專利名稱：發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用諧振磁場(chǎng)的耦合以無(wú)線方式進(jìn)行能量供給的發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電單兀。
背景技術(shù)：
出于天然資源的干涸和全球溫室化對(duì)策的觀點(diǎn)，對(duì)不排出二氧化碳的太陽(yáng)能發(fā)電的關(guān)注日益增加。近幾年，在大面積的區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)多個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電元件(太陽(yáng)能電池以下，有時(shí)簡(jiǎn)單稱作“單元”)來(lái)產(chǎn)生大電力的工廠也慢慢成為現(xiàn)實(shí)。到目前為止，家庭用太陽(yáng)能發(fā)電裝置也主要是鋪設(shè)在建筑物的房頂?shù)壬?，但是也開(kāi)始研究了在建筑物的壁面配置的方法。在一般的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，使用了在金屬框內(nèi)排列多個(gè)單元并互相連接了單元之間的“太陽(yáng)能電池塊”。在太陽(yáng)能電池塊(以下、有時(shí)簡(jiǎn)單稱作“模塊”)的前面設(shè)置玻璃板，各單元以與大氣隔離并被密封的狀態(tài)工作。通過(guò)鋪設(shè)這種太陽(yáng)能電池塊，從而能夠構(gòu)筑太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。在導(dǎo)入這種太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，單元和模塊的制造成本高成為障礙。此外， 作為導(dǎo)入障礙，也不能無(wú)視鋪設(shè)單元或模塊來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)的成本高的問(wèn)題。越是在高處進(jìn)行鋪設(shè)作業(yè)，則越危險(xiǎn)且成本越高，對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)一步普及而言成為重大的課題。 此外，在已建設(shè)好的建筑物中導(dǎo)入太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的情況下，很難實(shí)施用于連接在屋外鋪設(shè)的太陽(yáng)能發(fā)電部和建筑物內(nèi)部的電子設(shè)備的布線工程，這也成為與太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的普及相應(yīng)的較大的課題。如后述那樣，由于每個(gè)單元的輸出電壓較低，故在現(xiàn)有的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，為了獲得電子設(shè)備的動(dòng)作所需的電壓，需要串聯(lián)連接多個(gè)太陽(yáng)能電池單元。因此，多個(gè)連接處的可靠性的降低也會(huì)成為使系統(tǒng)整體的長(zhǎng)期可靠性降低的較大的要因。此外，在更換長(zhǎng)期工作而劣化的模塊或連接布線的情況下，也需要在高處進(jìn)行作業(yè)，因此維持成本高也是問(wèn)題。作為現(xiàn)有的太陽(yáng)能發(fā)電裝置的一例，公開(kāi)了從屋外經(jīng)由墻壁材料向屋內(nèi)以無(wú)線方式供給能量的電力供給系統(tǒng)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。在該電力供給系統(tǒng)中，通過(guò)電磁感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)了經(jīng)由墻壁的RF(高頻)能量的傳輸。另一方面，也正在廣泛普及利用了固體高分子形等的燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)。即使在這種發(fā)電系統(tǒng)中，各個(gè)單元的輸出電壓也比較低，想要獲得高電壓時(shí)需要串聯(lián)連接多個(gè)單元。因此，與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備相同，多個(gè)連接處的可靠性的降低會(huì)成為使系統(tǒng)整體的長(zhǎng)期可靠性降低的要因。此外，專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了在2個(gè)諧振器之間以無(wú)線方式傳輸能量的新的無(wú)線能量傳輸裝置。在該無(wú)線能量傳輸裝置中，經(jīng)由在諧振器的周邊的空間內(nèi)產(chǎn)生的諧振頻率的振動(dòng)能量的滲出(隨著距離急速衰減的電磁場(chǎng)(evanescent tail))使2個(gè)諧振器耦合，從而能夠以無(wú)線方式(非接觸)傳輸振動(dòng)能量。以下，將作為諧振器而利用磁場(chǎng)分布的能量傳輸方式稱作磁場(chǎng)諧振方式。
與現(xiàn)有的電磁感應(yīng)方式相比，基于磁場(chǎng)諧振方式的無(wú)線電力傳輸能夠顯著地?cái)U(kuò)大傳輸距離。即，在諧振器之間的耦合系數(shù)k比各諧振器的衰減常數(shù)Γ 1、Γ 2之積的平方根大的情況下，能夠進(jìn)行良好的能量傳輸。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2006-136045號(hào)公報(bào)(第5實(shí)施方式、圖16)專利文獻(xiàn)2美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第2008/0278264號(hào)說(shuō)明書(圖5、圖10)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明想要解決的課題)在專利文獻(xiàn)1記載的電力傳輸系統(tǒng)中，不能解決從各個(gè)單元輸出的電壓低這樣的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備所固有的課題。在太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域，目前因?yàn)槟芰孔儞Q效率高而被廣泛使用的結(jié)晶硅系的1個(gè)太陽(yáng)能電池(單元)的輸出電壓VcSo. 5V左右，是非常低的。例如，在將來(lái)自太陽(yáng)能發(fā)電部的直流輸出變換為交流的情況下，一般的變換電路(電力調(diào)節(jié)裝置) 的動(dòng)作效率相對(duì)于300Vdc左右的輸入電壓而被最大化。因此，想要執(zhí)行高效率下的變換時(shí)，需要通過(guò)串聯(lián)連接數(shù)百個(gè)單元來(lái)將太陽(yáng)能發(fā)電部的輸出電壓提高至300V左右。此外， 在與作為家庭內(nèi)配電的單相3線(100V或200V)的系統(tǒng)連接的情況下，需要通過(guò)電力調(diào)節(jié)裝置來(lái)使太陽(yáng)能發(fā)電部的輸出電壓升壓至200倍以上。但是，若考慮升壓時(shí)的電力效率的降低，則仍然是要求串聯(lián)多個(gè)單元來(lái)盡可能提高太陽(yáng)能發(fā)電部的輸出電壓。另外，即使在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)不進(jìn)行從直流向交流的變換的情況下，也會(huì)產(chǎn)生同樣的問(wèn)題。在最近備受關(guān)注的直流供電系統(tǒng)等中研討使用的電壓是48Vdc、或者300 400Vdc左右。因此，在直流供電系統(tǒng)中，也仍然需要串聯(lián)連接數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)的單元。串聯(lián)連接的單元或模塊的個(gè)數(shù)越增加，在鋪設(shè)區(qū)域的一部分成為背陰的情況(部分遮蔽)下或者在鋪設(shè)的單元或模塊的一部分產(chǎn)生了特性劣化的情況下，越容易導(dǎo)致系統(tǒng)整體的性能下降。為了回避這種問(wèn)題，一般在模塊內(nèi)導(dǎo)入旁路二極管。但是，向模塊內(nèi)導(dǎo)入旁路二極管會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱或成本增加等問(wèn)題，因此并不是優(yōu)選的。另一方面，在利用具有升壓功能的一般的DC/DC變流器來(lái)進(jìn)行升壓的情況下，高效地實(shí)現(xiàn)與大幅降低串聯(lián)連接的單元的個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)的高的升壓比是很困難的。另一方面，即使在利用了燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)中，在與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備同樣地各個(gè)單元或發(fā)電堆的一部分產(chǎn)生了特性的劣化的情況下，存在導(dǎo)致系統(tǒng)整體的性能下降的問(wèn)題。