模块固定装置、发电模块、第1固定部件及第2固定部件

摘要

本发明提供一种模块固定装置、发电模块、第1固定部件及第2固定部件。发电系统具备多个发电模块(10)、和将这些模块固定到被固定物(1)上的模块固定装置(20)。各发电模块(10)具备具有生成直流能量的发电元件的发电模块主体(101)和送电部(200)。送电部(200)具有将直流能量变换为频率f0的RF能量的振荡器(103)及接收RF能量的输入后作为谐振磁场向空间送出的送电天线(107)。送电天线(107)是串联连接了第1电感器及第1电容元件的串联谐振电路，受电天线(109)是并联连接了第2电感器及第2电容元件的并联谐振电路。在将振荡器的升压比设为Voc、第1电感器的电感设为L1、第2电感器的电感设为L2、所述送电天线与所述受电天线之间的耦合系数设为k时，满足(L2/L1)≥4(k/Voc)

说明书

本申请是申请日为2012年01月19日、申请号为201280001956.2、发明名称为“发电系统、发电模块、模块固定装置及发电系统的铺设方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及代替电磁感应或电磁波的传播而利用谐振磁场耦合(Resonant magnetic coupling)以无线方式传输电力的谐振磁场耦合型的非接触电力技术。此外，本发明涉及通过谐振磁场耦合型的非接触电力传输使由太阳能电池等发电部生成的电能的电压上升的发电系统。

背景技术

近几年，对太阳能发电的关注逐渐升温。最近，还出现了在大面积区域内铺设了多个太阳能发电元件(太阳能电池：以下，有时简称为“电池单体”)的大功率发电厂。

在一般的太阳能发电系统中，使用在金属性的模块框体内排列多个电池单体并互相连接了电池单体之间的“太阳能电池模块”。在太阳能电池模块(以下，有时简称为“模块”)的前表面设置玻璃板，各电池单体在通过树脂与大气隔离的状态下工作。通过铺设这种太阳能电池模块，从而能够构筑太阳能发电系统。

在导入这种太阳能发电系统的基础上，模块或功率调节器等构成要素的制造成本高成为一种障碍，但是作为导入障碍，也不能无视铺设模块来构成系统的成本高的问题。如果考虑到在高处进行作业，则铺设作业危险且成本高，因此这对于太阳能发电系统的进一步普及造成了深刻的问题。

如后述那样，由于各个电池单体的输出电压低，因此在现有技术中的太阳能发电系统中，为了输出电子设备的动作所需的电压、和用于进行售电的电网电压，需要串联连接多个电池单体。在被串联连接的太阳能电池 单体的一部分发生了故障的情况、或部分处于背阴的情况下，会出现系统整体的输出电力降低这样的问题。此外，存在多个连接处成为导致长期可靠性降低的较大的要因。此外，更换在长期工作中已劣化的模块或连接布线时，也需要在高处的作业。因此，还存在导致系统整体的维持成本上升的问题。

为了不在模块表面部分性形成背阴，而在模块背面侧配置模块端子，且模块端子之间的布线连接也必须在模块背面侧进行。另一方面，为了争取发电量，应该无间隙地铺满模块。进而，模块近几年持续趋于大面积化，且在高处连接模块之间的布线作业变得更危险且更困难。

作为现有技术中的太阳能发电装置的一例，提出了以无线方式从屋外经由墙壁材料向屋内供给能量的电力系统(例如，参照专利文献1)。在该电力供给系统中，通过电磁感应方式实现了借助墙壁的RF(高频)能量传输。

此外，作为现有技术中的太阳能发电装置的一例，提出了简易连接模块之间的方案(参照专利文献2)。在该电力供给系统中，应用电磁感应技术，串联、并联连接了模块。

另一方面，专利文献3公开了在2个谐振器之间隔着空间传输能量的新的无线能量传输装置。在该无线能量传输装置中，借助在谐振器的周边空间产生的谐振频率的振动能量的泄漏(evanescent tail)来使2个谐振器耦合，从而以无线(非接触)方式传输振动能量。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-136045号公报(第5实施方式、图16)

专利文献2：日本特开平9-275644号公报(图4、5)

专利文献3：美国专利申请公开第2008/0278264号说明书(图11B、图14)

非专利文献

非专利文献1：P.Tenti，L.Malesani，L.Rossetto，“Optimum Control of N-Input K-Output Matrix.Converters，”IEEE Transactions on Power Electronics，Vol.7，no.4，pp.707-713，October.1992.

发明内容

发明要解决的技术问题

在专利文献1、2所记载的应用了电磁感应技术的太阳能发电系统中，无法解决电池单体输出为低电压这样的太阳能发电设备所固有的问题。在太阳能发电领域中，目前，因能量变换效率高而被广泛使用的晶体硅系的1个太阳能电池(电池单体)的输出电压Vc是0.5V左右，是极低的。例如，在将来自太阳能发电部的直流输出变换为200V左右的交流的情况下，在使一般的变换电路(功率调节器)的动作效率最大化进而要求低失真特性时，最低也需要350Vdc以上的输入电压。结果，为了将太阳能发电部的输出电压提高至350V左右，需要几百个电池单体的串联连接结构。

另外，在太阳能发电系统内不进行从直流到交流的频率变换的情况下，也能产生同样的问题。即使是以往备受关注的直流供电系统，研究其使用的电压也是48Vdc、或者300～400Vdc的大小。因此，即使是直流供电系统，也仍然需要串联连接几十个到几百个电池单体。

在系统内被串联连接的电池单体或模块的个数越多，当铺设区域的一部分处于背阴时(局部阴影)、或当在所铺设的电池单体或模块的一部分出现了特性劣化时，越容易导致系统整体的性能降低。一般而言，为了回避上述的问题，向模块内导入旁路二极管，但是却会导致发热或成本增加等问题，因此鉴于此点并不是优选的。另一方面，在利用具有升压功能的一般性DC/DC转换器来进行升压的情况下，也难以在越能大幅降低被串联连接的电池单体个数的情况下越是高效地实现高的升压比。

此外，专利文献2的无线能量传输装置中的升压特性仅仅是由现有的变压器技术所带来的升压特性，在解决本发明问题方面也不够充分。

此外，在专利文献1、2所采用的电磁感应技术中，RF能量从送电天线可到达受电天线的距离是非常小的值，而且对于与送电天线和受电天线的对置面平行的相对位置偏差的容许度过低等，导致在实际的结构中很难进行高效率的传输。此外，在现有的电磁感应技术范围内可利用的变压器特性仅仅是理想上的现有的变压器特性，想要实现输入输出电压高的升压，必须将线圈比设定为极高的值。

此外，专利文献3的无线能量传输装置中的升压特性也仅仅是由现有的变压器技术所带来的升压特性，在解决本发明问题方面也不够充分。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的发电系统具备多个发电模块、和在被固定物上固定所述多个发电模块的模块固定装置。所述多个发电模块的每一个具备：发电模块主体，其具有生成直流能量的发电元件；和送电部，其被安装于所述发电模块主体，且具有将所述直流能量变换为频率f0的RF能量的振荡器、以及从所述振荡器接收RF能量的输入后作为谐振磁场向空间送出的送电天线。所述模块固定装置具备：第1固定部件，其固定所述多个发电模块；多个受电天线，每一个受电天线与所述多个发电模块的一个模块对应，并接受由所对应的所述送电天线送出的所述RF能量的至少一部分；和第2固定部件，其固定所述多个受电天线。所述第1固定部件及所述第2固定部件按照各受电天线和与所述受电天线对应的送电天线至少有一部分对置的方式，分别固定所述多个发电模块及所述多个受电天线。所述发电系统还具备并行合成所述多个受电天线的输出的合成部。所述送电天线是串联连接了第1电感器及第1电容元件的串联谐振电路，所述受电天线是并联连接了第2电感器及第2电容元件的并联谐振电路。所述送电天线的谐振频率fT及所述受电天线的谐振频率fR都被设定为等于所述RF能量的频率f0，在将所述振荡器的升压比设为Voc、第1电感器的电感设为L1、第2电感器的电感设为L2、所述送电天线与所述受电天线之间的耦合系数设为k时，满足(L2/L1)≥4(k/Voc)²。

本发明的另一发电系统具备多个发电模块、和在被固定物上固定所述多个发电模块的模块固定装置。所述多个发电模块的每一个具备：发电模块主体，其具有生成直流能量的发电元件；和送电部，其被安装于所述发电模块主体，且具有将所述直流能量变换为频率f0的RF能量的振荡器、以及从所述振荡器接收RF能量的输入后作为谐振磁场向空间送出的送电天线。所述模块固定装置具备：第1固定部件，其固定所述多个发电模块；多个受电天线，每一个受电天线与所述多个发电模块的一个模块对应，并接受由所对应的所述送电天线送出的所述RF能量的至少一部分；和第2固定部件，其固定所述多个受电天线。所述第1固定部件及所述第2固定 部件按照各受电天线和与所述受电天线对应的送电天线至少有一部分对置的方式，分别固定所述多个发电模块及所述多个受电天线。所述发电系统还具备：合成部，其并行合成所述多个受电天线的输出；和整流器，其对所述合成部的输出进行整流。所述送电天线是串联连接了第1电感器及第1电容元件的串联谐振电路，所述受电天线是并联连接了第2电感器及第2电容元件的并联谐振电路。所述送电天线的谐振频率fT及所述受电天线的谐振频率fR都被设定为等于所述RF能量的频率f0，在将所述振荡器的升压比设为Voc、所述整流器的升压比设为Vrr、第1电感器的电感设为L1、第2电感器的电感设为L2、所述送电天线与所述受电天线之间的耦合系数设为k时，满足(L2/L1)≥4(k/(Voc×Vrr))²。

本发明的又一发电系统具备多个发电模块、和在被固定物上固定所述多个发电模块的模块固定装置。所述多个发电模块的每一个具备：发电模块主体，其具有生成直流能量的发电元件；和送电部，其被安装于所述发电模块主体，且具有将所述直流能量变换为频率f0的RF能量的振荡器、以及从所述振荡器接收RF能量的输入后作为谐振磁场向空间送出的送电天线。所述模块固定装置具备：第1固定部件，其固定所述多个发电模块；多个受电天线，每一个受电天线与所述多个发电模块的一个模块对应，并接受由所对应的所述送电天线送出的所述RF能量的至少一部分；和第2固定部件，其固定所述多个受电天线。所述第1固定部件及所述第2固定部件按照各受电天线和与所述受电天线对应的送电天线至少有一部分对置的方式，分别固定所述多个发电模块及所述多个受电天线。所述发电系统还具备：多个整流器，分别对所述多个受电天线的输出进行整流；和合成部，其并行合成所述多个整流器的输出。所述送电天线是串联连接了第1电感器及第1电容元件的串联谐振电路，所述受电天线是并联连接了第2电感器及第2电容元件的并联谐振电路。所述送电天线的谐振频率fT及所述受电天线的谐振频率fR都被设定为等于所述RF能量的频率f0，在将所述振荡器的升压比设为Voc、所述整流器的升压比设为Vrr、第1电感器的电感设为L1、第2电感器的电感设为L2、所述送电天线与所述受电天线之间的耦合系数设为k时，满足(L2/L1)≥4(k/(Voc×Vrr))²。

本发明的另一发电系统具备多个发电模块、和在被固定物上固定所述多个发电模块的模块固定装置。所述多个发电模块的每一个具备：发电模块主体，其具有生成直流能量的发电元件；和送电部，其被安装于所述发电模块主体，且具有将所述直流能量变换为频率f0的RF能量的振荡器、以及从所述振荡器接收RF能量的输入后作为谐振磁场向空间送出的送电天线。所述模块固定装置具备：第1固定部件，其固定所述多个发电模块；多个受电天线，每一个受电天线与所述多个发电模块的一个模块对应，并接受由所对应的所述送电天线送出的所述RF能量的至少一部分；和第2固定部件，其固定所述多个受电天线。所述第1固定部件及所述第2固定部件按照各受电天线和与所述受电天线对应的送电天线至少有一部分对置的方式，分别固定所述多个发电模块及所述多个受电天线。所述发电系统还具备：合成部，其并行合成所述多个受电天线的输出；和频率变换电路，其对所述合成部的输出的频率进行变换。所述送电天线是串联连接了第1电感器及第1电容元件的串联谐振电路，所述受电天线是并联连接了第2电感器及第2电容元件的并联谐振电路。所述送电天线的谐振频率fT及所述受电天线的谐振频率fR都被设定为等于所述RF能量的频率f0，在将所述振荡器的升压比设为Voc、所述频率变换电路的升压比设为Vtr、第1电感器的电感设为L1、第2电感器的电感设为L2、所述送电天线与所述受电天线之间的耦合系数设为k时，满足(L2/L1)≥4(k/(Voc×Vtr))²。

