模塊固定裝置、發電模塊、第1固定部件及第2固定部件的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種模塊固定裝置、發電模塊、第1固定部件及第2固定部件。發電系統具備多個發電模塊(10)、和將這些模塊固定到被固定物(1)上的模塊固定裝置(20)。各發電模塊(10)具備具有生成直流能量的發電元件的發電模塊主體(101)和送電部(200)。送電部(200)具有將直流能量變換為頻率f0的RF能量的振蕩器(103)及接收RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出的送電天線(107)。送電天線(107)是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串聯諧振電路，受電天線(109)是并聯連接了第2電感器及第2電容元件的并聯諧振電路。在將振蕩器的升壓比設為Voc、第1電感器的電感設為L1、第2電感器的電感設為L2、所述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數設為k時，滿足(L2/L1)≥4(k/Voc)2。
【專利說明】
模塊固定裝置、發電模塊、第1固定部件及第2固定部件
[00011 本申請是申請日為2012年01月19日、申請號為201280001956.2、發明名稱為"發電 系統、發電模塊、模塊固定裝置及發電系統的鋪設方法"的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明涉及代替電磁感應或電磁波的傳播而利用諧振磁場親合（Resonant magnetic coupling)以無線方式傳輸電力的諧振磁場親合型的非接觸電力技術。此外，本 發明涉及通過諧振磁場耦合型的非接觸電力傳輸使由太陽能電池等發電部生成的電能的 電壓上升的發電系統。
【背景技術】
[0003] 近幾年，對太陽能發電的關注逐漸升溫。最近，還出現了在大面積區域內鋪設了多 個太陽能發電元件(太陽能電池：以下，有時簡稱為"電池單體"）的大功率發電廠。
[0004]在一般的太陽能發電系統中，使用在金屬性的模塊框體內排列多個電池單體并互 相連接了電池單體之間的"太陽能電池模塊"。在太陽能電池模塊（以下，有時簡稱為"模 ±夬"）的前表面設置玻璃板，各電池單體在通過樹脂與大氣隔離的狀態下工作。通過鋪設這 種太陽能電池模塊，從而能夠構筑太陽能發電系統。
[0005] 在導入這種太陽能發電系統的基礎上，模塊或功率調節器等構成要素的制造成本 高成為一種障礙，但是作為導入障礙，也不能無視鋪設模塊來構成系統的成本高的問題。如 果考慮到在高處進行作業，則鋪設作業危險且成本高，因此這對于太陽能發電系統的進一 步普及造成了深刻的問題。
[0006] 如后述那樣，由于各個電池單體的輸出電壓低，因此在現有技術中的太陽能發電 系統中，為了輸出電子設備的動作所需的電壓、和用于進行售電的電網電壓，需要串聯連接 多個電池單體。在被串聯連接的太陽能電池單體的一部分發生了故障的情況、或部分處于 背陰的情況下，會出現系統整體的輸出電力降低這樣的問題。此外，存在多個連接處成為導 致長期可靠性降低的較大的要因。此外，更換在長期工作中已劣化的模塊或連接布線時，也 需要在高處的作業。因此，還存在導致系統整體的維持成本上升的問題。
[0007] 為了不在模塊表面部分性形成背陰，而在模塊背面側配置模塊端子，且模塊端子 之間的布線連接也必須在模塊背面側進行。另一方面，為了爭取發電量，應該無間隙地鋪滿 模塊。進而，模塊近幾年持續趨于大面積化，且在高處連接模塊之間的布線作業變得更危險 且更困難。
[0008] 作為現有技術中的太陽能發電裝置的一例，提出了以無線方式從屋外經由墻壁材 料向屋內供給能量的電力系統（例如，參照專利文獻1)。在該電力供給系統中，通過電磁感 應方式實現了借助墻壁的RF(高頻)能量傳輸。
[0009] 此外，作為現有技術中的太陽能發電裝置的一例，提出了簡易連接模塊之間的方 案(參照專利文獻2)。在該電力供給系統中，應用電磁感應技術，串聯、并聯連接了模塊。
[0010] 另一方面，專利文獻3公開了在2個諧振器之間隔著空間傳輸能量的新的無線能量 傳輸裝置。在該無線能量傳輸裝置中，借助在諧振器的周邊空間產生的諧振頻率的振動能 量的泄漏（evanescent tail)來使2個諧振器親合，從而以無線（非接觸)方式傳輸振動能 量。
[0011]在先技術文獻 [0012]專利文獻
[0013] 專利文獻1:日本特開號公報(第5實施方式、圖16)
[0014] 專利文獻2:日本特開平9-275644號公報（圖4、5)
[0015] 專利文獻3:美國專利申請公開第2008/0278264號說明書（圖11B、圖14)
[0016]非專利文獻
[0017] 非專利文獻1 :P.Tenti，L.Malesani，L.Rossetto, "Optimum Control of N-Input K-〇utput Matrix.Converters，'，IEEE Transactions on Power Electronics，Vol·7， no.4 ?pp.707-713 ?October.1992.

【發明內容】

[0018] 發明要解決的技術問題
[0019] 在專利文獻1、2所記載的應用了電磁感應技術的太陽能發電系統中，無法解決電 池單體輸出為低電壓這樣的太陽能發電設備所固有的問題。在太陽能發電領域中，目前，因 能量變換效率高而被廣泛使用的晶體硅系的1個太陽能電池（電池單體）的輸出電壓Vc是 0.5V左右，是極低的。例如，在將來自太陽能發電部的直流輸出變換為200V左右的交流的情 況下，在使一般的變換電路(功率調節器）的動作效率最大化進而要求低失真特性時，最低 也需要350Vdc以上的輸入電壓。結果，為了將太陽能發電部的輸出電壓提高至350V左右，需 要幾百個電池單體的串聯連接結構。
[0020] 另外，在太陽能發電系統內不進行從直流到交流的頻率變換的情況下，也能產生 同樣的問題。即使是以往備受關注的直流供電系統，研究其使用的電壓也是48Vdc、或者300 ~400Vdc的大小。因此，即使是直流供電系統，也仍然需要串聯連接幾十個到幾百個電池單 體。
[0021] 在系統內被串聯連接的電池單體或模塊的個數越多，當鋪設區域的一部分處于背 陰時（局部陰影）、或當在所鋪設的電池單體或模塊的一部分出現了特性劣化時，越容易導 致系統整體的性能降低。一般而言，為了回避上述的問題，向模塊內導入旁路二極管，但是 卻會導致發熱或成本增加等問題，因此鑒于此點并不是優選的。另一方面，在利用具有升壓 功能的一般性DC/DC轉換器來進行升壓的情況下，也難以在越能大幅降低被串聯連接的電 池單體個數的情況下越是高效地實現高的升壓比。
[0022] 此外，專利文獻2的無線能量傳輸裝置中的升壓特性僅僅是由現有的變壓器技術 所帶來的升壓特性，在解決本發明問題方面也不夠充分。
[0023] 此外，在專利文獻1、2所采用的電磁感應技術中，RF能量從送電天線可到達受電天 線的距離是非常小的值，而且對于與送電天線和受電天線的對置面平行的相對位置偏差的 容許度過低等，導致在實際的結構中很難進行高效率的傳輸。此外，在現有的電磁感應技術 范圍內可利用的變壓器特性僅僅是理想上的現有的變壓器特性，想要實現輸入輸出電壓高 的升壓，必須將線圈比設定為極高的值。
[0024] 此外，專利文獻3的無線能量傳輸裝置中的升壓特性也僅僅是由現有的變壓器技 術所帶來的升壓特性，在解決本發明問題方面也不夠充分。
[0025] 用于解決技術問題的技術方案
[0026] 本發明的發電系統具備多個發電模塊、和在被固定物上固定所述多個發電模塊的 模塊固定裝置。所述多個發電模塊的每一個具備:發電模塊主體，其具有生成直流能量的發 電元件;和送電部，其被安裝于所述發電模塊主體，且具有將所述直流能量變換為頻率f〇的 RF能量的振蕩器、以及從所述振蕩器接收RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出的送電 天線。所述模塊固定裝置具備:第1固定部件，其固定所述多個發電模塊;多個受電天線，每 一個受電天線與所述多個發電模塊的一個模塊對應，并接受由所對應的所述送電天線送出 的所述RF能量的至少一部分;和第2固定部件，其固定所述多個受電天線。所述第1固定部件 及所述第2固定部件按照各受電天線和與所述受電天線對應的送電天線至少有一部分對置 的方式，分別固定所述多個發電模塊及所述多個受電天線。所述發電系統還具備并行合成 所述多個受電天線的輸出的合成部。所述送電天線是串聯連接了第1電感器及第1電容元件 的串聯諧振電路，所述受電天線是并聯連接了第2電感器及第2電容元件的并聯諧振電路。 所述送電天線的諧振頻率fT及所述受電天線的諧振頻率fR都被設定為等于所述RF能量的 頻率f〇,在將所述振蕩器的升壓比設為Voc、第1電感器的電感設為L1、第2電感器的電感設 為L2、所述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數設為k時，滿足(L2/L1)多4(k/Voc) 2。
[0027] 本發明的另一發電系統具備多個發電模塊、和在被固定物上固定所述多個發電模 塊的模塊固定裝置。所述多個發電模塊的每一個具備:發電模塊主體，其具有生成直流能量 的發電元件;和送電部，其被安裝于所述發電模塊主體，且具有將所述直流能量變換為頻率 f〇的RF能量的振蕩器、以及從所述振蕩器接收RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出的 送電天線。所述模塊固定裝置具備：第1固定部件，其固定所述多個發電模塊；多個受電天 線，每一個受電天線與所述多個發電模塊的一個模塊對應，并接受由所對應的所述送電天 線送出的所述RF能量的至少一部分;和第2固定部件，其固定所述多個受電天線。所述第1固 定部件及所述第2固定部件按照各受電天線和與所述受電天線對應的送電天線至少有一部 分對置的方式，分別固定所述多個發電模塊及所述多個受電天線。所述發電系統還具備:合 成部，其并行合成所述多個受電天線的輸出；和整流器，其對所述合成部的輸出進行整流。 所述送電天線是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串聯諧振電路，所述受電天線是并 聯連接了第2電感器及第2電容元件的并聯諧振電路。所述送電天線的諧振頻率fT及所述受 電天線的諧振頻率fR都被設定為等于所述RF能量的頻率f0,在將所述振蕩器的升壓比設為 Voc、所述整流器的升壓比設為Vrr、第1電感器的電感設為L1、第2電感器的電感設為L2、所 述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數設為k時，滿足(L2/L1)彡4(k/(V 〇CXVrr))2。
[0028] 本發明的又一發電系統具備多個發電模塊、和在被固定物上固定所述多個發電模 塊的模塊固定裝置。所述多個發電模塊的每一個具備:發電模塊主體，其具有生成直流能量 的發電元件;和送電部，其被安裝于所述發電模塊主體，且具有將所述直流能量變換為頻率 f〇的RF能量的振蕩器、以及從所述振蕩器接收RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出的 送電天線。所述模塊固定裝置具備：第1固定部件，其固定所述多個發電模塊；多個受電天 線，每一個受電天線與所述多個發電模塊的一個模塊對應，并接受由所對應的所述送電天 線送出的所述RF能量的至少一部分;和第2固定部件，其固定所述多個受電天線。所述第1固 定部件及所述第2固定部件按照各受電天線和與所述受電天線對應的送電天線至少有一部 分對置的方式，分別固定所述多個發電模塊及所述多個受電天線。所述發電系統還具備:多 個整流器，分別對所述多個受電天線的輸出進行整流;和合成部，其并行合成所述多個整流 器的輸出。所述送電天線是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串聯諧振電路，所述受 電天線是并聯連接了第2電感器及第2電容元件的并聯諧振電路。所述送電天線的諧振頻率 fT及所述受電天線的諧振頻率fR都被設定為等于所述RF能量的頻率fO,在將所述振蕩器的 升壓比設為Voc、所述整流器的升壓比設為Vrr、第1電感器的電感設為L1、第2電感器的電感 設為L2、所述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數設為k時，滿足(L2/L1)多4(k/(Voc XVrr)) 2〇
[0029] 本發明的另一發電系統具備多個發電模塊、和在被固定物上固定所述多個發電模 塊的模塊固定裝置。所述多個發電模塊的每一個具備:發電模塊主體，其具有生成直流能量 的發電元件;和送電部，其被安裝于所述發電模塊主體，且具有將所述直流能量變換為頻率 f〇的RF能量的振蕩器、以及從所述振蕩器接收RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出的 送電天線。所述模塊固定裝置具備：第1固定部件，其固定所述多個發電模塊；多個受電天 線，每一個受電天線與所述多個發電模塊的一個模塊對應，并接受由所對應的所述送電天 線送出的所述RF能量的至少一部分;和第2固定部件，其固定所述多個受電天線。所述第1固 定部件及所述第2固定部件按照各受電天線和與所述受電天線對應的送電天線至少有一部 分對置的方式，分別固定所述多個發電模塊及所述多個受電天線。所述發電系統還具備:合 成部，其并行合成所述多個受電天線的輸出；和頻率變換電路，其對所述合成部的輸出的頻 率進行變換。所述送電天線是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串聯諧振電路，所述 受電天線是并聯連接了第2電感器及第2電容元件的并聯諧振電路。所述送電天線的諧振頻 率fT及所述受電天線的諧振頻率fR都被設定為等于所述RF能量的頻率f0,在將所述振蕩器 的升壓比設為Voc、所述頻率變換電路的升壓比設為Vtr、第1電感器的電感設為L1、第2電感 器的電感設為L2、所述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數設為k時，滿足(L2/L1)多4 (k/(Voc XVtr))2。