本發(fā)明利用基于磁場(chǎng)諧振方式的無(wú)線電力傳輸來(lái)解決上述的課題。本發(fā)明的主要目的在于提供一種即使因合成來(lái)自多個(gè)發(fā)電單元的RF輸出而使一部分發(fā)電單元的特性劣化也能夠維持高的輸出電力、且在進(jìn)行合成時(shí)不會(huì)降低效率的發(fā)電系統(tǒng)。(用于解決課題的手段)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)具備第1發(fā)電單元和第2發(fā)電單元，各發(fā)電單元分別具備輸出直流能量的發(fā)電設(shè)備、 將從所述發(fā)電設(shè)備輸出的直流能量變換為頻率f0的RF能量之后進(jìn)行輸出的振蕩器、發(fā)送從所述振蕩器輸出的所述RF能量的送電天線、以及接收由所述送電天線發(fā)送的所述RF能量的至少一部分的受電天線，將所述送電天線的諧振頻率和所述受電天線的諧振頻率設(shè)定為等于頻率f0，并且各發(fā)電單元輸出所述受電天線接收到的所述RF能量；合成部，其接收從所述各發(fā)電單元輸出的所述RF能量，合成所述RF能量之后進(jìn)行輸出；和振蕩相位控制部，其調(diào)整從所述第1發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的所述RF 能量與從所述第2發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的所述RF能量之間的相位差，以便使由所述合成部對(duì)從所述第1發(fā)電單元輸出的第IRF能量和從所述第2發(fā)電單元輸出的第 2RF能量進(jìn)行合成時(shí)的所述第IRF能量的相位和所述第2RF能量的相位一致。本發(fā)明的其他發(fā)電系統(tǒng)具備第1發(fā)電單元和第2發(fā)電單元，各發(fā)電單元分別具備輸出直流能量的發(fā)電設(shè)備、 將從所述發(fā)電設(shè)備輸出的直流能量變換為頻率f0的RF能量之后進(jìn)行輸出的振蕩器、發(fā)送從所述振蕩器輸出的所述RF能量的送電天線、以及接收由所述送電天線發(fā)送的所述RF能量的至少一部分的受電天線，將所述送電天線的諧振頻率和所述受電天線的諧振頻率設(shè)定為等于頻率f0，并且各發(fā)電單元輸出所述受電天線接收到的所述RF能量；合成部，其接收從所述各發(fā)電單元輸出的所述RF能量，合成所述RF能量之后進(jìn)行輸出；和電抗調(diào)整電路，在所述第1發(fā)電單元和所述第2發(fā)電單元的至少一方中，該電抗調(diào)整電路被插入到所述振蕩器與所述送電天線之間的、或者所述受電天線與所述合成部之間的傳輸線路上，包括電感器和電容元件的至少一方，且電抗值被設(shè)定為使由所述合成部合成從所述第1發(fā)電單元輸出的第IRF能量和從所述第2發(fā)電單元輸出的第2RF能量時(shí)的所述第IRF能量的相位和所述第2RF能量的相位一致的值。本發(fā)明的發(fā)電單元具備發(fā)電設(shè)備，其輸出直流能量；振蕩器，其將從所述發(fā)電設(shè)備輸出的直流能量變換為頻率f0的RF能量之后進(jìn)行輸出；脈沖生成器，其生成規(guī)定從所述振蕩器輸出的所述RF能量的相位的脈沖并將該脈沖輸入給所述振蕩器，具備接收從外部輸入的控制信號(hào)的輸入部，響應(yīng)于所述控制信號(hào)的輸入而生成所述脈沖；送電天線，其發(fā)送從所述振蕩器輸出的所述RF能量；和受電天線，其接收由所述送電天線發(fā)送的所述RF能量的至少一部分，所述發(fā)電單元將所述送電天線的諧振頻率和所述受電天線的諧振頻率設(shè)定為等于頻率f0，并且輸出所述受電天線接收到的所述RF能量。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，由于以無(wú)線方式進(jìn)行電力傳輸，因此可降低發(fā)電設(shè)備的鋪設(shè)成本，而且能夠簡(jiǎn)便地進(jìn)行發(fā)電設(shè)備的一部分劣化時(shí)的更換作業(yè)。并且，對(duì)從多個(gè)發(fā)電單元輸出的RF能量進(jìn)行合成時(shí)，可降低從不同的發(fā)電單元輸出的RF能量之間的相位差，因此能夠獲得高的輸出電力。此外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，可在沒(méi)有串聯(lián)連接發(fā)電設(shè)備的情況下使來(lái)自各發(fā)電單元所包含的發(fā)電設(shè)備的輸出電壓升壓，因此能夠構(gòu)筑效率高且穩(wěn)定的發(fā)電系統(tǒng)。


圖1是表示本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的一例的框圖。圖2是表示本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的其他例的框圖。圖3是本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖4A是本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的振蕩器的結(jié)構(gòu)圖。圖4B是本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的合成部的結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的無(wú)線傳輸部的等效電路圖。圖6是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的脈沖控制部所進(jìn)行的相位控制的圖。圖7(a)是表示不進(jìn)行本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的相位修正時(shí)的輸出電力的圖， (b)是表示進(jìn)行了本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的相位修正時(shí)的輸出電力的圖。圖8是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式中的發(fā)電系統(tǒng)的其他結(jié)構(gòu)的圖。圖9是本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖10是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的阻抗控制部的結(jié)構(gòu)的圖。圖11是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的阻抗變換的順序的流程圖。圖12(a)是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的送電天線的第1結(jié)構(gòu)例的圖，(b)是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的送電天線的第2結(jié)構(gòu)例的圖，(c)是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的送電天線的第3結(jié)構(gòu)例的圖，(d)是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式中的送電天線的第4結(jié)構(gòu)例的圖。
具體實(shí)施例方式在說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式之前，首先參照?qǐng)D1、2簡(jiǎn)單說(shuō)明本發(fā)明的基本原理。圖1是表示本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)的一例的框圖。本發(fā)電系統(tǒng)具備第1發(fā)電單元110-1及第2發(fā)電單元110-2、和合成部111。合成部111對(duì)第1發(fā)電單元110-1和第2發(fā)電單元110-2的輸出進(jìn)行合成。另外，在本說(shuō)明書中，對(duì)于與第1發(fā)電單元110-1相關(guān)的結(jié)構(gòu)要素，在參考符號(hào)的后面附加“-1”，對(duì)于與第2發(fā)電單元110-2相關(guān)的結(jié)構(gòu)要素， 在參考符號(hào)的后面附加“_2”。此外，在不區(qū)分發(fā)電單元110的情況下表示各結(jié)構(gòu)要素時(shí)在參考符號(hào)的后面省略“_1”和“_2”。各發(fā)電單元110具有輸出直流能量的發(fā)電設(shè)備101 ；將從發(fā)電設(shè)備101輸出的直流能量變換成頻率為fo的高頻(RF)能量后進(jìn)行輸出的振蕩器102 ；利用天線傳輸從振蕩器102輸出的RF能量的無(wú)線傳輸部103。無(wú)線傳輸部103包括送電天線107和受電天線 108，基于后述的磁場(chǎng)諧振方式進(jìn)行無(wú)線電力傳輸。由此，從送電天線107向受電天線108 傳輸從振蕩器102輸出的RF能量。