本发明的又一发电系统具备多个发电模块、和在被固定物上固定所述多个发电模块的模块固定装置。所述多个发电模块的每一个具备：发电模块主体，其具有生成直流能量的发电元件；和送电部，其被安装于所述发电模块主体，且具有将所述直流能量变换为频率f0的RF能量的振荡器、以及从所述振荡器接收RF能量的输入后作为谐振磁场向空间送出的送电天线。所述模块固定装置具备：第1固定部件，其固定所述多个发电模块；多个受电天线，每一个受电天线与所述多个发电模块的一个模块对应，并接受由所对应的所述送电天线送出的所述RF能量的至少一部分；和第2固定部件，其固定所述多个受电天线。所述第1固定部件及所述第2固定部件按照各受电天线和与所述受电天线对应的送电天线至少有一部分对 置的方式，分别固定所述多个发电模块及所述多个受电天线。所述发电系统还具备：多个频率变换电路，分别对所述多个受电天线的输出的频率进行变换；和合成部，其并行合成所述多个频率变换电路的输出。所述送电天线是串联连接了第1电感器及第1电容元件的串联谐振电路，所述受电天线是并联连接了第2电感器及第2电容元件的并联谐振电路。所述送电天线的谐振频率fT及所述受电天线的谐振频率fR都被设定为等于所述RF能量的频率f0，在将所述振荡器的升压比设为Voc、所述频率变换电路的升压比设为Vtr、第1电感器的电感设为L1、第2电感器的电感设为L2、所述送电天线与所述受电天线之间的耦合系数设为k时，满足(L2/L1)≥4(k/(Voc×Vtr))²。

本发明的发电模块具备：发电模块主体，其具有生成直流能量的发电元件；和送电部，其被安装于所述发电模块主体，且具有将所述直流能量变换为频率f0的RF能量的振荡器、以及从所述振荡器接收RF能量的输入后作为谐振磁场向空间送出的送电天线，所述送电天线是串联连接了第1电感器及第1电容元件的串联谐振电路。

本发明的模块固定装置具备：第1固定部件，其在被固定物上固定多个发电模块，所述多个发电模块的每一个具备：发电模块主体，其具有生成直流能量的发电元件；和送电部，其被安装于所述发电模块主体，且具有将所述直流能量变换为频率f0的RF能量的振荡器、以及从所述振荡器接收RF能量的输入后作为谐振磁场向空间送出的送电天线，而所述送电天线是串联连接了第1电感器及第1电容元件的串联谐振电路；多个受电天线，每一个受电天线与所述多个发电模块的一个模块对应，并接受由所对应的所述送电天线送出的所述RF能量的至少一部分，并且每一个受电天线是并联连接了第2电感器及第2电容元件的并联谐振电路；第2固定部件，其固定所述多个受电天线；和电缆，其并行输入在所述多个受电天线中包含的至少2个受电天线的输出。所述第1固定部件及所述第2固定部件按照各受电天线和与所述受电天线对应的送电天线至少有一部分对置的方式，分别固定所述多个发电模块及所述多个受电天线。

本发明的发电系统的铺设方法是上述任一项所述的发电系统的铺设方法，该方法包括：准备所述模块固定装置的工序；在所述被固定物上设 置所述模块固定装置的工序；准备所述发电模块的工序；和通过所述模块固定装置的所述第1固定部件在所述被固定物上固定所述发电模块的工序。

发明效果

根据本发明的实施方式的发电系统，在利用谐振磁场耦合进行天线间的电力传输时，能够实现高的升压效果。此外，根据本发明的实施方式的发电系统及发电模块、模块固定装置、及发电系统的铺设方法，能够降低铺设成本，能够简化发电部的一部分发生劣化时的更换作业。

附图说明

图1A是表示设置本发明的实施方式的发电系统之前的基本构成的剖视图。

图1B是表示设置本发明的实施方式的发电系统之后的基本构成的剖视图。

图1C是表示本发明的实施方式的发电系统的基本构成的立体图。

图2是本发明的第1发电系统的框图。

图3是从模块背面侧透视了本发明的第1发电系统的示意图。

图4是从模块背面侧透视了本发明的第1发电系统的示意图。

图5是从模块背面侧透视了本发明的第1发电系统的简易示意图。

图6是表示天线的等效电路的图。

图7是表示其他非接触传输部(附带整流电路)的构成的图。

图8是表示其他非接触传输部(附带频率变换电路)的构成的图。

图9是发电系统的一部分、即非接触传输部附近的放大示意图。

图10是图9所示的非接触传输部的等效电路图。

图11A是从发电系统的侧面看到的剖面示意图。

图11B是从发电系统的侧面看到的剖面示意图。

图12是从发电系统的上表面看到的透视示意图。

图13是从发电系统的上表面看到的透视示意图。

图14(a)是表示2个电感器的配置例的俯视图，图14(b)是其示意剖视图。

图15是表示天线配置的其他例的图。

图16是从送电天线及受电天线附近的构成要素群的侧面看到的剖面示意图。

图17是从送电天线及受电天线附近的构成要素群的侧面看到的剖面示意图。

图18是从送电天线及受电天线附近的构成要素群的侧面看到的剖面示意图。

图19是从发电系统的上表面看到的透视示意图。

图20是从发电系统的上表面看到的透视示意图。

图21是本发明的第2实施方式的发电系统的框图。

图22(a)是在本发明的发电装置的第2实施方式中可使用的半波倍电压整流电路的电路图，图22(b)是在第2实施方式中可使用的两波倍电压整流电路的电路图。

图23是表示本发明的发电系统的第3实施方式的框图。

图24是本发明的第3实施方式的发电系统的示意图。

图25是本发明的第4实施方式的发电系统的基本框图。

图26A是在本发明的发电系统的第4实施方式中可使用的单相输出的逆变器的电路图。

图26B是在本发明的发电系统的第4实施方式中可使用的三相输出的逆变器的电路图。

图26C是在本发明的发电系统的第4实施方式中可使用的V接点逆变器的电路图。

图27是在本发明的第4实施方式中可使用的升压斩波电路的电路图。

图28是在本发明的第4实施方式中可使用的间接方式的矩阵转换器的电路图。

图29是在本发明的第4实施方式中可使用的直接方式的矩阵转换器的电路图。

图30是本发明的第5实施方式的发电系统的基本框图。

图31是本发明的第5实施方式的发电系统的示意图。

图32是本发明的第6实施方式的发电系统的铺设方法的流程图。

图33是现有技术中的发电系统的铺设方法的流程图。

图34是本发明的第7实施方式的发电装置的示意图。

图35是本发明的第8实施方式的发电装置固定部件的示意图。

图36是表示本发明的实施例1中的非接触传输部的输入阻抗Zin及输出阻抗Zout的天线间隔依赖性的图表。

图37是表示本发明的实施例1中的非接触传输部的输入输出阻抗变换比Zr及无线传输效率的天线间隔依赖性的图表。

图38是表示本发明的实施例7中的非接触传输部的输入输出电压比Vr及无线传输效率的相对滑动量依赖性的图表。

具体实施方式

在说明本发明的发电系统的优选实施方式之前，首先参照图1A至图1C及图2，简单说明本发明的实施方式的基本构成。

首先，参照图1A及图1B。图1A是示意性表示结合发电系统的各构成要素的中途状态的剖视图，图1B是示意性表示结合各构成要素后形成了1个发电系统的状态的剖视图。

如图1A及图1B所示，本发明的发电系统具备多个发电模块10、和在被固定物1上固定这些多个发电模块10的模块固定装置20。在图1A及图1B的例子中，为了简化说明，记载了2个发电模块10。发电模块10的个数并不限于2个。本发明的发电系统的优选实施方式也可以具备3个以上的发电模块10。另外，有时在本说明书中将“发电模块”简称为“模块”。

多个发电模块10的每一个模块具备：具有生成直流能量的发电元件的发电模块主体101、和安装于发电模块主体101的送电部200。送电部200具有：将直流能量变换为频率f0的RF能量的振荡器103、及从振荡器103接收RF能量的输入后作为谐振磁场向空间送出的送电天线107。

模块固定装置20具备第1固定部件21、多个受电天线109、和第2固定部件22。在图1A及图1B所示的例子中，第1固定部件21及第2固定部件22通过其他部件23而被连结，但本发明中的模块固定装置的构成并不限于这种例子。

第1固定部件21构成为可在被固定物1上固定多个发电模块10。在图示的例子中，在第1固定部件21与被固定物1之间存在其他部件23，但是第1固定部件21也可以直接与被固定物1接触。

多个受电天线109的每一个天线与多个发电模块10中的1个模块对应，并接受由所对应的送电天线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按照各受电天线109、和与之对应的送电天线107至少有一部分对置的方式来固定多个送电天线107及多个受电天线109。

该发电系统还具备并行合成多个受电天线109的输出的合成部30。在图1A及图1B所示的例子中，合成部30通过电线而与各受电天线109连接。合成部30无需被配置在模块固定装置20的内部，也可以被放置在模块固定装置20的外部。当多根电线在1处或多处被连接的情况下，各连接部分起到“合成部30”的作用。

如在后的详细说明那样，本发明中的送电天线107是串联连接了第1电感器及第1电容元件的串联谐振电路。受电天线109是并联连接了第2电感器及第2电容元件的并联谐振电路。送电天线107的谐振频率fT及受电天线109的谐振频率fR都被设定为等于RF能量的频率f0。

在将振荡器103的升压比设为Voc、第1电感器的电感设为L1、第2电感器的电感设为L2、送电天线107与受电天线109之间的耦合系数设为k时，满足

(L2/L1)≥4(k/Voc)²。

将频率f0例如设定为50Hz～300GHz，更优选设定为20kHz～10GHz，进一步优选设定为20kHz～20MHz，更进一步优选设定为20kHz～1MHz。本说明书中的“高频(Radio frequency)”广泛包含上述频带。

接着，参照图1C，更详细地说明本发明的发电系统。

振荡器103接受发电模块主体101发电的直流能量(电力)，并将该直流能量频率变换为频率f0的RF能量(DC/RF变换)。从振荡器103输出的RF能量被输入到与振荡器103连接的送电天线107中。被设计成谐振频率相等的谐振器、即送电天线107及受电天线109经由彼此的谐振器在周边空间形成的谐振磁场而进行耦合，受电天线109能够有效地接受由 送电天线107送出的RF能量的至少一部分。受电天线109不与送电天线107物理接触，优选从送电天线107远离例如几毫米～几十厘米左右。

在设置发电模块主体101之前，预先在发电模块主体101的背面固定包含振荡器103及送电天线107而构成的非接触传输的送电部200。此外，也可以固定在发电模块主体101的端面。发电模块主体101的DC输出用端子和振荡器103的DC输入端子被导通连接。作为导通连接的方法，可以应用电缆、或电极间的直接焊接等方法。

此外，在图1B所示的例子中，包含受电天线109而构成的非接触传输的受电部被固定于模块固定装置20中的第1固定部件21。在此，第1固定部件21可以由设置模块10的屋顶本身来代用，也可以兼用作在屋顶固定模块10的部件23。

在图1C所示的例子中，图1A及图1B所示的第1固定部件21、第2固定部件22、及其他部件23被一体化为1个长条状的固定部件141。该固定部件141同时兼作在被固定物1上固定多个发电模块10的第1固定部件21、和按照与所对应的送电天线107至少有一部分对置的方式来固定多个受电天线109的第2固定部件22。另外，屋顶本身的一部分可以构成为起到该固定部件141的作用。

图1C所示的长条状的固定部件141具备电缆143。电缆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的内部。在本系统内，可以存在沿着固定部件141配置的受电天线109的多个输出端子。针对于这些的多个输出端子分别连接了电缆143所具有的多个输入端子。在与受电天线109的下表面(不与送电天线107对置的面)对置的固定部件141的表面形成了涡流回避空间159。

