專利名稱：發(fā)電系統(tǒng)以及無線電力輸送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有效地配電由多個發(fā)電單元所發(fā)出的電力的發(fā)電系統(tǒng)以及無線電力輸送系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，提出一種對設(shè)置于建筑物中的負(fù)載(照明等電器)配給交流電力以及直流電力的配電系統(tǒng)。例如，在專利文獻(xiàn)I中公開了一種如下的配電系統(tǒng)，即:在安裝于房間的墻壁等上的交流電源用插座設(shè)置輸出直流電力的端子，由此不僅能供給交流電力還能供給直流電力。該配電系統(tǒng)具備:配電板，具有變壓器以及整流器；和交流電源用插座，設(shè)置有直流輸出端子。變壓器將100V或者200V的交流電壓變換成交流負(fù)載所使用的6V、3V、1.5V的交流電壓，并輸出至整流器。整流器對從變壓器輸出的交流電壓進(jìn)行整流，由此變換成6V、3V、1.5V的直流電壓，并輸出至被設(shè)置于插座的直流輸出端子。通過這種構(gòu)成，由此能夠?qū)纳逃媒涣麟娫垂┙o的電力配給至交流負(fù)載以及直流負(fù)載。另一方面，從環(huán)境保護(hù)的觀點出發(fā)，在住宅中設(shè)置太陽能發(fā)電系統(tǒng)或燃料電池發(fā)電系統(tǒng)正在普及。在這些發(fā)電系統(tǒng)中，由太陽能電池或燃料電池所發(fā)出的直流電力，通過功率調(diào)節(jié)器而被變換成交流電力。被變換后的交流電力被輸出至例如住宅內(nèi)的交流供電系統(tǒng)(AC transmission system)。在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，在由住宅內(nèi)的負(fù)載所消耗的電力小于由太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電力的情況下，所發(fā)出的電力的剩余量被供給(逆潮流)至商用電源的供電并網(wǎng)。由此，可以向電力公司賣出電力(售電)。在使專利文獻(xiàn)I所公開的配電系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)直接組合起來的情況下，當(dāng)將從太陽能電池或燃料電池等發(fā)電設(shè)備輸出的直流電力供給至直流負(fù)載之際會產(chǎn)生損耗。具體而言，由于通過功率調(diào)節(jié) 器暫時將所輸出的直流電力變換成交流電力，然后在配電系統(tǒng)中再次變換成直流電力，由此電力變換所帶來的損耗變大。針對該問題，專利文獻(xiàn)2公開了一種如下的配電系統(tǒng)，即:將從發(fā)電設(shè)備輸出的直流電力直接且優(yōu)先地配電至直流負(fù)載。該系統(tǒng)構(gòu)成為，將直流負(fù)載以及交流負(fù)載并聯(lián)連接到發(fā)電設(shè)備的輸出電力線，并優(yōu)先地進(jìn)行向直流負(fù)載的配電。由此，在向直流負(fù)載配電之際不會產(chǎn)生多余電力變換所帶來的損耗。另一方面，專利文獻(xiàn)3公開了一種如下的新的無線電力輸送裝置，即:借助空間在兩個諧振器之間輸送能量(電力)。在該無線電力輸送裝置中，借助在諧振器的周邊的空間所產(chǎn)生的諧振頻率的振動能量的滲透(evanescent tail)而使兩個諧振器稱合,從而以無線(非接觸)的方式輸送振動能量。這種的作為諧振器而利用磁場分布的能量輸送方式被稱作“諧振磁場耦合方式”。使諧振磁場稱合方式的無線電力輸送系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組合起來的無線電力輸送型發(fā)電系統(tǒng)已被提出(例如專利文獻(xiàn)4)。在該系統(tǒng)中，由發(fā)電設(shè)備所發(fā)出的直流電力在無線電力輸送部中被變換成高頻的交流電力(以下有時稱作“高頻電力”或者“高頻能量”。)，由一對天線以無線的方式進(jìn)行輸送。被輸送后的高頻電力例如被整流并輸入至功率調(diào)節(jié)器之后，供給至負(fù)載。-在先技術(shù)文獻(xiàn)--專利文獻(xiàn)-專利文獻(xiàn)1:日本實開平4-128024號公報專利文獻(xiàn)2:國際公開第2010/016420號專利文獻(xiàn)3:美國專利申請公開第2008/0278264號說明書(圖9、圖12)專利文獻(xiàn)4:國際公開第2011/019088號

發(fā)明內(nèi)容
-發(fā)明要解決的課題-專利文獻(xiàn)2所公開的直流配電系統(tǒng)構(gòu)成為，將從太陽能發(fā)電板整體輸出的電力分配給直流負(fù)載以及交流負(fù)載。因而，以系統(tǒng)整體進(jìn)行在日射量或板溫度發(fā)生變動之際的最大輸出追蹤控制，而非按每個板進(jìn)行上述控制。其結(jié)果，例如在鋪設(shè)區(qū)域的一部分變?yōu)楸酬幪幍那闆r(部分遮擋)、或在被鋪設(shè)的小區(qū)或模塊的一部分特性發(fā)生劣化的情況下，系統(tǒng)整體的性能容易下降，可能導(dǎo)致發(fā)電量減少。本發(fā)明的實施方式鑒于上述課題，提供一種能有效地配電來自多個發(fā)電單元的輸出的無線電力輸送型發(fā)電系統(tǒng)。-用于解決課題的技術(shù)方案-
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本發(fā)明的實施方式的發(fā)電系統(tǒng)，具備:多個發(fā)電單元，各發(fā)電單元具有:發(fā)電設(shè)備，輸出直流能量；振蕩器，將從所述發(fā)電設(shè)備輸出的所述直流能量變換成高頻能量并輸出；供電天線，送出從所述振蕩器輸出的所述高頻能量；受電天線，接受由所述供電天線送出的所述高頻能量當(dāng)中的至少一部分；交流變換輸出部，將高頻能量變換成頻率相對低的交流能量并輸出；直流變換輸出部，將高頻能量變換成直流能量并輸出；和輸出切換部，將包括所述交流變換輸出部以及所述直流變換輸出部在內(nèi)的多個輸出部連接到所述受電天線，并基于控制信號將所述受電天線接受到的所述高頻能量送出至所述多個輸出部當(dāng)中的任一個；交流合成部，對從各發(fā)電單元的所述交流變換輸出部輸出的交流能量進(jìn)行合成并供給至交流負(fù)載；直流合成部，對從各發(fā)電單元的所述直流變換輸出部輸出的直流能量進(jìn)行合成并供給至直流負(fù)載；以及輸出控制部，基于所述交流負(fù)載以及所述直流負(fù)載當(dāng)中的至少一方的消耗電力，將所述控制信號送出至各發(fā)電單元的所述輸出切換部，由此來控制各發(fā)電單元的輸出。-發(fā)明效果-根據(jù)本發(fā)明的某實施方式，較之將所有發(fā)電單元的輸出一并變換成規(guī)定電壓的交流電力或者直流電力的情況，能夠減少系統(tǒng)整體的電力變換次數(shù)。因而，能夠有效地配電由各發(fā)電單元所發(fā)出的電力。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式的發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成的框圖。