[0030] 本發明的又一發電系統具備多個發電模塊、和在被固定物上固定所述多個發電模 塊的模塊固定裝置。所述多個發電模塊的每一個具備:發電模塊主體，其具有生成直流能量 的發電元件;和送電部，其被安裝于所述發電模塊主體，且具有將所述直流能量變換為頻率 f〇的RF能量的振蕩器、以及從所述振蕩器接收RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出的 送電天線。所述模塊固定裝置具備：第1固定部件，其固定所述多個發電模塊；多個受電天 線，每一個受電天線與所述多個發電模塊的一個模塊對應，并接受由所對應的所述送電天 線送出的所述RF能量的至少一部分;和第2固定部件，其固定所述多個受電天線。所述第1固 定部件及所述第2固定部件按照各受電天線和與所述受電天線對應的送電天線至少有一部 分對置的方式，分別固定所述多個發電模塊及所述多個受電天線。所述發電系統還具備:多 個頻率變換電路，分別對所述多個受電天線的輸出的頻率進行變換;和合成部，其并行合成 所述多個頻率變換電路的輸出。所述送電天線是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串 聯諧振電路，所述受電天線是并聯連接了第2電感器及第2電容元件的并聯諧振電路。所述 送電天線的諧振頻率fT及所述受電天線的諧振頻率fR都被設定為等于所述RF能量的頻率 f〇,在將所述振蕩器的升壓比設為Voc、所述頻率變換電路的升壓比設為Vtr、第1電感器的 電感設為L1、第2電感器的電感設為L2、所述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數設為 k 時，滿足(L2/L1)彡 4(k/(VocXVtr))2。
[0031] 本發明的發電模塊具備:發電模塊主體，其具有生成直流能量的發電元件;和送電 部，其被安裝于所述發電模塊主體，且具有將所述直流能量變換為頻率f〇的RF能量的振蕩 器、以及從所述振蕩器接收RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出的送電天線，所述送 電天線是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串聯諧振電路。
[0032] 本發明的模塊固定裝置具備:第1固定部件，其在被固定物上固定多個發電模塊， 所述多個發電模塊的每一個具備:發電模塊主體，其具有生成直流能量的發電元件;和送電 部，其被安裝于所述發電模塊主體，且具有將所述直流能量變換為頻率f〇的RF能量的振蕩 器、以及從所述振蕩器接收RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出的送電天線，而所述 送電天線是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串聯諧振電路;多個受電天線，每一個 受電天線與所述多個發電模塊的一個模塊對應，并接受由所對應的所述送電天線送出的所 述RF能量的至少一部分，并且每一個受電天線是并聯連接了第2電感器及第2電容元件的并 聯諧振電路;第2固定部件，其固定所述多個受電天線;和電纜，其并行輸入在所述多個受電 天線中包含的至少2個受電天線的輸出。所述第1固定部件及所述第2固定部件按照各受電 天線和與所述受電天線對應的送電天線至少有一部分對置的方式，分別固定所述多個發電 模塊及所述多個受電天線。
[0033] 本發明的發電系統的鋪設方法是上述任一項所述的發電系統的鋪設方法，該方法 包括:準備所述模塊固定裝置的工序;在所述被固定物上設置所述模塊固定裝置的工序;準 備所述發電模塊的工序;和通過所述模塊固定裝置的所述第1固定部件在所述被固定物上 固定所述發電模塊的工序。
[0034]發明效果
[0035] 根據本發明的實施方式的發電系統，在利用諧振磁場耦合進行天線間的電力傳輸 時，能夠實現高的升壓效果。此外，根據本發明的實施方式的發電系統及發電模塊、模塊固 定裝置、及發電系統的鋪設方法，能夠降低鋪設成本，能夠簡化發電部的一部分發生劣化時 的更換作業。
【附圖說明】
[0036] 圖1A是表示設置本發明的實施方式的發電系統之前的基本構成的剖視圖。
[0037] 圖1B是表示設置本發明的實施方式的發電系統之后的基本構成的剖視圖。
[0038] 圖1C是表示本發明的實施方式的發電系統的基本構成的立體圖。
[0039]圖2是本發明的第1發電系統的框圖。
[0040] 圖3是從模塊背面側透視了本發明的第1發電系統的示意圖。
[0041] 圖4是從模塊背面側透視了本發明的第1發電系統的示意圖。
[0042] 圖5是從模塊背面側透視了本發明的第1發電系統的簡易示意圖。
[0043]圖6是表示天線的等效電路的圖。
[0044]圖7是表示其他非接觸傳輸部(附帶整流電路)的構成的圖。
[0045]圖8是表示其他非接觸傳輸部(附帶頻率變換電路)的構成的圖。
[0046]圖9是發電系統的一部分、即非接觸傳輸部附近的放大示意圖。
[0047] 圖10是圖9所示的非接觸傳輸部的等效電路圖。
[0048] 圖11A是從發電系統的側面看到的剖面示意圖。
[0049] 圖11B是從發電系統的側面看到的剖面示意圖。
[0050] 圖12是從發電系統的上表面看到的透視示意圖。
[0051 ]圖13是從發電系統的上表面看到的透視示意圖。
[0052]圖14(a)是表示2個電感器的配置例的俯視圖，圖14(b)是其示意剖視圖。
[0053]圖15是表示天線配置的其他例的圖。
[0054] 圖16是從送電天線及受電天線附近的構成要素群的側面看到的剖面示意圖。
[0055] 圖17是從送電天線及受電天線附近的構成要素群的側面看到的剖面示意圖。
[0056] 圖18是從送電天線及受電天線附近的構成要素群的側面看到的剖面示意圖。
[0057]圖19是從發電系統的上表面看到的透視示意圖。
[0058]圖20是從發電系統的上表面看到的透視示意圖。
[0059] 圖21是本發明的第2實施方式的發電系統的框圖。
[0060] 圖22(a)是在本發明的發電裝置的第2實施方式中可使用的半波倍電壓整流電路 的電路圖，圖22(b)是在第2實施方式中可使用的兩波倍電壓整流電路的電路圖。
[0061] 圖23是表示本發明的發電系統的第3實施方式的框圖。
[0062]圖24是本發明的第3實施方式的發電系統的示意圖。
[0063] 圖25是本發明的第4實施方式的發電系統的基本框圖。
[0064] 圖26A是在本發明的發電系統的第4實施方式中可使用的單相輸出的逆變器的電 路圖。
[0065] 圖26B是在本發明的發電系統的第4實施方式中可使用的三相輸出的逆變器的電 路圖。
[0066] 圖26C是在本發明的發電系統的第4實施方式中可使用的V接點逆變器的電路圖。
[0067] 圖27是在本發明的第4實施方式中可使用的升壓斬波電路的電路圖。
[0068] 圖28是在本發明的第4實施方式中可使用的間接方式的矩陣轉換器的電路圖。
[0069] 圖29是在本發明的第4實施方式中可使用的直接方式的矩陣轉換器的電路圖。
[0070] 圖30是本發明的第5實施方式的發電系統的基本框圖。
[0071] 圖31是本發明的第5實施方式的發電系統的示意圖。
[0072] 圖32是本發明的第6實施方式的發電系統的鋪設方法的流程圖。
[0073] 圖33是現有技術中的發電系統的鋪設方法的流程圖。
[0074] 圖34是本發明的第7實施方式的發電裝置的示意圖。
[0075] 圖35是本發明的第8實施方式的發電裝置固定部件的示意圖。
[0076] 圖36是表示本發明的實施例1中的非接觸傳輸部的輸入阻抗Zin及輸出阻抗Zout 的天線間隔依賴性的圖表。
[0077] 圖37是表示本發明的實施例1中的非接觸傳輸部的輸入輸出阻抗變換比Zr及無線 傳輸效率的天線間隔依賴性的圖表。
[0078] 圖38是表示本發明的實施例7中的非接觸傳輸部的輸入輸出電壓比Vr及無線傳輸 效率的相對滑動量依賴性的圖表。
【具體實施方式】
[0079] 在說明本發明的發電系統的優選實施方式之前，首先參照圖1A至圖1C及圖2,簡單 說明本發明的實施方式的基本構成。
[0080] 首先，參照圖1A及圖1B。圖1A是示意性表示結合發電系統的各構成要素的中途狀 態的剖視圖，圖1B是示意性表示結合各構成要素后形成了 1個發電系統的狀態的剖視圖。
[0081] 如圖1A及圖1B所示，本發明的發電系統具備多個發電模塊10、和在被固定物1上固 定這些多個發電模塊10的模塊固定裝置20。在圖1A及圖1B的例子中，為了簡化說明，記載了 2個發電模塊10。發電模塊10的個數并不限于2個。本發明的發電系統的優選實施方式也可 以具備3個以上的發電模塊10。另外，有時在本說明書中將"發電模塊"簡稱為"模塊"。
[0082] 多個發電模塊10的每一個模塊具備:具有生成直流能量的發電元件的發電模塊主 體101、和安裝于發電模塊主體101的送電部200。送電部200具有:將直流能量變換為頻率?? 的RF能量的振蕩器103、及從振蕩器103接收RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出的送 電天線107。
[0083]模塊固定裝置20具備第1固定部件21、多個受電天線109、和第2固定部件22。在圖 1A及圖1B所示的例子中，第1固定部件21及第2固定部件22通過其他部件23而被連結，但本 發明中的模塊固定裝置的構成并不限于這種例子。
[0084] 第1固定部件21構成為可在被固定物1上固定多個發電模塊10。在圖示的例子中， 在第1固定部件21與被固定物1之間存在其他部件23,但是第1固定部件21也可以直接與被 固定物1接觸。
[0085] 多個受電天線109的每一個天線與多個發電模塊10中的1個模塊對應，并接受由所 對應的送電天線107送出的RF能量的至少一部分。第1固定部件21及第2固定部件22按照各 受電天線109、和與之對應的送電天線107至少有一部分對置的方式來固定多個送電天線 107及多個受電天線109。
[0086] 該發電系統還具備并行合成多個受電天線109的輸出的合成部30。在圖1A及圖1B 所示的例子中，合成部30通過電線而與各受電天線109連接。合成部30無需被配置在模塊固 定裝置20的內部，也可以被放置在模塊固定裝置20的外部。當多根電線在1處或多處被連接 的情況下，各連接部分起到"合成部30"的作用。
[0087] 如在后的詳細說明那樣，本發明中的送電天線107是串聯連接了第1電感器及第1 電容元件的串聯諧振電路。受電天線109是并聯連接了第2電感器及第2電容元件的并聯諧 振電路。送電天線107的諧振頻率fT及受電天線109的諧振頻率fR都被設定為等于RF能量的 頻率f〇。
[0088] 在將振蕩器103的升壓比設為Voc、第1電感器的電感設為L1、第2電感器的電感設 為L2、送電天線107與受電天線109之間的耦合系數設為k時，滿足
[0089] (L2/L1)彡4(k/Voc)2。
[0090] 將頻率f0例如設定為50Hz~300GHz，更優選設定為20kHz~10GHz，進一步優選設 定為20kHz~20MHz，更進一步優選設定為20kHz~1MHz。本說明書中的"高頻（Radio frequency)"廣泛包含上述頻帶。
[0091] 接著，參照圖1C，更詳細地說明本發明的發電系統。
[0092] 振蕩器103接受發電模塊主體101發電的直流能量(電力），并將該直流能量頻率變 換為頻率f〇的RF能量(DC/RF變換）。從振蕩器103輸出的RF能量被輸入到與振蕩器103連接 的送電天線107中。被設計成諧振頻率相等的諧振器、即送電天線107及受電天線109經由彼 此的諧振器在周邊空間形成的諧振磁場而進行耦合，受電天線109能夠有效地接受由送電 天線107送出的RF能量的至少一部分。受電天線109不與送電天線107物理接觸，優選從送電 天線107遠離例如幾毫米~幾十厘米左右。
[0093] 在設置發電模塊主體101之前，預先在發電模塊主體101的背面固定包含振蕩器 103及送電天線107而構成的非接觸傳輸的送電部200。此外，也可以固定在發電模塊主體 101的端面。發電模塊主體101的DC輸出用端子和振蕩器103的DC輸入端子被導通連接。作為 導通連接的方法，可以應用電纜、或電極間的直接焊接等方法。
[0094] 此外，在圖1B所示的例子中，包含受電天線109而構成的非接觸傳輸的受電部被固 定于模塊固定裝置20中的第1固定部件21。在此，第1固定部件21可以由設置模塊10的屋頂 本身來代用，也可以兼用作在屋頂固定模塊10的部件23。
[0095] 在圖1C所示的例子中，圖1A及圖1B所示的第1固定部件21、第2固定部件22、及其他 部件23被一體化為1個長條狀的固定部件141。該固定部件141同時兼作在被固定物1上固定 多個發電模塊10的第1固定部件21、和按照與所對應的送電天線107至少有一部分對置的方 式來固定多個受電天線109的第2固定部件22。另外，屋頂本身的一部分可以構成為起到該 固定部件141的作用。
[0096] 圖1C所示的長條狀的固定部件141具備電纜143。電纜143可以被固定在固定部件 141的表面，也可以被配置在固定部件141的內部。在本系統內，可以存在沿著固定部件141 配置的受電天線109的多個輸出端子。針對于這些的多個輸出端子分別連接了電纜143所具 有的多個輸入端子。在與受電天線109的下表面(不與送電天線107對置的面)對置的固定部 件141的表面形成了渦流回避空間159。
[0097] 圖2示出本發明的實施方式的發電系統的框圖。本發明的發電系統包括被并聯連 接的多個發電系統要素131a、131b、……、131n。