图2示出本发明的实施方式的发电系统的框图。本发明的发电系统包括被并联连接的多个发电系统要素131a、131b、……、131n。

各发电系统要素131a～131n具备被串联连接的发电模块主体101、振荡器103、送电天线107、受电天线109。由发电模块主体101生成的直流能量被振荡器103高效地变换为RF能量。在送电侧的送电天线107与受电侧的受电天线109之间，以非接触方式传输该RF能量。从各发电系统要素131a～131n输出的RF能量(电力)通过并联连接方式被合成 之后，提供给负载133。本实施方式中的负载133是利用RF能量输入而工作的通常的电子设备。根据本实施方式，从发电系统要素131a～131n的每一个要素得到的输出电压较之各个模块的输出电压显著增大。因此，即使并联连接发电系统要素131a～131n，也能够容易实现系统输出电压向负载133请求的较高电压值的的升压。

此外，在本发明的实施方式的发电系统中准备了在模块铺设作业工序之前能完成各种前工序的计划，因此能够降低铺设或模块更换作业的复杂程度。复杂程度的降低直接关系到两个作业所需的时间的降低(即、成本降低)、作业风险的降低。

例如，可以在模块铺设作业之前预先完成以下所列举的工序中的至少一个。第1工序是向发电模块主体101固定振荡器103和送电天线107的固定工序。第2工序是连接受电天线109的输出端子和电缆143的输入端子的连接工序。第3工序是向固定部件固定受电天线109的固定工序。第4工序是用于进行固定部件内的、来自多个受电天线109的输出电力的并行合成的布线连接工序。在高处不进行以上工序中的至少一个、优选不进行以上的全部工序，而在模块设置工序之前的准备工序内预先完成，从而能够容易简化铺设作业、部分更换作业。

此外，由于发电系统要素131a～131n被并联连接，因此即使在发电系统要素131a～131n的一部分特性发生了劣化的情况、或在对发电系统要素131a～131n的太阳光的照射条件产生差异的情况下，也能够容易得到比现有技术中的发电系统更稳定的特性。

另外，通过使从多个受电天线109输出的RF能量的相位一致，从而发电电力的合成效率最大化，因此优选各振荡器103调整振荡相位。通过使振荡器103具备通信功能，从而能够以无线方式进行振荡器103间的信息的交换。因此，上述调整并不妨碍本系统的铺设方法的简便性。

本发明中的“天线”并不是用于收发辐射电磁场的通常的天线，而是利用谐振器的磁场的接近成分(evanescent tail)的耦合在2个物体之间进行能量传输的要素。根据利用了谐振磁场的非接触电力传输，由于不会产生在向远处传播电磁波时所产生的能量损耗(辐射损耗)，因此能够以极高的效率来传输电力。在利用了这种谐振磁场(近场)的耦合的能量传输 中，较之利用了法拉第电磁感应定律的公知的非接触电力传输，不仅损耗少，例如在相隔几米的2个谐振器(天线)之间也能够高效地传输能量。

想要进行基于这种原理的非接触电力传输，需要在2个谐振天线间产生耦合。如上所述，本发明中的谐振频率fT及谐振频率fR都被设定为等于振荡器103的频率f0，但是fT和/或fR无需与频率f0完全一致。为了基于谐振器间的耦合来实现高效率的能量传输，虽然fT＝fR是理想的，但是只要fT与fR之间的差异足够小即可。在本说明书中，“频率fT等于频率fR”定义为满足以下的式1的情况。

(式1)|fT-fR|≤fT/QT+fR/QR

在此，QT是作为送电天线的谐振器的Q值，QR是作为受电天线的谐振器的Q值。一般而言，在将谐振频率设为X、谐振器的Q值设为Qx的情况下，该谐振器的谐振所产生的频带相当于X/Qx。若|fT-fR|≤fT/QT+fR/QR的关系成立，则在2个谐振器之间实现了基于谐振磁场耦合的能量传输。

另外，在模块主体101与振荡器103之间也可以插入被称为dc-dc解决方案的、用于实现MPPT功能的设备。具体而言，是按照使来自模块的发电量最大化的方式来对发电电压进行可变升压或可变降压、或者进行这两方，同时跟踪最大电力的设备。发电量是否被最大化的诊断可在比受电天线109靠后的后级进行的，也可以在振荡器103的前级进行。可以基于诊断信息对升降压比进行可变控制，从而进行最大电力跟踪。

(电缆的构成：输入输出端子数和输出端子数)

图3是从模块10的背面侧透视的固定部件141的示意图。为使电缆143的输出端子147的对数(对的数量)Ncout成为比输入端子145的对数Ncin小的值，优选采用在固定部件141内并行合成至少1次以上输出电力的电缆构成。在图3所示的例子中，Ncin＝4、Ncout＝1成立。即，将从4个模块10得到的电力并行合成为1个。当然，Ncin及Ncout并不限于图3例示的个数。

另外，作为传输电力能量时所需的布线构成，如果是正负、或者信号-接地的两根对结构、同轴结构、或者三相，则需要相对使相位错开了120度的3根布线等、随着输出电力相当于直流、高频、交流中的哪一种而不 同的端子构成。因此，以下，“端子数(端子对数)”意味着能量传输所需的端子构成是几组。

在模块10的设置区域中配置M行N列的模块10的情况下，在固定部件141中沿着一个方向延长的部分可以起到在屋顶等区域固定M个、或者N个模块的功能。在图3所示的例子中，仅记载了一个固定部件141的一部分、即沿着横向延伸的部分，该部分在屋顶等上固定4个模块的一边附近。

即使在M×N的值庞大的系统构成中，若并行合成来自多个受电天线109的输出，则最终也能够回避输出处的布线连接次数的增大。最优选的是采用Ncout为1的电缆构成。

不仅如图3所示那样在固定部件141的一侧配置模块10，也可如图4所示那样在固定部件141的两侧配置模块10。无需按每一列在固定部件141中配置电缆143。

图5表示对4行4列(＝16个)的模块10进行固定的4根固定部件141。在图5所示的例子中，并不是在全部4根固定部件141中设置电缆143，而是每隔1个来设置电缆143。此时，通过降低系统整体所需的电缆数，从而能够进一步削减伴随高处的布线连接工事的铺设成本。

(关于等效电路和升压原理)

接着，参照图6。图6是表示本发明的某一实施方式中的非接触传输部的等效电路的图。如图6所示，本实施方式中的送电天线107是串联连接了第1电感器107a及第1电容元件107b的串联谐振电路，受电天线109是并联连接了第2电感器109a及第2电容元件109b的并联谐振电路。另外，送电天线107的串联谐振电路具有寄生电阻成分R1，受电天线109的并联谐振电路具有寄生电阻成分R2。

在本实施方式中，在将振荡器103的升压比设为Voc、第1电感器107a的电感设为L1、第2电感器109a的电感设为L2、送电天线107与受电天线109的耦合系数设为k时，按照满足以下的关系的方式来决定L1、L2、k、Voc的值。

(L2/L1)≥4(k/Voc)²

当满足上述的关系时，在非接触电力传输下可将所输入的直流能量的 电压提高到2倍以上(升压比：2以上)。对于实现这种升压的理由将在后面详细说明。

根据本实施方式中的非接触传输部，以非接触方式在天线间传输电力时，能够有效地使低电压的能量(电力)升压。因此，根据本实施方式的太阳能发电系统的发电系统要素，即使在发电模块主体101的输出电压低的情况下，也能够通过升压效果来输出高电压的电力。因此，能够大幅降低以往应串联连接的电池单体的连接数。其结果，能够提供可降低铺设费用和维持费用、且适合普及的新的太阳能发电系统。

图7是表示本发明的其他实施方式的非接触传输部的等效电路的图。该非接触传输部与前述的非接触传输部(图6)不同点在于，具备在受电天线109的后级被连接的整流电路(整流器)115。根据本实施方式的非接触传输部，通过该整流电路115的工作，能够使直流能量从非接触传输部输出。因此，在本实施方式的太阳能发电系统的发电系统要素中，即使发电模块主体101的输出电压低，也能够通过非接触电力传输时的升压效果来输出被升压至足够高的电压的直流能量。

另外，在将整流电路115的升压比设为Vrr、且受电天线109连接了整流电路115的情况下，在满足以下的关系时能够实现2倍以上的升压。

(L2/LI)≥4(k/(Voc×Vrr))²

关于这一点，也将在后面详细说明。

图8是表示本发明的又一实施方式中的非接触传输部的等效电路的图。该非接触传输部与前述的非接触传输部(图6、图7)不同点在于，具备在受电天线109的后级被连接的频率变换电路(RF/AC变换电路)161。根据本实施方式的非接触传输部，通过该频率变换电路161的工作，能够使交流能量从非接触传输部输出。因此，在本实施方式的太阳能发电系统的发电系统要素中，即使发电模块主体101的输出电压低，也能够通过非接触电力传输时的升压效果来输出被升压至足够高的电压的交流能量。

另外，在将频率变换电路161的升压比设为Vtr、且受电天线109连接了频率变换电路161的情况下，在满足以下的关系时能够实现2倍以上的升压。

(L2/L1)≥4(k/(Voc×Vtr))²

关于这一点也将在后面详细说明。

以下，参照附图，说明本发明的优选实施方式。

(实施方式1)

首先，参照图9及图10，说明本发明的发电系统的第1实施方式。图9是图1所示的发电系统的一部分、即非接触传输部附近的放大示意图，图10是图9所示的非接触传输部105的等效电路图。在图9、图10中，对于与图1、图6所示的构成要素对应的构成要素附加相同的参考符号。

本实施方式中的发电系统是具备模块10利用太阳能发电的元件的“太阳能发电系统”。如图9所示，本实施方式的太阳能发电系统中的各个模块所涉及的部分，至少具备振荡器103、送电天线107和受电天线109、且这些部件被串联构成。送电天线107和受电天线109在物理结构上是非接触的。为了提高天线间的非接触传输特性的再现性，简单地将送电天线107与受电天线109之间的对置距离保持在恒定是有效的。

以下，参照图11A以后的附图，说明将送电天线107与受电天线109之间的对置距离保持在恒定的构成的优选例。图11A是示意性表示本实施方式的太阳能发电系统的一部分、即关于1个模块10的部分的剖面的图。

发电模块主体101具备多重夹持了太阳能电池的电池单体组、密封件、表面玻璃板的结构、和包围该结构的模块框体151。模块框体151由铝等导体形成，构成模块10的外侧部分。

与通常的铺设工序同样地，模块框体151被固定于第1固定部件153，该第1固定部件153被固定于屋顶等设置面157。从设置面157到送电天线107的对置距离随着向发电模块主体101固定送电天线107而成为恒定值。

接着，第2固定部件155也向设置面157进行固定。通过向第2固定部件155固定受电天线109，从而从设置面157到受电天线109的对置距离也成为恒定值。因此，通过简便的铺设作业，可以将送电天线107与受电天线109之间的相对配置关系维持在恒定的对置距离。对置距离优选是几毫米至几十厘米。

如图11A所示，电缆143的配置位置可以埋入到第2固定部件155的内部，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的内部的埋入、固定、向表面的固定。此外，通过作为一体结构来形成第1固定部件153和第2固定部件155，从而能够进一步削减固定部件向配置面157固定的作业次数。

图11B表示设置了分别覆盖天线107、109的保护部件117的实施方式。与图11A的构成不同点在于，保护部件117的有无。

图12及图13分别是表示送电天线107和受电天线109的配置例的俯视透视图。将在后面叙述图12及图13所示的结构例。

在图11A、图11B的剖视图中，第2固定部件155的下表面与设置面157相接。第2固定部件155相对于设置面157的相对位置关系可以根据第1固定部件153的固定工序来决定。图1C、图3、图4、图5所示的固定部件141图示了使上述的第1固定部件153和第2固定部件155一体化的构成。

为了将传输效率维持在较高的值，优选将送电天线107及受电天线109配置成至少有一部分对置。其中，天线107、109的配置并不限于对置配置，也可以配置成两者不正交。送电天线107是由第1电感器107a及第1电容元件107b构成的串联谐振电路，受电天线109是由第2电感器109a及第2电容元件109b构成的并联谐振电路。