圖2是表示本發(fā)明的實施方式中的一個發(fā)電單元的構(gòu)成的框圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式中的振蕩器102的電路構(gòu)成的例子的圖。圖4是本發(fā)明的實施方式中的供電天線以及受電天線的等效電路圖。圖5A是在本發(fā)明的實施方式中能使用的半波倍壓整流電路的電路圖。圖5B是在本發(fā)明的實施方式中能使用的兩波倍壓整流電路的電路圖。圖6A是在本發(fā)明的實施方式中能使用的單相輸出的逆變器的電路圖。圖6B是在本發(fā)明的實施方式中能使用的三相輸出的逆變器的電路圖。圖6C是在本發(fā)明的實施方式中能使用的V接點方式逆變器的電路圖。圖7是在本發(fā)明的實施方式中能使用的升壓斬波器的電路圖。圖8A是在本發(fā)明的實施方式中能使用的間接方式的矩陣轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖SB是在本發(fā)明的實施方式中能使用的直接方式的矩陣轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖9是表示本發(fā)明的實施方式中的直流合成部的構(gòu)成的一例的圖。圖10是表示本發(fā)明的實施方式中的交流合成部以及高頻合成部的構(gòu)成的一例的圖。圖11是表示各發(fā)電單元的發(fā)電量以及各負(fù)載的消耗電力的例子的圖。圖12A是表示由輸出控制部對各發(fā)電單元的輸出進(jìn)行調(diào)整后的結(jié)果的例子的圖。圖12B是表示由輸出控制部對各發(fā)電單元的輸出進(jìn)行調(diào)整后的結(jié)果的其他例的圖。圖13是表示輸出控制部所進(jìn)行的動作的算法的一例的流程圖。圖14是用于說明本發(fā)明的實施方式中的升壓效果的等效電路圖。圖15是表示本發(fā)明的其他實施方式中的構(gòu)成例的框圖。
具體實施例方式以下，參照添加的附圖，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。在以下的說明中，對于相同或相對應(yīng)的要素賦予相同的參照符號。本實施方式的發(fā)電系統(tǒng)為在獨門獨戶住宅中所使用的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。另外，本實施方式的發(fā)電系統(tǒng)不僅適用于獨門獨戶住宅，還適用于集合住宅的各住戶、事務(wù)所、大樓
等建筑物。<整體構(gòu)成>圖1是表示本實施方式的發(fā)電系統(tǒng)100的整體構(gòu)成的框圖。另外，在圖1中，也示出不是發(fā)電系統(tǒng)100的 構(gòu)成要素的、交流(AC)負(fù)載R1、直流(DC)負(fù)載R2、高頻(HF)負(fù)載R3、以及商用并網(wǎng)電源(commercial power grid)P。交流負(fù)載Rl表示利用交流電力進(jìn)行動作的、AC家電等所有負(fù)載。直流負(fù)載R2表示利用直流電力進(jìn)行動作的、DC家電或蓄電池等所有負(fù)載。高頻負(fù)載R3表示利用高頻電力進(jìn)行動作的、應(yīng)用無線電力輸送的家電或能非接觸充電的電動汽車等所有負(fù)載。構(gòu)成交流負(fù)載RU直流負(fù)載R2、高頻負(fù)載R3的各負(fù)載被設(shè)置在住宅的內(nèi)部或者住宅的周邊，且從商用并網(wǎng)電源P供給交流電力(50V或者60V)。雖然在圖1中未示出，但是在住宅中設(shè)置有對從商用并網(wǎng)電源P供給的交流電力進(jìn)行變壓、整流、頻率變換等必要處理并分配給各負(fù)載的配電板。本說明書中的“高頻”意味著比商用交流電源的頻率(50Hz或者60Hz)還高的頻率。例如，可使用幾百Hz 300GHz的頻帶,更優(yōu)選IOOkHz IOGHz的頻帶,進(jìn)一步優(yōu)選500kHz 20MHz的頻帶。另外，根據(jù)用途，也可利用IOkHz 1GHz、或者20kHz 20MHz的范圍的頻帶。在本實施方式中，例如通過使用了 IOkHz IOMHz頻帶的頻率的無線電力輸送，能夠進(jìn)行向設(shè)置于電動汽車或者應(yīng)用無線電力的家電中的二次電池的充電。圖1所示的發(fā)電系統(tǒng)100具備N個(N為2以上的整數(shù))的發(fā)電單元1000-1 IOOO-N0各發(fā)電單元對一枚太陽能電池板的輸出進(jìn)行無線輸送，并能以從交流電力、直流電力、高頻電力這3種輸出形式之中選擇出的一種輸出形式進(jìn)行輸出。發(fā)電單元的個數(shù)N根據(jù)被要求的電力量來適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。例如，在被要求的電力量為3kW、且一枚太陽能電池板的發(fā)電量為200W的情況下，發(fā)電單元的個數(shù)成為15個左右。發(fā)電系統(tǒng)100還具備與各發(fā)電單元連接的交流合成部121、直流合成部122、以及高頻合成部123。交流合成部121對從各發(fā)電單元輸出的交流電力進(jìn)行合成并供給至交流負(fù)載R1。直流合成部122對從各發(fā)電單元輸出的直流電力進(jìn)行合成并供給至直流負(fù)載R2。高頻合成部123對從各發(fā)電單元輸出的高頻電力進(jìn)行合成并供給至高頻負(fù)載R3。發(fā)電系統(tǒng)100進(jìn)一步具備:交流電力檢測部201，對交流負(fù)載Rl的消耗電力進(jìn)行檢測；直流電力檢測部202，對直流負(fù)載R2的消耗電力進(jìn)行檢測；高頻電力檢測部203，對高頻負(fù)載R3的消耗電力進(jìn) 行檢測；和輸出控制部130，基于各負(fù)載的消耗電力來控制各發(fā)電單元的輸出。以下，對各部的構(gòu)成進(jìn)行更詳細(xì)地說明。〈發(fā)電單元〉圖2是表示各個發(fā)電單元1000-1 1000-N的構(gòu)成的框圖。各發(fā)電單元具有:發(fā)電設(shè)備101，由太陽能電池板生成直流電力；振蕩器102，將由發(fā)電設(shè)備101生成的直流電力變換成高頻電力；供電天線107，送出高頻電力；和受電天線108，接受并輸出所送出的高頻電力當(dāng)中的至少一部分。由此，由發(fā)電設(shè)備101所發(fā)出的電力經(jīng)由供電/受電天線以無線的方式進(jìn)行輸送。此外，各發(fā)電單元具有:輸出部114，接受從受電天線108輸出的高頻電力，并輸出交流、直流、高頻電力之中的、被選擇出的任一電力；和發(fā)電量檢測部110，對從受電天線108輸出的高頻電力的大小進(jìn)行檢測。輸出部114具有:交流變換輸出部111，將高頻電力變換成頻率相對低的交流電力并輸出；直流變換輸出部112，將高頻電力變換成直流電力并輸出；高頻輸出部113，不變換而直接輸出高頻電力；和輸出切換部109，將交流變換輸出部111、直流變換輸出部112、以及高頻輸出部113與受電天線108電連接。輸出切換部109從圖1所示的輸出控制部130接受控制信號并轉(zhuǎn)換輸出目的地。關(guān)于輸出控制部130所進(jìn)行的控制的詳細(xì)內(nèi)容將在后面敘述。〈發(fā)電設(shè)備〉本實施方式中的發(fā)電設(shè)備101為具有被串聯(lián)連接的多個太陽能發(fā)電模塊的太陽能發(fā)電設(shè)備。作為太陽能發(fā)電模塊，從提高發(fā)電效率的觀點出發(fā)能夠使用結(jié)晶硅系的太陽能發(fā)電元件。但是，太陽能發(fā)電模塊既可以為采用了砷化鎵、CIS系等化合物半導(dǎo)體材料的各種太陽能發(fā)電模塊，也可以為采用了有機(jī)材料的各種太陽能發(fā)電模塊。此外，所使用的半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)也可以為單晶、多晶、非晶的任一種。也可以利用層疊了各種半導(dǎo)體材料的串列型太陽能發(fā)電模塊。由發(fā)電設(shè)備101所發(fā)出的直流電力被送至振蕩器102。<振蕩器>振蕩器102是例如振蕩頻率被設(shè)定為f0的、所謂E級振蕩電路或者D級振蕩電路。或者，取而代之，也可使用F級放大器或多赫蒂放大器。也可在產(chǎn)生包含失真成分的輸出信號的開關(guān)元件的后級配置低通濾波器或者帶通濾波器，由此生成高效率的正弦波。振蕩頻率f0被設(shè)定為比商用交流電源的頻率(50Hz或者60Hz)還高的頻率。例如可設(shè)定為幾百Hz 300GHz，更優(yōu)選IOOkHz IOGHz，進(jìn)一步優(yōu)選500kHz 20MHz。此夕卜，根據(jù)用途，也可設(shè)定為IOkHz 1GHz、或者20kHz 20MHz的范圍。