受電天線108向合成部111發(fā)送從送電天線107傳輸?shù)腞F能量。合成部111接受從各發(fā)電單元110發(fā)送出的RF能量(以下，有時(shí)稱作“RF輸出”)，并對(duì)這些RF能量進(jìn)行合成，并輸出給外部的負(fù)載或系統(tǒng)等。圖1所示的發(fā)電系統(tǒng)還具備振蕩相位控制部120，其對(duì)2個(gè)振蕩器102-1、102-2進(jìn)行相位控制，以使在合成2個(gè)發(fā)電單元110-1、110-2的RF輸出時(shí)相位差幾乎為0。振蕩相位控制部120調(diào)整從上述2個(gè)振蕩器102-1、102-2輸出的RF能量的相位差，以使在合成上述2個(gè)RF輸出時(shí)不會(huì)產(chǎn)生相位差。通過(guò)振蕩相位控制部120進(jìn)行的該相位控制，能夠獲得高的輸出。在本發(fā)明中，并不限于并聯(lián)連接2個(gè)發(fā)電單元，也可以并聯(lián)連接3個(gè)以上，從而構(gòu)成為通過(guò)合成來(lái)自各發(fā)電單元的輸出而獲得更高的輸出。此時(shí)，振蕩相位控制部120進(jìn)行的上述的相位控制并不限于針對(duì)第1和第2發(fā)電單元110-1、110-2，也可以對(duì)其他發(fā)電單元所包含的振蕩器進(jìn)行上述的相位控制。想要使來(lái)自合成部111的輸出最大時(shí)，優(yōu)選對(duì)所有發(fā)電單元的RF輸出進(jìn)行合成時(shí)相位一致的方式對(duì)各發(fā)電單元110的振蕩器102進(jìn)行上述的相位控制。通過(guò)以上的相位控制，例如，即使在發(fā)電單元110至合成部111的傳輸線路的長(zhǎng)度 (傳輸線路長(zhǎng))不同的情況下，也能夠維持高的輸出。同樣地，即使在發(fā)電設(shè)備101中的發(fā)電環(huán)境(溫度、放射照度等)不同的情況下，也能夠維持高的輸出。在上述的發(fā)電系統(tǒng)中，振蕩相位控制部120對(duì)各振蕩器102進(jìn)行了相位的調(diào)整，但是也可以通過(guò)其他的方法進(jìn)行相位的調(diào)整。在本發(fā)明中，只要構(gòu)成為合成至少?gòu)?個(gè)發(fā)電單元110-1、110-2輸出的RF能量時(shí)相位一致即可。圖2是表示本發(fā)明的其他發(fā)電系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)的框圖。圖2所示的發(fā)電系統(tǒng)代替上述的振蕩相位控制部120具備包含電感器和電容元件的至少一方的電抗調(diào)整電路130。 在圖2所示的發(fā)電系統(tǒng)中，在第1發(fā)電單元110-1所包含的受電天線108-1與合成部111 之間的傳輸線路上插入了電抗調(diào)整電路130。另外，電抗調(diào)整電路130的位置并不限于此， 也可以插入到振蕩器102-1與送電天線107-1之間。電抗調(diào)整電路130典型的是LC電路，包含電感器和電容元件的至少一方。電抗調(diào)整電路130的電抗值被設(shè)定為由合成部111合成來(lái)自第1發(fā)電單元110-1的RF輸出和來(lái)自第2發(fā)電單元110-2的RF輸出時(shí)相位一致的值。通過(guò)在傳輸線路上插入這種電抗調(diào)整電路130，可降低合成時(shí)的RF輸出的相位偏離，能夠獲得高的輸出。在圖2所示的例中，僅對(duì)第1發(fā)電單元110-1發(fā)揮了電抗調(diào)整電路130的相位調(diào)整效果，但是電抗調(diào)整電路130也可以對(duì)第2發(fā)電單元110-2進(jìn)行相位調(diào)整。此外，在構(gòu)成為并聯(lián)連接了 3個(gè)以上的發(fā)電單元的情況下，優(yōu)選按照來(lái)自所有的發(fā)電單元的RF輸出的相位在合成時(shí)一致的方式，針對(duì)所有發(fā)電單元設(shè)置電抗調(diào)整電路130。如以上所述，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，由于能夠降低在合成從多個(gè)發(fā)電單元輸出的RF能量時(shí)有可能產(chǎn)生的相位偏離，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的發(fā)電。以下，說(shuō)明本發(fā)明的有效性。在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，從太陽(yáng)能電池塊到合成點(diǎn)的傳輸線路的長(zhǎng)度一般隨著太陽(yáng)能電池塊的不同而不同，因此合成時(shí)的各RF輸出的相位大多情況下不一致。因此，有時(shí)即使合成這些輸出也不能得到高的輸出。一般，在家庭用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，約組合10 20 塊左右Im角的太陽(yáng)能電池塊來(lái)使用。因此，在一處匯總來(lái)自各模塊的輸出的情況下，根據(jù)模塊的不同，在傳輸線路長(zhǎng)度上最大會(huì)產(chǎn)生約IOm的差。頻率越高，傳輸線路長(zhǎng)因模塊的不同而引起的RF輸出的相位差就越大。若合成相位大且不同的多個(gè)RF輸出，則總電力量會(huì)降低，因此產(chǎn)生整體的傳輸效率降低的問(wèn)題。此外，在各發(fā)電單元110中，在受電天線108的輸出端子與負(fù)載連接的狀態(tài)下，優(yōu)選發(fā)電設(shè)備101的輸出阻抗和振蕩器102的輸入阻抗大致相等。在此，優(yōu)選發(fā)電設(shè)備101的輸出阻抗是輸出電力最大的阻抗。同樣，優(yōu)選從振蕩器102輸出的RF能量的輸出阻抗 hut和送電天線107的輸入阻抗Zin大致相等。此外，在送電天線107連接了振蕩器102 的狀態(tài)下，優(yōu)選受電天線108的輸出阻抗hut和與受電天線108連接的負(fù)載的電阻值R大致相等。這些條件是在抑制電路塊之間的RF能量的多次反射且提高總發(fā)電效率時(shí)有效的條件。但是，在為了滿足該條件而改變各電路塊的輸入輸出阻抗時(shí)，大多情況下也會(huì)產(chǎn)生相位變化。本發(fā)明解決以上的問(wèn)題點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)合成來(lái)自各發(fā)電單元110的RF輸出時(shí)不會(huì)降低效率的發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電單元。此外，由于以無(wú)線方式傳輸電力，因此能夠簡(jiǎn)化鋪設(shè)作業(yè)或者一部分單元或模塊的更換作業(yè)。本發(fā)明除了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)以外，還可以應(yīng)用于使用了固體高分子形等燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)等中。根據(jù)本發(fā)明，能夠在發(fā)電堆中的每個(gè)單元內(nèi)使低的輸出電壓升壓，并且能夠相對(duì)于輸入的氫氣的壓力或環(huán)境溫度等的變動(dòng)維持穩(wěn)定的能量輸出。此外，在使用了燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)中，也能夠簡(jiǎn)單地進(jìn)行一部分單元發(fā)生了故障時(shí)的單元更換作業(yè)。以下，參照?qǐng)D3至圖12，說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。在以下的說(shuō)明中，對(duì)相同或相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)要素附加同一符號(hào)。(實(shí)施方式1)首先，參照?qǐng)D3至圖8，說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式。圖3是表示本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)具備將太陽(yáng)光能量變換為RF能量來(lái)傳輸?shù)亩鄠€(gè)發(fā)電單元110-1、…110-n ；合成從各發(fā)電單元傳輸?shù)腞F能量后進(jìn)行輸出的合成部 111 ；將由合成部111合成的RF能量變換為直流能量或比RF能量低頻的交流能量后進(jìn)行輸出的電力變換部112。從電力變換部112輸出的直流或交流能量被發(fā)送至負(fù)載(電子設(shè)備等)或系統(tǒng)而加以利用。各發(fā)電單元110具備將太陽(yáng)光能量變換為直流能量的發(fā)電設(shè)備101 ；將從發(fā)電設(shè)備101輸出的直流能量變換為頻率fO的RF能量后進(jìn)行輸出的振蕩器102 ；以無(wú)線方式傳輸從振蕩器102輸出的RF能量的無(wú)線傳輸部103。無(wú)線傳輸部103具備作為串聯(lián)諧振電路的送電天線107、和作為并聯(lián)諧振電路的受電天線108，進(jìn)行基于后述的磁場(chǎng)諧振方式的能量傳輸。在各發(fā)電單元110中，受電天線108接受從送電天線107以無(wú)線方式傳輸?shù)腞F能量，并輸出給合成部111。