(关于降低k的3个方法)

图12示出从本实施方式的发电系统的上表面看到的透视示意图。如后述那样，为了获得本申请的升压效果，需要降低天线间的耦合系数k。想要降低k，以下所示的3个方法是有效的。

第1方法是天线间的对置距离的扩大。此外，在天线间的对置距离较短的范围内(还依赖于天线面积，但是例如为设定在几毫米至几厘米的范围内的情况)，作为第2方法而导入天线间的尺寸非对称性是有效的，作为第3方法而降低天线对置面积是有效的。在现有的电磁感应技术中，为了实现高效率传输，为了将k设为最大值、即1，倾向于设计成将两个天线设为相同面积且使距离靠近，并使2个天线完全交叉。进而，为了降低泄漏磁通，也有很多情况下是导入磁芯。因此，上述的3个方法中的天线 的相对配置成为了在现有的电磁感应技术中无法假设的条件。

作为第2方法的例子，如图12所示，只要相对于受电天线109而言将送电天线107设定成小型即可。作为第3方法的例子，如图13所示，在第1电感器107a与第2电感器109a的尺寸相等、或者设定为相近的面积时，错开两个电感器的相对配置位置。

在现有的电磁感应技术中，以收发天线间的耦合系数的增大为目的，经常将磁性体配置成被夹在靠近的收发天线间。另一方面，在本申请中，在采用了上述的第2、第3方法的情况下，并不优选在靠近的收发天线间的空间内配置磁性体。磁性体的导入导致在导入的磁性体内引起磁场的集中，由于磁性体的损耗特性而引起传输效率的降低。另一方面，作为磁性体的导入目的的收发天线间的耦合系数的提高，别说本申请的升压特性，反而会妨碍到本申请的升压特性。因此，在本申请的发电系统中，并不优选在收发天线间的空间内配置磁性体。此外，在收发天线间的空间内导入导体也会导致传输效率降低。因此，在本申请的发电系统中，优选在收发天线间的空间内被配置的物质是包含空气、水的电介质材料中的任一种。

补充说明上述的第2方法。在此，假设第1电感器107a及第2电感器109a的至少前表面都具有平面形状。

图14(a)表示与送电天线107的配置面垂直地投影的、受电天线109的配置区域113的一例。在此，送电天线107的“配置面”定义为包括第1电感器107a的前表面在内的1个平面(第1配置面)。图14(b)是表示第1电感器107a的配置面240的剖视图。图14(b)的例子中的第1电感器107a与配置面240平行。此外，受电天线的配置区域定义为被与送电天线107的配置面240垂直地投影的第2电感器109a的轮廓所包围的区域。

图14(a)示出与送电天线107的配置面垂直地投影的第1电感器107a。在图14(a)所示的例子中，投影到送电天线107的配置面的第1电感器107a存在于配置区域113的内部、且偏向于配置区域113的边缘部。通过采用这种配置结构，能够实现更高的升压比。

为了调整非接触传输部105的升压比，在将天线的形状及尺寸设定为非对称组合的基础上，尤其可以将送电天线设定得比受电天线大。

另外，天线的配置关系并不限于图14所示的例子，也可以是调换了送电天线107和受电天线109的配置关系。即，可以将图14中的“送电天线107”替换成“受电天线109”，将“配置区域113”替换成“送电天线107的配置区域”。在此，“送电天线107的配置区域”是指被投影到受电天线109的配置面的电感器107a的轮廓所包围的区域。此外，“受电天线109的配置面”定义为包括第2电感器109a的前表面在内的1个平面(第2配置面)。从传输效率的观点出发，优选第1配置面和第2配置面处于彼此平行的关系，但是两者无需要严密地平行。另外，第1电感器107a、第2电感器109a无需要具有平面形状。

此外，图15表示与送电天线107的配置面垂直地投影的、受电天线109的配置区域113的其他例。

(第2固定部件的限制：用于高效率维持的非磁性导体靠近的回避)

第1固定部件153优选由可长期维持机械强度的不锈钢等材质构成，以便即使被暴于强风之中模块10也不会脱落。另一方面，并非向第2固定部件155直接施加来自模块或布线连接部的应力，与机械强度相关的材质选定范围可得到缓和。因此，例如可由树脂构成第2固定部件155。

图16是送电天线107及受电天线109附近的构成要素群的剖面示意图。如图16所示，通过在受电天线109的正下方区域的第2固定部件155的表面形成涡流回避空间159，从而能够将天线间的电力传输效率维持在较高的值。由于对受电天线周边空间的导体配置的回避，可抑制产生在周边导体感应出的涡流，因此能够防止传输效率的劣化。

涡流回避空间159可以是表示低损耗且高导磁率的Fe-Nb-Zr-B系等软磁性合金或铁基非晶质合金、硅钢板、铁氧体等磁性体、或树脂·陶瓷等电介质，但无法采用一般的非磁性导体。此外，由于空气也是低损耗材料，因此可选择为涡流回避空间159的材质。

图17是其他结构例的剖面示意图。在该例子中，由非磁性导体构成第2固定部件155，在受电天线109正下方位置处，在表面增加一定深度的挖掘部。此外，通过用空气填充上述挖掘部，从而能够构成涡流回避空间159。此时，通过在屋外运行装置，即使雨水滞留在涡流回避空间159内，也不会对传输特性带来恶影响。

图18是另一结构例的剖面示意图。在该例子中，在受电天线109的正下方的区域，空出贯通第2固定部件155的孔。这样，能够同时达成涡流回避空间159的结构和第2固定部件155的轻量化。

另外，主要由螺旋形状的电感器构成中心部的受电天线109，其周边也可被由树脂材料等构成的保护部件117固定，也可借助保护部件117来进行向第2固定部件155固定受电天线109的固定操作。在避免有可能由非磁性导体等构成的第2固定部件155与第2天线109的不必要的靠近的同时，能够固定第2天线109的空间配置。

若由非磁性导体以外的材质构成第2固定部件155，则可将第2固定部件155本身看作涡流回避区域。此时，无需在固定部件155中新追加部件、或者加工第2固定部件155的表面，就能够实现低损耗的天线间电力传输。例如，即使由相同的不锈钢材料构成第2固定部件155，在使用奥氏体系钢种等非磁性不锈钢的情况下，也需要加工第2固定部件155的表面，但是在使用马氏体系、铁氧体系钢种等强磁性材料的不锈钢的情况下，即便不加工第2固定部件155的表面，也能够实现低损耗的天线间电力传输。

配置涡流回避空间159的区域优选至少包括与受电天线109的全部区域对置的区域。此外，尤其在送电天线107和受电天线109的对置距离较短的情况下，更优选还包括与送电天线107对置的区域。此外，优选设定为比受电天线109更宽的面积。

如上所述，在本实施方式的太阳能发电系统中，优选将受电天线109的面积设定为比送电天线107更宽的面积、或者利用送电天线107与受电天线109的相对配置偏离。由此，涡流回避空间159不同于现有的电磁感应中的条件，优选设定为比送电天线107更宽的面积。

虽然可以如图12、图13所示那样，第2固定部件155与第1固定部件153同时设置，但是也可如图19、图20所示的一例那样，第2固定部件155的面积设定用于在送电天线107的正下方固定受电天线109所需的足够的面积。在与受电天线109的连接处，优选电缆143的输入端子被固定，但是电缆143不一定其全长都被收纳在第2固定部件155的内部。

从确保长期可靠性的观点出发，构成送电天线107及受电天线109 的部件(电感器及电容元件等)如图11B所示那样优选被保存在保护部件117内。优选对保护部件117实施防水加工。若在包括送电天线107在内的送电侧的保护装置内可将振荡器保存于内部，则能够提高将振荡器103与送电天线107之间进行连接的连接器端子、RF电缆等部件的长期可靠性。此外，若在安装到发电模块主体101的送电侧的保护装置内可将非接触传输系统的送电侧电路全部保存，则能够仅对保护装置的机械连接(螺旋夹等)、发电模块主体101的直流输出端子(一般是正负2根)和与振荡器103的直流输入端子间的连接器连接简化发电模块主体101和送电侧电路的连接工序。

保护部件117也可以直接被固定于模块或第2固定部件155等外部部件。在不影响送电天线107和受电天线109的谐振磁场的耦合强度的范围内，也可以通过在保护部件117及外部部件中分别设置强磁性体及磁铁，从而利用在强磁性体与磁铁之间作用的磁力，在外部部件装卸自如地安装保护部件117。或者，也可以通过在保护部件117及外部部件的任一方设置吸盘，从而在外部部件装卸自如地安装保护部件117。进而，第2固定部件155也可以兼作保护部件117。此外，也可以在受电侧的保护部件117内设置上述的涡流回避空间159。

本实施方式中的发电模块主体101具有被串联连接的多个太阳能电池(电池单体)。作为太阳能电池，从提高发电效率的观点出发，优选使用晶体硅系的太阳能发电元件。但是，在本发明中可使用的太阳能电池可以是使用了呻化镓、CIS(铜·铟·硒)系等化合物半导体材料的各种太阳能发电元件，也可以是使用了有机材料的各种太阳能发电元件。CIS系的材料也可以含有镓和/或锡(tin)等元素。此外，所使用的半导体的结晶结构可以是单晶、多晶、非晶质的任何结构。也可以利用层叠了各种半导体材料的级联型太阳能发电元件。

振荡器103可以使用D级、E级、F级等、可实现高效率且低失真的特性的放大器，也可以使用Doherty放大器。也可以通过在产生包含失真成分的输出信号的开关元件的后级配置低通滤波器或带通滤波器，从而高效率地生成正弦波。

由发电模块主体101生成的直流能量被振荡器103高效地变换为RF 能量。由非接触传输部105隔着空间以非接触方式传输该RF能量，并从输出端子119输出。送电天线107的谐振频率fT及受电天线109的谐振频率fR分别被设定为大致等于由振荡器103生成的RF能量的频率f0。此外，本实施方式中的受电天线109的输出阻抗Zout被设定为高于振荡器103的输入直流阻抗Zidc的值。

为了抑制电路块间的RF能量的多重反射来改善综合发电效率，在受电天线109的输出端子与负载连接的状态下，优选设置为从振荡器103输出的RF能量的输出阻抗Zoc等于送电天线107的输入阻抗Zin。此外，同样地，在振荡器103与送电天线107连接的状态下，优选设置为受电天线的输出阻抗Zout等于所连接的负载的电阻值R。

另外，在本说明书中，2个阻抗“相等”并不限于阻抗严密地一致，而是定义为包括2个阻抗的差异在较大一方的阻抗的25％以下的情况。

本实施方式中的非接触电力传输的效率依赖于送电天线107与受电天线109的间隔(天线间隔)、构成送电天线107和受电天线109的电路元件的损耗的大小。另外，“天线间隔”实质上是指2个电感器107a、109a的间隔。天线间隔可基于天线的配置区域的大小进行评价。

在优选的实施方式中，第1电感器107a及第2电感器109a被配置成：都扩展为平面状，两者互相平行地对置。在此，天线的配置区域的大小意味着尺寸相对小的天线的配置区域的大小，在构成天线的电感器的外形为圆形时是指电感器的直径，若为正方形则是指电感器的一边的长度，若为长方形则是指电感器的短边的长度。根据本实施方式，即使天线间隔为天线的配置区域的大小的1.5倍左右，也能够以90％以上的无线传输效率来传输能量。此外，能够使非接触传输部105的输出阻抗相对于输入阻抗而增大到7832倍以上。

本实施方式中的第1电感器107a及第2电感器109a分别具有匝数为N1、N2的螺旋结构(N1＞1、N2＞1)，但也可以具有匝数为1的环形结构。这些电感器107a、109a无需由一层导电体图案构成，也可以具有串联连接了被层叠的多个导电体图案的结构。

第1电感器107a、第2电感器109a最好能由具有良好导电率的铜或银等导电体形成。RF能量的高频电流会集中流过导电体的表面，因此为 了提高发电效率，也可以由高导电率材料覆盖导电体的表面。若由在导电体的剖面中央具有空洞的构成来形成电感器107a、109a，则能够实现轻量化。进而，若采用利兹线等并联布线结构来形成电感器107a、109a，则能够降低每单位长度的导体损耗，因此能够提高串联谐振电路及并联谐振电路的Q值，能够以更高的效率进行电力传输。