圖3是表示本實施方式中的振蕩器102的電路構(gòu)成的一例的圖。本構(gòu)成為一般被稱作E級振蕩電路的構(gòu)成。振蕩器102包括:M0SFET (Metal-Oxide SemiconductorField-Effect Transistor)等開關(guān)元件21、電感器22、電容器24、構(gòu)成串聯(lián)諧振電路的電感器23以及電容器25。作為送往開關(guān)元件21的選通驅(qū)動脈沖而輸入了頻率f0的脈沖串。電感器22、23的電感以及電容器24、25的電容被調(diào)整成:從振蕩器102輸出的高頻電力的頻率成為f0。通過這種構(gòu)成，從發(fā)電設(shè)備101輸入的直流電力被變換成頻率f0的高頻電力，并被送至供電天線107?！垂╇娞炀€以及受電天線〉如圖4所示，供電天線107為第I電感器107a以及第I電容元件107b被串聯(lián)連接的串聯(lián)諧振電路。另一方面，受電天線108為第2電感器108a以及第2電容元件108b被并聯(lián)連接的并聯(lián)諧振電路。各天線的諧振頻率被設(shè)定成變得與振蕩器102的振蕩頻率f0大致相等。此外，供電天線107的串聯(lián)諧振電路具有寄生電阻成分R1，受電天線108的并聯(lián)諧振電路具有寄生電阻成分R2。被輸入至供電天線107的高頻電力，通過供電天線107與受電天線108之間的諧振磁場耦合而以無線的方式輸送至受電天線108。供電天線107以及受電天線108彼此不接觸,例如相隔幾mm 幾m左右。供電天線107以及受電天線108不是進(jìn)行信號輸送的通常的天線，而是借助利用了電磁場的近接成分(evanescent tail)的耦合，用于在兩個物體之間進(jìn)行能量(電力)輸送的要素。根據(jù)利用了諧振電磁場的無線電力輸送，由于在將電磁波傳播至遠(yuǎn)方時產(chǎn)生的能量損耗不會發(fā)生，因此可以極高的效率輸 供電力。在這種利用了諧振電磁場(近接場)的耦合的能量輸送中，較之利用法拉第電磁感應(yīng)規(guī)則的公知的非接觸電力輸送，能夠增長輸送距離。例如，可以在相距幾米的兩個天線之間輸送能量。為了進(jìn)行基于這種原理的無線電力輸送，需要使諧振磁場所引起的耦合產(chǎn)生在兩個天線之間。尤其是，為了實現(xiàn)高效率的能量輸送，供電天線107的諧振頻率fT和受電天線108的諧振頻率fR被設(shè)定為相近的值。在本實施方式中，雖然設(shè)為IT’.1R ‘0，但是只要供電天線107以及受電天線108可以通過頻率f0的諧振磁場耦合以非接觸的方式輸供電力即可，無需嚴(yán)格地滿足ΓΓ N憤在本實施方式中，在將振蕩器102的升壓比設(shè)為Voc、將第I電感器107a的電感設(shè)為L1、將第2電感器108a的電感設(shè)為L2、將第I天線107與第2天線108之間的耦合系數(shù)設(shè)為k時，滿足以下關(guān)系地決定L1、L2、k、Voc的值。(式I) (L2/L1) ^ 4(k/Voc)2如后面詳細(xì)說明的那樣，在滿足式I的關(guān)系時，經(jīng)過無線輸送，可以將被輸出的高頻電力的電壓相對于被輸入至振蕩器102的直流電力的電壓而提高到2倍以上(升壓比:2以上)。根據(jù)該作用，在輸送時能夠有效地對低電壓的電力進(jìn)行升壓，即便在發(fā)電設(shè)備101的輸出電壓低的情況下，根據(jù)升壓效果，也可輸出任意的高電壓的電力。在滿足上述關(guān)系的情況下，無需對多個發(fā)電設(shè)備101進(jìn)行串聯(lián)連接以提升電壓，就能使各發(fā)電單元并行地動作。從輸送效率的觀點出發(fā)，供電天線107以及受電天線108可配置成彼此對置。其中，即便在沒有配置成對置的情況下，也只要配置成兩者不正交即可。為了抑制電路塊之間的能量的多次反射以改善綜合發(fā)電效率，在受電天線108的輸出端子與后續(xù)的輸出部114等連接的狀態(tài)下，能夠使從振蕩器102輸出的頻率f0的能量的輸出阻抗和供電天線107的輸入阻抗相等。本實施方式中的電力輸送的效率依賴于供電天線107與受電天線108之間的間隔(天線間隔)、構(gòu)成供電天線107和受電天線108的電路元件的損耗的大小。另外，“天線間隔”實質(zhì)上是指供電天線107所具有的電感器107a與受電天線108所具有的電感器108a之間的間隔。能夠以天線的配置區(qū)域(由天線所占有的區(qū)域)的大小作為基準(zhǔn)來評價天線間隔。在本實施方式中，供電天線107所具有的電感器107a以及受電天線108所具有的電感器108a均展寬為平面狀，且兩者配置成彼此平行對置。在此，天線的配置區(qū)域的大小意味著尺寸相對小的天線的配置區(qū)域的大小，假設(shè)在構(gòu)成天線的電感器的外形為圓形的情況下被定義為電感器的直徑，在為正方形的情況下被定義為電感器的一邊的長度，在為長方形的情況下被定義為電感器的短邊的長度。根據(jù)本實施方式，即便天線間隔為天線的配置區(qū)域的大小的1.5倍程度，也能以90%以上的無線輸送效率輸送能量。本實施方式中的供電天線107所具有的電感器107a以及受電天線108所具有的電感器108a分別具有匝數(shù)為N1、N2的螺旋結(jié)構(gòu)(NI > 1、N2 > I)，但電感器107a、108a也可具有匝數(shù)為I的環(huán)形結(jié)構(gòu)。這些電感器107a、108a無需由一層的導(dǎo)電體圖案構(gòu)成，也可具有將被層疊的多個導(dǎo)電體圖案串聯(lián)連接的構(gòu)成。

此外，這些電感器107a、108a可由具有良好電導(dǎo)率的銅或銀等導(dǎo)電體適當(dāng)?shù)匦纬伞Ｓ捎趶恼袷幤?02輸出的能量的高頻電流成分集中地流過導(dǎo)電體的表面，因此為了提高發(fā)電效率，也可由高電導(dǎo)率材料覆蓋導(dǎo)電體的表面。如果從在導(dǎo)電體的斷面中央具有空洞的構(gòu)成出發(fā)形成這些電感器，則能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化。進(jìn)而，如果采用利茲線等并聯(lián)布線結(jié)構(gòu)來形成電感器，則能夠減低每單位長度的導(dǎo)體損耗。由此，能夠使串聯(lián)諧振電路以及并聯(lián)諧振電路的Q值提高。其結(jié)果，可以更高的效率進(jìn)行電力輸送。為了抑制制造成本，也可采用墨水印刷技術(shù)而一并形成布線。雖然也可在供電天線107以及受電天線108所具有的電感器的周邊配置磁性體，但是不優(yōu)選將這些電感器之間的耦合系數(shù)k設(shè)定成極端高的值。因而，可以采用能將耦合系數(shù)k設(shè)定成恰當(dāng)值的具有空芯螺旋結(jié)構(gòu)的電感器。各電感器一般而言具有線圈形狀。但是，并不限定于這種形狀。在高頻下，由于具有某種程度線長的導(dǎo)體具備電感，因此作為電感器發(fā)揮功能。此外，作為其他例，僅在珠狀的鐵氧體插入導(dǎo)線就能作為電感器發(fā)揮功能。供電天線107以及受電天線108所具有的電容元件能夠利用具有例如芯片形狀、導(dǎo)線形狀的所有類型的電容器。也可以使隔著空氣的2布線之間的電容作為電容元件發(fā)揮功能。在由MIM電容器構(gòu)成這些電容元件的情況下，能夠采用公知的半導(dǎo)體工藝或者多層基板工藝來形成低損耗的電容電路。
構(gòu)成供電天線107以及受電天線108的每一個的諧振器的Q值也依賴于系統(tǒng)所要求的天線間電力輸送的輸送效率、以及耦合系數(shù)k的值，但是優(yōu)選設(shè)定為100以上，更優(yōu)選設(shè)定為200以上，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定為500以上，再進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定為1000以上。為了實現(xiàn)高的Q值，采用上述的利茲線是有效的?！摧敵銮袚Q部〉通過無線電力輸送被升壓后的高頻電力被送往輸出切換部109。輸出切換部109例如為公知的半導(dǎo)體開關(guān)，根據(jù)從輸出控制部130送出的控制信號，將交流變換輸出部