在本實(shí)施方式中，發(fā)電單元的個(gè)數(shù)只要是2個(gè)以上可以是任何個(gè)數(shù)。在本實(shí)施方式中，發(fā)電單元的個(gè)數(shù)是η個(gè)(η是2以上的整數(shù))。發(fā)電單元的個(gè)數(shù)η可以根據(jù)鋪設(shè)發(fā)電設(shè)備101的場(chǎng)所的面積或所需的電力來(lái)任意設(shè)定。另外，在圖3中，在表示第η發(fā)電單元 IlOn所包含的結(jié)構(gòu)要素的參考符號(hào)后面附加了“-η”。在本實(shí)施方式中，在不區(qū)分發(fā)電單元而只是表示各結(jié)構(gòu)要素時(shí)省略參考符號(hào)后面的“_1”、…“-η”。本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)還具備與η個(gè)發(fā)電單元110-1、…、110_η—對(duì)一地配置的η個(gè)脈沖生成器113-1、…丨口-!!、和向各脈沖生成器指示脈沖的生成時(shí)刻的脈沖控制部114。在各發(fā)電單元110內(nèi)，與振蕩器102相鄰地配置各脈沖生成器113。在本實(shí)施方式中，脈沖控制部114和η個(gè)脈沖生成器113-1、…113_η相當(dāng)于本發(fā)明中的振蕩相位控制部 120。各脈沖生成器113生成對(duì)從對(duì)應(yīng)的發(fā)電單元110所包含的振蕩器102輸出的RF能量的相位進(jìn)行規(guī)定的脈沖，并輸入給該振蕩器102。此外，各脈沖生成器113具備接收從脈沖控制部114傳輸?shù)目刂菩盘?hào)的輸入部113a，響應(yīng)接收到的控制信號(hào)而生成脈沖。脈沖控制部114以降低進(jìn)行合成時(shí)有可能產(chǎn)生的RF輸出的相位偏離的方式?jīng)Q定各脈沖的生成時(shí)刻， 以有線或無(wú)線方式輸出向各脈沖生成器113的輸入部113a指示脈沖的生成的控制信號(hào)。將在后面詳細(xì)敘述脈沖控制部114和脈沖生成器113的相位控制。在本實(shí)施方式中，設(shè)脈沖生成器113至振蕩器102的傳輸距離和從振蕩器102至送電天線107的傳輸距離在所有發(fā)電單元110-1、’"IlO-Ii中都相同。其中，即使在所有發(fā)電單元中這些距離不相同的情況下，也能夠通過(guò)考慮各個(gè)傳輸距離之差來(lái)進(jìn)行后述的相位控制，從而獲得本實(shí)施方式的效果。另外，在本實(shí)施方式中，脈沖生成器113和振蕩器102 被分開(kāi)成獨(dú)立的電路，但是脈沖生成器113也可以與振蕩器102 —體化。以下，具體說(shuō)明本發(fā)電系統(tǒng)的各結(jié)構(gòu)要素。本實(shí)施方式中的發(fā)電設(shè)備101具備串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個(gè)太陽(yáng)能電池(單元)。 從提高發(fā)電效率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用結(jié)晶硅系的太陽(yáng)能發(fā)電元件。但是，可在本發(fā)明中使用的太陽(yáng)能電池可以是使用了鎵砷元素、CIS系等化合物半導(dǎo)體材料的各種太陽(yáng)能發(fā)電元件，也可以是使用了有機(jī)材料的各種太陽(yáng)能發(fā)電元件。此外，所使用的半導(dǎo)體的結(jié)晶結(jié)構(gòu)可以是單結(jié)晶、多結(jié)晶、非晶質(zhì)的任一種。也可以利用層疊了各種半導(dǎo)體材料的級(jí)聯(lián)型太陽(yáng)能發(fā)電元件。振蕩器102使用D級(jí)、E級(jí)、F級(jí)等可實(shí)現(xiàn)高效率且低失真特性的放大器。圖4A是表示本實(shí)施方式中的振蕩器102的具體的結(jié)構(gòu)例的圖。該結(jié)構(gòu)是一般被稱為E級(jí)振蕩電路的結(jié)構(gòu)。振蕩器102包括MOSFET等開(kāi)關(guān)元件21、電感器22、23、電容器對(duì)、25。作為向開(kāi)關(guān)元件21施加的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖，輸入從脈沖生成器113輸出的頻率f0的脈沖。電感器22、23 的電感和電容器M、25的電容被調(diào)整為從振蕩器102輸出的RF能量的頻率成為f0。在此，從振蕩器102輸出的RF能量的相位是根據(jù)基于從脈沖生成器113輸出的脈沖的開(kāi)關(guān)元件21的開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)刻而決定的。從振蕩器102輸出的RF能量被輸入至無(wú)線傳輸部103。 將頻率f0設(shè)定在例如50Hz 300GHz的范圍內(nèi)，更優(yōu)選設(shè)定在IOOkHz IOGHz的范圍內(nèi)， 進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定在500kHz 20MHz的范圍內(nèi)。無(wú)線傳輸部103具備送電天線107和受電天線108。送電天線107是包括電感器和電容元件的串聯(lián)諧振電路。此外，受電天線108是包括電感器和電容元件的并聯(lián)諧振電路。設(shè)定送電天線的諧振頻率fT和受電天線的諧振頻率fR等于由振蕩器102生成的RF 能量的頻率f0。通過(guò)設(shè)定諧振頻率fT、fR等于頻率f0，從而與輸入到振蕩器102的輸入直流阻抗Zidc相比，能夠?qū)⑹茈娞炀€的輸出阻抗hut設(shè)定為高的值。各電感器可以以最佳的方式由具有良好的導(dǎo)電率的銅或銀等導(dǎo)電體形成。RF能量的高頻電流集中流過(guò)導(dǎo)電體的表面，因此為了提高發(fā)電效率，可以利用高導(dǎo)電率材料覆蓋導(dǎo)電體的表面。若根據(jù)在導(dǎo)電體的截面中央具有空洞的結(jié)構(gòu)形成電感器，則能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化。并且，若采用絞合線(Litz wires)等并聯(lián)布線結(jié)構(gòu)來(lái)形成電感器，則能夠降低單位長(zhǎng)度附近的導(dǎo)體損耗，因此能夠提高串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路的Q值，能夠以更高的效率進(jìn)行電力傳輸。為了抑制制造成本，也可以使用墨液印刷技術(shù)來(lái)統(tǒng)一形成布線。也可以在各電感器的周邊配置磁性體，但是并不優(yōu)選將送電天線107中的電感器與受電天線108中的電感器之間的耦合系數(shù)設(shè)定為極高的值。因此，更優(yōu)選實(shí)用具有可將兩電感器之間的耦合系數(shù)設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹档目招穆菪Y(jié)構(gòu)的電感器。各電感器一般具有線圈形狀。但是，并不限于這種形狀。在高頻下，具有某一程度線長(zhǎng)的導(dǎo)體具有電感器，因此起到電感器的作用。此外，作為其他例，即使是在珠狀的鐵氧體中使導(dǎo)線通過(guò)，也能起到電感器的作用。從傳輸效率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選對(duì)置配置送電天線107中的電感器和受電天線108 中的電感器。但是，兩電感器的配置并不限于對(duì)置配置，只要將兩者配置成不正交即可。電容元件可利用例如片狀、引線形狀的所有類型的電容器。也可以使隔著空氣的2 布線之間的電容起到電容元件的作用。在由MIM電容器構(gòu)成電容元件的情況下，可以使用公知的半導(dǎo)體工序或多層基板工序來(lái)形成低損耗的電容電路。如圖4B所示，合成部111具有各發(fā)電單元110的正極側(cè)的輸出端子彼此和負(fù)極側(cè)的輸出端子彼此連接的結(jié)構(gòu)，合成從各發(fā)電單元110輸出的RF能量。合成部111優(yōu)選包括用于防止連接點(diǎn)之間的逆電流的多個(gè)二極管。向電力變換部112輸出合成后的RF能量。另外，合成部111并不限于圖4B所示的結(jié)構(gòu)，只要能夠合成從多個(gè)發(fā)電單元輸出的RF能量， 則可以是任何結(jié)構(gòu)。電力變換部112將由合成部111合成的RF能量變換為直流能量或商用交流能量。 在將RF能量變換為直流能量的情況下，作為電力變換部112，可以使用公知的整流電路。例如，可以利用全波整流或橋式整流電路。此外，可以使用半波倍電壓整流電路或全波倍電壓整流電路，也可以使用能夠?qū)崿F(xiàn)3倍以上的升壓比的高倍壓整流電路方式。此外，在將RF能量變換為商用交流能量的情況下，可以使用公知的變頻電路。變頻電路有各種方式的電路，可以采用如矩陣變流器方式那樣進(jìn)行直接頻率變換的結(jié)構(gòu)、或進(jìn)行間接頻率變換的電路。此外，作為輸出結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)于單相或三相等輸出的變頻電路技術(shù)都可以被應(yīng)用于本發(fā)明。