为了抑制制造成本，可利用墨水印刷技术统一形成布线。虽然可以在第1电感器107a和/或第2电感器109a的周边配置磁性体，但是并不优选将第1电感器107a与第2电感器109a之间的耦合系数设定为极端高的值。因此，更优选使用能够将电感器107a、109a之间的耦合系数设定为适当值的具有空芯螺旋结构的电感器。

第1、第2电容元件107b、109b例如可利用具有芯片形状、导线形状的所有类型的电容器。也可以将相隔了空气的2根布线之间的电容用作第1、第2电容元件107b、109b。在由MIM电容器构成第1、第2电容元件107b、109b的情况下，可以使用公知的半导体工艺或多层基板工艺来形成低损耗的电容电路。

接着，参照图10，说明通过本实施方式的发电系统得到的升压效果。

在此，假设送电侧的送电天线107与受电侧的受电天线109以耦合系数k进行耦合。通过测量在使以同一频率f0谐振的2个谐振器(天线107、109)相靠近时所分离的2个谐振频率fL、fH，从而由以下的式导出耦合系数k。

(式2)k＝(fH²-fL²)/(fH²+fL²)

另外，振荡器103的频率f0优选设定在谐振频率fL、fH附近。更详细而言，当将谐振频率fL、fH下的耦合谐振器对的Q值分别设为QL、QH时，优选按照满足以下的式3的方式来设定f0。

(式3)fL-fL/QL≤f0≤fH+fH/QH

此外，在电感为L1的第1电感器107a与电感为L2的第2电感器109a之间产生的互感M、和耦合系数k之间，成立以下的关系。

(式4)M＝k×(L1×L2)^0.5

在受电天线109的并联型谐振电路中，若将流过第2电感器109a的高频电流设为IL2、流过第2电容元件109b的高频电流设为IC2，则沿着 图10所示的朝向流动的输出高频电流I2可由以下的式表示。

(式5)I2＝-IL2-IC2

此外，若将流过第1电感器107a的高频电流设为IL1，则利用流过第2电感器109a的高频电流IL2、流过第2电容元件109b的高频电流IC2、第2电感器109a的电感L2、第2电感器109a的寄生电阻R2、第1电感器107a的电感L1、第2电容元件109b的电容C2，导出以下的式。

(式6)(R2+jωL2)×IL2+jωM×IL1＝IC2/(jωC2)

由于在受电天线109中谐振条件成立，因此以下的(式7)成立。

(式7)ωL2＝1/(ωC2)

根据上述的(式5)～(式7)，以下的式成立。

(式8)R2×IL2+jωM×IL1＝jωL2×I2

对(式8)进行变形后得到以下的式。

(式9)I2＝k×(L1/L2)^0.5×IL1-j(R2/ωL2)×IL2

另一方面，评价送电天线107的谐振器的低损耗性的指标Q值可由(式10)的式表示。

(式10)Q2＝ωL2/R2

在此，当谐振器的Q值非常高时，忽略(式6)的右边第2项的近似关系成立。由此，最终通过以下的(式11)，导出由受电天线109产生的高频电流(输出电流)I2的大小。

(式11)I2＝k×(L1/L2)^0.5×IL1

在此，高频电流I2依赖于输入到送电侧的谐振器(送电天线107)的高频电流I1(＝流过第1电感器107a的高频电流IL1)、谐振器(天线)之间的耦合系数k、第1及第2电感L1、L2。

根据上述的(式11)，可由如下的(式12)表示本实施方式的发电系统的升流比Ir。

(式12)Ir＝|I2/I1|/Voc＝k/Voc×(L1/L2)^0.5

此外，升压比Vr及阻抗变换比Zr分别由(式13)及(式14)表示。

(式13)Vr＝(Voc/k)×(L2/L1)^0.5

(式14)Zr＝(Voc/k)²×(L2/L1)

根据(式13)可知，若使(L2/L1)＞(k/Voc)²的条件成立，则能 够使升压比Vr大于1。此外，还可以获知：越减小耦合系数k，越能够使升压比Vr上升。在现有技术的基于电磁感应的能量传输中，耦合系数k的降低会连带地影响传输效率的大幅劣化。但是，在本实施方式的谐振磁场耦合方式中，即使降低耦合系数k，也不至于导致传输效率大幅降低。尤其是，若将构成送电天线107及受电天线109各自的谐振器的Q值设定为较高的值，则能够增大升压比Vr的同时实现高效率的非接触传输。虽然也依赖于系统所请求的天线间电力传输的传输效率、及k的值，但是构成送电天线107及受电天线109各自的谐振器的Q值优选设定为100以上，更优选设定为200以上，进一步优选设定为500以上，最优选设定为1000以上。想要实现高的Q值，如上述那样采用利兹线是有效的。

为了回避太阳能发电系统中的局部阴影的影响，较之串联连接多个太阳能发电部的构成，更优选采用并联连接多个太阳能发电部的构成。想要通过并联连接2个太阳能发电部来获得与串联连接2个太阳能发电部时等同的电压特性，需要将各太阳能发电部的输出电压升压至2倍。

根据(式12)可知，升压比Vr等于2是满足(L2/L1)≥4×(k/Voc)²的关系之时。在本实施方式中，由于满足了(L2/L1)≥4×(k/Voc)²的关系，因此能够实现2以上的升压比Vr。

若(L2/L1)≥100×(k/Voc)²的关系成立，则能够实现10倍以上的升压比Vr。若(L2/L1)≥10000×(k/Voc)²的关系成立，则能够实现100倍以上的升压比Vr。

在本实施方式的非接触传输部中，可以按照实现这种高的升压比Vr的方式来设定k、Voc、L2、L1的大小。

以下，与现有技术中的非接触电力传输装置进行比较的同时说明本实施方式的太阳能发电系统的效果。

在专利文献3所公开的非接触电力传输装置中，在2个谐振磁场耦合器之间传输能量，但是由于该非接触电力传输装置在2个谐振器中采用了同一谐振方式，因此在传输时没有发现升压效果。通过本实施方式的非接触电力传输装置得到的输出电压的上升效果是在送电天线侧采用串联谐振磁场耦合结构且在受电天线侧采用并联谐振磁场耦合结构、并在这些不同的谐振结构之间进行能量传输时所产生的新的效果。

另外，串联谐振电路或并联谐振电路也可以在以RF标签为代表的现有技术中的无线通信系统中使用。但是，在无线通信系统的高频块的特性试验中所使用的测量器的测量端子的终端阻抗和高频电缆的特性阻抗基本上被设定为50Ω。因此，一般在与无线通信系统的天线的连接点上，无论是在发送设备内还是在接收设备内都使阻抗与50Ω匹配后连接电路块之间。

另一方面，本实施方式中的无线传输部的输入输出阻抗变换比Zr在后述的实施例中也设定成：超过100或者根据条件超过20000这样表示极高的值。这种高的输入输出阻抗变换比Zr在现有技术的通信系统中处于考虑对象之外。此外，对于不与送电天线和受电天线的匝数比成比例的非线性升压效果而言，忽略(式6)的右边第2项的近似关系的成立是必不可少的，且高的Q值的谐振结构的耦合也是必不可少的，但是在通信装置内印刷基板的电感器电路的低的Q值时，上述假设不成立。

此外，在本实施方式中，将2个谐振器(天线)之间的距离设定得较大，将耦合系数k设定得越低，越能够得到更高的升压比Vr，但这是从公知的通信系统所采用的无线传输部的结构及功能中不容易想到的效果。

另外，在利用于电源电路等的变压器中，2个电感器相靠近，且起到一种非接触电力传输装置的作用。但是，在这些电感器之间，不会产生谐振磁场耦合型的耦合。另外，在变压器中，通过将第2电感器的匝数N2相对于第1电感器的匝数N1的比率设定得较大，从而也能够实现升压效果。但是，若想要由通过变压器升压电路实现例如10以上的升压比，则需要使匝数N2增加至匝数N1的10倍以上。匝数N2的大幅增加会使第2电感器中的寄生电阻成分R2按比例上升，因此会导致传输效率降低。关于这一点，在本实施方式中，即使将匝数N1和匝数N2设定为相同的值，也能够获得高的Vr。

此外，在现有的电磁感应技术中，也有为了提高功率因素而导入谐振电路的例子。但是，现有技术公开的范围限于用于实现升压比线性地依赖匝数比的理想变压器特性的技术。此外，在其他现有技术中，为了实现升压，需要向谐振电路系统导入电感器等追加电路。另一方面，本申请的升压效果是无需向谐振电路系统追加电路构成，相对于线圈比而言可发现非 线性的效果，因此是从公知的谐振型电磁感应技术中不容易想到的效果。

此外，对于本申请的不与送电天线和受电天线的匝数比成比例的非线性升压效果而言，忽略(式6)的右边第2项的近似关系的成立是必不可少的。因此，高的Q值的谐振结构的耦合是必不可少的，但是在采用现有的电力电子设备中所使用的铁芯的线圈结构的低的Q值时，上述假设不成立。

此外，在本实施方式中，通过故意错开2个谐振器(天线)之间的配置、或者故意使2个谐振器(天线)的尺寸不对称，从而将耦合系数k设定得越低，越能够得到更高的升压比Vr。这是从公知的电力电子技术领域中所使用的电路结构及功能中不容易想到的效果。

在本实施方式中，无需将第1电感器107a的电感L1和第2电感器109a的电感L2设定得相等。例如，通过将电感L2设定成大于电感L1，从而能够进一步提高升压比Vr。想要提高L2，优选将第2电感器109a的匝数N2设定成比第1电感器107a的匝数N1大的值。若N2/N1大于1，则较之使用公知的变压器升压电路进行升压的情况，能够以更低的损耗实现高的升压比。为了将电感L2设定成大于电感L1，也可以代替将N2/N1设定成大于1、或者在将N2/N1保持设定为1的情况下，将受电天线109的形成区域放大成大于送电天线105的形成区域。本申请中设定较低的耦合系数k的条件带来升压比的非线性增大这样有利的效果，但同样会带来传输效率的降低，故优选在不会导致受电天线的Q值降低的范围内设定较高的L2。

(实施方式2并行合成后统一整流)

接着，参照图21，说明本发明的太阳能发电系统的第2实施方式。图21是表示本实施方式的太阳能发电系统的基本框图的图。在图21中，对于与第1实施方式的构成要素对应的构成要素附加同一参考符号，并省略其详细的说明。

本实施方式的太阳能发电系统不同于第1实施方式中的太阳能发电系统的第1点在于，在并行合成多个受电天线109的输出电力的并行合成点163与负载133之间插入了整流电路115。通过本实施方式的太阳能发电系统，也能够得到与第1实施方式中的太阳能发电系统的效果同样的效 果，进而作为输出能够得到直流电力。

图21的太阳能发电系统包括被并联连接的多个发电系统要素131a、131b、……、131n。

各发电系统要素131a～131n具备被串联连接的发电模块主体101、振荡器103、送电天线107、受电天线109。

由发电模块主体101生成的直流能量被振荡器103高效地变换为RF能量。在送电侧的送电天线107与受电侧的受电天线109之间以非接触方式传送该RF能量。从各发电系统要素131a～131n输出的RF能量(电力)通过并联连接方式被合成之后，被整流电路115变换为直流能量，之后提供给负载133。

根据本实施方式，从发电系统要素131a～131n的每一个得到的输出电压，较之每一个模块的输出电压而显著地增大。因此，即使并联连接发电系统要素131a～131n，也能够实现更接近于负载133所请求的电压值的值。

由于并联连接了发电系统要素131a～131n，因此即使在发电系统要素131a～131n的一部分特性发生劣化的情况、或在相对于发电系统要素131a～131n的太阳光的照射条件产生差异的情况下，也能够得到比现有技术中的发电系统更稳定的特性。

为了抑制电路块之间的RF能量的多重反射来改善综合发电效率，在整流电路115的输出端子与未图示的直流负载或直流负载系统连接的状态下，优选设置为从振荡器103输出的RF能量的输出阻抗Zoc大致等于送电天线107的输入阻抗Zin。此外，同样地，在振荡器103与送电天线107连接的状态下，优选设定为整流电路115的输出阻抗Zrout大致等于所连接的未图示的直流负载或直流负载系统的电阻值R。