[0098] 各發電系統要素131a~131η具備被串聯連接的發電模塊主體101、振蕩器103、送 電天線107、受電天線109。由發電模塊主體101生成的直流能量被振蕩器103高效地變換為 RF能量。在送電側的送電天線107與受電側的受電天線109之間，以非接觸方式傳輸該RF能 量。從各發電系統要素131a~131η輸出的RF能量（電力)通過并聯連接方式被合成之后，提 供給負載133。本實施方式中的負載133是利用RF能量輸入而工作的通常的電子設備。根據 本實施方式，從發電系統要素131a~131η的每一個要素得到的輸出電壓較之各個模塊的輸 出電壓顯著增大。因此，即使并聯連接發電系統要素131a~131η，也能夠容易實現系統輸出 電壓向負載133請求的較高電壓值的的升壓。
[0099]此外，在本發明的實施方式的發電系統中準備了在模塊鋪設作業工序之前能完成 各種前工序的計劃，因此能夠降低鋪設或模塊更換作業的復雜程度。復雜程度的降低直接 關系到兩個作業所需的時間的降低（即、成本降低）、作業風險的降低。
[0100]例如，可以在模塊鋪設作業之前預先完成以下所列舉的工序中的至少一個。第1工 序是向發電模塊主體101固定振蕩器103和送電天線107的固定工序。第2工序是連接受電天 線109的輸出端子和電纜143的輸入端子的連接工序。第3工序是向固定部件固定受電天線 109的固定工序。第4工序是用于進行固定部件內的、來自多個受電天線109的輸出電力的并 行合成的布線連接工序。在高處不進行以上工序中的至少一個、優選不進行以上的全部工 序，而在模塊設置工序之前的準備工序內預先完成，從而能夠容易簡化鋪設作業、部分更換 作業。
[0101]此外，由于發電系統要素131a~131η被并聯連接，因此即使在發電系統要素131a ~131η的一部分特性發生了劣化的情況、或在對發電系統要素131a~131η的太陽光的照射 條件產生差異的情況下，也能夠容易得到比現有技術中的發電系統更穩定的特性。
[0102] 另外，通過使從多個受電天線109輸出的RF能量的相位一致，從而發電電力的合成 效率最大化，因此優選各振蕩器103調整振蕩相位。通過使振蕩器103具備通信功能，從而能 夠以無線方式進行振蕩器103間的信息的交換。因此，上述調整并不妨礙本系統的鋪設方法 的簡便性。
[0103] 本發明中的"天線"并不是用于收發輻射電磁場的通常的天線，而是利用諧振器的 磁場的接近成分(evanescent tail)的親合在2個物體之間進行能量傳輸的要素。根據利用 了諧振磁場的非接觸電力傳輸，由于不會產生在向遠處傳播電磁波時所產生的能量損耗 (輻射損耗），因此能夠以極高的效率來傳輸電力。在利用了這種諧振磁場(近場）的耦合的 能量傳輸中，較之利用了法拉第電磁感應定律的公知的非接觸電力傳輸，不僅損耗少，例如 在相隔幾米的2個諧振器(天線)之間也能夠高效地傳輸能量。
[0104]想要進行基于這種原理的非接觸電力傳輸，需要在2個諧振天線間產生耦合。如上 所述，本發明中的諧振頻率fT及諧振頻率fR都被設定為等于振蕩器103的頻率f0,但是fT 和/或fR無需與頻率f〇完全一致。為了基于諧振器間的耦合來實現高效率的能量傳輸，雖然 fT = fR是理想的，但是只要fT與fR之間的差異足夠小即可。在本說明書中，"頻率fT等于頻 率fR"定義為滿足以下的式1的情況。
[0105] (式 1) | fT-fR | 彡fT/QT+fR/QR
[0106] 在此，QT是作為送電天線的諧振器的Q值，QR是作為受電天線的諧振器的Q值。一般 而言，在將諧振頻率設為X、諧振器的Q值設為Qx的情況下，該諧振器的諧振所產生的頻帶相 當于X/Qx。若| fT-fR |彡fT/QT+fR/QR的關系成立，則在2個諧振器之間實現了基于諧振磁場 耦合的能量傳輸。
[0107] 另外，在模塊主體101與振蕩器103之間也可以插入被稱為dc-dc解決方案的、用于 實現MPPT功能的設備。具體而言，是按照使來自模塊的發電量最大化的方式來對發電電壓 進行可變升壓或可變降壓、或者進行這兩方，同時跟蹤最大電力的設備。發電量是否被最大 化的診斷可在比受電天線109靠后的后級進行的，也可以在振蕩器103的前級進行。可以基 于診斷信息對升降壓比進行可變控制，從而進行最大電力跟蹤。
[01 08](電纜的構成:輸入輸出端子數和輸出端子數）
[0109] 圖3是從模塊10的背面側透視的固定部件141的示意圖。為使電纜143的輸出端子 147的對數(對的數量)Ncout成為比輸入端子145的對數Nc in小的值，優選采用在固定部件 141內并行合成至少1次以上輸出電力的電纜構成。在圖3所示的例子中，Ncin = 4、Ncout = l 成立。即，將從4個模塊10得到的電力并行合成為1個。當然，Ncin及Ncout并不限于圖3例示 的個數。
[0110] 另外，作為傳輸電力能量時所需的布線構成，如果是正負、或者信號-接地的兩根 對結構、同軸結構、或者三相，則需要相對使相位錯開了 120度的3根布線等、隨著輸出電力 相當于直流、高頻、交流中的哪一種而不同的端子構成。因此，以下，"端子數(端子對數)"意 味著能量傳輸所需的端子構成是幾組。
[0111] 在模塊10的設置區域中配置Μ行N列的模塊10的情況下，在固定部件141中沿著一 個方向延長的部分可以起到在屋頂等區域固定Μ個、或者Ν個模塊的功能。在圖3所示的例子 中，僅記載了一個固定部件141的一部分、即沿著橫向延伸的部分，該部分在屋頂等上固定4 個模塊的一邊附近。
[0112] 即使在ΜXΝ的值龐大的系統構成中，若并行合成來自多個受電天線109的輸出，則 最終也能夠回避輸出處的布線連接次數的增大。最優選的是采用Ncout為1的電纜構成。
[0113] 不僅如圖3所示那樣在固定部件141的一側配置模塊10,也可如圖4所示那樣在固 定部件141的兩側配置模塊10。無需按每一列在固定部件141中配置電纜143。
[0114] 圖5表示對4行4列（ = 16個)的模塊10進行固定的4根固定部件141。在圖5所示的例 子中，并不是在全部4根固定部件141中設置電纜143,而是每隔1個來設置電纜143。此時，通 過降低系統整體所需的電纜數，從而能夠進一步削減伴隨高處的布線連接工事的鋪設成 本。
[0115](關于等效電路和升壓原理）
[0116] 接著，參照圖6。圖6是表示本發明的某一實施方式中的非接觸傳輸部的等效電路 的圖。如圖6所示，本實施方式中的送電天線107是串聯連接了第1電感器107a及第1電容元 件107b的串聯諧振電路，受電天線109是并聯連接了第2電感器109a及第2電容元件109b的 并聯諧振電路。另外，送電天線107的串聯諧振電路具有寄生電阻成分R1，受電天線109的并 聯諧振電路具有寄生電阻成分R2。
[0117] 在本實施方式中，在將振蕩器103的升壓比設為Voc、第1電感器107a的電感設為 L1、第2電感器109a的電感設為L2、送電天線107與受電天線109的耦合系數設為k時，按照滿 足以下的關系的方式來決定11丄2、1^、￥〇(3的值。
[0118] (L2/L1)彡4(k/Voc)2
[0119] 當滿足上述的關系時，在非接觸電力傳輸下可將所輸入的直流能量的電壓提高到 2倍以上(升壓比：2以上）。對于實現這種升壓的理由將在后面詳細說明。
[0120] 根據本實施方式中的非接觸傳輸部，以非接觸方式在天線間傳輸電力時，能夠有 效地使低電壓的能量（電力)升壓。因此，根據本實施方式的太陽能發電系統的發電系統要 素，即使在發電模塊主體101的輸出電壓低的情況下，也能夠通過升壓效果來輸出高電壓的 電力。因此，能夠大幅降低以往應串聯連接的電池單體的連接數。其結果，能夠提供可降低 鋪設費用和維持費用、且適合普及的新的太陽能發電系統。
[0121]圖7是表示本發明的其他實施方式的非接觸傳輸部的等效電路的圖。該非接觸傳 輸部與前述的非接觸傳輸部（圖6)不同點在于，具備在受電天線109的后級被連接的整流電 路(整流器)115。根據本實施方式的非接觸傳輸部，通過該整流電路115的工作，能夠使直流 能量從非接觸傳輸部輸出。因此，在本實施方式的太陽能發電系統的發電系統要素中，即使 發電模塊主體101的輸出電壓低，也能夠通過非接觸電力傳輸時的升壓效果來輸出被升壓 至足夠高的電壓的直流能量。
[0122]另外，在將整流電路115的升壓比設為Vrr、且受電天線109連接了整流電路115的 情況下，在滿足以下的關系時能夠實現2倍以上的升壓。
[0123] (L2/LI)^4(k/(VocXVrr))2
[0124] 關于這一點，也將在后面詳細說明。
[0125] 圖8是表示本發明的又一實施方式中的非接觸傳輸部的等效電路的圖。該非接觸 傳輸部與前述的非接觸傳輸部（圖6、圖7)不同點在于，具備在受電天線109的后級被連接的 頻率變換電路(RF/AC變換電路）161。根據本實施方式的非接觸傳輸部，通過該頻率變換電 路161的工作，能夠使交流能量從非接觸傳輸部輸出。因此，在本實施方式的太陽能發電系 統的發電系統要素中，即使發電模塊主體101的輸出電壓低，也能夠通過非接觸電力傳輸時 的升壓效果來輸出被升壓至足夠高的電壓的交流能量。
[0126] 另外，在將頻率變換電路161的升壓比設為Vtr、且受電天線109連接了頻率變換電 路161的情況下，在滿足以下的關系時能夠實現2倍以上的升壓。
[0127] (L2/Ll)^4(k/(VocXVtr))2
[0128] 關于這一點也將在后面詳細說明。
[0129] 以下，參照附圖，說明本發明的優選實施方式。
[0130] (實施方式1)
[0131] 首先，參照圖9及圖10,說明本發明的發電系統的第1實施方式。圖9是圖1所示的發 電系統的一部分、即非接觸傳輸部附近的放大示意圖，圖10是圖9所示的非接觸傳輸部105 的等效電路圖。在圖9、圖10中，對于與圖1、圖6所示的構成要素對應的構成要素附加相同的 參考符號。
[0132] 本實施方式中的發電系統是具備模塊10利用太陽能發電的元件的"太陽能發電系 統"。如圖9所示，本實施方式的太陽能發電系統中的各個模塊所涉及的部分，至少具備振蕩 器103、送電天線107和受電天線109、且這些部件被串聯構成。送電天線107和受電天線109 在物理結構上是非接觸的。為了提高天線間的非接觸傳輸特性的再現性，簡單地將送電天 線107與受電天線109之間的對置距離保持在恒定是有效的。
[0133] 以下，參照圖11A以后的附圖，說明將送電天線107與受電天線109之間的對置距離 保持在恒定的構成的優選例。圖11A是示意性表示本實施方式的太陽能發電系統的一部分、 即關于1個模塊10的部分的剖面的圖。
[0134] 發電模塊主體101具備多重夾持了太陽能電池的電池單體組、密封件、表面玻璃板 的結構、和包圍該結構的模塊框體151。模塊框體151由鋁等導體形成，構成模塊10的外側部 分。
[0135] 與通常的鋪設工序同樣地，模塊框體151被固定于第1固定部件153,該第1固定部 件153被固定于屋頂等設置面157。從設置面157到送電天線107的對置距離隨著向發電模塊 主體101固定送電天線107而成為恒定值。
[0136] 接著，第2固定部件155也向設置面157進行固定。通過向第2固定部件155固定受電 天線109,從而從設置面157到受電天線109的對置距離也成為恒定值。因此，通過簡便的鋪 設作業，可以將送電天線107與受電天線109之間的相對配置關系維持在恒定的對置距離。 對置距離優選是幾毫米至幾十厘米。
[0137] 如圖11A所示，電纜143的配置位置可以埋入到第2固定部件155的內部，也可以固 定在第2固定部件155的表面。也可以是向第1固定部件153的內部的埋入、固定、向表面的固 定。此外，通過作為一體結構來形成第1固定部件153和第2固定部件155,從而能夠進一步削 減固定部件向配置面157固定的作業次數。
[0138] 圖11B表示設置了分別覆蓋天線107、109的保護部件117的實施方式。與圖11A的構 成不同點在于，保護部件117的有無。
[0139] 圖12及圖13分別是表示送電天線107和受電天線109的配置例的俯視透視圖。將在 后面敘述圖12及圖13所示的結構例。
[0140] 在圖11A、圖11B的剖視圖中，第2固定部件155的下表面與設置面157相接。第2固定 部件155相對于設置面157的相對位置關系可以根據第1固定部件153的固定工序來決定。圖 1C、圖3、圖4、圖5所示的固定部件141圖示了使上述的第1固定部件153和第2固定部件155- 體化的構成。
[0141] 為了將傳輸效率維持在較高的值，優選將送電天線107及受電天線109配置成至少 有一部分對置。其中，天線107、109的配置并不限于對置配置，也可以配置成兩者不正交。送 電天線107是由第1電感器107a及第1電容元件107b構成的串聯諧振電路，受電天線109是由 第2電感器109a及第2電容元件109b構成的并聯諧振電路。
[0142] (關于降低k的3個方法）
[0143] 圖12示出從本實施方式的發電系統的上表面看到的透視示意圖。如后述那樣，為 了獲得本申請的升壓效果，需要降低天線間的耦合系數k。想要降低k，以下所示的3個方法 是有效的。
[0144] 第1方法是天線間的對置距離的擴大。此外，在天線間的對置距離較短的范圍內 (還依賴于天線面積，但是例如為設定在幾毫米至幾厘米的范圍內的情況），作為第2方法而 導入天線間的尺寸非對稱性是有效的，作為第3方法而降低天線對置面積是有效的。在現有 的電磁感應技術中，為了實現高效率傳輸，為了將k設為最大值、即1，傾向于設計成將兩個 天線設為相同面積且使距離靠近，并使2個天線完全交叉。進而，為了降低泄漏磁通，也有很 多情況下是導入磁芯。因此，上述的3個方法中的天線的相對配置成為了在現有的電磁感應 技術中無法假設的條件。
[0145] 作為第2方法的例子，如圖12所示，只要相對于受電天線109而言將送電天線107設 定成小型即可。作為第3方法的例子，如圖13所示，在第1電感器107a與第2電感器109a的尺 寸相等、或者設定為相近的面積時，錯開兩個電感器的相對配置位置。