以下，說(shuō)明基于本實(shí)施方式中的磁場(chǎng)諧振方式的無(wú)線電力傳輸。本實(shí)施方式中的“天線”并不是用于進(jìn)行電磁波的發(fā)送或接收的通常的天線，而使用利用了諧振器的電磁場(chǎng)附近分量(- K彳、7七 > 卜 〒一> )的耦合在2個(gè)物體間進(jìn)行能量傳輸?shù)囊?。根?jù)利用了諧振電磁場(chǎng)的無(wú)線電力傳輸，不會(huì)產(chǎn)生向遠(yuǎn)方傳播電磁波時(shí)所產(chǎn)生的能量損耗，因此能夠以極高的效率傳輸電力。在利用了這種諧振電磁場(chǎng)(近場(chǎng)) 的耦合的能量傳輸中，不僅與利用了法拉第電磁感應(yīng)法則的公知的非接觸電力傳輸相比損耗較少，例如在相隔數(shù)米的2個(gè)諧振器(天線)之間也能夠高效率地傳輸能量。為了進(jìn)行基于這種原理的無(wú)線電力傳輸，需要在2個(gè)諧振天線之間產(chǎn)生耦合。如上所述，本實(shí)施方式中的諧振頻率fT和諧振頻率fR都被設(shè)定為等于振蕩器102的頻率f0， 但是fT和/或fR不一定要完全與頻率fO —致。為了基于諧振器之間的耦合實(shí)現(xiàn)高效率的能量傳輸，fT = fR是比較理想的，但是只要fT與fR的差異足夠小即可。在本說(shuō)明書中， “頻率fT等于頻率fR”被定義為滿足以下的式1的情況。(式 1) I fT-fR 彡 fT/QT+fR/QR其中，QT是作為送電天線的諧振器的Q值，QR是作為受電天線108的諧振器的Q 值。一般，在將諧振頻率設(shè)為X、將諧振器的Q值設(shè)為Qx的情況下，該諧振器的諧振所產(chǎn)生的頻帶相當(dāng)于X/Qx。若上述的式1的關(guān)系成立，則在2個(gè)諧振器之間實(shí)現(xiàn)基于磁性諧振的能量傳輸。
接著，參照?qǐng)D5。圖5是表示送電天線107和受電天線108的等效電路的圖。本實(shí)施方式中的送電天線107是串聯(lián)連接了第1電感器107a和第1電容元件107b的串聯(lián)諧振電路。此外，受電天線108是并聯(lián)連接了第2電感器108a和第2電容元件108b的并聯(lián)諧振電路。送電天線107具有寄生電阻成分R1，受電天線108的并聯(lián)諧振電路具有寄生電阻成分R2。另外，在不利用后述的升壓效果的情況下，送電天線107不一定是串聯(lián)諧振電路， 也可以是并聯(lián)諧振電路。此外，受電天線108并不限于并聯(lián)諧振電路，也可以是串聯(lián)諧振電路。根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，即使在將送電天線107與受電天線108之間的傳輸距離設(shè)定得較長(zhǎng)的情況下，也能夠進(jìn)行高效率的電力傳輸。根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)，不僅在送電天線107與受電天線108之間不利用布線進(jìn)行連接的情況下能夠傳輸電力，而且如后述那樣， 在傳輸時(shí)能夠有效地使低電壓的能量(電力)升壓。其結(jié)果，在受電天線108側(cè)，可將發(fā)電設(shè)備(太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備)101生成的低電壓的能量捕獲為高電壓的RF能量。另外，在送電天線107與受電天線108之間也可以存在墻壁或屋頂?shù)日系K物。此外，送電天線107和受電天線108這兩者可以配置在屋內(nèi)，也可以配置在屋外。無(wú)論在哪種情況下，都能夠在2個(gè)天線之間進(jìn)行無(wú)線電力傳輸時(shí)進(jìn)行升壓。在屋內(nèi)設(shè)置送電天線107 和受電天線108這兩者的情況下，屋外的發(fā)電設(shè)備101與送電天線107的連接克通過(guò)例如經(jīng)由設(shè)置在建筑物的墻壁上的開(kāi)口部的有線來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，在屋外設(shè)置送電天線107和受電天線108這兩者的情況下，屋內(nèi)的電子設(shè)備與受電天線108的連接也可以通過(guò)例如經(jīng)由設(shè)置在建筑物的墻壁上的開(kāi)口部的有線來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了省略屋內(nèi)外的有線連接，優(yōu)選在屋外設(shè)置送電天線107、在屋內(nèi)設(shè)置受電天線108。本實(shí)施方式中的無(wú)線電力傳輸?shù)男室蕾囉谒碗娞炀€107與受電天線108的間隔 (天線間隔)、或構(gòu)成送電天線107和受電天線109的電路元件的損耗的大小。另外，“天線間隔”實(shí)質(zhì)上是2個(gè)電感器107a、108a的間隔?？梢砸蕴炀€的配置區(qū)域的大小為基準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)天線間隔。在本實(shí)施方式中，電感器107a、108a都是以平面狀擴(kuò)展，以互相平行對(duì)置的方式配置兩者。在此，天線的配置區(qū)域的大小意味著尺寸相對(duì)小的天線的配置區(qū)域的大小，構(gòu)成天線的電感器的外形為圓形時(shí)是電感器的直徑，外形為正方形時(shí)是電感器的一個(gè)邊的長(zhǎng)度，外形為長(zhǎng)方形時(shí)是電感器的短邊的長(zhǎng)度。根據(jù)本實(shí)施方式，即使天線間隔為天線的配置區(qū)域的大小的1. 5倍左右，也能夠以90%以上的無(wú)線傳輸效率傳輸能量。接著，參照?qǐng)D5說(shuō)明在本實(shí)施方式中的無(wú)線傳輸部103中發(fā)現(xiàn)的升壓效果。在此， 假設(shè)送電側(cè)的諧振器107和接收側(cè)的諧振器108以耦合系數(shù)k進(jìn)行耦合。通過(guò)測(cè)量使在同一頻率f0下諧振的2個(gè)諧振器靠近時(shí)分離的2個(gè)諧振頻率fL和fH，可由以下的式導(dǎo)出耦合系數(shù)。(式 2) k = (fH2-fL2) / (fH2+fL2)此外，在電感器為L(zhǎng)l的第1電感器107a與電感器為L(zhǎng)2的第2電感器108a之間產(chǎn)生的互感M和耦合系數(shù)k之間，以下的關(guān)系成立。(式 3)M = kX (L1XL2)0.5由此，耦合系數(shù)k是與作為電感器之間或諧振器之間的耦合強(qiáng)度的指標(biāo)而從以往就開(kāi)始使用的公知的耦合系數(shù)相同的指標(biāo)。耦合系數(shù)k是滿足0 < k < 1的關(guān)系的數(shù)值。在基于現(xiàn)有技術(shù)的電磁感應(yīng)的能量傳輸中，設(shè)計(jì)諧振器的結(jié)構(gòu)和配置關(guān)系，以使盡可能將耦合系數(shù)k設(shè)置得較大，即設(shè)置為幾乎等于1。另一方面，如后所述，在本發(fā)明中，不需要將耦合系數(shù)k設(shè)定為接近于1的值，例如可設(shè)定為0. 5以下的值。在受電天線108的并聯(lián)型諧振電路中，若將流過(guò)第2電感器108a的高頻電流設(shè)為 IL2、將流過(guò)第2電容元件108b的高頻電流設(shè)為IC2，則向圖5所示的朝向流動(dòng)的輸出高頻電流12可用以下的式來(lái)表示。(式 4)12 =-IL2-IC2此外，若將流過(guò)第1電感器107a的高頻電流設(shè)為IL1，則可利用流過(guò)第2電感器 108a的高頻電流IL2、流過(guò)第2電容元件108b的高頻電流IC2、第2電感器108a的電感器 L2、第2電感器108a的寄生電阻R2、第1電感器107a的電感器Li、第2電容元件108b的電容C2，導(dǎo)出以下的式子。(式 5) (R2+j ω L2) XIL2+jcoMXILl = IC2/(jcoC2)由于在受電天線108中諧振條件成立，因此以下的(式6)成立。