111、直流變換輸出部112、高頻輸出部113當(dāng)中的任一個與受電天線108電連接。由此，受電天線108所接受到的高頻電力被送至交流變換輸出部111、直流變換輸出部112、高頻輸出部113當(dāng)中的任一個?！粗绷髯儞Q輸出部〉直流變換輸出部112將所輸入的高頻電力變換成直流電力，并輸出至直流合成部122。直流變換輸出部112為半波整流電路、兩波整流電路、電橋整流電路等整流電路。圖5A為半波倍壓整流電路的電路圖的一例，圖5B為兩波倍壓整流電路的電路圖的一例。無論哪個整流電路均包括二極管等無源元件。除此之外，還存在能實現(xiàn)3倍以上的升壓比的高倍壓整流電路方式。這些整流電路均可適用于本實施方式。如果使用圖5A、圖5B所例示的倍壓整流電路，則可以使升壓到被輸入至直流變換輸出部112的電壓的2倍之后的直流電壓輸出。如果使用這種整流電路，則除了無線電力輸送所帶來的升壓效果之外，還能實現(xiàn)進(jìn)一步的升壓效果。另外，整流電路并不限定上述那樣的具有二極管等無源元件的電路。例如，也可采用如同步整流電路那樣通過外部時鐘對FET的柵極進(jìn)行0N/0FF控制來進(jìn)行整流的電路。

〈交流變換輸出部〉交流變換輸出部111將所輸入的高頻電力變換成頻率與商用并網(wǎng)電源相同的50Hz或者60Hz的交流電力，并輸出至交流合成部121。作為交流變換輸出部111的頻率變換方法，例如能適用在暫時變換成直流電力之后再變換成50Hz或者60Hz的交流的方法。在整流電路的后級，作為將直流電力變換成交流電力的電路，能夠利用例如逆變器。圖6A為單相輸出的逆變器的電路圖，圖6B為三相輸出的逆變器的電路圖。此外，圖6C為V接點逆變器的電路圖。如果使用圖6A至圖6C所例示的逆變器，則能夠與負(fù)載或并網(wǎng)的頻率相匹配地對整流后的直流電力進(jìn)行變換并輸出。此外，也可在后級進(jìn)行了 DC-AC變換之后再通過交流濾波器。通過使用這種濾波器，從而例如在進(jìn)行向并網(wǎng)的潮流、即售電的情況下，能夠去除不期望的高次諧波、噪聲成分等。進(jìn)而，也可在逆變器電路的前級設(shè)置圖7所例示的升壓斬波器電路。通過設(shè)置升壓斬波器電路，從而能夠在預(yù)先提高直流能量的電壓之后，再由逆變器電路變換成交流能量。交流變換輸出部111的上述例子具備從頻率為f0的交流變換成直流的整流電路、和從直流變換成頻率為50Hz或者60Hz的交流的逆變器，但是交流變換輸出部111并不限定于這種構(gòu)成。即便使用圖8A所例示的間接方式的矩陣轉(zhuǎn)換器(間接矩陣轉(zhuǎn)換器)，也能進(jìn)行與上述同樣的變換。
此外，交流變換輸出部111也可以為從頻率為f0的高頻能量直接變換成頻率為50Hz或者60Hz的交流能量的電路。如果使用圖8B所例示的直接方式的矩陣轉(zhuǎn)換器，則可以將所輸送的頻率為f0的高頻能量直接變換成例如并網(wǎng)的頻率50Hz或者60Hz的三相交流能量。此外，通過在矩陣轉(zhuǎn)換器的前級設(shè)置高頻濾波器，也可去除對于向交流頻率fout變換而言不期望的高次諧波、噪聲成分?！锤哳l輸出部〉高頻輸出部113將所輸入的高頻電力不經(jīng)過變換地輸送至高頻合成部123。高頻輸出部113為包括與高頻合成部123連接的輸出端子在內(nèi)的電路部分。另外，輸出切換部109和高頻合成部123也可被直接連接，而在這兩者之間不設(shè)置任何部件。在該情況下，輸出切換部109與高頻合成部123之間的輸送路徑對應(yīng)于高頻輸出部113?！窗l(fā)電量檢測部〉此外,在受電天線108的后級連接有發(fā)電量檢測部110。發(fā)電量檢測部110例如為公知的電力計，對受電天線108所接受到的高頻電力的電力量進(jìn)行測量，并將其結(jié)果送往輸出控制部130。<直流合成部、交流合成部、高頻合成部>其次，對直流合成部122、交流合成部121、以及高頻合成部123的構(gòu)成進(jìn)行說明。直流合成部122根據(jù)直流負(fù)載R2所需的電壓對從各發(fā)電單元輸入的直流電壓進(jìn)行合成，并輸出給直流負(fù)載R2。直流合成部122例如具有圖9所示的電路構(gòu)成。此例的直流合成部122具有各發(fā)電單元的正側(cè)的輸出端子彼此與輸送線連接、以及負(fù)側(cè)的輸出端子彼此與輸送線連接的構(gòu)成。如 圖9所示，直流合成部122可包括用于防止連接點之間的反向電流的多個二極管。根據(jù)這種構(gòu)成，來自多個發(fā)電單元的直流輸出被合成。另外，直流合成部122并不限于圖9所示的構(gòu)成，只要能合成從多個發(fā)電單元輸出的直流電力，則可以為任意構(gòu)成。交流合成部121使從各發(fā)電單元輸入的交流電力的電壓、相位相匹配地進(jìn)行合成，并輸出給交流負(fù)載R1。交流合成部121不僅向交流負(fù)載Rl輸出，還可向商用并網(wǎng)電源輸出(逆潮流)。高頻合成部123與高頻負(fù)載所需的電壓相匹配地對從各發(fā)電單元輸入的高頻電力的電壓進(jìn)行合成，并輸出給高頻負(fù)載R3。高頻合成部123具有與交流合成部121同樣的構(gòu)成。交流合成部121以及高頻合成部123與直流合成部122同樣地，也可具有圖9所示的電路構(gòu)成，也可具有其他構(gòu)成。圖10是表示其他構(gòu)成例的圖。在該例子中，交流合成部121以及高頻合成部123如圖10所示那樣具有變壓器的結(jié)構(gòu)。來自多個發(fā)電單元1000-1 1000-N的導(dǎo)電線作為初次繞組而被纏繞在鐵等導(dǎo)電體的一側(cè)，來自另一側(cè)的次級繞組的輸出被供給至交流負(fù)載Rl或者高頻負(fù)載R3。此外，為了使合成效率最大化，能夠使從各發(fā)電單元輸出的能量的電壓完全一致。作為使電壓完全一致的方法，可以適用通過使圖4所示的各參數(shù)自適應(yīng)地變化來調(diào)整升壓比的方法。例如，在變更L1、L2的情況下，只要準(zhǔn)備多個具有不同繞組的電感器，并適當(dāng)?shù)厍袚Q這些電感器即可。此外，在調(diào)整耦合系數(shù)k的情況下，只要適當(dāng)變更供電/受電天線的位置關(guān)系(距離或者對置偏離量)即可。此外，也可通過變更振蕩器102的驅(qū)動頻率或者變更驅(qū)動脈沖的寬度(占空比)，來調(diào)整輸出電壓。此外，在交流合成部121以及高頻合成部123中，也可從提高合成效率的觀點出發(fā)，使所輸入的所有電力的相位一致。<交流電力檢測部、直流電力檢測部、高頻電力檢測部>交流電力檢測部201、直流電力檢測部202、高頻電力檢測部203例如為公知的電流計。交流電力檢測部201通過檢測從商用并網(wǎng)電源P流入交流負(fù)載Rl的電流，來檢測交流負(fù)載Rl的消耗電力(負(fù)載量)。直流電力檢測部202通過檢測從商用并網(wǎng)電源P流入直流負(fù)載R2的電流，來檢測直流負(fù)載R2的消耗電力。高頻電力檢測部203通過檢測從商用并網(wǎng)電源P流入高頻負(fù)載R3的電流，來檢測高頻負(fù)載R3的消耗電力。具體而言，由于當(dāng)各負(fù)載變化時消耗電力變化，因此從商用并網(wǎng)電源P流入該負(fù)載的電流變化。由于施加給該負(fù)載的電壓固定，因此如果檢測到電流，則能檢測消耗電力以及負(fù)載量。這樣，在本說明書中,假設(shè)在電力的檢測中也包括通過檢測電流來間接地檢測電力的方法。另外,也可檢測從交流合成部121、直流合成部122、高頻合成部123 —側(cè)流入各負(fù)載的電流，而非從商用并網(wǎng)電源P流入各負(fù)載的電流。此外，也可通過電力計等直接檢測負(fù)載的消耗電力，而不檢測電流。表示由交流電力檢測部201、直流電力檢測部202、高頻電力檢測部203所檢測到的消耗電力(負(fù)載量)的信息被送至輸出控制部130?！摧敵隹刂撇俊灯浯?，對輸出控制部130的動作進(jìn)行說明。輸出控制部130例如通過包括CPU (Central Processing Unit)的硬件和程序的組合來控制各發(fā)電單元的輸出。