[0146] 在現有的電磁感應技術中，以收發天線間的耦合系數的增大為目的，經常將磁性 體配置成被夾在靠近的收發天線間。另一方面，在本申請中，在采用了上述的第2、第3方法 的情況下，并不優選在靠近的收發天線間的空間內配置磁性體。磁性體的導入導致在導入 的磁性體內引起磁場的集中，由于磁性體的損耗特性而引起傳輸效率的降低。另一方面，作 為磁性體的導入目的的收發天線間的耦合系數的提高，別說本申請的升壓特性，反而會妨 礙到本申請的升壓特性。因此，在本申請的發電系統中，并不優選在收發天線間的空間內配 置磁性體。此外，在收發天線間的空間內導入導體也會導致傳輸效率降低。因此，在本申請 的發電系統中，優選在收發天線間的空間內被配置的物質是包含空氣、水的電介質材料中 的任一種。
[0147] 補充說明上述的第2方法。在此，假設第1電感器107a及第2電感器109a的至少前表 面都具有平面形狀。
[0148] 圖14(a)表示與送電天線107的配置面垂直地投影的、受電天線109的配置區域113 的一例。在此，送電天線107的"配置面"定義為包括第1電感器107a的前表面在內的1個平面 (第1配置面）。圖14(b)是表示第1電感器107a的配置面240的剖視圖。圖14(b)的例子中的第 1電感器107a與配置面240平行。此外，受電天線的配置區域定義為被與送電天線107的配置 面240垂直地投影的第2電感器109a的輪廓所包圍的區域。
[0149] 圖14(a)示出與送電天線107的配置面垂直地投影的第1電感器107a。在圖14(a)所 示的例子中，投影到送電天線107的配置面的第1電感器107a存在于配置區域113的內部、且 偏向于配置區域113的邊緣部。通過采用這種配置結構，能夠實現更高的升壓比。
[0150] 為了調整非接觸傳輸部105的升壓比，在將天線的形狀及尺寸設定為非對稱組合 的基礎上，尤其可以將送電天線設定得比受電天線大。
[0151] 另外，天線的配置關系并不限于圖14所示的例子，也可以是調換了送電天線107和 受電天線109的配置關系。即，可以將圖14中的"送電天線107"替換成"受電天線109"，將"配 置區域113"替換成"送電天線107的配置區域"。在此，"送電天線107的配置區域"是指被投 影到受電天線109的配置面的電感器107a的輪廓所包圍的區域。此外，"受電天線109的配置 面"定義為包括第2電感器109a的前表面在內的1個平面(第2配置面）。從傳輸效率的觀點出 發，優選第1配置面和第2配置面處于彼此平行的關系，但是兩者無需要嚴密地平行。另外， 第1電感器107a、第2電感器109a無需要具有平面形狀。
[0152] 此外，圖15表示與送電天線107的配置面垂直地投影的、受電天線109的配置區域 113的其他例。
[0153](第2固定部件的限制:用于高效率維持的非磁性導體靠近的回避）
[0154] 第1固定部件153優選由可長期維持機械強度的不銹鋼等材質構成，以便即使被暴 于強風之中模塊10也不會脫落。另一方面，并非向第2固定部件155直接施加來自模塊或布 線連接部的應力，與機械強度相關的材質選定范圍可得到緩和。因此，例如可由樹脂構成第 2固定部件155。
[0155] 圖16是送電天線107及受電天線109附近的構成要素群的剖面示意圖。如圖16所 示，通過在受電天線109的正下方區域的第2固定部件155的表面形成渦流回避空間159,從 而能夠將天線間的電力傳輸效率維持在較高的值。由于對受電天線周邊空間的導體配置的 回避，可抑制產生在周邊導體感應出的渦流，因此能夠防止傳輸效率的劣化。
[0156] 渦流回避空間159可以是表示低損耗且高導磁率的Fe-Nb-Zr-B系等軟磁性合金或 鐵基非晶質合金、硅鋼板、鐵氧體等磁性體、或樹脂?陶瓷等電介質，但無法采用一般的非 磁性導體。此外，由于空氣也是低損耗材料，因此可選擇為渦流回避空間159的材質。
[0157] 圖17是其他結構例的剖面示意圖。在該例子中，由非磁性導體構成第2固定部件 155,在受電天線109正下方位置處，在表面增加一定深度的挖掘部。此外，通過用空氣填充 上述挖掘部，從而能夠構成渦流回避空間159。此時，通過在屋外運行裝置，即使雨水滯留在 渦流回避空間159內，也不會對傳輸特性帶來惡影響。
[0158] 圖18是另一結構例的剖面示意圖。在該例子中，在受電天線109的正下方的區域， 空出貫通第2固定部件155的孔。這樣，能夠同時達成渦流回避空間159的結構和第2固定部 件155的輕量化。
[0159] 另外，主要由螺旋形狀的電感器構成中心部的受電天線109,其周邊也可被由樹脂 材料等構成的保護部件117固定，也可借助保護部件117來進行向第2固定部件155固定受電 天線109的固定操作。在避免有可能由非磁性導體等構成的第2固定部件155與第2天線109 的不必要的靠近的同時，能夠固定第2天線109的空間配置。
[0160] 若由非磁性導體以外的材質構成第2固定部件155,則可將第2固定部件155本身看 作渦流回避區域。此時，無需在固定部件155中新追加部件、或者加工第2固定部件155的表 面，就能夠實現低損耗的天線間電力傳輸。例如，即使由相同的不銹鋼材料構成第2固定部 件155,在使用奧氏體系鋼種等非磁性不銹鋼的情況下，也需要加工第2固定部件155的表 面，但是在使用馬氏體系、鐵氧體系鋼種等強磁性材料的不銹鋼的情況下，即便不加工第2 固定部件155的表面，也能夠實現低損耗的天線間電力傳輸。
[0161] 配置渦流回避空間159的區域優選至少包括與受電天線109的全部區域對置的區 域。此外，尤其在送電天線107和受電天線109的對置距離較短的情況下，更優選還包括與送 電天線107對置的區域。此外，優選設定為比受電天線109更寬的面積。
[0162] 如上所述，在本實施方式的太陽能發電系統中，優選將受電天線109的面積設定為 比送電天線107更寬的面積、或者利用送電天線107與受電天線109的相對配置偏離。由此， 渦流回避空間159不同于現有的電磁感應中的條件，優選設定為比送電天線107更寬的面 積。
[0163] 雖然可以如圖12、圖13所示那樣，第2固定部件155與第1固定部件153同時設置，但 是也可如圖19、圖20所示的一例那樣，第2固定部件155的面積設定用于在送電天線107的正 下方固定受電天線109所需的足夠的面積。在與受電天線109的連接處，優選電纜143的輸入 端子被固定，但是電纜143不一定其全長都被收納在第2固定部件155的內部。
[0164] 從確保長期可靠性的觀點出發，構成送電天線107及受電天線109的部件（電感器 及電容元件等)如圖11B所示那樣優選被保存在保護部件117內。優選對保護部件117實施防 水加工。若在包括送電天線107在內的送電側的保護裝置內可將振蕩器保存于內部，則能夠 提高將振蕩器103與送電天線107之間進行連接的連接器端子、RF電纜等部件的長期可靠 性。此外，若在安裝到發電模塊主體101的送電側的保護裝置內可將非接觸傳輸系統的送電 側電路全部保存，則能夠僅對保護裝置的機械連接(螺旋夾等）、發電模塊主體101的直流輸 出端子(一般是正負2根)和與振蕩器103的直流輸入端子間的連接器連接簡化發電模塊主 體101和送電側電路的連接工序。
[0165] 保護部件117也可以直接被固定于模塊或第2固定部件155等外部部件。在不影響 送電天線107和受電天線109的諧振磁場的耦合強度的范圍內，也可以通過在保護部件117 及外部部件中分別設置強磁性體及磁鐵，從而利用在強磁性體與磁鐵之間作用的磁力，在 外部部件裝卸自如地安裝保護部件117。或者，也可以通過在保護部件117及外部部件的任 一方設置吸盤，從而在外部部件裝卸自如地安裝保護部件117。進而，第2固定部件155也可 以兼作保護部件117。此外，也可以在受電側的保護部件117內設置上述的渦流回避空間 159〇
[0166] 本實施方式中的發電模塊主體101具有被串聯連接的多個太陽能電池（電池單 體）。作為太陽能電池，從提高發電效率的觀點出發，優選使用晶體硅系的太陽能發電元件。 但是，在本發明中可使用的太陽能電池可以是使用了呻化鎵、CIS(銅?銦?硒)系等化合物 半導體材料的各種太陽能發電元件，也可以是使用了有機材料的各種太陽能發電元件。CIS 系的材料也可以含有鎵和/或錫(tin)等元素。此外，所使用的半導體的結晶結構可以是單 晶、多晶、非晶質的任何結構。也可以利用層疊了各種半導體材料的級聯型太陽能發電元 件。
[0167] 振蕩器103可以使用D級、E級、F級等、可實現高效率且低失真的特性的放大器，也 可以使用Doherty放大器。也可以通過在產生包含失真成分的輸出信號的開關元件的后級 配置低通濾波器或帶通濾波器，從而高效率地生成正弦波。
[0168] 由發電模塊主體101生成的直流能量被振蕩器103高效地變換為RF能量。由非接觸 傳輸部105隔著空間以非接觸方式傳輸該RF能量，并從輸出端子119輸出。送電天線107的諧 振頻率fT及受電天線109的諧振頻率fR分別被設定為大致等于由振蕩器103生成的RF能量 的頻率f〇。此外，本實施方式中的受電天線109的輸出阻抗Zout被設定為高于振蕩器103的 輸入直流阻抗Zidc的值。
[0169] 為了抑制電路塊間的RF能量的多重反射來改善綜合發電效率，在受電天線109的 輸出端子與負載連接的狀態下，優選設置為從振蕩器103輸出的RF能量的輸出阻抗Zoc等于 送電天線107的輸入阻抗Zin。此外，同樣地，在振蕩器103與送電天線107連接的狀態下，優 選設置為受電天線的輸出阻抗Zout等于所連接的負載的電阻值R。
[0170] 另外，在本說明書中，2個阻抗"相等"并不限于阻抗嚴密地一致，而是定義為包括2 個阻抗的差異在較大一方的阻抗的25%以下的情況。
[0171] 本實施方式中的非接觸電力傳輸的效率依賴于送電天線107與受電天線109的間 隔（天線間隔）、構成送電天線107和受電天線109的電路元件的損耗的大小。另外，"天線間 隔"實質上是指2個電感器107a、109a的間隔。天線間隔可基于天線的配置區域的大小進行 評價。
[0172] 在優選的實施方式中，第1電感器107a及第2電感器109a被配置成:都擴展為平面 狀，兩者互相平行地對置。在此，天線的配置區域的大小意味著尺寸相對小的天線的配置區 域的大小，在構成天線的電感器的外形為圓形時是指電感器的直徑，若為正方形則是指電 感器的一邊的長度，若為長方形則是指電感器的短邊的長度。根據本實施方式，即使天線間 隔為天線的配置區域的大小的1.5倍左右，也能夠以90%以上的無線傳輸效率來傳輸能量。 此外，能夠使非接觸傳輸部105的輸出阻抗相對于輸入阻抗而增大到7832倍以上。
[0173] 本實施方式中的第1電感器107a及第2電感器109a分別具有匝數為N1、N2的螺旋結 構(Nl> 1、N2>1)，但也可以具有匝數為1的環形結構。這些電感器107a、109a無需由一層導 電體圖案構成，也可以具有串聯連接了被層疊的多個導電體圖案的結構。
[0174] 第1電感器107a、第2電感器109a最好能由具有良好導電率的銅或銀等導電體形 成。RF能量的高頻電流會集中流過導電體的表面，因此為了提高發電效率，也可以由高導電 率材料覆蓋導電體的表面。若由在導電體的剖面中央具有空洞的構成來形成電感器l〇7a、 l〇9a，則能夠實現輕量化。進而，若采用利茲線等并聯布線結構來形成電感器107a、109a，則 能夠降低每單位長度的導體損耗，因此能夠提高串聯諧振電路及并聯諧振電路的Q值，能夠 以更高的效率進行電力傳輸。
[0175] 為了抑制制造成本，可利用墨水印刷技術統一形成布線。雖然可以在第1電感器 107a和/或第2電感器109a的周邊配置磁性體，但是并不優選將第1電感器107a與第2電感器 l〇9a之間的耦合系數設定為極端高的值。因此，更優選使用能夠將電感器107a、109a之間的 耦合系數設定為適當值的具有空芯螺旋結構的電感器。
[0176] 第1、第2電容元件107b、109b例如可利用具有芯片形狀、導線形狀的所有類型的電 容器。也可以將相隔了空氣的2根布線之間的電容用作第1、第2電容元件107b、109b。在由 MIM電容器構成第1、第2電容元件107b、109b的情況下，可以使用公知的半導體工藝或多層 基板工藝來形成低損耗的電容電路。
[0177] 接著，參照圖10,說明通過本實施方式的發電系統得到的升壓效果。
[0178]在此，假設送電側的送電天線107與受電側的受電天線109以耦合系數k進行耦合。 通過測量在使以同一頻率f〇諧振的2個諧振器(天線107、109)相靠近時所分離的2個諧振頻 率fL、fH，從而由以下的式導出耦合系數k。
[0179 ](式2) k = (fH2-fL2) / (fH2+fL2)
[0180] 另外，振蕩器103的頻率??優選設定在諧振頻率fL、fH附近。更詳細而言，當將諧振 頻率fL、fH下的耦合諧振器對的Q值分別設為QL、QH時，優選按照滿足以下的式3的方式來設 定??。
[0181] (式3)fL-fL/QL彡 fO 彡 fH+fH/QH
[0182] 此外，在電感為L1的第1電感器107a與電感為L2的第2電感器109a之間產生的互感 M、和耦合系數k之間，成立以下的關系。
[0183] (式 4)M = kX(LlXL2)0·5
[0184] 在受電天線109的并聯型諧振電路中，若將流過第2電感器109a的高頻電流設為 IL2、流過第2電容元件109b的高頻電流設為IC2，則沿著圖10所示的朝向流動的輸出高頻電 流12可由以下的式表示。
[0185] (式 5)I2 = -IL2_IC2
[0186] 此外，若將流過第1電感器107a的高頻電流設為IL1，則利用流過第2電感器109a的 高頻電流IL2、流過第2電容元件109b的高頻電流IC2、第2電感器109a的電感L2、第2電感器 109a的寄生電阻R2、第1電感器107a的電感L1、第2電容元件109b的電容C2,導出以下的式。
[0187] (式6) (R2+j ω L2) X IL2+j ωΜΧ IL1 = IC2/( j ω C2)
[0188] 由于在受電天線109中諧振條件成立，因此以下的（式7)成立。
[0189] (式7) c〇L2 = l/( c〇C2)
[0190] 根據上述的（式5)~(式7)，以下的式成立。
[0191] (式8)R2 X IL2+j ω Μ X IL1 = j ω L2 X 12
[0192] 對(式8)進行變形后得到以下的式。
[0193] (S9)I2 = kX(Ll/L2)0.5XILl-j(R2/c〇L2)XIL2