(式 6) coL2 = l/(coC2)根據(jù)上述的(式4) (式6)，以下的式子成立。(式 7)R2XIL2+jcoMXILl = jcoL2XI2使(式7)變形而獲得以下的式子。(式 8)12 = kX (Ll/L2)°_5XILl-j(R2/coL2) X IL2另一方面，可利用以下的(式9)來(lái)表示評(píng)價(jià)送電天線107的諧振器的低損耗性的指標(biāo)Q值。(式 9) Q2 = ω L2/R2在此，在諧振器的Q值非常大的情況下，忽略(式8)的右邊第2項(xiàng)的近似關(guān)系成立。因此，最終，通過(guò)以下的(式10)，導(dǎo)出在受電天線108中產(chǎn)生的高頻電流(輸出電流) 12的大小。(式 10)12 = kX (L1/L2)°_5XIL1在此，高頻電流12依賴于輸入到送電側(cè)的諧振器(送電天線107)的高頻電流 11(=流過(guò)第1電感器107a的高頻電流ILl)、諧振器(天線)之間的耦合系數(shù)k、以及第1 和第2電感器L1、L2。根據(jù)上述的(式10)，利用下述(式11)表示本實(shí)施方式中的各發(fā)電單元110的升流比Ir。(式 11) Ir = 112/111 /Voc = k/Voc X (L1/L2)0.5此外，分別用以下的(式12)和(式13)表示升壓比Vr和阻抗變換比&。(式 12) Vr = (Voc/k) X (L2/L1)0.5(式 13) Zr = (Voc/k)2 X (L2/L1)根據(jù)(式12)可知，當(dāng)(L2/L1) > (k/Voc)2的條件成立時(shí)，升壓比Vr比1大。由此可知，若耦合系數(shù)k變小，則升壓比Vr上升。在基于現(xiàn)有技術(shù)的電磁感應(yīng)的能量傳輸中， 使耦合系數(shù)k降低會(huì)連帶著傳輸效率的大幅降低。但是，在本發(fā)明所采用的磁場(chǎng)諧振方式中，即使降低耦合系數(shù)k也不會(huì)導(dǎo)致傳輸效率的大幅降低。特別是，若將分別構(gòu)成送電天線 107和受電天線108的諧振器的Q值設(shè)定為高的值，則能夠在增大升壓比Vr的同時(shí)抑制傳輸效率的降低。為了避免太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的部分遮蔽(partial shading)的影響，比起串聯(lián)連接多個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)，更優(yōu)選采用并聯(lián)連接多個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)。為了通過(guò)并聯(lián)連接2個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備而獲得與串聯(lián)連接2個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備時(shí)相同的電壓特性，需要使各太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的輸出電壓升壓至2倍。在(式12)中、升壓比Vr等于2是滿足(L2/L1) = 4X (k/Voc)2的關(guān)系的時(shí)候。因此，在本實(shí)施方式中，優(yōu)選滿足(L2/L1)彡4X (k/Voc)2的關(guān)系。此外，若(L2/ Li)彡100X (k/Voc)2的關(guān)系成立，則能夠?qū)崿F(xiàn)10倍以上的升壓比Vr。并且，若(L2/ Li)彡10000X (k/Voc)2的關(guān)系成立，則能夠?qū)崿F(xiàn)100倍以上的升壓比Vr。根據(jù)本實(shí)施方式中的無(wú)線傳輸部103，可實(shí)現(xiàn)如此高的升壓比Vr。由此，向合成部 111輸入按每個(gè)發(fā)電單元110而被升壓之后的RF能量。以下，說(shuō)明本實(shí)施方式中的相位控制。在本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)中，從受電天線108至合成部111的傳輸線路的長(zhǎng)度根據(jù)發(fā)電單元110的不同而不同。因此，進(jìn)行降低有可能在對(duì)從各發(fā)電單元110輸出的RF能量進(jìn)行合成時(shí)產(chǎn)生的相位偏離的相位控制。具體而言，預(yù)先由使用者或設(shè)計(jì)者等設(shè)定表示各發(fā)電單元110中的受電天線108至合成部111的傳輸線路的長(zhǎng)度(傳輸線路長(zhǎng))的信息， 并將其記錄在脈沖控制部114中。脈沖控制部114根據(jù)表示設(shè)定的傳輸線路長(zhǎng)的信息，向各脈沖生成器113發(fā)送表示開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)刻的控制信號(hào)(脈沖產(chǎn)生觸發(fā))。圖6是表示脈沖控制部114所執(zhí)行的控制動(dòng)作的一例的圖。圖示的例子表示對(duì)2 個(gè)發(fā)電單元110-1、110-2進(jìn)行了相位控制時(shí)的控制動(dòng)作。在此，假設(shè)傳輸線是具有1. 46mm 的絕緣被覆的直徑為1. Imm的銅線，f0是1. 8MHz,阻抗是Z = 35 Ω，每單位長(zhǎng)度的相位變化是3. 13deg/m。此外，假設(shè)第1發(fā)電單元110-1的傳輸線路長(zhǎng)和第2發(fā)電單元110-2的傳輸線路長(zhǎng)分別是Lenl (m)、Len2(m) (Lenl < Len2)。此時(shí)，由合成部111進(jìn)行合成時(shí)的從第 1發(fā)電單元110-1輸出的RF能量與從第2發(fā)電單元110-2輸出的RF能量之間的相位差是 3. 13 X (Len2-Lenl)dego脈沖控制部114向第2脈沖生成器102-2賦予脈沖產(chǎn)生觸發(fā)，以使從與第2發(fā)電單元110-2對(duì)應(yīng)的第2脈沖生成器102-2輸出的脈沖的相位比從與第1發(fā)電單元110-1對(duì)應(yīng)的第1脈沖生成器102-1輸出的脈沖的相位超前ΔΡ = 3. 13X (Len2-Lenl) deg。由此，從第1發(fā)電單元110-1輸出的RF能量和從第2發(fā)電單元110-2輸出的RF能量在相位互相一致的狀態(tài)下被輸入至合成部111。合成部111對(duì)從各發(fā)電單元輸入的相同相位的RF能量進(jìn)行合成，并輸出給電力變換部112。另外，上述的說(shuō)明中，在由脈沖控制部114進(jìn)行的開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)刻的控制中，以第1 脈沖生成器102-1的脈沖生成時(shí)刻為基準(zhǔn)變更了第2脈沖生成器102-2的脈沖生成時(shí)刻， 但是作為基準(zhǔn)的發(fā)電單元110可以任意選擇。將從并聯(lián)連接的各發(fā)電單元110輸出的RF 能量的相位控制成在進(jìn)行合成時(shí)一致即可。此外，從各發(fā)電單元輸出的RF能量的相位在輸入到合成部111的時(shí)刻可以有一些偏離。理想的是這些相位完全一致，但是只要將各脈沖生成器的脈沖生成的時(shí)刻調(diào)整成合成時(shí)的各RF輸出的相位差降低，則都能夠得到本實(shí)施方式的效果。在本說(shuō)明書中，2個(gè)相位一致被定義為相位差的絕對(duì)值在3deg以下。圖7是通過(guò)仿真得到的表示本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)的效果的圖。圖7表示由合成部111進(jìn)行合成時(shí)的從2個(gè)發(fā)電單元110-1、110-2輸出的各RF輸出的波形、以及合成了兩者的波形。圖7(a)表示沒(méi)有進(jìn)行上述的相位控制時(shí)的結(jié)果，圖7(b)表示進(jìn)行了上述的相位修正時(shí)的結(jié)果。在圖7中，Plout表示第1發(fā)電單元110-1的RF輸出的電力波形，P2out 表示第2發(fā)電單元110-2的RF輸出的電力波形，Psum表示合成部111的輸出電力波形。在該仿真中，與上述相同，傳輸線路條件是分別將第1發(fā)電單元110-1和第2發(fā)電單元110-2的傳輸線路長(zhǎng)設(shè)成lm、llm。作為傳輸線，使用具有1. 46mm的絕緣被覆的直徑為1. Imm的銅線，f0為1. 8MHz。此外，設(shè)從2個(gè)振蕩器102-1、102-2輸出的峰值電力為 61.4ff(25. 6V,2. 4A) 0作為無(wú)線傳輸部103的通過(guò)特性，設(shè)輸入阻抗為10 Ω、輸出阻抗為 35 Ω、傳輸效率為94. 5%。此時(shí)，不進(jìn)行基于傳輸線路長(zhǎng)之差的相位修正時(shí)的合成部111的輸出是102. 3W，進(jìn)行了相位修正時(shí)的合成部111的輸出是110. 3W。因此，在傳輸線路長(zhǎng)差為IOm的情況下，通過(guò)相位修正，能夠使傳輸電力量的峰值提高約8%。電力變換部112根據(jù)負(fù)載的規(guī)格，將通過(guò)以上的結(jié)構(gòu)合成的RF能量變換為比直流或RF能量更低頻(例如，60Hz以下)的交流電力，并輸出給負(fù)載或系統(tǒng)。此外，也可以不使用電力變換部112，而是直接利用從合成部111輸出的被合成之后的RF能量。例如，也可以向具有相同諧振頻率f0的其他磁場(chǎng)諧振方式的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)(進(jìn)行電動(dòng)汽車等的充電的系統(tǒng)等)的送電天線輸入來(lái)自合成部111的RF輸出。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)，在非接觸能量傳輸中，在傳輸線路長(zhǎng)根據(jù)每個(gè)發(fā)電單元110的不同而不同的情況下，也能夠從發(fā)電設(shè)備101獲取最大電力。并且，能夠升壓至輸出給系統(tǒng)或負(fù)載時(shí)所需的電壓。其結(jié)果，能夠降低鋪設(shè)成本，且簡(jiǎn)化了發(fā)電模塊劣化時(shí)的更換作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)不需要多余的升壓設(shè)備的發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)電裝置，能夠?qū)㈦娏ψ儞Q部112的輸出電壓例如提高至 200V 300V的范圍。