在輸出控制部130中，從各發(fā)電單元的發(fā)電量檢測部110輸入了表示發(fā)電量的信息，并且也輸入了表示由交流負(fù)載檢測部201、直流負(fù)載檢測部202、高頻負(fù)載檢測部203所檢測到的負(fù)載的消耗電力(或者負(fù)載量)的信息。輸出控制部130基于各發(fā)電單元的發(fā)電量以及各負(fù)載中的消耗電力的信息，按照以下的規(guī)則，針對各發(fā)電單元來決定從交流變換輸出部111、直流變換輸出部112、聞頻合成部123當(dāng)中的哪個部件輸出電力。而且，向各發(fā)電單兀的輸出切換部109發(fā)送指示輸出目的地的指令(控制信號)。在此，假設(shè)在 初始狀態(tài)下送往各負(fù)載的電力是由商用并網(wǎng)電源P供給的。而且，假設(shè)各發(fā)電單元的輸出切換部109設(shè)定為將高頻電力送出至交流變換輸出部111。假設(shè)從該狀態(tài)起，在各發(fā)電單元中開始發(fā)電的定時，開始輸出控制部130所進(jìn)行的控制。輸出控制部130首先從第I發(fā)電單元1000-1開始依次將輸出切換部109的輸出目的地從交流變換輸出部111轉(zhuǎn)換成高頻輸出部113，直到相對于高頻負(fù)載R3的消耗電力而言充足為止。在此，在輸出目的地被切換成高頻輸出部113的發(fā)電單元的發(fā)電量的總和即將超過高頻負(fù)載R3的消耗電力之前，進(jìn)行切換。輸出控制部130在切換了下一個發(fā)電單元的輸出目的地時判斷出發(fā)電量的總和超過了高頻負(fù)載R3的消耗電力的情況下，從下一個發(fā)電單元起將輸出切換部109的輸出目的地切換成直流變換輸出部112。而且，在輸出目的地被轉(zhuǎn)換成直流變換輸出部112的發(fā)電單元的發(fā)電量的總和即將超過直流負(fù)載R2的消耗電力之前，其余的發(fā)電單元的輸出目的地依次切換成直流變換輸出部112。如果相對于直流負(fù)載R2的消耗電力而言大致充足,則輸出切換部109的輸出的切換結(jié)束。關(guān)于其余的發(fā)電單元，經(jīng)由交流變換輸出部111而將電力輸出至交流合成部121。根據(jù)以上的動作，從已切換了輸出目的地的發(fā)電單元供給高頻負(fù)載R3以及直流負(fù)載R2所必要的電力，從其余的發(fā)電單元供給交流負(fù)載R3所必要的電力。
以上的動作是發(fā)電量充分大的情況下的例子，但是在發(fā)電量不足的情況下，從商用并網(wǎng)電源P供給所不足的電力。此外，在發(fā)電量超過全部負(fù)載所要求的消耗電力的情況下，其剩余電力可被逆潮流(售電)至商用并網(wǎng)電源P。圖11是表示某時間點下的各發(fā)電單元的發(fā)電量和各負(fù)載的消耗電力的例子的表。假設(shè)測量結(jié)果為:發(fā)電單元I N所發(fā)出的發(fā)電量分別為P1 PN。此外，假設(shè)交流負(fù)載、直流負(fù)載、高頻負(fù)載的消耗電力分別為PAC、PDC> PHF。圖12A是表示上述控制的結(jié)果的例子的圖。在該例子中，P1 Pi的總和相對于高頻負(fù)載R3的消耗電力Phf而言大致充足，Pi+1 P」的總和相對于直流負(fù)載R2的消耗電力Pdc而言大致充足，但是Pp1 Pn的總和卻沒有達(dá)到交流負(fù)載Rl的消耗電力Pm。在這種情況下，相對于交流負(fù)載Rl的發(fā)電量的不足量由商用交流電源P進(jìn)行補(bǔ)充。圖12B是表示上述控制結(jié)果的其他例的圖。在該例子中，P1 Pi的總和相對于高頻負(fù)載的消耗電力Phf而言大致充足，Pi+1 P」的總和相對于直流負(fù)載的消耗電力Pdc而言大致充足，PJ+1 Pn的總和超過了交流負(fù)載的消耗電力PAC。在這種情況下，發(fā)電量的超過量能夠逆潮流(售電)至商用交流電源P。另外，在上述的例子中，發(fā)電量相對于直流負(fù)載R2以及高頻負(fù)載R3的消耗電力而言充足，但是也存在發(fā)電量相對于直流負(fù)載R2以及高頻負(fù)載R3的消耗電力而言不充足的情況。在這種情況下，不足量由商用交流電源P進(jìn)行補(bǔ)充。此外，在本實施方式的控制中，由于在發(fā)電量的總和即將達(dá)到直流負(fù)載R2以及高頻負(fù)載R3的消耗電力之前切換輸出，因此關(guān)于直流負(fù)載R2以及高頻負(fù)載R3而言電力略有不足。該不足量由商用交流電源P進(jìn)行補(bǔ)充。圖13是表示輸出控制部130所進(jìn)行的上述輸出控制的算法的例子的流程圖。首先，在步驟SlOO中，輸出控制部130將發(fā)電單元I N的輸出切換部109的輸出目的地設(shè)定成交流變換輸出部111。其次，在步驟SlOl中，將I代入到變量k中。接下來，在步驟S102中，發(fā)電單元k的輸出切換部109的輸出`目的地被切換成高頻輸出部113。在步驟S103中，判斷輸出切換部109的輸出目的地被切換成聞頻輸出部113后的發(fā)電單兀的發(fā)電量的總和是否超過高頻負(fù)載R3的消耗電力。在判斷出沒有超過的情況下，在步驟S104中對變量k加1，在步驟S105中判斷k與N之間的大小關(guān)系。在判斷出k不大于N的情況下，返回到步驟S102，下一個發(fā)電單元的輸出切換部109的輸出目的地被切換成高頻輸出部113。在步驟S105中判斷出k大于N的情況下，處理結(jié)束。在步驟S103中判斷出輸出切換部109的輸出目的地被切換成高頻輸出部113后的發(fā)電單元的發(fā)電量的總和超過了高頻負(fù)載R3的消耗電力的情況下，進(jìn)入到步驟S106。在步驟S106中，輸出控制部130將發(fā)電單元k的輸出切換部109的輸出目的地切換成直流變換輸出部112。然后，在步驟S107中，判斷輸出切換部109的輸出目的地被切換成直流變換輸出部112后的發(fā)電單元的發(fā)電量的總和是否超過直流負(fù)載R2的消耗電力。在判斷出超過了的情況下，處理結(jié)束，在判斷出沒有超過的情況下，進(jìn)入到步驟S108。在步驟S108中對變量k加1，在步驟S109中判斷k與N之間的大小關(guān)系。在判斷出k不大于N的情況下，返回到步驟S106，下一個發(fā)電單元的輸出切換部109的輸出目的地被切換成直流變換輸出部
112。在步驟S109中判斷出k大于N的情況下，處理結(jié)束。輸出控制部130根據(jù)各發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量以及/或者各負(fù)載的消耗電力的變動，動態(tài)地執(zhí)行以上的控制。例如，在直流負(fù)載量減少了的情況下，針對至今為止將直流變換輸出部112指定為輸出目的地的一個發(fā)電單元而指示輸出切換部109，以使該輸出切換部109將輸出目的地切換成交流變換輸出部111。也可每固定時間(例如幾毫秒)進(jìn)行該控制。各負(fù)載的負(fù)載量或者消耗電力是否已變化，例如能夠根據(jù)從商用并網(wǎng)電源P流入各負(fù)載的電流的值來判斷。例如，在負(fù)載增加了的情況下，從商用并網(wǎng)電源P流入的電流增力口。此時，只要轉(zhuǎn)換一部分發(fā)電單元的輸出以使電流接近于零即可。如上，本實施方式中的輸出控制部130對每個發(fā)電單元進(jìn)行控制，以使按高頻輸出部113、直流變換輸出部112、交流變換輸出部113的順序切換受電天線108所接受的高頻電力的輸出目的地。由此，能夠?qū)⒏靼l(fā)電單元的發(fā)電電力無浪費地分配給各負(fù)載。其結(jié)果，較之將全部發(fā)電單元的高頻電力一并變換成交流電力或者直流電力的情況，能夠減少各發(fā)電單元中的電力變換的次數(shù)，由此能夠使系統(tǒng)整體的變換效率提高。在使以往的直流配電系統(tǒng)與無線電力輸送型發(fā)電系統(tǒng)組合起來的情況下，為了對住宅內(nèi)的高頻負(fù)載(例如可非接觸充電的電動汽車、家電產(chǎn)品)供給電力，由于需要從交流電力或者直流電力向高頻電力的變換，因此損耗變大。