[0194] 另一方面，評價送電天線107的諧振器的低損耗性的指標Q值可由（式10)的式表 不。
[0195] (式 10)Q2= c〇L2/R2
[0196] 在此，當諧振器的Q值非常高時，忽略(式6)的右邊第2項的近似關系成立。由此，最 終通過以下的(式11)，導出由受電天線109產生的高頻電流(輸出電流)12的大小。
[0197] (式 ll)I2 = kX(Ll/L2)0.5XILl
[0198] 在此，高頻電流12依賴于輸入到送電側的諧振器(送電天線107)的高頻電流11( = 流過第1電感器107a的高頻電流IL1 )、諧振器(天線）之間的耦合系數k、第1及第2電感L1、 L2〇
[0199] 根據上述的(式11)，可由如下的(式12)表示本實施方式的發電系統的升流比Ir。
[0200] (式 12)Ir= 112/11 |/Voc = k/VocX (L1/L2)0·5
[0201] 此外，升壓比Vr及阻抗變換比Zr分別由（式13)及(式14)表示。
[0202] (式 13)Vr=(Voc/k)X(L2/Ll)0·5
[0203] (式 14)Zr=(Voc/k)2X(L2/Ll)
[0204] 根據(式13)可知，若使(L2/Ll)>(k/Voc)2的條件成立，則能夠使升壓比Vr大于1。 此外，還可以獲知:越減小耦合系數k，越能夠使升壓比Vr上升。在現有技術的基于電磁感應 的能量傳輸中，耦合系數k的降低會連帶地影響傳輸效率的大幅劣化。但是，在本實施方式 的諧振磁場耦合方式中，即使降低耦合系數k，也不至于導致傳輸效率大幅降低。尤其是，若 將構成送電天線107及受電天線109各自的諧振器的Q值設定為較高的值，則能夠增大升壓 比Vr的同時實現高效率的非接觸傳輸。雖然也依賴于系統所請求的天線間電力傳輸的傳輸 效率、及k的值，但是構成送電天線107及受電天線109各自的諧振器的Q值優選設定為100以 上，更優選設定為200以上，進一步優選設定為500以上，最優選設定為1000以上。想要實現 高的Q值，如上述那樣采用利茲線是有效的。
[0205] 為了回避太陽能發電系統中的局部陰影的影響，較之串聯連接多個太陽能發電部 的構成，更優選采用并聯連接多個太陽能發電部的構成。想要通過并聯連接2個太陽能發電 部來獲得與串聯連接2個太陽能發電部時等同的電壓特性，需要將各太陽能發電部的輸出 電壓升壓至2倍。
[0206] 根據(式12)可知，升壓比Vr等于2是滿足(L2/L1)彡4X(k/Voc)2的關系之時。在本 實施方式中，由于滿足了（L2/L1)彡4X(k/Voc)2的關系，因此能夠實現2以上的升壓比Vr。
[0207] 若（L2/L1)彡100X(k/Voc)2的關系成立，則能夠實現10倍以上的升壓比Vr。若 (L2/L1)多10000X(k/Voc) 2的關系成立，則能夠實現100倍以上的升壓比Vr。
[0208] 在本實施方式的非接觸傳輸部中，可以按照實現這種高的升壓比Vr的方式來設定 讓、￥〇(3、1^、1^1的大小。
[0209] 以下，與現有技術中的非接觸電力傳輸裝置進行比較的同時說明本實施方式的太 陽能發電系統的效果。
[0210] 在專利文獻3所公開的非接觸電力傳輸裝置中，在2個諧振磁場耦合器之間傳輸能 量，但是由于該非接觸電力傳輸裝置在2個諧振器中采用了同一諧振方式，因此在傳輸時沒 有發現升壓效果。通過本實施方式的非接觸電力傳輸裝置得到的輸出電壓的上升效果是在 送電天線側采用串聯諧振磁場耦合結構且在受電天線側采用并聯諧振磁場耦合結構、并在 這些不同的諧振結構之間進行能量傳輸時所產生的新的效果。
[0211] 另外，串聯諧振電路或并聯諧振電路也可以在以RF標簽為代表的現有技術中的無 線通信系統中使用。但是，在無線通信系統的高頻塊的特性試驗中所使用的測量器的測量 端子的終端阻抗和高頻電纜的特性阻抗基本上被設定為50 Ω。因此，一般在與無線通信系 統的天線的連接點上，無論是在發送設備內還是在接收設備內都使阻抗與50 Ω匹配后連接 電路塊之間。
[0212] 另一方面，本實施方式中的無線傳輸部的輸入輸出阻抗變換比Zr在后述的實施例 中也設定成:超過100或者根據條件超過20000這樣表示極高的值。這種高的輸入輸出阻抗 變換比Zr在現有技術的通信系統中處于考慮對象之外。此外，對于不與送電天線和受電天 線的匝數比成比例的非線性升壓效果而言，忽略(式6)的右邊第2項的近似關系的成立是必 不可少的，且高的Q值的諧振結構的耦合也是必不可少的，但是在通信裝置內印刷基板的電 感器電路的低的Q值時，上述假設不成立。
[0213] 此外，在本實施方式中，將2個諧振器(天線)之間的距離設定得較大，將耦合系數k 設定得越低，越能夠得到更高的升壓比Vr，但這是從公知的通信系統所采用的無線傳輸部 的結構及功能中不容易想到的效果。
[0214] 另外，在利用于電源電路等的變壓器中，2個電感器相靠近，且起到一種非接觸電 力傳輸裝置的作用。但是，在這些電感器之間，不會產生諧振磁場耦合型的耦合。另外，在變 壓器中，通過將第2電感器的匝數N2相對于第1電感器的匝數N1的比率設定得較大，從而也 能夠實現升壓效果。但是，若想要由通過變壓器升壓電路實現例如10以上的升壓比，則需要 使匝數N2增加至匝數N1的10倍以上。匝數N2的大幅增加會使第2電感器中的寄生電阻成分 R2按比例上升，因此會導致傳輸效率降低。關于這一點，在本實施方式中，即使將匝數N1和 匝數N2設定為相同的值，也能夠獲得高的Vr。
[0215] 此外，在現有的電磁感應技術中，也有為了提高功率因素而導入諧振電路的例子。 但是，現有技術公開的范圍限于用于實現升壓比線性地依賴匝數比的理想變壓器特性的技 術。此外，在其他現有技術中，為了實現升壓，需要向諧振電路系統導入電感器等追加電路。 另一方面，本申請的升壓效果是無需向諧振電路系統追加電路構成，相對于線圈比而言可 發現非線性的效果，因此是從公知的諧振型電磁感應技術中不容易想到的效果。
[0216] 此外，對于本申請的不與送電天線和受電天線的匝數比成比例的非線性升壓效果 而言，忽略（式6)的右邊第2項的近似關系的成立是必不可少的。因此，高的Q值的諧振結構 的耦合是必不可少的，但是在采用現有的電力電子設備中所使用的鐵芯的線圈結構的低的 Q值時，上述假設不成立。
[0217] 此外，在本實施方式中，通過故意錯開2個諧振器(天線)之間的配置、或者故意使2 個諧振器(天線）的尺寸不對稱，從而將耦合系數k設定得越低，越能夠得到更高的升壓比 Vr。這是從公知的電力電子技術領域中所使用的電路結構及功能中不容易想到的效果。
[0218] 在本實施方式中，無需將第1電感器107a的電感L1和第2電感器109a的電感L2設定 得相等。例如，通過將電感L2設定成大于電感L1，從而能夠進一步提高升壓比Vr。想要提高 L2,優選將第2電感器109a的匝數N2設定成比第1電感器107a的匝數N1大的值。若N2/N1大于 1，則較之使用公知的變壓器升壓電路進行升壓的情況，能夠以更低的損耗實現高的升壓 比。為了將電感L2設定成大于電感L1，也可以代替將N2/N1設定成大于1、或者在將N2/N1保 持設定為1的情況下，將受電天線109的形成區域放大成大于送電天線105的形成區域。本申 請中設定較低的耦合系數k的條件帶來升壓比的非線性增大這樣有利的效果，但同樣會帶 來傳輸效率的降低，故優選在不會導致受電天線的Q值降低的范圍內設定較高的L2。
[0219](實施方式2并行合成后統一整流）
[0220] 接著，參照圖21，說明本發明的太陽能發電系統的第2實施方式。圖21是表示本實 施方式的太陽能發電系統的基本框圖的圖。在圖21中，對于與第1實施方式的構成要素對應 的構成要素附加同一參考符號，并省略其詳細的說明。
[0221] 本實施方式的太陽能發電系統不同于第1實施方式中的太陽能發電系統的第1點 在于，在并行合成多個受電天線109的輸出電力的并行合成點163與負載133之間插入了整 流電路115。通過本實施方式的太陽能發電系統，也能夠得到與第1實施方式中的太陽能發 電系統的效果同樣的效果，進而作為輸出能夠得到直流電力。
[0222] 圖21的太陽能發電系統包括被并聯連接的多個發電系統要素131a、131b、……、 131n〇
[0223] 各發電系統要素131a~131η具備被串聯連接的發電模塊主體101、振蕩器103、送 電天線107、受電天線109。
[0224] 由發電模塊主體101生成的直流能量被振蕩器103高效地變換為RF能量。在送電側 的送電天線107與受電側的受電天線109之間以非接觸方式傳送該RF能量。從各發電系統要 素131a~131η輸出的RF能量（電力)通過并聯連接方式被合成之后，被整流電路115變換為 直流能量，之后提供給負載133。
[0225] 根據本實施方式，從發電系統要素131a~131η的每一個得到的輸出電壓，較之每 一個模塊的輸出電壓而顯著地增大。因此，即使并聯連接發電系統要素131a~131η，也能夠 實現更接近于負載133所請求的電壓值的值。
[0226] 由于并聯連接了發電系統要素131a~131η，因此即使在發電系統要素131a~131η 的一部分特性發生劣化的情況、或在相對于發電系統要素131a~131η的太陽光的照射條件 產生差異的情況下，也能夠得到比現有技術中的發電系統更穩定的特性。
[0227] 為了抑制電路塊之間的RF能量的多重反射來改善綜合發電效率，在整流電路115 的輸出端子與未圖示的直流負載或直流負載系統連接的狀態下，優選設置為從振蕩器103 輸出的RF能量的輸出阻抗Zoc大致等于送電天線107的輸入阻抗Zin。此外，同樣地，在振蕩 器103與送電天線107連接的狀態下，優選設定為整流電路115的輸出阻抗Zrout大致等于所 連接的未圖示的直流負載或直流負載系統的電阻值R。
[0228] 整流電路115具有以各種方式進行整流的電路，可利用兩波整流或電橋整流電路。 圖22(a)是半波倍電壓整流電路的電路圖，圖22(b)是兩波倍電壓整流電路的電路圖。另外， 也有能夠實現3倍以上的升壓比的高倍壓整流電路方式。這些整流電路都能夠應用于本實 施方式。
[0229] 若使用圖22例示的倍電壓整流電路，則能夠輸出升壓至輸入到整流電路115中的 RF電壓的2倍的直流電壓。若使用這種整流電路115,則除了非接觸傳輸部105中的升壓效果 外，還能夠實現進一步的升壓效果。
[0230] 另外，整流電路并不限于具有如上述那樣二極管等被動元件的電路。例如，也可以 如同步整流電路那樣，采用通過外部時鐘對FET的柵極進行導通/截止控制來進行整流的電 路。
[0231] 在本實施方式中，分別利用整流電路115中的升壓比Vrr，將關于實施方式1而導出 的升壓比Vr及阻抗變換比Zr改寫成以下的(式15)(式16)。
[0232] (式 15)Vr=(VocXVrr/k)X(L2/Ll)0·5
[0233] (式 16)Zr= (Voc X Vrr/k)2 X (L2/L1)
[0234] 在本實施方式中，根據上述的（式15)可知，在滿足(L2/L1) > (k/(Voc X Vrr) )2的 關系的情況下，能夠將升壓比設定成大于1。
[0235] 為了將升壓比Vr設為2以上，需要滿足(L2/L1)彡4X(k/(V〇CXVrr)) 2的關系。若 〇^/11)彡100\仏/(￥〇〇\￥^))2的關系成立，則能夠實現10倍以上的升壓比￥匕若〇^/ LI)彡10000 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系成立，則能夠實現100倍以上的升壓比Vr。
[0236] 根據本實施方式的太陽能發電系統，能夠實現直流供電系統。在將輸出Vc [V]的模 塊作為電源來構成Vo[V]的直流供電系統從而采用本實施方式的太陽能發電系統的情況 下，通過滿足(L2/Ll) = (V〇/Vc)2X(k/(V〇CXVrr)) 2的關系，從而能夠實現從Vc[V]到Vo[V] 的升壓。例如￥〇 = 300、￥〇 = 30時，只要滿足（1^2/11) = 100\(1^/(￥〇〇\￥燈））2即可，￥。= 400、V〇 = 30時，只要滿足(L2/L1) = 178X 仏/(￥〇。\￥^))2即可，￥〇 = 24、￥。= 0.5時，只要 滿足(L2/Ll) = 2304X(k/(V〇CXVrr))2的關系即可。因此，在將本實施方式應用于直流供 電系統的情況下，優選滿足(L2/L1)彡100 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系。此外，優選滿足(L2/ L1)彡 178父（1^/(￥〇。\￥^))2的關系。優選滿足〇^/11)多2304\(1^/(￥〇。\￥^))2的關系。
[0237] 整流電路115的輸入端子優選與實施方式1中的多輸入電纜143的輸出端子147連 接。此外，為了進一步降低鋪設成本，優選采用使整流電路115固定到固定部件141上從而一 體化的構成。此外，整流電路115也可被保存在實施方式1中的保護部件117中。
[0238] (實施方式3單獨整流后并行合成DC能量:圖23、圖24)
[0239]接著，參照圖23、圖24,說明本發明的太陽能發電系統的第3實施方式。圖23是表示 本實施方式的太陽能發電系統的基本框圖的圖，圖24是本實施方式的太陽能發電系統的示 意圖。在圖23、圖24中，對于與第1實施方式的構成要素對應的構成要素附加同一參考符號， 并省略其詳細的說明。
[0240]本實施方式的太陽能發電系統與第1實施方式中的太陽能發電系統不同點在于， 在受電天線109的輸出部串聯連接了整流電路115。此外，與第2實施方式中的太陽能發電系 統不同點在于，在比并行合成連接點163更靠受電天線輸出側插入了整流電路115。
[0241]圖23的太陽能發電系統包括被并聯連接的多個發電系統要素131a、131b、……、 131η。各發電系統要素131a~131η具備被串聯連接的發電模塊主體101、振蕩器103、送電天 線107、受電天線109及整流電路115。
[0242]由發電模塊主體101生成的直流能量被振蕩器103高效地變換為RF能量。該RF能量 在送電側的送電天線107與受電側的受電天線109之間以非接觸方式被傳送之后，被整流電 路115變換為直流能量。從各發電系統要素131a~131η輸出的直流能量（電力)通過并聯連 接方式被合成之后，提供給負載133。