并且，可提高至一般的變換電路(電力調(diào)節(jié)裝置)或直流供電系統(tǒng)等要求的300V 400V左右，或者這以上的升壓也有可能。另外，在本實(shí)施方式中，各發(fā)電單元110構(gòu)成為包括脈沖生成器113，但是也可以將脈沖生成器113配置在與發(fā)電單元110分開(kāi)的位置上。圖8是表示這種結(jié)構(gòu)例的圖。在圖示的結(jié)構(gòu)中，在1個(gè)框體內(nèi)搭載了 η個(gè)脈沖生成器113-1、…、113-η，并將各脈沖生成器設(shè)置在了遠(yuǎn)離各發(fā)電單元110的位置上。即使是這種結(jié)構(gòu)，只要考慮從各脈沖生成器113 至對(duì)應(yīng)的振蕩器102的傳輸距離之差來(lái)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻產(chǎn)生脈沖，則能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)整從振蕩器102輸出的RF能量的相位。在本實(shí)施方式中，利用脈沖控制部114和多個(gè)脈沖生成器113-1、…、113-η進(jìn)行了相位的調(diào)整，但是也可以通過(guò)其他方法進(jìn)行相位控制。例如，可以不使用脈沖控制部114和脈沖生成器113，而使在傳輸線路上插入圖2所示的電抗調(diào)整電路130。電抗調(diào)整電路130 例如是包括電感器和電容元件的LC電路，連接在振蕩器102至送電天線107之間、或受電天線108至合成部111之間。通過(guò)采用適當(dāng)設(shè)定了電感器成分和/或電容成分的電抗調(diào)整電路130，能夠?qū)鬏數(shù)腞F能量設(shè)在期望的相位上。由此，能夠降低進(jìn)行合成時(shí)的各RF能量的相位差。(實(shí)施方式2)接著，參照?qǐng)D9說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施方式。本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)與實(shí)施方式1的發(fā)電系統(tǒng)的不同點(diǎn)在于，根據(jù)發(fā)電設(shè)備
16101的輸出阻抗的變動(dòng)來(lái)使各電路塊的阻抗匹配。以下，主要說(shuō)明與實(shí)施方式1的發(fā)電系統(tǒng)的不同點(diǎn)，省略重復(fù)事項(xiàng)的說(shuō)明。在發(fā)電設(shè)備101為太陽(yáng)能電池單元的情況下，有時(shí)隨著照射的太陽(yáng)光的強(qiáng)度或單元的溫度等環(huán)境條件，發(fā)電設(shè)備101的輸出阻抗會(huì)產(chǎn)生變化。因此，在由太陽(yáng)能電池驅(qū)動(dòng)固定的負(fù)載時(shí)，隨著照射的太陽(yáng)光的強(qiáng)度或單元的溫度變化，在單元的輸出阻抗與傳輸路徑的阻抗之間產(chǎn)生不匹配。其結(jié)果，存在傳輸路徑中的電力的傳遞效率降低的課題。此外，在發(fā)電設(shè)備101為燃料電池的情況下，存在隨著發(fā)電設(shè)備101的環(huán)境條件而輸出阻抗變動(dòng)的課題。例如，有時(shí)隨著所注入的氫氣的壓力或單元的溫度變動(dòng)，發(fā)電設(shè)備 101的輸出阻抗會(huì)變動(dòng)。因此，需要改變傳輸路徑的輸入輸出阻抗來(lái)使傳輸路徑的阻抗匹配。但是，在進(jìn)行了阻抗變換的情況下，一般，由于變換后的電路塊的電抗值會(huì)變化， 因此所傳輸?shù)腞F能量的相位會(huì)偏離。其結(jié)果，從各發(fā)電單元101輸出的RF能量的合成點(diǎn)的相位與進(jìn)行阻抗變換之前相比，會(huì)產(chǎn)生變化。根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)，能夠適當(dāng)?shù)匦拚殡S該阻抗變換的各發(fā)電單元110的RF輸出的相位。圖9是表示本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施方式中的發(fā)電系統(tǒng)除了實(shí)施方式1中的結(jié)構(gòu)要素外，還具備測(cè)量從發(fā)電設(shè)備101輸出的電流和電壓的測(cè)量部51、和控制傳輸路徑的各電路塊中的輸入輸出阻抗的阻抗控制部52。發(fā)電系統(tǒng)還具備相位偏離數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器53，其保存表示伴隨著阻抗變換的RF輸出的相位偏離量的推測(cè)值的信息。阻抗控制部52基于發(fā)電設(shè)備101的輸出阻抗的值執(zhí)行阻抗變換。本實(shí)施方式中的相位偏離數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器53保存表示發(fā)電設(shè)備101的輸出阻抗的變動(dòng)、和作為伴隨與此的阻抗變換的結(jié)果而產(chǎn)生的RF能量的相位偏離的大小之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)。以下，說(shuō)明本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)中的阻抗匹配的動(dòng)作。首先，在各發(fā)電單元110中，向振蕩器102發(fā)送由發(fā)電設(shè)備101生成的直流能量。 測(cè)量部51測(cè)量從發(fā)電設(shè)備101輸出的電流和電壓，并向阻抗控制部52發(fā)送測(cè)量結(jié)果。阻抗控制部52根據(jù)所輸入的電流和電壓值計(jì)算發(fā)電設(shè)備101的輸出阻抗，并根據(jù)計(jì)算出的輸出阻抗的值，將傳輸線路上的各電路塊的阻抗變換為預(yù)先設(shè)定的值，以使傳輸效率變得更高。 具體而言，阻抗控制部52根據(jù)發(fā)電設(shè)備101的輸出阻抗的變動(dòng)，將各發(fā)電單元110中的振蕩器102的輸入阻抗、送電天線107的輸入阻抗、受電天線108的輸出阻抗設(shè)定為最佳值。圖10是表示阻抗控制部52的結(jié)構(gòu)例的圖。阻抗控制部52具備改變輸出目的地的輸入阻抗的開(kāi)關(guān)動(dòng)作控制部52a ；和記錄了根據(jù)發(fā)電設(shè)備101的輸出阻抗的變動(dòng)來(lái)改變輸出目的地的輸入阻抗時(shí)所參考的數(shù)據(jù)的阻抗對(duì)應(yīng)表格52b。在此，輸出目的地是指振蕩部 102、送電天線107以及受電天線108。阻抗對(duì)應(yīng)表格52b例如保存在未圖示的存儲(chǔ)器中。 本實(shí)施方式中的振蕩器102、送電天線107和受電天線108具有用于進(jìn)行阻抗控制的多個(gè)開(kāi)關(guān)?？赏ㄟ^(guò)改變各功能部中的多個(gè)開(kāi)關(guān)的接通、斷開(kāi)的組合來(lái)改變各功能部的阻抗。在阻抗對(duì)應(yīng)表格52b中記錄發(fā)電設(shè)備101的輸出阻抗的范圍與輸出目的地的各開(kāi)關(guān)的接通、斷開(kāi)的組合之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而這些對(duì)應(yīng)關(guān)系是在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先設(shè)定的。阻抗對(duì)應(yīng)表格52b例如是以下的表1所示的表格。在表1中，僅記載了振蕩器102中的與開(kāi)關(guān)Ql Q3相關(guān)的列，但是在實(shí)際的表格中還包括與送電天線107及受電天線108的開(kāi)關(guān)相關(guān)的列。以下的表1表示根據(jù)發(fā)電設(shè)備101的輸出阻抗Z的值的范圍來(lái)切換振蕩器的情況。
表1
