近づけるように、空調装置１２によりソーラーパネル３０を冷却することが効率的であることを確認するために行った試算の結果を説明する。

【0053】

試算は、特定の場所及び時期（５月）を設定するとともに、外気条件と室内条件とを仮定して行った。また、試算は、空調装置１２の算出負荷率ＬＦが所定負荷率ＬＦｍ（＝２５．０％）に近づくように、弁制御部５０がＬＥＶ４１を制御することを条件とした。所定負荷率ＬＦｍでは、空調装置１２においてエネルギー効率の指標の１つであるＣＯＰが最大となる。

【0054】

このとき、空調装置１２の定格冷房運転と、５月の平均温度及び平均湿度での平均状態の運転（平均運転）と、ＣＯＰが最大となる場合の運転（ＣＯＰ最大運転）とにおいて、空調装置１２の冷房能力、消費電力、及びＣＯＰ（またはＣＯＰ比）が、表１に示すように算出された。

【0055】

【表1】

【0056】

表１中、ＣＯＰは、ＣＯＰ＝（冷房能力）／（消費電力）で算出される。ＣＯＰ比は、負荷率８５．０％の定格冷房運転におけるＣＯＰに対する、５月の平均運転またはＣＯＰ最大運転のＣＯＰの比率である。

【0057】

このときソーラーパネル３０の冷却に利用可能な空調装置１２の冷房能力は、表１から次の（１）式のように算出される。

【0058】

（ＣＯＰ最大運転での冷房能力）－（５月の平均運転での冷房能力）＝２．１４－１．４３＝０．７１（ｋＷ）・・・（１）

【0059】

また、空調装置１２において、ソーラーパネル３０の冷却により増加する消費電力は、表１から次の（２）式のように算出される。

【0060】

（ＣＯＰ最大運転での消費電力）－（５月の平均運転での消費電力）＝０．１８９－０．１３２＝０．０５７（ｋＷ）・・・（２）

【0061】

また、ソーラーパネル３０は、周囲空気から与えられる熱量Ｑａｉｒが、冷媒に奪われる熱量Ｑｒｅｆと等しくなるまで温度が低下する。ソーラーパネル３０が非冷却の場合には、熱量Ｑａｉｒ（＝Ｑｒｅｆ）＝０であり、ソーラーパネル３０が冷却される場合には、熱量Ｑａｉｒ（＝Ｑｒｅｆ）＞０である。（１）式より、熱量Ｑａｉｒ（＝熱量Ｑｒｅｆ）は、０．７１ｋＷである。

【0062】

また、試算における他の条件は以下とした。
５月の空気温度：２５．１℃
空調装置１２により冷却されたソーラーパネル３０の温度の仮定値：１５．０℃
熱伝達率：５．０Ｗ／ｍ^２Ｋ
ソーラーパネル３０を構成する太陽電池モジュール１枚当たりの最大出力：２７５Ｗ

【0063】

上記の条件で、熱量Ｑａｉｒが０．７１ｋＷとなるためのソーラーパネル３０の面積を算出し、その面積を太陽電池モジュールの枚数に換算すると、８．５枚となった。

【0064】

この結果、ソーラーパネル３０の冷却運転を開始し、ソーラーパネル３０の冷却に利用可能な空調装置１２の冷房能力（＝０．７１ｋＷ）でソーラーパネル３０の温度が１５℃まで低下すると仮定したときに、冷却可能な太陽電池モジュールの枚数は８．５枚であることが分かった。また、ソーラーパネル３０は温度が１０℃低下すると、最大出力が５％増加することが分かっている。このことから、ソーラーパネル３０の冷却により増加するソーラーパネル３０の最大出力は、太陽電池モジュール１枚当たりで０．０１３７５ｋＷとなり、これに太陽電池モジュールの枚数（８．５枚）を乗じると、０．１１７ｋＷとなった。これにより、ソーラーパネル３０の冷却により増加する最大出力の合計が０．１１７ｋＷと算出された。

【0065】

この算出値（０．１１７ｋＷ）は、（２）式で得られた、ソーラーパネル３０の冷却により増加する空調装置１２の消費電力（０．０５７ｋＷ）を上回っている。これにより、空調装置１２による冷却で増加するソーラーパネル３０の出力ＤＧ（図６）が、ソーラーパネル３０の冷却により増加する空調装置１２の消費電力ＤＣ（図６）を上回ることを確認できた。このため、ソーラーパネル３０の冷却によって、上記のエネルギー効率Ｅ２をソーラーパネル３０が非冷却の場合のエネルギー効率Ｅ１より高くできることを確認できた。この結果、空調装置１２の消費電力の増加分を考慮した場合に、空調装置１２の負荷率を、エネルギー効率が最大となる負荷率に近づけるようにソーラーパネル３０を冷却することが効率的であることを確認できた。

【0066】

なお、ソーラーパネル冷却用冷媒回路は、空調装置用冷媒回路に複数接続される構成としてもよい。

【符号の説明】

【0067】

１０ ソーラーパネル冷却機能付空調システム（システム）、１２ 空調装置、１３ 室内熱交換器、１４ 圧縮機、１５ 室外熱交換器、１６ 膨張弁、１７ 室内機、１８ 室外機、２０ 空調装置用冷媒回路、３０ ソーラーパネル、４０ ソーラーパネル冷却用冷媒回路、４１ 電子制御膨張弁（ＬＥＶ）、４３ ソーラーパネル冷却回路、４４ 上流側配管、４５ 中間配管、４６ 下流側配管、４７ パネル温度センサ、４８ 外気温度センサ、４９ 湿度センサ、５０ 弁制御部、１００ 建物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】