[0243] 根據本實施方式，從發電系統要素131a~131η的每一個要素得到的輸出電壓，較 之每一個模塊的輸出電壓而顯著地增大。因此，即使并聯連接發電系統要素131a~131η，也 能夠實現更接近于負載133所請求的電壓值的值。
[0244] 由于并聯連接了發電系統要素131a~131η，因此即使在發電系統要素131a~131η 的一部分特性發生劣化的情況、或在相對于發電系統要素131a~131η的太陽光的照射條件 產生差異的情況下，也能夠得到比現有技術中的發電系統更穩定的特性。
[0245] 通過本實施方式的太陽能發電系統，也能夠獲得與第2實施方式中的太陽能發電 系統的效果同樣的效果。而且，不同于第2實施方式，由于能夠降低整流電路115所處理的電 力，因此能夠使用耐電力性低且廉價的半導體構成系統。
[0246] 為了抑制電路塊之間的RF能量的多重反射來改善綜合發電效率，在整流電路115 的輸出端子與未圖示的直流負載或直流負載系統連接的狀態下，優選設置為從振蕩器103 輸出的RF能量的輸出阻抗Zoc大致等于送電天線107的輸入阻抗Zin。此外，同樣地，在振蕩 器103與送電天線107連接的狀態下，優選設定為整流電路115的輸出阻抗Zrout大致等于所 連接的未圖示的直流負載或直流供電系統的電阻值R。
[0247] 在本實施方式中，根據上述的（式15)也可知，在滿足(L2/Ll)>(k/(VocXVrr))2的 關系的情況下，能夠將升壓比設定成大于1。
[0248] 為了將升壓比Vr設為2以上，需要滿足(L2/L1)彡4X(k/(V〇CXVrr)) 2的關系。若 〇^/11)彡100\仏/(￥〇〇\￥^))2的關系成立，則能夠實現10倍以上的升壓比￥匕若〇^/ L1)彡10000 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系成立，則能夠實現100倍以上的升壓比Vr。
[0249] 根據本實施方式的太陽能發電系統，能夠實現直流供電系統。在將輸出Vc [V]的模 塊作為電源來構成Vo[V]的直流供電系統從而采用本實施方式的太陽能發電系統的情況 下，通過滿足(L2/Ll) = (V〇/Vc)2X(k/(V〇CXVrr)) 2的關系，從而能夠實現從Vc[V]到Vo[V] 的升壓。例如 Vc = 30、Vo = 300 時，只要滿足 〇^2/11) = 100\(1^/(￥〇。\￥^))2即可，￥。= 30、 Vo = 400時，只要滿足 〇^2/11) = 178\(1^/(￥〇。\￥^))2即可，￥〇 = 24、￥。= 0.5時，只要滿足 (L2/Ll) = 2304X(k/(VocXVrr))2的關系即可。因此，在將本實施方式應用于直流供電系 統的情況下，優選滿足(L2/L1)彡100\仏/(￥〇〇\￥^)) 2的關系。此外，優選滿足〇^2/11)彡 178 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系。優選滿足(L2/L1)多2304 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系。
[0250] 為了進一步降低系統導入成本，優選采用使整流電路115固定到固定部件141上從 而一體化的構成。此外，整流電路115也可被保存在實施方式1中的保護部件117中。
[0251](實施方式4)(并行合成后統一變換成交流）
[0252] 接著，參照圖25,說明本發明的太陽能發電系統的第4實施方式。圖25是表示本實 施方式的太陽能發電系統的基本框圖的圖。在圖25中，對于與第1~第3實施方式的構成要 素對應的構成要素附加同一參考符號，并省略其詳細的說明。
[0253] 本實施方式的太陽能發電系統不同于第1實施方式及第2實施方式中的太陽能發 電系統的第1點在于，在并行合成多個受電天線109的輸出電力的并行合成點163與負載133 之間插入了頻率變換電路(RF/AC變換電路）161。通過本實施方式的太陽能發電系統，也能 夠獲得與第1實施方式中的太陽能發電系統的效果同樣的效果，進而作為系統輸出能夠得 到交流電力。
[0254] 圖25的太陽能發電系統包括被并聯連接的多個發電系統要素131a、131b、……、 131η。各發電系統要素131a~131η具備被串聯連接的發電模塊主體101、振蕩器103、送電天 線107、受電天線109。
[0255] 由發電模塊主體101生成的直流能量被振蕩器103高效地變換為RF能量。該RF能量 在送電側的送電天線107與受電側的受電天線109之間以非接觸方式被傳送。從各發電系統 要素131a~131η輸出的RF能量（電力)通過并聯連接方式被合成之后，被頻率變換電路161 變換為交流能量，之后提供給負載133。負載133也可以是通過交流輸入而工作的電子設備 或者電力電網。
[0256] 根據本實施方式，從發電系統要素131a~131η的每一個要素得到的輸出電壓，較 之每一個模塊的輸出電壓而顯著地增大。因此，即使并聯連接發電系統要素131a~131η，也 能夠實現更接近于負載133所請求的電壓值的值。
[0257] 由于并聯連接了發電系統要素131a~131η，因此即使在發電系統要素131a~131η 的一部分特性發生劣化的情況、或在相對于發電系統要素131a~131η的太陽光的照射條件 產生差異的情況下，也能夠獲得比現有技術中的發電系統更穩定的特性。
[0258] 為了抑制電路塊之間的RF能量的多重反射來改善綜合發電效率，在頻率變換部 161的輸出端子與交流負載連接的狀態下，優選設置為從振蕩器103輸出的RF能量的輸出阻 抗Zoc大致等于送電天線107的輸入阻抗Zin。此外，同樣地，在振蕩器103與送電天線107連 接的狀態下，優選設定為頻率變換部161的輸出阻抗Zrout大致等于所連接的交流負載。
[0259] 頻率變換部161是將從無線傳輸部105輸出的RF能量變換為例如電網的交流頻率 fp及電壓（V0土Vf)的電路。交流頻率fp比RF能量的頻率（例如3MHz)低很多，例如是50或 60Hz。在此，電壓V0是電網電壓的中心值，Vf是容許從V0偏離的偏離幅度。"V0 土 Vf"表示從 "V〇-Vf" 到 "V0+Vf" 的范圍。
[0260]為了從RF的能量變換為頻率fp的交流能量，例如具有在初始階段暫時從RF變換 (整流)為直流能量，在后級階段將直流能量變換為頻率fp的能量的方法。例如，如第2實施 方式所示那樣的兩波整流或電橋整流電路可用作前級電路。若使用圖22例示的倍電壓整流 電路，則能夠輸出升壓至輸入到整流電路115的RF電壓的2倍的直流電壓。若使用這種整流 電路115,則除了非接觸傳輸部105中的升壓效果之外，還能夠實現進一步的升壓效果。另 外，整流電路并不限于如上述那樣的具有二極管等被動元件的電路，可以采用如同步整流 電路那樣通過外部時鐘對FET的柵極進行導通/截止控制來進行整流的電路。另一方面，在 整流電路的后級，作為將直流能量變換為頻率fp的交流能量的電路，例如能夠利用逆變器。 圖26A是單相輸出的逆變器的電路圖，圖26B是三相輸出的逆變器的電路圖。此外，圖26C是V 接點逆變器的電路圖。若使用圖26A至圖26C例示的逆變器，則可針對在頻率變換部161的初 級被整流的直流能量而與"電網"的頻率fp、電壓VO ±Vf、及相數一致地進行變換，并輸出。 此外，也可以在后級進行DC-AC變換之后使其通過交流濾波器。通過使用這種濾波器，能夠 去除對向電網的潮流存在規定的無用高次諧波成分。而且，也可以通過在逆變器電路的前 級設置圖27例示的升壓斬波電路，從而預先提高直流能量的電壓之后，利用逆變器電路變 換為交流能量。
[0261] 頻率變換部161的上述的例子具備從RF變換為直流的整流電路、和從直流變換為 交流的逆變器，但是在本實施方式中可使用的頻率變換部161的構成并不限于這種構成。使 用圖28例示的間接方式的矩陣轉換器(間接矩陣轉換器)也能夠進行與上述同樣的變換。矩 陣轉換器的詳細結構例如在非專利文獻1中已公開。在本申請中援引非專利文獻1的全部公 開內容（incorporated by reference) 〇
[0262] 另外，頻率變換部161也可以是從RF能量直接變換為交流能量的電路。若使用圖29 例示的直接方式的矩陣轉換器，則能夠將從無線傳輸部輸出的RF能量直接變換為電網的頻 率fp、電壓V0土Vf、及相數。此外，也可以通過在矩陣轉換器的前級設置RF濾波器，從而去除 對于向交流頻率fp的變換而言沒有用處的無用頻帶能量成分等。
[0263] 根據本實施方式的太陽能發電系統，能夠實現對電網系統的售電。在將輸出Vc[V] 的模塊作為電源來構成本實施方式的太陽能發電系統并連接到Vo [ V ]的電網系統的情況 下，通過滿足(L2/Ll) = (V〇/Vc)2X(k/(V〇CXVrr)) 2的關系，從而能夠實現從Vc[V]到Vo[V] 的升壓。例如 ￥。= 30、￥〇 = 200時，只要滿足（1^/11)=44\仏/(￥〇。\￥^))2即可，￥。= 60、 Vo = 200時，只要滿足 〇^2/11) = 11\(1^/(￥〇。\￥^))2即可，￥〇 = 100、￥。= 0.5時，只要滿足 (L2/L1) = 40000 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系即可。因此，在將本實施方式應用于直流供電系 統的情況下，優選滿足(L2/L1)》11 X (k/(Voc X Vrr))2的關系。此外，優選滿足(L2/L1)彡 44 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系。此外，優選滿足(L2/L1)彡 100 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系。此 外，優選滿足(L2/L1)彡10000 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系。此外，優選滿足(L2/L1)彡40000 X(k/(VocXVrr))2 的關系。
[0264] 此外，電網系統的電壓在V〇-Vf [V]彡Vo[ V]彡V0+Vf [V]的條件范圍內被容許的情 況下，優選滿足
[0265] (式 17) ((V〇-Vf)/Vc)2 X (k/(Voc X Vrr) )2 彡（L2/L1)彡（（V0+Vf)/Vc)2 X (k/(Voc XVrr))2〇
[0266] 優選頻率變換電路161的輸入端子與實施方式1中的多輸入電纜143的輸出端子 147連接。此外，為了進一步降低鋪設成本，優選采用將頻率變換電路161固定在固定部件 141上從而一體化的構成。此外，頻率變換電路161也可被保存在實施方式1中的保護部件 117。
[0267] 負載133是例如通過交流輸入而工作的一般的電氣設備。例如，為了與負載133的 阻抗匹配，也可以在本實施方式中的太陽能發電系統的一部分串聯連接發電模塊主體101。
[0268] (實施方式5)
[0269] 接著，參照圖30,說明本發明的太陽能發電系統的第5實施方式。圖30是表示本實 施方式的太陽能發電系統的基本框圖的圖，圖31是本實施方式的太陽能發電系統的示意 圖。在圖30、31中，對于與第1~第4實施方式的構成要素對應的構成要素附加同一參考符 號，并省略其詳細說明。
[0270]本實施方式的太陽能發電系統與第1實施方式中的太陽能發電系統不同點在于， 受電天線109的輸出部串聯連接了頻率變換電路161。此外，與第3實施方式中的太陽能發電 系統不同點在于，比并行合成連接點163更靠近受電天線輸出側插入的電路不是整流電路 115,而被變更為頻率變換電路161。此外，與第四實施方式中的太陽能發電系統不同點在 于，插入頻率變換電路161的點比并行合成連接點163更靠近受電天線輸出側。
[0271]圖30的太陽能發電系統包括被并聯連接的多個發電系統要素131a、131b、……、 131η。各發電系統要素131a~131η具備被串聯連接的發電模塊主體101、振蕩器103、送電天 線107、受電天線109、及頻率變換電路161。
[0272]由發電模塊主體101生成的直流能量被振蕩器103高效地變換為RF能量。該RF能量 在送電側的送電天線107與受電側的受電天線109之間以非接觸方式被傳送之后，被頻率變 換電路161變換為交流能量。從各發電系統要素131a~131η輸出的交流能量（電力)通過并 聯連接方式被合成之后，提供給負載或者電網165。
[0273] 根據本實施方式，從發電系統要素131a~131η的每一個要素得到的輸出電壓，較 之每一個模塊的輸出電壓而顯著地增大。因此，即使并聯連接發電系統要素131a~131η，也 能夠實現更接近于負載或者電網165所請求的電壓值的值。
[0274] 由于并聯連接了發電系統要素131a~131η，因此即使在發電系統要素131a~131η 的一部分特性發生劣化的情況、或在相對于發電系統要素131a~131η的太陽光的照射條件 產生差異的情況下，也能夠獲得比現有技術中的太陽能發電系統更穩定的特性。
[0275] 通過本實施方式的太陽能發電系統，也能夠獲得與第4實施方式中的太陽能發電 系統的效果同樣的效果。而且，不同于第4實施方式，由于能夠降低各個頻率變換電路161所 處理的電力，因此能夠利用耐電力低且廉價的半導體來構成系統。
[0276] 為了抑制電路塊之間的RF能量的多重反射來改善綜合發電效率，在頻率變換電路 161的輸出端子與交流負載或電網系統連接的狀態下，優選設置為從振蕩器103輸出的RF能 量的輸出阻抗Zoc大致等于送電天線107的輸入阻抗Zin。此外，同樣地，在振蕩器103與送電 天線107連接的狀態下，優選設定為頻率變換電路161的輸出阻抗Zrout大致等于所連接的 交流負載或電網系統的電阻值R。
[0277] 在本實施方式中，根據上述的（式15)也可知，在滿足(L2/Ll)>(k/(V〇CXVtr))2的 關系的情況下，能夠將升壓比設成大于1。