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電系統(tǒng)，具備第1發(fā)電單元和第2發(fā)電單元，各發(fā)電單元分別具備輸出直流能量的發(fā)電設(shè)備、將從所述發(fā)電設(shè)備輸出的直流能量變換為頻率f0的RF能量之后進(jìn)行輸出的振蕩器、發(fā)送從所述振蕩器輸出的所述RF能量的送電天線、以及接收由所述送電天線發(fā)送的所述RF能量的至少一部分的受電天線，將所述送電天線的諧振頻率和所述受電天線的諧振頻率設(shè)定為等于頻率f0，并且各發(fā)電單元輸出所述受電天線接收到的所述RF能量；合成部，其接收從所述各發(fā)電單元輸出的所述RF能量，合成所述RF能量之后進(jìn)行輸出；和振蕩相位控制部，其調(diào)整從所述第1發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的所述RF能量與從所述第2發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的所述RF能量之間的相位差，以便使由所述合成部對(duì)從所述第1發(fā)電單元輸出的第IRF能量和從所述第2發(fā)電單元輸出的第2RF能量進(jìn)行合成時(shí)的所述第IRF能量的相位和所述第2RF能量的相位一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，在所述各發(fā)電單元中，所述送電天線是串聯(lián)諧振電路，所述受電天線是并聯(lián)諧振電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述振蕩相位控制部具備第1脈沖生成器，其生成規(guī)定從第1發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的所述RF能量的相位的脈沖，并將所述脈沖輸入給所述振蕩器；第2脈沖生成器，其生成規(guī)定從第2發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的所述RF能量的相位的脈沖，并將所述脈沖輸入給所述振蕩器；和脈沖控制部，其向所述第1和第2脈沖生成器指示脈沖的生成時(shí)刻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，從所述第1發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的所述RF能量、與從所述第2發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的所述RF能量之間的相位差，是根據(jù)所述第1發(fā)電單元中的所述受電天線至所述合成部的傳輸線路的長(zhǎng)度、與所述第2發(fā)電單元中的所述受電天線至所述合成部的傳輸線路的長(zhǎng)度之差來(lái)設(shè)定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，在各所述發(fā)電單元中，具備阻抗控制部，其根據(jù)所述發(fā)電設(shè)備的輸出阻抗的變動(dòng)，改變所述振蕩器的輸入阻抗、所述送電天線的輸入阻抗、以及所述受電天線的輸出阻抗的至少1個(gè)，在所述阻抗控制部改變了所述振蕩器的輸入阻抗、所述送電天線的輸入阻抗、以及所述受電天線的輸出阻抗的至少1個(gè)阻抗的情況下，所述振蕩相位控制部調(diào)整從所述第1發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的RF能量與從所述第2發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的RF能量之間的相位差，以便使由所述合成部合成所述第IRF能量和所述第2RF能量時(shí)的所述第IRF能量的相位與所述第2RF能量的相位一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，在各發(fā)電單元中，具備測(cè)量部，其測(cè)量所述發(fā)電設(shè)備的輸出電流和輸出電壓，所述阻抗控制部根據(jù)由所述測(cè)量部測(cè)量出的所述輸出電流和所述輸出電壓，檢測(cè)所述發(fā)電設(shè)備的輸出阻抗的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電系具備相位偏離數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其保存表示各發(fā)電單元所包含的所述發(fā)電設(shè)備的輸出阻抗的變動(dòng)、與由所述合成部合成所述第1和第2RF能量時(shí)的所述第1和第2RF 能量的相位偏離的大小之間的關(guān)系的信息，所述振蕩相位控制部基于保存在所述相位偏離數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的信息，使從所述第1發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的RF能量的相位和從所述第2發(fā)電單元所包含的所述振蕩器輸出的RF能量的相位同步。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中， >所述發(fā)電系具備電力變換部，其將所述合成部的輸出變換為直流或60Hz以下的交流之后進(jìn)行輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，設(shè)定各發(fā)電單元所包含的所述振蕩器的輸入阻抗、所述送電天線的輸入阻抗、所述受電天線的輸出阻抗、以及各發(fā)電單元的升壓比，以便所述電力變換部的輸出電壓在200 300V的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，各發(fā)電單元所包含的所述發(fā)電設(shè)備是太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備是采用了結(jié)晶系硅的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，在各發(fā)電單元中，所述發(fā)電設(shè)備和所述送電天線設(shè)置在建筑物的外側(cè)，所述受電天線設(shè)置在所述建筑物的內(nèi)部。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，在各發(fā)電單元中，所述發(fā)電設(shè)備、所述送電天線以及所述受電天線設(shè)置在建筑物的外側(cè)，對(duì)置配置所述送電天線的至少一部分和所述受電天線的至少一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13的任一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，在各發(fā)電單元中，將所述振蕩器的升壓比設(shè)為Voc、所述送電天線中的電感設(shè)為L(zhǎng)i、所述受電天線中的電感設(shè)為L(zhǎng)2、所述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數(shù)設(shè)為k時(shí)，滿足(L2/L1) ^ 4(k/Voc)2。
15.一種發(fā)電系統(tǒng)，具備第1發(fā)電單元和第2發(fā)電單元，各發(fā)電單元分別具備輸出直流能量的發(fā)電設(shè)備、將從所述發(fā)電設(shè)備輸出的直流能量變換為頻率f0的RF能量之后進(jìn)行輸出的振蕩器、發(fā)送從所述振蕩器輸出的所述RF能量的送電天線、以及接收由所述送電天線發(fā)送的所述RF能量的至少一部分的受電天線，將所述送電天線的諧振頻率和所述受電天線的諧振頻率設(shè)定為等于頻率f0，并且各發(fā)電單元輸出所述受電天線接收到的所述RF能量；合成部，其接收從所述各發(fā)電單元輸出的所述RF能量，合成所述RF能量之后進(jìn)行輸出；和電抗調(diào)整電路，在所述第1發(fā)電單元和所述第2發(fā)電單元的至少一方中，該電抗調(diào)整電路被插入到所述振蕩器與所述送電天線之間的、或者所述受電天線與所述合成部之間的傳輸線路上，該電抗調(diào)整電路包括電感器和電容元件的至少一方，且電抗值被設(shè)定為使由所述合成部合成從所述第1發(fā)電單元輸出的第IRF能量和從所述第2發(fā)電單元輸出的第2RF 能量時(shí)的所述第IRF能量的相位和所述第2RF能量的相位一致的值。
16. 一種發(fā)電單元，具備 發(fā)電設(shè)備，其輸出直流能量；振蕩器，其將從所述發(fā)電設(shè)備輸出的直流能量變換為頻率f0的RF能量之后進(jìn)行輸出；脈沖生成器，其生成規(guī)定從所述振蕩器輸出的所述RF能量的相位的脈沖并將該脈沖輸入給所述振蕩器，具備接收從外部輸入的控制信號(hào)的輸入部，響應(yīng)于所述控制信號(hào)的輸入而生成所述脈沖；送電天線，其發(fā)送從所述振蕩器輸出的所述RF能量；和受電天線，其接收由所述送電天線發(fā)送的所述RF能量的至少一部分， 所述發(fā)電單元將所述送電天線的諧振頻率和所述受電天線的諧振頻率設(shè)定為等于頻率f0，并且輸出所述受電天線接收到的所述RF能量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電單元。發(fā)電系統(tǒng)具備將直流能量變換為RF能量之后以無(wú)線方式傳輸電力的第1和第2發(fā)電單元(110-1、110-2)、合成來(lái)自各發(fā)電單元的輸出的合成部(111)、減少合成從2個(gè)發(fā)電單元(110-1、110-2)輸出的RF能量時(shí)的相位差的振蕩相位控制部(120)。振蕩相位控制部(120)調(diào)整從第1發(fā)電單元(110-1)所包含的振蕩器(102-1)輸出的RF能量、與從第2發(fā)電單元(110-2)所包含的振蕩器(102-2)輸出的RF能量之間的相位差，以便使由合成部(111)合成從第1發(fā)電單元(110-1)輸出的第1RF能量和從第2發(fā)電單元(110-2)輸出的第2RF能量時(shí)的第1RF能量的相位和第2RF能量的相位一致。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102598472SQ201180004278
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者山本浩司, 菅野浩 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社