相對于此，在本實施方式的發(fā)電系統(tǒng)中，由于不經(jīng)過變換地直接將以無線方式輸送的高頻電力供給至高頻負(fù)載，因此能夠抑制電力變換所引起的效率下降。另外，在本實施方式中，關(guān)于各發(fā)電單元的輸出的切換順序，雖然優(yōu)先按照高頻輸出、直流輸出、交流輸出的順序進(jìn)行切換，但是也可與該順序不同。例如，也可使交流輸出優(yōu)先于直流輸出，也可使直流輸出或者交流輸出優(yōu)先于高頻輸出。其中，通過使在發(fā)電單元內(nèi)沒有進(jìn)行電力變換的高頻輸出優(yōu)先，從而能夠?qū)㈦娏ψ儞Q所引起的效率下降抑制在最小限度。使直流輸出以及交流輸出當(dāng)中的哪個輸出優(yōu)先，也可基于兩者的變換效率而決定為:例如使變換效率高的一方優(yōu)先。輸出控制部130所進(jìn)行的控制并不限于上述例，只要構(gòu)成為基于各負(fù)載當(dāng)中的至少一個的消耗電力(包括負(fù)載量以及電流)來決定各發(fā)電單元的輸出目的地，則可以為任何控制。例如，在使向交流負(fù)載Rl的電力供給優(yōu)先的情況下，也存在如下控制，即:僅基于交流負(fù)載Rl的消耗電力來進(jìn)行向交流負(fù)載Rl的配電，其余全部配電至高頻負(fù)載R3。<無線電力輸送所帶來的升壓效果>其次，參照圖14，對由本實施方式中的各發(fā)電單元之中的無線電力輸送所獲得的升壓效果進(jìn)行說明。首先，說明在受電天線108的后級沒有進(jìn)行頻率變換的情況、即經(jīng)由高頻輸出部113進(jìn)行輸出的情況下的升壓效果。一般公知在具有固有諧振頻率的兩個諧振器發(fā)生電磁耦合的情況下諧振頻率會變化。如本實施方式那樣，縱使兩個諧振器的諧振頻率為同一頻率(頻率:f0)，作為諧振器對的諧振頻率也會分離成兩個頻率。在發(fā)生耦合的諧振器對所表示的兩個諧振頻率之中，將頻率高的諧振頻率稱作偶模式的諧振頻率。另一方面，將頻率低的諧振頻率稱作奇模式的諧振頻率。以下，將偶模式的諧振頻率表示為fL，將奇模式的諧振頻率表示為fH。在此，假設(shè)供電天線107與受電天線108以耦合系數(shù)k進(jìn)行耦合。耦合系數(shù)k使用fL、fH而用以下的式2進(jìn)行表示。(式2) k = (fH2-fL2) / (fH2+fL2)
耦合越強(qiáng)則k成為越大的值，兩個諧振頻率的離散量增大。
另外，能夠?qū)⒄袷幤?02的頻率fO設(shè)定在諧振頻率fL、fH的附近。更詳細(xì)而言，在將諧振頻率fL、fH下的耦合諧振器對的Q值分別設(shè)為QL、QH時，能夠滿足以下的式3地設(shè)定fo。(式 3)fL-fL/QL ^ fO ^ fH+fH/QH此外，在具有電感LI的電感器107a與具有電感L2的電感器108a之間所產(chǎn)生的互感S、和耦合系數(shù)k之間，以下的關(guān)系成立。(式4) S = kX (L1XL2)0.5在受電天線108的并聯(lián)諧振電路中，如果將電感器108a中流動的高頻電流設(shè)為IL2、將流經(jīng)電容元件108b的高頻電流設(shè)為IC2，則按圖14所示的朝向流動的輸出高頻電流12通過以下的式進(jìn)行表示。(式5) 12 = -1L2-1C2此外，如果將流經(jīng)供電天線107所具有的電感器107a的高頻電流設(shè)為IL1，則使用流經(jīng)受電天線108的電感器108a的高頻電流IL2、流經(jīng)電容元件108b的高頻電流IC2、電感器108a的電感L2、電感器108a的寄生電阻R2、供電天線107的電感器107a的電感L1、電容元件108b的電容C2可導(dǎo)出以下的式。(式 6) (R2+jcoL2) XIL2+jcoMXILl = IC2/(jcoC2)其中，ω = 2 π f0。由于在受電天線108中諧振條件成立，因此以下的(式7)成立。(式7) co L2=l/(coC2)根據(jù)上述(式5) (式7)，以下的式成立。(式 8) R2XIL2+jcokXILl = jcoL2XI2對(式8)進(jìn)行變形而獲得以下的式。(式 9) 12 = kX (Ll/L2)0 5XILl-j(R2/coL2) XIL2另一方面，對供電天線107的諧振器的低損耗性進(jìn)行評價的指標(biāo)Q值通過(式10)進(jìn)行表示。(式10) Q2 = ω L2/R2
在此，在諧振器的Q值非常高的情況下，將(式9)的右邊第2項忽略的近似式成立。由此，最終通過以下的(式11)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11) 12 = kX (L1/L2)0 5XIL1由式11可知，高頻電流12依賴于被輸入至供電天線107的高頻電流Il (=流經(jīng)電感器107a的高頻電流ILl)、諧振器(天線)之間的耦合系數(shù)k、電感L1、L2。根據(jù)上述(式11)，本實施方式中的各發(fā)電單元100的升流比Ir通過其次的(式12)進(jìn)行表示。(式 12) Ir=I 12/11 I /Voc = k/VocX (L1/L2)0.5另外，(式12)所示的發(fā)電單元100的升流比是利用供電天線107以及受電天線108之間的升流比、和振蕩器103的升流比(該升壓比Voc的倒數(shù))之積進(jìn)行表示的。此外，升壓比Vr以及阻抗變換比Zr分別通過(式13)以及(式14)進(jìn)行表示。(式13) Vr = (Voc/k) X (L2/L1)0.5
(式 14) Zr = (Voc/k)2 X (L2/L1)由(式13)可知，在(L2/L1) > (k/Voc)2的條件成立時，升壓比Vr變得大于I。由此可知，如果耦合系數(shù)k變小，則升壓比Vr上升。在以往的基于電磁感應(yīng)的能量輸送中，使耦合系數(shù)k下降會導(dǎo)致輸送效率大幅下降，但是在本實施方式中的諧振磁場耦合方式中，即便使耦合系數(shù)k下降，也不至于出現(xiàn)輸送效率大幅下降。尤其是，如果將構(gòu)成供電天線107以及受電天線108每一個的諧振器的Q值設(shè)定成較高的值，則可使升壓比Vr增大的同時抑制輸送效率的下降。為了避免太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的部分遮擋的影響，能夠采用將多個太陽能發(fā)電部并聯(lián)連接的構(gòu)成，而非將多數(shù)太陽能發(fā)電部串聯(lián)連接的構(gòu)成。為了通過將兩個太陽能發(fā)電部并聯(lián)連接而獲得與將兩個太陽能發(fā)電部串聯(lián)連接的情況等同的電壓特性，需要將各太陽能發(fā)電部的輸出電壓升壓至2倍。根據(jù)(式12)，升壓比Vr等于2是在滿足(L2/L1) = 4X (k/Voc)2這一關(guān)系之時。在本實施方式中，由于滿足了(L2/L1)彡4X (k/Voc)2這一關(guān)系，因此能實現(xiàn)2以上的升壓比Vr。此外，如果(L2/L1)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。進(jìn)而，如果(L2/L1)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
Vr0在本實施方式的發(fā)電單元以及發(fā)電系統(tǒng)中，容易設(shè)定k、Voc、L2、Ll的大小以便實現(xiàn)較高的升壓比Vr。<包括輸出部的升壓效果>