整流电路115具有以各种方式进行整流的电路，可利用两波整流或电桥整流电路。图22(a)是半波倍电压整流电路的电路图，图22(b)是两波倍电压整流电路的电路图。另外，也有能够实现3倍以上的升压比的高倍压整流电路方式。这些整流电路都能够应用于本实施方式。

若使用图22例示的倍电压整流电路，则能够输出升压至输入到整流电路115中的RF电压的2倍的直流电压。若使用这种整流电路115，则 除了非接触传输部105中的升压效果外，还能够实现进一步的升压效果。

另外，整流电路并不限于具有如上述那样二极管等被动元件的电路。例如，也可以如同步整流电路那样，采用通过外部时钟对FET的栅极进行导通/截止控制来进行整流的电路。

在本实施方式中，分别利用整流电路115中的升压比Vrr，将关于实施方式1而导出的升压比Vr及阻抗变换比Zr改写成以下的(式15)(式16)。

(式15)Vr＝(Voc×Vrr/k)×(L2/L1)^0.5

(式16)Zr＝(Voc×Vrr/k)²×(L2/L1)

在本实施方式中，根据上述的(式15)可知，在满足(L2/L1)＞(k/(Voc×Vrr))²的关系的情况下，能够将升压比设定成大于1。

为了将升压比Vr设为2以上，需要满足(L2/L1)≥4×(k/(Voc×Vrr))²的关系。若(L2/L1)≥100×(k/(Voc×Vrr))²的关系成立，则能够实现10倍以上的升压比Vr。若(L2/L1)≥10000×(k/(Voc×Vrr))²的关系成立，则能够实现100倍以上的升压比Vr。

根据本实施方式的太阳能发电系统，能够实现直流供电系统。在将输出Vc[V]的模块作为电源来构成Vo[V]的直流供电系统从而采用本实施方式的太阳能发电系统的情况下，通过满足(L2/L1)＝(Vo/Vc)²×(k/(Voc×Vrr))²的关系，从而能够实现从Vc[V]到Vo[V]的升压。例如Vc＝300、Vo＝30时，只要满足(L2/L1)＝100×(k/(Voc×Vrr))²即可，Vc＝400、Vo＝30时，只要满足(L2/L1)＝178×(k/(Voc×Vrr))²即可，Vo＝24、Vc＝0.5时，只要满足(L2/L1)＝2304×(k/(Voc×Vrr))²的关系即可。因此，在将本实施方式应用于直流供电系统的情况下，优选满足(L2/L1)≥100×(k/(Voc×Vrr))²的关系。此外，优选满足(L2/L1)≥178×(k/(Voc×Vrr))²的关系。优选满足(L2/L1)≥2304×(k/(Voc×Vrr))²的关系。

整流电路115的输入端子优选与实施方式1中的多输入电缆143的输出端子147连接。此外，为了进一步降低铺设成本，优选采用使整流电路115固定到固定部件141上从而一体化的构成。此外，整流电路115也可被保存在实施方式1中的保护部件117中。

(实施方式3单独整流后并行合成DC能量：图23、图24)

接着，参照图23、图24，说明本发明的太阳能发电系统的第3实施方式。图23是表示本实施方式的太阳能发电系统的基本框图的图，图24是本实施方式的太阳能发电系统的示意图。在图23、图24中，对于与第1实施方式的构成要素对应的构成要素附加同一参考符号，并省略其详细的说明。

本实施方式的太阳能发电系统与第1实施方式中的太阳能发电系统不同点在于，在受电天线109的输出部串联连接了整流电路115。此外，与第2实施方式中的太阳能发电系统不同点在于，在比并行合成连接点163更靠受电天线输出侧插入了整流电路115。

图23的太阳能发电系统包括被并联连接的多个发电系统要素131a、131b、……、131n。各发电系统要素131a～131n具备被串联连接的发电模块主体101、振荡器103、送电天线107、受电天线109及整流电路115。

由发电模块主体101生成的直流能量被振荡器103高效地变换为RF能量。该RF能量在送电侧的送电天线107与受电侧的受电天线109之间以非接触方式被传送之后，被整流电路115变换为直流能量。从各发电系统要素131a～131n输出的直流能量(电力)通过并联连接方式被合成之后，提供给负载133。

根据本实施方式，从发电系统要素131a～131n的每一个要素得到的输出电压，较之每一个模块的输出电压而显著地增大。因此，即使并联连接发电系统要素131a～131n，也能够实现更接近于负载133所请求的电压值的值。

由于并联连接了发电系统要素131a～131n，因此即使在发电系统要素131a～131n的一部分特性发生劣化的情况、或在相对于发电系统要素131a～131n的太阳光的照射条件产生差异的情况下，也能够得到比现有技术中的发电系统更稳定的特性。

通过本实施方式的太阳能发电系统，也能够获得与第2实施方式中的太阳能发电系统的效果同样的效果。而且，不同于第2实施方式，由于能够降低整流电路115所处理的电力，因此能够使用耐电力性低且廉价的半导体构成系统。

为了抑制电路块之间的RF能量的多重反射来改善综合发电效率，在整流电路115的输出端子与未图示的直流负载或直流负载系统连接的状态下，优选设置为从振荡器103输出的RF能量的输出阻抗Zoc大致等于送电天线107的输入阻抗Zin。此外，同样地，在振荡器103与送电天线107连接的状态下，优选设定为整流电路115的输出阻抗Zrout大致等于所连接的未图示的直流负载或直流供电系统的电阻值R。

在本实施方式中，根据上述的(式15)也可知，在满足(L2/L1)>(k/(Voc×Vrr))²的关系的情况下，能够将升压比设定成大于1。

为了将升压比Vr设为2以上，需要满足(L2/L1)≥4×(k/(Voc×Vrr))²的关系。若(L2/L1)≥100×(k/(Voc×Vrr))²的关系成立，则能够实现10倍以上的升压比Vr。若(L2/L1)≥10000×(k/(Voc×Vrr))²的关系成立，则能够实现100倍以上的升压比Vr。

根据本实施方式的太阳能发电系统，能够实现直流供电系统。在将输出Vc[V]的模块作为电源来构成Vo[V]的直流供电系统从而采用本实施方式的太阳能发电系统的情况下，通过满足(L2/L1)＝(Vo/Vc)²×(k/(Voc×Vrr))²的关系，从而能够实现从Vc[V]到Vo[V]的升压。例如Vc＝30、Vo＝300时，只要满足(L2/L1)＝100×(k/(Voc×Vrr))²即可，Vc＝30、Vo＝400时，只要满足(L2/L1)＝178×(k/(Voc×Vrr))²即可，Vo＝24、Vc＝0.5时，只要满足(L2/L1)＝2304×(k/(Voc×Vrr))²的关系即可。因此，在将本实施方式应用于直流供电系统的情况下，优选满足(L2/L1)≥100×(k/(Voc×Vrr))²的关系。此外，优选满足(L2/L1)≥178×(k/(Voc×Vrr))²的关系。优选满足(L2/L1)≥2304×(k/(Voc×Vrr))²的关系。

为了进一步降低系统导入成本，优选采用使整流电路115固定到固定部件141上从而一体化的构成。此外，整流电路115也可被保存在实施方式1中的保护部件117中。

(实施方式4)(并行合成后统一变换成交流)

接着，参照图25，说明本发明的太阳能发电系统的第4实施方式。图25是表示本实施方式的太阳能发电系统的基本框图的图。在图25中，对于与第1～第3实施方式的构成要素对应的构成要素附加同一参考符 号，并省略其详细的说明。

本实施方式的太阳能发电系统不同于第1实施方式及第2实施方式中的太阳能发电系统的第1点在于，在并行合成多个受电天线109的输出电力的并行合成点163与负载133之间插入了频率变换电路(RF/AC变换电路)161。通过本实施方式的太阳能发电系统，也能够获得与第1实施方式中的太阳能发电系统的效果同样的效果，进而作为系统输出能够得到交流电力。

图25的太阳能发电系统包括被并联连接的多个发电系统要素131a、131b、……、131n。各发电系统要素131a～131n具备被串联连接的发电模块主体101、振荡器103、送电天线107、受电天线109。

由发电模块主体101生成的直流能量被振荡器103高效地变换为RF能量。该RF能量在送电侧的送电天线107与受电侧的受电天线109之间以非接触方式被传送。从各发电系统要素131a～131n输出的RF能量(电力)通过并联连接方式被合成之后，被频率变换电路161变换为交流能量，之后提供给负载133。负载133也可以是通过交流输入而工作的电子设备或者电力电网。

根据本实施方式，从发电系统要素131a～131n的每一个要素得到的输出电压，较之每一个模块的输出电压而显著地增大。因此，即使并联连接发电系统要素131a～131n，也能够实现更接近于负载133所请求的电压值的值。

由于并联连接了发电系统要素131a～131n，因此即使在发电系统要素131a～131n的一部分特性发生劣化的情况、或在相对于发电系统要素131a～131n的太阳光的照射条件产生差异的情况下，也能够获得比现有技术中的发电系统更稳定的特性。

为了抑制电路块之间的RF能量的多重反射来改善综合发电效率，在频率变换部161的输出端子与交流负载连接的状态下，优选设置为从振荡器103输出的RF能量的输出阻抗Zoc大致等于送电天线107的输入阻抗Zin。此外，同样地，在振荡器103与送电天线107连接的状态下，优选设定为频率变换部161的输出阻抗Zrout大致等于所连接的交流负载。

频率变换部161是将从无线传输部105输出的RF能量变换为例如电 网的交流频率fp及电压(V0±Vf)的电路。交流频率fp比RF能量的频率(例如3MHz)低很多，例如是50或60Hz。在此，电压V0是电网电压的中心值，Vf是容许从V0偏离的偏离幅度。“V0±Vf”表示从“V0-Vf”到“V0+Vf”的范围。

为了从RF的能量变换为频率fp的交流能量，例如具有在初始阶段暂时从RF变换(整流)为直流能量，在后级阶段将直流能量变换为频率fp的能量的方法。例如，如第2实施方式所示那样的两波整流或电桥整流电路可用作前级电路。若使用图22例示的倍电压整流电路，则能够输出升压至输入到整流电路115的RF电压的2倍的直流电压。若使用这种整流电路115，则除了非接触传输部105中的升压效果之外，还能够实现进一步的升压效果。另外，整流电路并不限于如上述那样的具有二极管等被动元件的电路，可以采用如同步整流电路那样通过外部时钟对FET的栅极进行导通/截止控制来进行整流的电路。另一方面，在整流电路的后级，作为将直流能量变换为频率fp的交流能量的电路，例如能够利用逆变器。图26A是单相输出的逆变器的电路图，图26B是三相输出的逆变器的电路图。此外，图26C是V接点逆变器的电路图。若使用图26A至图26C例示的逆变器，则可针对在频率变换部161的初级被整流的直流能量而与“电网”的频率fp、电压V0±Vf、及相数一致地进行变换，并输出。此外，也可以在后级进行DC-AC变换之后使其通过交流滤波器。通过使用这种滤波器，能够去除对向电网的潮流存在规定的无用高次谐波成分。而且，也可以通过在逆变器电路的前级设置图27例示的升压斩波电路，从而预先提高直流能量的电压之后，利用逆变器电路变换为交流能量。

频率变换部161的上述的例子具备从RF变换为直流的整流电路、和从直流变换为交流的逆变器，但是在本实施方式中可使用的频率变换部161的构成并不限于这种构成。使用图28例示的间接方式的矩阵转换器(间接矩阵转换器)也能够进行与上述同样的变换。矩阵转换器的详细结构例如在非专利文献1中已公开。在本申请中援引非专利文献1的全部公开内容(incorporated by reference)。

另外，频率变换部161也可以是从RF能量直接变换为交流能量的电 路。若使用图29例示的直接方式的矩阵转换器，则能够将从无线传输部输出的RF能量直接变换为电网的频率fp、电压V0±Vf、及相数。此外，也可以通过在矩阵转换器的前级设置RF滤波器，从而去除对于向交流频率fp的变换而言没有用处的无用频带能量成分等。