[0278] 為了將升壓比Vr設為2以上，需要滿足(L2/L1)彡4X(k/(VocXVtr))2的關系。若 〇^/11)彡100\仏/(￥〇〇\￥杜）） 2的關系成立，則能夠實現10倍以上的升壓比￥^若〇^/ L1)彡10000 X (k/(Voc X Vtr) )2的關系成立，則能夠實現100倍以上的升壓比Vr。
[0279] 根據本實施方式的太陽能發電系統，能夠實現對電網系統的售電。在將輸出Vc[V] 的模塊作為電源來構成本實施方式的太陽能發電系統并連接到Vo [ V ]的電網系統的情況 下，通過滿足(L2/Ll) = (V〇/Vc)2X(k/(V〇CXVrr)) 2的關系，從而能夠實現Vc[V]到Vo[V]的 升壓。例如，Vc = 30、Vo = 200 時，只要滿足 〇^2/11) = 44\(1^/(￥〇。\￥^))2即可，￥。= 60、￥〇 = 200時，只要滿足(L2/L1) = 11X (k/(VocXVrr))2即可，Vo = 100、Vc = 0.5時，只要滿足 (L2/L1) = 40000 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系即可。因此，在將本實施方式應用于直流供電系 統的情況下，優選滿足(L2/L1)》11 X (k/(Voc X Vrr))2的關系。此外，優選滿足(L2/L1)彡 44 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系。此外，優選滿足(L2/L1)彡 100 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系。此 外，優選滿足(L2/L1)彡10000 X (k/(Voc X Vrr) )2的關系。此外，優選滿足(L2/L1)彡40000 X(k/(VocXVrr))2 的關系。
[0280] 此外，電網系統的電壓在Vl[V]<Vo[V]$V2[V]的條件范圍內被容許的情況下，優 選滿足
[0281] (式 18)(Vl/Vc)2X(k/(VocXVrr))2 彡（L2/LlK(V2/Vc)2X(k/(VocXVrr))2。
[0282] 為了進一步降低系統導入成本，優選采用將頻率變換電路161固定到固定部件141 上從而一體化的構成。此外，頻率變換電路161也可被保存在實施方式1中的保護部件117。 [0 283](實施方式6)
[0284] 接著，參照圖32,說明本發明的太陽能發電系統的鋪設方法的第6實施方式。圖32 是本實施方式1~5的太陽能發電系統的鋪設方法的流程圖。
[0285] 在本實施方式的鋪設方法中，全部工序被分為A~D這4個工序，若進一步細分的話 則細分為8個工序。
[0286] 上述的4個工序是：（A)模塊側準備工序、（B)固定部件側準備工序、（C)固定部件設 置工序、（D)模塊設置工序。在本實施方式的鋪設方法中，通過在設置工事之前進行工序 (A)、（B)等準備工序的大部分、優選是全部，從而能夠更簡化包括高處在內的模塊設置場所 中的作業工序。
[0287] (A)模塊準備工序包括：（1)模塊輸出端子與振蕩器的輸入端子的布線連接工序、 (2)振蕩器的輸出端子與送電天線輸入端子的布線連接工序、（3)向模塊固定振蕩器和送電 天線的的固定工序、這3個工序。(A)工序內的3個工序的作業順序可變更。
[0288] (B)固定部件準備工序包括：（4)向第2固定部件固定電纜的固定工序、（5)受電天 線的輸出端子和電纜輸入端子的布線連接工序、（6)向第2固定部件固定受電天線的固定工 序、這3個工序。(B)工序內的3個工序的作業順序也可變更。
[0289] 目前為止的6個工序可以不是在模塊設置現場完成，而是在準備階段預先完成。另 外，也可以切換(A)工序和(B)工序這兩個工序的作業順序。
[0290] 后續的（C)工序和(D)工序是在模塊設置現場的作業工序。在(C)固定部件設置工 序中，進行(7)向設置面固定第2固定部件的固定工序。在(D)模塊設置工序中，通過進行(8) 向第1固定部件固定模塊的固定工序，從而同時在送電天線和受電天線之間以機械的非接 觸方式連接高效率的電力傳輸路徑。
[0291]圖33表示鋪設方法的現有例的流程圖。如圖33所示，在現有的鋪設方法中的(D)工 序中，在最后追加了模塊之間的布線連接工序這樣的很難在高處進行的作業工序。為使系 統發電量最大化而在相鄰模塊之間越是無間隙地配置模塊群，越難以進行連接模塊的背面 的輸出端子、和相鄰模塊的背面側的輸入端子的工序。此外，工序數實際上需要例如與串聯 連接的模塊數相同程度的布線連接工序數。
[0292] 在本發明的實施方式的鋪設方法中，由于能夠排除模塊之間的布線連接工序，因 此可有效降低太陽能發電系統的鋪設成本。另外，在圖32的流程圖中，與第1實施方式的太 陽能發電系統的例子相匹配地，將固定部件側的部件要素僅設置成了固定部件、電纜和受 電天線，但是也可以在上述要素中追加整流器或頻率變換部，并在(B)固定部件準備工序中 追加與追加要素之間的布線連接工序。
[0293] (實施方式7)
[0294]接著，參照圖34,說明本發明的太陽能發電模塊的第7實施方式。圖34表示通過本 實施方式6的鋪設方法所鋪設的、在本實施方式1~5的太陽能發電系統中可利用的太陽能 發電模塊的一例。
[0295] 本實施方式的太陽能發電模塊具備:具有生成直流能量的發電元件的發電模塊主 體101、和安裝到發電模塊主體101中的送電部200。送電部200具有:將直流能量變換為頻率 f〇的RF能量的振蕩器103、和從振蕩器103接收RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出的 送電天線107。送電天線107是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串聯諧振電路。
[0296] 通過使發電模塊101和送電部200-體化，從而例如能夠共同擴大本實施方式1~5 的太陽能發電系統中的送電天線107及受電天線109應滿足的諧振頻率。根據(式12)可知， 例如有時將送電天線107與受電天線109之間的耦合系數k設定得低于在預先假設的系統中 假定的耦合系數k。此時，若將送電天線107的諧振頻率設定成等于受電天線109的諧振頻 率，則能夠伴隨假設的系統以上的升壓比以非接觸方式傳輸在送電天線107中產生的諧振 磁場能量。
[0297] 此外，若預先使發電模塊101和送電部200-體化，則在進行鋪設作業時，只要固定 發電模塊，就能夠容易在少量偏差的范圍內設定收發天線間距離。
[0298] 通過本實施方式的太陽能發電模塊的導入，能夠解決以非接觸傳輸方式降低鋪設 成本，通過升壓傳輸方式改善模塊電壓的低電壓特性，相對于局部陰影或部分故障而維持 輸出能量這樣的、現有的太陽能發電系統所具有的問題。
[0299] (實施方式8)
[0300] 接著，參照圖35,說明可最適應用于本發明的太陽能發電系統中的模塊固定裝置 的結構例。圖35是表示通過實施方式6的鋪設方法所鋪設的、模塊固定裝置的結構例的立體 圖。該模塊固定裝置包括固定部件141和電纜143,已經固定了受電天線109。在受電天線109 的后級可連接整流器或頻率變換部。固定部件141也可與機械地固定模塊的其他固定部件 一體化。此時，模塊固定裝置具備:在被固定物上固定多個發電模塊的第1固定部件、和在被 固定物上固定多個受電天線的第2固定部件。
[0301] 在圖35所示的固定部件141上安裝有2個受電天線109,但是實際上也可以安裝更 多的受電天線109。固定部件141的形狀無需是向一個方向延伸的長條狀，也可以組合圖35 所示的形態的固定部件141而形成格子狀的結構。
[0302] 在使用這種構成的模塊固定裝置的情況下，例如只要在模塊固定裝置上安裝實施 方式7的太陽能發電模塊，就能夠在多個模塊之間使送電天線與受電天線之間的配置關系、 收發天線距離大致恒定。這有利于簡化鋪設作業并降低其成本。此外，即便以模塊為單位來 更換太陽能發電模塊，在更換前后也容易正確地維持送電天線與受電天線之間的配置關 系、收發天線距離。其結果，能夠降低模塊之間的特性偏差。
[0303] 如以上說明，通過本實施方式的太陽能發電系統的導入，能夠以非接觸傳輸方式 降低鋪設成本。此外，能夠通過升壓傳輸方式改善太陽能發電模塊的低電壓特性，相對于局 部陰影或部分故障而維持輸出能量。
[0304] 實施例 [0305](實施例1)
[0306]以下，說明本發明的實施例1。
[0307]首先，串聯連接受光面側的形狀是一邊為12cm的正方形的36個單晶硅系太陽能發 電元件（電池單體），制作了輸出電壓為18V、輸出電流為4A、輸出阻抗為4.5 Ω的太陽能發電 模塊。在75cm的發電電池單體配置區域的周邊，為了起到與第1固定部件之間的固定作用， 追加了寬度為12.5cm的鋁部，因此成為模塊占有面積是100cm的四方模塊。在模塊的輸出端 子上經由DC電纜而連接了輸出頻率為1MHz、輸出阻抗Zoc為5 Ω的振蕩器。通過F級放大器所 實現的振蕩器的效率是97.8%。實施例1中的振蕩器的升壓比Zoc是1.05。
[0308]送電天線及受電天線設計成其諧振頻率是等于振蕩器的輸出頻率的1MHz。送電天 線是通過串聯連接電感為6. ΟμΗ的第1電感器和電容為2500pF的第1電容元件而制作的。受 電天線是通過并聯連接電感為6. ΟμΗ的第2電感器和電容為2500pF的第2電容元件而制作 的。第1及第2電感器都是通過將直徑為75μπι的銅布線以120根為單位彼此絕緣地并聯配置 而構成的利茲線來實現的。2個電感器的外形都是一邊為20cm的正方形，匝數設定為14。對 于送電天線而言，按照最終外形成為30cm X 30cm X厚度3cm的長方體的方式，利用介電常數 為3的ABS樹脂澆鑄了電感器電路周邊。此外，送電天線與振蕩器一起被機械地固定到模塊 背面。按照與模塊端面的鋁部件相接的方式設定了固定位置。此時，配置在電感器電路周邊 的澆鑄樹脂其澆鑄樹脂寬度被設定為5cm，使得按照避免與由非磁性導體構成的模塊端面 之間的極端靠近的方式工作。該狀態下的送電天線(諧振器)的無負載Q值是1680。在振蕩器 的輸出端子上連接送電天線的RF輸入端子，完成了模塊準備工序。另外，在本實施例中準備 了 3個模塊。
[0309] 此外，對于受電天線而言，也按照最終外形成為32cm X 32cm X厚度4cm的長方體的 方式，利用介電常數為3的ABS樹脂澆鑄電感器電路周邊。受電天線機械地固定到長度為2m、 厚度為lcm的不銹鋼制的第2固定部件上。在第2固定部件中，在固定受電天線的區域內形成 了貫通孔。貫通孔是一邊為30cm的正方形狀，由于電感器周邊的澆鑄樹脂的存在，受電天線 不會掉落到貫通孔內，而被固定到第2固定部件。此外，受電天線內的電感器部向固定部件 的投射射影位于貫通孔區域的中央。通過該構成，能夠回避非磁性導體向受電天線的靠近。 在第2固定部件還固定有RF電纜，RF電纜的輸入端子與受電天線的輸出端子連接。沿著第2 固定部件，每隔l〇〇cm配置了3個受電天線。RF電纜采用3輸入1輸出結構，以使3個輸出端子 在RF電纜內被全部并行合成后進行輸出。在該狀態下測量到的受電天線(諧振器)的無負載 Q值是1620。以上，完成了第2固定部件準備工序。第2固定部件被固定到為了模塊固定而作 為第1固定部件準備的不銹鋼制的部件上，從而進行與模塊設置面的相對配置的固定。第2 固定部件按照從模塊設置面測量到的受電天線的高度成為l〇cm的方式進行調整，從而完成 了固定部件設置工序。最后，通過在第1固定部件上固定模塊，從而完成了系統導入的全部 工序。在本實施例中，通過在第1固定部件上設置高度調節功能，從而能夠改變送電天線與 受電天線的相對距離。
[0310] 送電天線和受電天線配置成使彼此的形成面平行地對置，對置面之間的間隔是g (cm)。在使該間隔g在從5cm到75cm的范圍內變化的同時，導出相對于各g值的使諧振器間的 無線傳輸效率最大化的最佳的輸入輸出阻抗Zin和Zout。導出是按照以下的2個階段的順序 進行的。首先，通過50 Ω端子阻抗的網絡分析儀測量2個天線(諧振器)的輸入輸出端子間的 高頻特性(測量時送電天線的輸入端子未與振蕩器連接，而成為測量端子），得到了將50 Ω 作為基準阻抗的測量數據。接著，基于上述測量數據，在電路仿真器上導出端子處的信號反 射最小那樣的輸入輸出端子的阻抗條件Z i η、Zou t。
[0311] 圖36是表示導出的Zin及Zout的g依賴性的圖表。圖37是表示無線傳輸部的升壓比 Vr及傳輸效率的g依賴性的圖表。根據圖37可知，Vr的值在間隔g的所有范圍內超過1，且間 隔g越大則越顯著地增大。更詳細說明的話，g = 2.75cm時Vr是2.8, g = 4.2cm時Vr是3.5, g = 42cm時達到了 152。此外，g = 2.75cm時的諧振器間的耦合系數k為0.376,較之在(式14)中將 Voc設為1后導出僅無線傳輸部的k時（=0.361)，只有4%的誤差。根據以上的結果，證明了 (式14)的安當性。
[0312]此外，若g為11. lcm，則得到的Vr的值是10.1，若位于16.67cm的高度，則Vr的值還 可達到19.1。例如，通過現有技術的變壓器想要獲得g=12.5的條件下獲得的12.1這樣高的 Vr值，需要將二次線圈的匝數相對于一次線圈的匝數之比設定為12.1倍。在本發明的實施 例中，雖然使用了匝數比為1的第1電感器及第2電感器，但是能夠將Vr提高至12.1。
[0313] 使輸入輸出端子阻抗與通過上述方法導出的輸入輸出阻抗Zin、Zout匹配時的正 向通過特性相當于本實施例的發電系統內的無線傳輸效率。如圖37所示，即使g = 11. lcm， 也能夠得到99.4%這樣良好的無線傳輸效率。
[0314] 在實施例1中，通過在設為g=ll. lcm的無線傳輸部上連接前述的振蕩器，從而在 一組太陽能發電系統內從輸入直流電壓中能夠以效率97.2 %獲得RF輸出。相對于輸入直流 電壓的升壓比是11.7。認為所輸入的電力的一部分因電路塊之間的略微的不匹配所引起的 損耗，變成了熱量。此外，合成了 3組太陽能發電系統的輸出的結果，相對于來自模塊的發電 電力215W的RF輸出是209W，綜合電力效率是97 · 1 %。此外，相對于來自模塊的發電電壓值 18V，RF輸出電力的有效電壓值是211V，升壓比是11.7。