在本實施方式中的輸出部114之中，根據(jù)變換方法而輸出部114的輸入輸出電壓t匕、即升壓比Vtr有所不同。例如，在使用了倍壓整流電路的情況下，能將電壓升壓至2倍，而在使用了矩陣轉(zhuǎn)換器的情況下，最大只能升壓至約0.87倍。進(jìn)而，根據(jù)交流濾波器或高頻濾波器的有無、升壓斬波器電路的動作條件或電路損耗等，升壓比Vtr也會變動。例如，為了向并網(wǎng)潮流能量，需要將來自輸出部114的輸出電壓Vsys收斂在VOiVf(V)。其中，電壓VO為并網(wǎng)的電壓，Vf為與VO相比的被容許的偏差寬度?！癡0土Vf”表示從“V0-Vf”至“V0+Vf”的范圍。作為一例，關(guān)于日本的向電力并網(wǎng)的潮流而規(guī)定為:V0 = 202，Vf = 20。在將從發(fā)電設(shè)備輸出的能量的電壓設(shè)為Vgen的情況下，本實施方式中的發(fā)電單元整體的升壓比Vr ( = Vsys/Vgen)以及阻抗變換比Zr分別使用輸出部114中的升壓比Vtr而改寫成以下的(式 15)、(式 16)。(式15) Vr = (VocXVtr/k) X (L2/L1)0.5(式16) Zr = (VocXVtr/k)2X (L2/L1)在本實施方式中，由上述的(式15)可知，在滿足(L2/L1) > (k/(VocXVtr))2的關(guān)系的情況下可以將升壓比設(shè)定得大于I。為了將升壓比Vr設(shè)為2以上，需要滿足(L2/L1)彡4X (k/(VocXVtr))2這一關(guān)系。在(L2/L1)彡100X (k/(VocXVtr))2這一關(guān)系成立時，能夠?qū)崿F(xiàn)10倍以上的升壓比Vr。例如，在Vgen = 40V、Vsys = 182 222V(202±20V)的情況下，只要設(shè)定成Vr = 4.55
5.55 的范圍即可。因此，只要滿足 4.552X (k/(VocX Vtr))2 彡(L2/L1) ^ 5.552X (k/(VocXVtr))2地調(diào)整L1、L2、k、Voc、以及Vtr即可。這樣，在Vgen的值為40V且固定的情況下，即便升壓比Vr以4.55 5.55當(dāng)中的任一值變動，也可將Vsys收斂在182 222V?！醋冃卫翟诒緦嵤┓绞街?，如圖4所示，在各發(fā)電單元之中，供電天線107為串聯(lián)諧振電路，受電天線108為并聯(lián)諧振電路，但是本發(fā)明并不限定于這種組合。例如，也可供電天線107為并聯(lián)諧振電路，受電天線為串聯(lián)諧振電路。此外，也可兩天線均為串聯(lián)諧振電路，均為并聯(lián)諧振電路。此外，在本實施方式中，雖然式I所示的升壓條件成立，但是在本發(fā)明之中該條件并不是必須的。在本實施方式中，雖然各發(fā)電單元的構(gòu)成均為同一構(gòu)成，但是也可在一部分包括不同構(gòu)成的發(fā)電單元。例如，也可不是交流、直流、高頻這三個種類的輸出形式，而包括以這些當(dāng)中的一個種類或兩個種類的輸出形式輸出電力的發(fā)電單元。此外，從振蕩器102輸出的高頻能量的頻率f0無需在全部發(fā)電單元中嚴(yán)格地一致。在本實施方式中，交流變換輸出部111將所輸入的高頻電力變換成50Hz或者60Hz的交流電力，但是也 可變換成除此之外的頻率的交流電力。只要為比高頻電力的頻率還低的頻率，交流變換輸出部111就可以變換成任何頻率。此外，也可不設(shè)置聞頻輸出部113以及聞頻合成部123。此時，各發(fā)電單兀的輸出切換部109構(gòu)成為將受電天線108所接受到的高頻能量送出至交流變換輸出部111或者直流變換輸出部112。在沒有設(shè)置高頻負(fù)載的情況下，由于不會直接利用高頻能量，因此無需高頻輸出部113以及高頻合成部123。此外，也可不設(shè)置發(fā)電量檢測部110。在沒有設(shè)置發(fā)電量檢測部110的情況下，輸出控制部130只要按照例如發(fā)電單元I至N的順序依次切換輸出目的地即可。此時，雖然效率改善效果變小，但卻存在能使控制部130的控制簡單化的優(yōu)點。此外，在上述的實施方式中，由交流電力檢測部201、直流電力檢測部202、高頻電力檢測部203對各負(fù)載的消耗電力進(jìn)行了檢測，但是并不限于這種構(gòu)成。例如，也可通過輸出控制部130本身檢測各負(fù)載的電流值等來檢測消耗電力。只要輸出控制部130能檢測各負(fù)載的消耗電力，消耗電力的測量的方法便可是任意方法。圖15是表示從上述的實施方式的發(fā)電系統(tǒng)100之中除掉高頻輸出部113、高頻合成部123、發(fā)電量檢測部110、交流電力檢測部201、直流電力檢測部202、高頻電力檢測部203、并包括兩個發(fā)電單元的構(gòu)成的框圖。如圖15所示，發(fā)電系統(tǒng)100只要具備最低限為兩個的發(fā)電單元1000-1、1000-2即可。此外，各發(fā)電單元也可不具有高頻輸出部113。在圖15所示的發(fā)電系統(tǒng)100中，受電天線108所接受到的高頻能量被輸送至交流變換輸出部111或者直流變換輸出部112。輸出控制部130基于直流負(fù)載R2以及交流負(fù)載Rl當(dāng)中的至少一方的消耗電力來控制輸出切換部109。根據(jù)這種構(gòu)成，可以對交流負(fù)載Rl以及直流負(fù)載R2進(jìn)行有效地配電。此外，以上的實施方式中的發(fā)電系統(tǒng)100并不限定于太陽能發(fā)電系統(tǒng)，也能適用于燃料電池發(fā)電系統(tǒng)等其他發(fā)電系統(tǒng)。此外，直流負(fù)載R2無需僅由以直流電力進(jìn)行動作的電氣設(shè)備構(gòu)成，也可包括蓄電池。如果設(shè)置這種蓄電池，則例如對全部負(fù)載供給電力、且所發(fā)出的電力有所剩余的情況下，不僅可以售電，還可以對該蓄電池進(jìn)行充電。在以上的實施方式中，雖然各發(fā)電單元具有發(fā)電設(shè)備，但是也可構(gòu)建除掉發(fā)電設(shè)備之后的無線電力輸送系統(tǒng)。能夠在與發(fā)電設(shè)備獨立構(gòu)建成的無線電力輸送系統(tǒng)中事后追加另行銷售的發(fā)電設(shè)備，來構(gòu)建上述的發(fā)電系統(tǒng)。-工業(yè)可用性-由于本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)能夠有效地將所發(fā)出的電力配電至各負(fù)載，因此例如在太陽能發(fā)電系統(tǒng)或燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中是有用的。-符號說明-21開關(guān)元件22、23 電感器24、25 電容器1000-1 1000-N 發(fā)電單元100發(fā)電系統(tǒng)101發(fā)電設(shè)備102振蕩器107供電天線107a供電天線中的電感器107b供電天線中的電容器

108受電天線108a受電天線中的電感器108b受電天線中的電容器109輸出切換部110發(fā)電量檢測部111交流變換輸出部112直流變換輸出部113高頻輸出部114輸出部121交流合成部122直流合成部123高頻合成部201交流電力檢測部202直流電力檢測部203高頻電力檢測部
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電系統(tǒng)，具備: 多個發(fā)電單元，各發(fā)電單元具有:發(fā)電設(shè)備，輸出直流能量；振蕩器，將從所述發(fā)電設(shè)備輸出的所述直流能量變換成高頻能量并輸出；供電天線，送出從所述振蕩器輸出的所述高頻能量；受電天線，接受由所述供電天線送出的所述高頻能量當(dāng)中的至少一部分；交流變換輸出部，將高頻能量變換成頻率相對低的交流能量并輸出；直流變換輸出部，將高頻能量變換成直流能量并輸出；和輸出切換部，將包括所述交流變換輸出部以及所述直流變換輸出部在內(nèi)的多個輸出部連接到所述受電天線，并基于控制信號將所述受電天線接受到的所述高頻能量送出至所述多個輸出部當(dāng)中的任一個； 交流合成部，對從各發(fā)電單元的所述交流變換輸出部輸出的交流能量進(jìn)行合成并供給至交流負(fù)載； 直流合成部，對從各發(fā)電單元的所述直流變換輸出部輸出的直流能量進(jìn)行合成并供給至直流負(fù)載；以及 輸出控制部，基于所述交流負(fù)載以及所述直流負(fù)載當(dāng)中的至少一方的消耗電力，將所述控制信號送出至各發(fā)電單元的所述輸出切換部，由此來控制各發(fā)電單元的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述輸出控制部基于所述交流負(fù)載以及所述直流負(fù)載雙方的消耗電力來生成所述控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電系統(tǒng)還具備: 