根据本实施方式的太阳能发电系统，能够实现对电网系统的售电。在将输出Vc[V]的模块作为电源来构成本实施方式的太阳能发电系统并连接到Vo[V]的电网系统的情况下，通过满足(L2/L1)＝(Vo/Vc)²×(k/(Voc×Vrr))²的关系，从而能够实现从Vc[V]到Vo[V]的升压。例如Vc＝30、Vo＝200时，只要满足(L2/L1)＝44×(k/(Voc×Vrr))²即可，Vc＝60、Vo＝200时，只要满足(L2/L1)＝11×(k/(Voc×Vrr))²即可，Vo＝100、Vc＝0.5时，只要满足(L2/L1)＝40000×(k/(Voc×Vrr))²的关系即可。因此，在将本实施方式应用于直流供电系统的情况下，优选满足(L2/L1)≥11×(k/(Voc×Vrr))²的关系。此外，优选满足(L2/L1)≥44×(k/(Voc×Vrr))²的关系。此外，优选满足(L2/L1)≥100×(k/(Voc×Vrr))²的关系。此外，优选满足(L2/L1)≥10000×(k/(Voc×Vrr))²的关系。此外，优选满足(L2/L1)≥40000×(k/(Voc×Vrr))²的关系。

此外，电网系统的电压在V0-Vf[V]≤Vo[V]≤V0+Vf[V]的条件范围内被容许的情况下，优选满足

(式17)((V0-Vf)/Vc)²×(k/(Voc×Vrr))²≤(L2/L1)≤((V0+Vf)/Vc)²×(k/(Voc×Vrr))²。

优选频率变换电路161的输入端子与实施方式1中的多输入电缆143的输出端子147连接。此外，为了进一步降低铺设成本，优选采用将频率变换电路161固定在固定部件141上从而一体化的构成。此外，频率变换电路161也可被保存在实施方式1中的保护部件117。

负载133是例如通过交流输入而工作的一般的电气设备。例如，为了与负载133的阻抗匹配，也可以在本实施方式中的太阳能发电系统的一部分串联连接发电模块主体101。

(实施方式5)

接着，参照图30，说明本发明的太阳能发电系统的第5实施方式。图30是表示本实施方式的太阳能发电系统的基本框图的图，图31是本实 施方式的太阳能发电系统的示意图。在图30、31中，对于与第1～第4实施方式的构成要素对应的构成要素附加同一参考符号，并省略其详细说明。

本实施方式的太阳能发电系统与第1实施方式中的太阳能发电系统不同点在于，受电天线109的输出部串联连接了频率变换电路161。此外，与第3实施方式中的太阳能发电系统不同点在于，比并行合成连接点163更靠近受电天线输出侧插入的电路不是整流电路115，而被变更为频率变换电路161。此外，与第四实施方式中的太阳能发电系统不同点在于，插入频率变换电路161的点比并行合成连接点163更靠近受电天线输出侧。

图30的太阳能发电系统包括被并联连接的多个发电系统要素131a、131b、……、131n。各发电系统要素131a～131n具备被串联连接的发电模块主体101、振荡器103、送电天线107、受电天线109、及频率变换电路161。

由发电模块主体101生成的直流能量被振荡器103高效地变换为RF能量。该RF能量在送电侧的送电天线107与受电侧的受电天线109之间以非接触方式被传送之后，被频率变换电路161变换为交流能量。从各发电系统要素131a～131n输出的交流能量(电力)通过并联连接方式被合成之后，提供给负载或者电网165。

根据本实施方式，从发电系统要素131a～131n的每一个要素得到的输出电压，较之每一个模块的输出电压而显著地增大。因此，即使并联连接发电系统要素131a～131n，也能够实现更接近于负载或者电网165所请求的电压值的值。

由于并联连接了发电系统要素131a～131n，因此即使在发电系统要素131a～131n的一部分特性发生劣化的情况、或在相对于发电系统要素131a～131n的太阳光的照射条件产生差异的情况下，也能够获得比现有技术中的太阳能发电系统更稳定的特性。

通过本实施方式的太阳能发电系统，也能够获得与第4实施方式中的太阳能发电系统的效果同样的效果。而且，不同于第4实施方式，由于能够降低各个频率变换电路161所处理的电力，因此能够利用耐电力低且廉价的半导体来构成系统。

为了抑制电路块之间的RF能量的多重反射来改善综合发电效率，在频率变换电路161的输出端子与交流负载或电网系统连接的状态下，优选设置为从振荡器103输出的RF能量的输出阻抗Zoc大致等于送电天线107的输入阻抗Zin。此外，同样地，在振荡器103与送电天线107连接的状态下，优选设定为频率变换电路161的输出阻抗Zrout大致等于所连接的交流负载或电网系统的电阻值R。

在本实施方式中，根据上述的(式15)也可知，在满足(L2/L1)>(k/(Voc×Vtr))²的关系的情况下，能够将升压比设成大于1。

为了将升压比Vr设为2以上，需要满足(L2/L1)≥4×(k/(Voc×Vtr))²的关系。若(L2/L1)≥100×(k/(Voc×Vtr))²的关系成立，则能够实现10倍以上的升压比Vr。若(L2/L1)≥10000×(k/(Voc×Vtr))²的关系成立，则能够实现100倍以上的升压比Vr。

根据本实施方式的太阳能发电系统，能够实现对电网系统的售电。在将输出Vc[V]的模块作为电源来构成本实施方式的太阳能发电系统并连接到Vo[V]的电网系统的情况下，通过满足(L2/L1)＝(Vo/Vc)²×(k/(Voc×Vrr))²的关系，从而能够实现Vc[V]到Vo[V]的升压。例如，Vc＝30、Vo＝200时，只要满足(L2/L1)＝44×(k/(Voc×Vrr))²即可，Vc＝60、Vo＝200时，只要满足(L2/L1)＝11×(k/(Voc×Vrr))²即可，Vo＝100、Vc＝0.5时，只要满足(L2/L1)＝40000×(k/(Voc×Vrr))²的关系即可。因此，在将本实施方式应用于直流供电系统的情况下，优选满足(L2/L1)≥11×(k/(Voc×Vrr))²的关系。此外，优选满足(L2/L1)≥44×(k/(Voc×Vrr))²的关系。此外，优选满足(L2/L1)≥100×(k/(Voc×Vrr))²的关系。此外，优选满足(L2/L1)≥10000×(k/(Voc×Vrr))²的关系。此外，优选满足(L2/L1)≥40000×(k/(Voc×Vrr))²的关系。

此外，电网系统的电压在V1[V]≤Vo[V]≤V2[V]的条件范围内被容许的情况下，优选满足

(式18)(V1/Vc)²×(k/(Voc×Vrr))²≤(L2/L1)≤(V2/Vc)²×(k/(Voc×Vrr))²。

为了进一步降低系统导入成本，优选采用将频率变换电路161固定到固定部件141上从而一体化的构成。此外，频率变换电路161也可被保存 在实施方式1中的保护部件117。

(实施方式6)

接着，参照图32，说明本发明的太阳能发电系统的铺设方法的第6实施方式。图32是本实施方式1～5的太阳能发电系统的铺设方法的流程图。

在本实施方式的铺设方法中，全部工序被分为A～D这4个工序，若进一步细分的话则细分为8个工序。

上述的4个工序是：(A)模块侧准备工序、(B)固定部件侧准备工序、(C)固定部件设置工序、(D)模块设置工序。在本实施方式的铺设方法中，通过在设置工事之前进行工序(A)、(B)等准备工序的大部分、优选是全部，从而能够更简化包括高处在内的模块设置场所中的作业工序。

(A)模块准备工序包括：(1)模块输出端子与振荡器的输入端子的布线连接工序、(2)振荡器的输出端子与送电天线输入端子的布线连接工序、(3)向模块固定振荡器和送电天线的的固定工序、这3个工序。(A)工序内的3个工序的作业顺序可变更。

(B)固定部件准备工序包括：(4)向第2固定部件固定电缆的固定工序、(5)受电天线的输出端子和电缆输入端子的布线连接工序、(6)向第2固定部件固定受电天线的固定工序、这3个工序。(B)工序内的3个工序的作业顺序也可变更。

目前为止的6个工序可以不是在模块设置现场完成，而是在准备阶段预先完成。另外，也可以切换(A)工序和(B)工序这两个工序的作业顺序。

后续的(C)工序和(D)工序是在模块设置现场的作业工序。在(C)固定部件设置工序中，进行(7)向设置面固定第2固定部件的固定工序。在(D)模块设置工序中，通过进行(8)向第1固定部件固定模块的固定工序，从而同时在送电天线和受电天线之间以机械的非接触方式连接高效率的电力传输路径。

图33表示铺设方法的现有例的流程图。如图33所示，在现有的铺设方法中的(D)工序中，在最后追加了模块之间的布线连接工序这样的很 难在高处进行的作业工序。为使系统发电量最大化而在相邻模块之间越是无间隙地配置模块群，越难以进行连接模块的背面的输出端子、和相邻模块的背面侧的输入端子的工序。此外，工序数实际上需要例如与串联连接的模块数相同程度的布线连接工序数。

在本发明的实施方式的铺设方法中，由于能够排除模块之间的布线连接工序，因此可有效降低太阳能发电系统的铺设成本。另外，在图32的流程图中，与第1实施方式的太阳能发电系统的例子相匹配地，将固定部件侧的部件要素仅设置成了固定部件、电缆和受电天线，但是也可以在上述要素中追加整流器或频率变换部，并在(B)固定部件准备工序中追加与追加要素之间的布线连接工序。

(实施方式7)

接着，参照图34，说明本发明的太阳能发电模块的第7实施方式。图34表示通过本实施方式6的铺设方法所铺设的、在本实施方式1～5的太阳能发电系统中可利用的太阳能发电模块的一例。

本实施方式的太阳能发电模块具备：具有生成直流能量的发电元件的发电模块主体101、和安装到发电模块主体101中的送电部200。送电部200具有：将直流能量变换为频率f0的RF能量的振荡器103、和从振荡器103接收RF能量的输入后作为谐振磁场向空间送出的送电天线107。送电天线107是串联连接了第1电感器及第1电容元件的串联谐振电路。

通过使发电模块101和送电部200一体化，从而例如能够共同扩大本实施方式1～5的太阳能发电系统中的送电天线107及受电天线109应满足的谐振频率。根据(式12)可知，例如有时将送电天线107与受电天线109之间的耦合系数k设定得低于在预先假设的系统中假定的耦合系数k。此时，若将送电天线107的谐振频率设定成等于受电天线109的谐振频率，则能够伴随假设的系统以上的升压比以非接触方式传输在送电天线107中产生的谐振磁场能量。

此外，若预先使发电模块101和送电部200一体化，则在进行铺设作业时，只要固定发电模块，就能够容易在少量偏差的范围内设定收发天线间距离。

通过本实施方式的太阳能发电模块的导入，能够解决以非接触传输方 式降低铺设成本，通过升压传输方式改善模块电压的低电压特性，相对于局部阴影或部分故障而维持输出能量这样的、现有的太阳能发电系统所具有的问题。

(实施方式8)

接着，参照图35，说明可最适应用于本发明的太阳能发电系统中的模块固定装置的结构例。图35是表示通过实施方式6的铺设方法所铺设的、模块固定装置的结构例的立体图。该模块固定装置包括固定部件141和电缆143，已经固定了受电天线109。在受电天线109的后级可连接整流器或频率变换部。固定部件141也可与机械地固定模块的其他固定部件一体化。此时，模块固定装置具备：在被固定物上固定多个发电模块的第1固定部件、和在被固定物上固定多个受电天线的第2固定部件。

在图35所示的固定部件141上安装有2个受电天线109，但是实际上也可以安装更多的受电天线109。固定部件141的形状无需是向一个方向延伸的长条状，也可以组合图35所示的形态的固定部件141而形成格子状的结构。

在使用这种构成的模块固定装置的情况下，例如只要在模块固定装置上安装实施方式7的太阳能发电模块，就能够在多个模块之间使送电天线与受电天线之间的配置关系、收发天线距离大致恒定。这有利于简化铺设作业并降低其成本。此外，即便以模块为单位来更换太阳能发电模块，在更换前后也容易正确地维持送电天线与受电天线之间的配置关系、收发天线距离。其结果，能够降低模块之间的特性偏差。