[0315](比較例1~3)
[0316]與實施例1的情況同樣地，制作了將無線傳輸部的收發都利用諧振頻率為1MHz的 諧振器實現的比較例1、2。實施例1與比較例1、2之間的不同點僅在于，比較例1、2中的2個天 線（諧振器）的諧振方式彼此相等。即，在比較例1中，分別由LC串聯型諧振器構成2個天線， 在比較例2中，分別由LC并聯諧振器構成2個天線。各諧振器的電路常數與實施例1中的電路 常數一致。并且，還制作了構成為2個天線不諧振的比較例3。
[0317](實施例2)
[0318]在實施例1中，將送電天線中的第1電感器的匝數N1和受電天線中的第2電感器的 匝數N2設定成相等，但是作為實施例2,制作了匝數比不同的發電系統。即，在實施例2中，使 匝數N2從14增加至28。天線外形尺寸與實施例1相同。
[0319](實施例3)
[0320]在實施例1中，送電天線的尺寸和受電天線的尺寸相同，但是作為實施例3,制作了 使受電天線的尺寸比送電天線的尺寸更進一步放大的發電系統。即，在實施例3中，將規定 受電天線外形的正方形的一邊設置成了 40cm。將第2電感器周邊的澆鑄樹脂寬度與實施例1 同樣地設為7cm，將設于第2固定部件的貫通孔的一邊設為50cm。在實施例3中，配置成連結 送電天線的重心和受電天線的重心的線段分別與兩個天線的配置面正交。
[0321 ]以下的表1表示實施例1、比較例1~3、實施例2~3中的諧振器的構成、g = 11.5cm 的無線傳輸部特性等。
[0322][表 1]
[0324] 根據表1可知，在實施例1中，可實現非接觸方式的高效率電力傳輸的同時，能夠達 成極高的升壓比Vr。此外，根據實施例2~3,得到了超過實施例1的良好的Vr。
[0325] (實施例4)
[0326] 接著，作為實施例4,制作了在實施例1構成的受電天線輸出上分別連接了倍電壓 整流電路之后進行并行合成的太陽能發電系統。所制作的半波倍電壓整流電路的直流變換 效率相對于頻率為1MHz的輸入而表示97.4%。在所導入的整流電路中，得到相對于輸入RF 電壓而輸出直流電壓成為2倍的值的升壓比Vrr = 2的升壓功能，相對于太陽能發電部的輸 出能量而本發電系統的輸出直流能量是94.7 %的強度。綜合升壓比是21.2。
[0327] (實施例5)
[0328] 作為實施例5,制作了在實施例1構成的受電天線輸出上連接了電橋整流電路的發 電系統。所制作的電橋整流電路的直流變換效率在諧振頻率為1MHz時表示了 97.3 %。在所 導入的整流電路中，相對于太陽能發電部的輸出能量而本發電系統的輸出直流能量是 94.5%的強度。
[0329] (實施例6、比較例4)
[0330] 進一步并聯連接3個實施例4的太陽能發電系統，合成從共計9個模塊(相當于共計 324個電池單體)收集到的電力，來作為實施例6。同樣地，制作了將在實施例5的太陽能發電 系統中使用的模塊在不經由非接觸電力傳輸部分的情況下串聯連接全部電池單體的比較 例4的太陽能發電系統。在以下的表2中示出了實施例6和比較例4的特性。
[0331] [表 2]
[0333]實施例6與比較例4相比，與在內部使用了9次并聯連接無關，輸出電壓是2.38倍的 較高的值。根據實施例6，能夠實現相對于380V的直流供電系統提供最佳的電壓值的發電系 統。此外，被障礙物遮蓋了所構成的電池單體內的與一個電池單體相應量的表面時，在比較 例4中與通過MPPT控制使發電量最大化無關，發電輸出降低了78%，而實施例6中的發電輸 出停留在降低了 8.3%的程度，且能夠維持發電電壓。
[0334] (實施例7)
[0335] 作為實施例7,制作了與實施例1~6不同系統的太陽能發電系統。將送電天線的諧 振頻率、傳輸頻率設定為100kHz。將收發天線的電感器形狀設為15cmX30cm的長方形(厚度 與實施例1相同）。將用于電感器電路形成中的利茲線的并行卷繞數設為600根。在送電天線 中，將第1電感器的卷繞數設為10,將第2電感器的卷繞數設為20。在實施例7中，將送電天線 與受電天線之間的對置距離g設為lcm。為了在收發天線間極其靠近的條件下獲得低k特性， 按照減少收發天線的投射射影重疊部分的方式錯開收發天線的相對位置，從而構成了太陽 能發電系統。具體而言，使送電天線沿著電感器形狀的長邊側滑動的同時掌握僅非接觸傳 輸部分的無線特性。在此，作為相對滑動量，使用以電感器長邊值(30cm)歸一化了滑動長度 的值。相對滑動量為1是指收發天線的電感器間無重疊的狀態，相對滑動量為〇是指收發天 線的電感器完全重疊的狀態。
[0336]在圖38中，橫軸表不相對滑動量，左軸表不Vr，右軸表不傳輸效率。根據圖38可知， 在較寬的相對滑動量條件范圍內，能夠兼顧高的升壓比和高的傳輸效率。可知，例如在相對 滑動量為〇. 563的條件下，可兼顧9.9這樣的高升壓比和99.2 %這樣的高傳輸效率。該條件 下的Zin是5.1 Ω，Zout是500 Ω。針對與以下的模塊之間的連接特性，使用了上述相對滑動 量條件下的非接觸傳輸部位。利用了在實施例4中也使用過的振蕩器構成（變換效率是 98.3% )和整流電路(變換效率是97.6% )的結果，相對于太陽能發電部的輸出能量的本發 電系統的輸出直流能量是95.1%的強度。綜合升壓比是20.8。根據實施例7可證明：本發明 的實施方式中的升壓傳輸特性不僅可以通過分開收發天線間的距離而得到，還可以錯開相 對位置而得到;此外，即使降低頻率，也能夠得到同樣的效果。
[0337] 工業上的可利用性
[0338] 由于本發明能夠簡單地使發電模塊中的發電元件的輸出電壓上升，因此能夠在太 陽能發電系統或發電電力低的燃料電池系統這樣的發電系統中加以利用。
[0339] 符號說明：
[0340] 10發電模塊
[0341] 20模塊固定裝置
[0342] 21第1固定部件
[0343] 22第2固定部件
[0344] 23其他固定部件
[0345] 101發電模塊主體
[0346] 103振蕩器
[0347] 105無線傳輸部
[0348] 107送電天線(送電側的諧振器）
[0349] 107a第1電感器
[0350] 107b第1電容器
[0351] 109受電天線(受電側的諧振器）
[0352] 109a第2電感器
[0353] 109b第2電容器
[0354] 113向送電天線的配置面投影的受電天線的配置區域
[0355] 115整流電路
[0356] 117保護裝置
[0357] 119輸出端子
[0358] 131a、131b、……、131n發電系統要素
[0359] 133 負載
[0360] 141固定部件
[0361] 155第2固定部件
[0362] 143多輸入電纜
[0363] 145輸入端子
[0364] 147輸出端子
[0365] 151模塊框體
[0366] 153第1固定部件
[0367] 157設置面
[0368] 159渦流回避空間
[0369] 161頻率變換電路
[0370] 163并行合成連接點
[0371] 165 電網（utility grid)
【主權項】
1. 一種模塊固定裝置，具備： 第1固定部件，其固定發電模塊，所述發電模塊具備:發電模塊主體，其具有生成電壓為 VI的直流能量的發電元件;和送電部，其被安裝于所述發電模塊主體，且具有將所述直流能 量變換為頻率f〇的RF能量的振蕩器、以及從所述振蕩器接收RF能量的輸入后作為諧振磁場 向空間送出的送電天線，所述送電天線是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串聯諧振 電路;和 第2固定部件，其固定受電天線，所述受電天線與所述送電天線對應，并接受由所述送 電天線送出的所述RF能量的至少一部分，并且所述受電天線是并聯連接了第2電感器及第2 電容元件的并聯諧振電路， 其中，所述模塊固定裝置具有:所述第1固定部件及所述第2固定部件，使所述受電天線 和與所述受電天線對應的所述送電天線至少有一部分對置以使得所述受電天線中的電壓 V2被升壓得大于所述VI。2. 根據權利要求1所述的模塊固定裝置，其中， 在將所述振蕩器的升壓比設為Voc、所述第1電感器的電感設為L1、所述第2電感器的電 感設為L2、所述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數設為k時，滿足 (L2/L1)多4(k/Voc)2。3. 根據權利要求1或2所述的模塊固定裝置，其中， 滿足(L2/L1)彡 100X(k/Voc)2。4. 根據權利要求1或2所述的模塊固定裝置，其中， 滿足(L2/L1)彡 10000X(k/Voc)2。5. 根據權利要求1或2所述的模塊固定裝置，其中， Ll<L2〇6. 根據權利要求1或2所述的模塊固定裝置，其中， 所述第2電感器的匝數N2大于所述第1電感器的匝數N1。7. 根據權利要求1或2所述的模塊固定裝置，其中， 所述第2電感器的面積比所述第1電感器的面積大。8. 根據權利要求1或2所述的模塊固定裝置，其中， 所述發電模塊是太陽能發電模塊。9. 根據權利要求1或2所述的模塊固定裝置，其中， 在所述送電天線為多個且所述受電天線為多個時， 具備:合成部，其并行合成與多個所述送電天線的每一個送電天線對應的多個所述受 電天線的每一個受電天線的輸出。10. -種發電模塊，被固定于第1固定部件，具備： 發電模塊主體，其具有生成電壓為VI的直流能量的發電元件;和 送電部，其被安裝于所述發電模塊主體，且包括將所述直流能量變換為頻率f〇的RF能 量的振蕩器、以及從所述振蕩器接收所述RF能量的輸入后作為諧振磁場向空間送出以使得 在受電天線中接受所述RF能量的至少一部分的送電天線，所述送電天線具有串聯連接了第 1電感器及第1電容元件且與所述發電模塊主體對應的串聯諧振電路，所述受電天線被固定 于第2固定部件且具有并聯連接了第2電感器及第2電容元件的并聯諧振電路， 在所述發電模塊中，對所述第1固定部件及所述第2固定部件進行固定，使所述受電天 線和與所述受電天線對應的所述送電天線至少有一部分對置以使得所述受電天線中的電 壓V2被升壓得大于所述VI。11. 根據權利要求1 〇所述的發電模塊，其中， 在將所述振蕩器的升壓比設為Voc、所述第1電感器的電感設為L1、所述第2電感器的電 感設為L2、所述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數設為k時，滿足 (L2/L1)多4(k/Voc)2。12. 根據權利要求10或11所述的發電模塊，其中， 滿足(L2/L1)彡 100X(k/Voc)2。13. 根據權利要求10或11所述的發電模塊，其中， 滿足(L2/L1)彡 10000X(k/Voc)2。14. 根據權利要求10或11所述的發電模塊，其中， Ll<L2〇15. 根據權利要求10或11所述的發電模塊，其中， 所述第2電感器的匝數N2大于所述第1電感器的匝數N1。16. 根據權利要求10或11所述的發電模塊，其中， 所述第2電感器的面積比所述第1電感器的面積大。17. 根據權利要求10或11所述的發電模塊，其中， 具備:合成部，其并行合成與多個所述送電天線對應的多個所述受電天線的輸出。18. 根據權利要求10或11所述的發電模塊，其中， 所述發電模塊是太陽能發電模塊。19. 根據權利要求10或11所述的發電模塊，其中， 在所述送電天線為多個且所述受電天線為多個時， 具備:合成部，其并行合成與多個所述送電天線的每一個送電天線對應的多個所述受 電天線的每一個受電天線的輸出。20. -種第1固定部件，用在模塊固定裝置中，其中， 所述模塊固定裝置具備： 所述第1固定部件，其固定發電模塊，所述發電模塊具備:發電模塊主體，其具有生成電 壓為VI的直流能量的發電元件;和送電部，其被安裝于所述發電模塊主體，且具有將所述直 流能量變換為頻率f〇的RF能量的振蕩器、以及從所述振蕩器接收RF能量的輸入后作為諧振 磁場向空間送出的送電天線，所述送電天線是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串聯 諧振電路;和 第2固定部件，其固定受電天線，所述受電天線接受由對應的所述送電天線送出的所述 RF能量的至少一部分，并且所述受電天線是并聯連接了第2電感器及第2電容元件的并聯諧 振電路， 所述受電天線和與所述受電天線對應的所述送電天線至少有一部分對置以使得所述 受電天線中的電壓V2被升壓得大于所述VI。21. 根據權利要求20所述的第1固定部件，其中， 在將所述振蕩器的升壓比設為Voc、所述第1電感器的電感設為L1、所述第2電感器的電 感設為L2、所述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數設為k時，滿足 (L2/L1)多4(k/Voc)2。22. -種第2固定部件，用在模塊固定裝置中，其中， 所述模塊固定裝置具備： 第1固定部件，其固定發電模塊，所述發電模塊具備:發電模塊主體，其具有生成電壓為 VI的直流能量的發電元件;和送電部，其被安裝于所述發電模塊主體，且具有將所述直流能 量變換為頻率f〇的RF能量的振蕩器、以及從所述振蕩器接收RF能量的輸入后作為諧振磁場 向空間送出的送電天線，所述送電天線是串聯連接了第1電感器及第1電容元件的串聯諧振 電路;和 所述第2固定部件，其固定受電天線，所述受電天線接受由對應的所述送電天線送出的 所述RF能量的至少一部分，并且所述受電天線是并聯連接了第2電感器及第2電容元件的并 聯諧振電路， 所述受電天線和與所述受電天線對應的所述送電天線至少有一部分對置以使得所述 受電天線中的電壓V2被升壓得大于所述VI。23. 根據權利要求22所述的第2固定部件，其中， 在將所述振蕩器的升壓比設為Voc、所述第1電感器的電感設為L1、所述第2電感器的電 感設為L2、所述送電天線與所述受電天線之間的耦合系數設為k時，滿足 (L2/L1)多4(k/Voc)2。
【文檔編號】H02J50/20GK106024916SQ201610511442
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2012年1月19日
【發明人】菅野浩, 山本浩司, 佐田友和
【申請人】松下知識產權經營株式會社