交流電力檢測部，對所述交流負(fù)載的消耗電力進(jìn)行檢測并通知至所述輸出控制部；以及 直流電力檢測部，對所述 直流負(fù)載的消耗電力進(jìn)行檢測并通知至所述輸出控制部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，各發(fā)電單元還具有發(fā)電量檢測部，所述發(fā)電量檢測部對從所述受電天線輸出的所述高頻能量的大小進(jìn)行檢測，所述輸出控制部還基于由所述發(fā)電量檢測部檢測到的所述高頻能量的大小來生成所述控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，各發(fā)電單元還具有高頻輸出部，所述高頻輸出部不進(jìn)行變換地輸出所接受到的高頻能量，所述發(fā)電系統(tǒng)還具備高頻合成部，所述高頻合成部對從各發(fā)電單元的所述高頻輸出部輸出的所述高頻能量進(jìn)行合成并供給至高頻負(fù)載，所述輸出控制部還基于所述高頻負(fù)載的消耗電力來控制各發(fā)電單元的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述輸出控制部控制各發(fā)電單元的輸出，以使向所述高頻負(fù)載的電力供給優(yōu)先于向所述交流負(fù)載以及所述直流負(fù)載的電力供給。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，各發(fā)電單元還具備高頻電力檢測部，所述高頻電力檢測部對所述高頻負(fù)載的消耗電力進(jìn)行檢測并通知至所述輸出控制部。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述輸出控制部基于根據(jù)在所述交流負(fù)載、所述直流負(fù)載、以及所述高頻負(fù)載中流動的電流量所檢測到的各負(fù)載的消耗電力，來控制各發(fā)電單元的輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述輸出控制部向各發(fā)電單元中的所述輸出切換部送出所述控制信號，以使在所述交流負(fù)載、所述直流負(fù)載、以及所述高頻負(fù)載中流動的電流量接近于O。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述交流合成部與并網(wǎng)電源互聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，各發(fā)電單元中的所述供電天線以及所述受電天線當(dāng)中的一方為串聯(lián)諧振電路，另一方為并聯(lián)諧振電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，在將各發(fā)電單元中的所述振蕩器的升壓比設(shè)為Voc、將所述供電天線所具有的電感器的電感設(shè)為L1、將所述受電天線所具有的電感器的電感設(shè)為L2、將所述供電天線與所述受電天線之間的耦合系數(shù)設(shè)為k時，滿足下式:(L2/L1)≥(k/Voc)2。
13.—種發(fā)電系統(tǒng),具備: 多個發(fā)電單元，各發(fā)電單元具有:發(fā)電設(shè)備，輸出直流能量；振蕩器，將從所述發(fā)電設(shè)備輸出的所述直流能量變換成高頻能量并輸出；供電天線，送出從所述振蕩器輸出的所述高頻能量；受電天線，接受由所述供電天線送出的所述高頻能量當(dāng)中的至少一部分；交流變換輸出部，將高頻能量變換成頻率相對低的交流能量并輸出；高頻輸出部，不進(jìn)行變換地輸出高頻能量；和輸出切換部，將包括所述交流變換輸出部以及所述高頻輸出部在內(nèi)的多個輸出部連接到所述受電天線，并基于控制信號將所述受電天線接受到的所述高頻能量送出至所述多個輸出部當(dāng)中的任一個； 交流合成部，對從各發(fā)電單元的所述交流變換輸出部輸出的交流能量進(jìn)行合成并供給至交流負(fù)載； 高頻合成部，對從各發(fā)電單元的 所述高頻輸出部輸出的高頻能量進(jìn)行合成并供給至高頻負(fù)載；和 輸出控制部，基于所述交流負(fù)載以及所述高頻負(fù)載當(dāng)中的至少一方的消耗電力，將所述控制信號送出至各發(fā)電單元的所述輸出切換部，由此來控制各發(fā)電單元的輸出。
14.一種供電系統(tǒng)，是被使用在權(quán)利要求1至12任一項所述的發(fā)電系統(tǒng)中的無線電力輸送系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)具備: 多個供電單元，各供電單元具有:振蕩器，將直流能量變換成高頻能量并輸出；供電天線，送出從所述振蕩器輸出的所述高頻能量；受電天線，接受由所述供電天線送出的所述高頻能量當(dāng)中的至少一部分；交流變換輸出部，將高頻能量變換成頻率相對低的交流能量并輸出；直流變換輸出部，將高頻能量變換成直流能量并輸出；和輸出切換部，將包括所述交流變換輸出部以及所述直流變換輸出部在內(nèi)的多個輸出部連接到所述受電天線，并基于控制信號將所述受電天線接受到的所述高頻能量送出至所述多個輸出部當(dāng)中的任一個； 交流合成部，對從各供電單元的所述交流變換輸出部輸出的交流能量進(jìn)行合成并供給至交流負(fù)載； 直流合成部，對從各供電單元的所述直流變換輸出部輸出的直流能量進(jìn)行合成并供給至直流負(fù)載；和 輸出控制部，基于所述交流負(fù)載以及所述直流負(fù)載當(dāng)中的至少一方的消耗電力，將所述控制信號送出至各供電單元的所述輸出切換部，由此來控制各供電單元的輸出。
15.一種供電系統(tǒng)，是被使用在權(quán)利要求13所述的發(fā)電系統(tǒng)中的供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)具備: 多個供電單元，各供電單元具有:振蕩器，將直流能量變換成高頻能量并輸出；供電天線，送出從所述振蕩器輸出的所述高頻能量；受電天線，接受由所述供電天線送出的所述高頻能量當(dāng)中的至少一部分；交流變換輸出部，將高頻能量變換成頻率相對低的交流能量并輸出；高頻輸出部，不進(jìn)行變換地輸出高頻能量；和輸出切換部，將包括所述交流變換輸出部以及所述高頻輸出部在內(nèi)的多個輸出部連接到所述受電天線，并基于控制信號將所述受電天線接受到的所述高頻能量送出至所述多個輸出部當(dāng)中的任一個； 交流合成部，對從各供電單元的所述交流變換輸出部輸出的交流能量進(jìn)行合成并供給至交流負(fù)載； 高頻合成部，對從各供電單元的所述高頻輸出部輸出的高頻能量進(jìn)行合成并供給至高頻負(fù)載；以及 輸出控制部，基于所述交流負(fù)載以及所述高頻負(fù)載當(dāng)中的至少一方的消耗電力，將所述控制信號送出至各供電單元的所述輸`出切換部，由此來控制各供電單元的輸出。
全文摘要
發(fā)電系統(tǒng)具備多個發(fā)電單元(1000-1～1000-N)，各發(fā)電單元通過諧振器之間的磁場耦合以無線的方式輸送所發(fā)出的電力；交流合成部(121)，對從各發(fā)電單元的交流變換輸出部輸出的交流能量進(jìn)行合成并供給至交流負(fù)載；直流合成部(122)，對從各發(fā)電單元的直流變換輸出部輸出的直流能量進(jìn)行合成并供給至直流負(fù)載；和輸出控制部(130)，基于交流負(fù)載以及直流負(fù)載當(dāng)中的至少一方的消耗電力，將控制信號送出至各發(fā)電單元的輸出切換部，由此控制各發(fā)電單元的輸出。
文檔編號H02J3/38GK103229381SQ201280003869
公開日2013年7月31日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者山本浩司, 菅野浩 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社