如以上说明，通过本实施方式的太阳能发电系统的导入，能够以非接触传输方式降低铺设成本。此外，能够通过升压传输方式改善太阳能发电模块的低电压特性，相对于局部阴影或部分故障而维持输出能量。

实施例

(实施例1)

以下，说明本发明的实施例1。

首先，串联连接受光面侧的形状是一边为12cm的正方形的36个单晶硅系太阳能发电元件(电池单体)，制作了输出电压为18V、输出电流为4A、输出阻抗为4.5Ω的太阳能发电模块。在75cm的发电电池单体配 置区域的周边，为了起到与第1固定部件之间的固定作用，追加了宽度为12.5cm的铝部，因此成为模块占有面积是100cm的四方模块。在模块的输出端子上经由DC电缆而连接了输出频率为1MHz、输出阻抗Zoc为5Ω的振荡器。通过F级放大器所实现的振荡器的效率是97.8％。实施例1中的振荡器的升压比Zoc是1.05。

送电天线及受电天线设计成其谐振频率是等于振荡器的输出频率的1MHz。送电天线是通过串联连接电感为6.0μH的第1电感器和电容为2500pF的第1电容元件而制作的。受电天线是通过并联连接电感为6.0μH的第2电感器和电容为2500pF的第2电容元件而制作的。第1及第2电感器都是通过将直径为75μm的铜布线以120根为单位彼此绝缘地并联配置而构成的利兹线来实现的。2个电感器的外形都是一边为20cm的正方形，匝数设定为14。对于送电天线而言，按照最终外形成为30cm×30cm×厚度3cm的长方体的方式，利用介电常数为3的ABS树脂浇铸了电感器电路周边。此外，送电天线与振荡器一起被机械地固定到模块背面。按照与模块端面的铝部件相接的方式设定了固定位置。此时，配置在电感器电路周边的浇铸树脂其浇铸树脂宽度被设定为5cm，使得按照避免与由非磁性导体构成的模块端面之间的极端靠近的方式工作。该状态下的送电天线(谐振器)的无负载Q值是1680。在振荡器的输出端子上连接送电天线的RF输入端子，完成了模块准备工序。另外，在本实施例中准备了3个模块。

此外，对于受电天线而言，也按照最终外形成为32cm×32cm×厚度4cm的长方体的方式，利用介电常数为3的ABS树脂浇铸电感器电路周边。受电天线机械地固定到长度为2m、厚度为1cm的不锈钢制的第2固定部件上。在第2固定部件中，在固定受电天线的区域内形成了贯通孔。贯通孔是一边为30cm的正方形状，由于电感器周边的浇铸树脂的存在，受电天线不会掉落到贯通孔内，而被固定到第2固定部件。此外，受电天线内的电感器部向固定部件的投射射影位于贯通孔区域的中央。通过该构成，能够回避非磁性导体向受电天线的靠近。在第2固定部件还固定有RF电缆，RF电缆的输入端子与受电天线的输出端子连接。沿着第2固定部件，每隔100cm配置了3个受电天线。RF电缆采用3输入1输出结构， 以使3个输出端子在RF电缆内被全部并行合成后进行输出。在该状态下测量到的受电天线(谐振器)的无负载Q值是1620。以上，完成了第2固定部件准备工序。第2固定部件被固定到为了模块固定而作为第1固定部件准备的不锈钢制的部件上，从而进行与模块设置面的相对配置的固定。第2固定部件按照从模块设置面测量到的受电天线的高度成为10cm的方式进行调整，从而完成了固定部件设置工序。最后，通过在第1固定部件上固定模块，从而完成了系统导入的全部工序。在本实施例中，通过在第1固定部件上设置高度调节功能，从而能够改变送电天线与受电天线的相对距离。

送电天线和受电天线配置成使彼此的形成面平行地对置，对置面之间的间隔是g(cm)。在使该间隔g在从5cm到75cm的范围内变化的同时，导出相对于各g值的使谐振器间的无线传输效率最大化的最佳的输入输出阻抗Zin和Zout。导出是按照以下的2个阶段的顺序进行的。首先，通过50Ω端子阻抗的网络分析仪测量2个天线(谐振器)的输入输出端子间的高频特性(测量时送电天线的输入端子未与振荡器连接，而成为测量端子)，得到了将50Ω作为基准阻抗的测量数据。接着，基于上述测量数据，在电路仿真器上导出端子处的信号反射最小那样的输入输出端子的阻抗条件Zin、Zout。

图36是表示导出的Zin及Zout的g依赖性的图表。图37是表示无线传输部的升压比Vr及传输效率的g依赖性的图表。根据图37可知，Vr的值在间隔g的所有范围内超过1，且间隔g越大则越显著地增大。更详细说明的话，g＝2.75cm时Vr是2.8，g＝4.2cm时Vr是3.5，g＝42cm时达到了152。此外，g＝2.75cm时的谐振器间的耦合系数k为0.376，较之在(式14)中将Voc设为1后导出仅无线传输部的k时(＝0.361)，只有4％的误差。根据以上的结果，证明了(式14)的妥当性。

此外，若g为11.1cm，则得到的Vr的值是10.1，若位于16.67cm的高度，则Vr的值还可达到19.1。例如，通过现有技术的变压器想要获得g＝12.5的条件下获得的12.1这样高的Vr值，需要将二次线圈的匝数相对于一次线圈的匝数之比设定为12.1倍。在本发明的实施例中，虽然使用了匝数比为1的第1电感器及第2电感器，但是能够将Vr提高至12.1。

使输入输出端子阻抗与通过上述方法导出的输入输出阻抗Zin、Zout匹配时的正向通过特性相当于本实施例的发电系统内的无线传输效率。如图37所示，即使g＝11.1cm，也能够得到99.4％这样良好的无线传输效率。

在实施例1中，通过在设为g＝11.1cm的无线传输部上连接前述的振荡器，从而在一组太阳能发电系统内从输入直流电压中能够以效率97.2％获得RF输出。相对于输入直流电压的升压比是11.7。认为所输入的电力的一部分因电路块之间的略微的不匹配所引起的损耗，变成了热量。此外，合成了3组太阳能发电系统的输出的结果，相对于来自模块的发电电力215W的RF输出是209W，综合电力效率是97.1％。此外，相对于来自模块的发电电压值18V，RF输出电力的有效电压值是211V，升压比是11.7。

(比较例1～3)

与实施例1的情况同样地，制作了将无线传输部的收发都利用谐振频率为1MHz的谐振器实现的比较例1、2。实施例1与比较例1、2之间的不同点仅在于，比较例1、2中的2个天线(谐振器)的谐振方式彼此相等。即，在比较例1中，分别由LC串联型谐振器构成2个天线，在比较例2中，分别由LC并联谐振器构成2个天线。各谐振器的电路常数与实施例1中的电路常数一致。并且，还制作了构成为2个天线不谐振的比较例3。

(实施例2)

在实施例1中，将送电天线中的第1电感器的匝数N1和受电天线中的第2电感器的匝数N2设定成相等，但是作为实施例2，制作了匝数比不同的发电系统。即，在实施例2中，使匝数N2从14增加至28。天线外形尺寸与实施例1相同。

(实施例3)

在实施例1中，送电天线的尺寸和受电天线的尺寸相同，但是作为实施例3，制作了使受电天线的尺寸比送电天线的尺寸更进一步放大的发电系统。即，在实施例3中，将规定受电天线外形的正方形的一边设置成了40cm。将第2电感器周边的浇铸树脂宽度与实施例1同样地设为7cm，将设于第2固定部件的贯通孔的一边设为50cm。在实施例3中，配置成 连结送电天线的重心和受电天线的重心的线段分别与两个天线的配置面正交。

以下的表1表示实施例1、比较例1～3、实施例2～3中的谐振器的构成、g＝11.5cm的无线传输部特性等。

[表1]

根据表1可知，在实施例1中，可实现非接触方式的高效率电力传输的同时，能够达成极高的升压比Vr。此外，根据实施例2～3，得到了超过实施例1的良好的Vr。

(实施例4)

接着，作为实施例4，制作了在实施例1构成的受电天线输出上分别连接了倍电压整流电路之后进行并行合成的太阳能发电系统。所制作的半波倍电压整流电路的直流变换效率相对于频率为1MHz的输入而表示97.4％。在所导入的整流电路中，得到相对于输入RF电压而输出直流电压成为2倍的值的升压比Vrr＝2的升压功能，相对于太阳能发电部的输出能量而本发电系统的输出直流能量是94.7％的强度。综合升压比是21.2。

(实施例5)

作为实施例5，制作了在实施例1构成的受电天线输出上连接了电桥整流电路的发电系统。所制作的电桥整流电路的直流变换效率在谐振频率为1MHz时表示了97.3％。在所导入的整流电路中，相对于太阳能发电部的输出能量而本发电系统的输出直流能量是94.5％的强度。

(实施例6、比较例4)

进一步并联连接3个实施例4的太阳能发电系统，合成从共计9个模 块(相当于共计324个电池单体)收集到的电力，来作为实施例6。同样地，制作了将在实施例5的太阳能发电系统中使用的模块在不经由非接触电力传输部分的情况下串联连接全部电池单体的比较例4的太阳能发电系统。在以下的表2中示出了实施例6和比较例4的特性。

[表2]

实施例6与比较例4相比，与在内部使用了9次并联连接无关，输出电压是2.38倍的较高的值。根据实施例6，能够实现相对于380V的直流供电系统提供最佳的电压值的发电系统。此外，被障碍物遮盖了所构成的电池单体内的与一个电池单体相应量的表面时，在比较例4中与通过MPPT控制使发电量最大化无关，发电输出降低了78％，而实施例6中的发电输出停留在降低了8.3％的程度，且能够维持发电电压。

(实施例7)

作为实施例7，制作了与实施例1～6不同系统的太阳能发电系统。将送电天线的谐振频率、传输频率设定为100kHz。将收发天线的电感器形状设为15cm×30cm的长方形(厚度与实施例1相同)。将用于电感器电路形成中的利兹线的并行卷绕数设为600根。在送电天线中，将第1电感器的卷绕数设为10，将第2电感器的卷绕数设为20。在实施例7中，将送电天线与受电天线之间的对置距离g设为1cm。为了在收发天线间极其靠近的条件下获得低k特性，按照减少收发天线的投射射影重叠部分的方式错开收发天线的相对位置，从而构成了太阳能发电系统。具体而言，使送电天线沿着电感器形状的长边侧滑动的同时掌握仅非接触传输部分的无线特性。在此，作为相对滑动量，使用以电感器长边值(30cm)归一化了滑动长度的值。相对滑动量为1是指收发天线的电感器间无重叠的状态，相对滑动量为0是指收发天线的电感器完全重叠的状态。

在图38中，横轴表示相对滑动量，左轴表示Vr，右轴表示传输效率。 根据图38可知，在较宽的相对滑动量条件范围内，能够兼顾高的升压比和高的传输效率。可知，例如在相对滑动量为0.563的条件下，可兼顾9.9这样的高升压比和99.2％这样的高传输效率。该条件下的Zin是5.1Ω，Zout是500Ω。针对与以下的模块之间的连接特性，使用了上述相对滑动量条件下的非接触传输部位。利用了在实施例4中也使用过的振荡器构成(变换效率是98.3％)和整流电路(变换效率是97.6％)的结果，相对于太阳能发电部的输出能量的本发电系统的输出直流能量是95.1％的强度。综合升压比是20.8。根据实施例7可证明：本发明的实施方式中的升压传输特性不仅可以通过分开收发天线间的距离而得到，还可以错开相对位置而得到；此外，即使降低频率，也能够得到同样的效果。

工业上的可利用性

由于本发明能够简单地使发电模块中的发电元件的输出电压上升，因此能够在太阳能发电系统或发电电力低的燃料电池系统这样的发电系统中加以利用。

符号说明：

10 发电模块

20 模块固定装置

21 第1固定部件

22 第2固定部件

23 其他固定部件

101 发电模块主体

103 振荡器

105 无线传输部

107 送电天线(送电侧的谐振器)

107a 第1电感器

107b 第1电容器

109 受电天线(受电侧的谐振器)

109a 第2电感器

109b 第2电容器

113 向送电天线的配置面投影的受电天线的配置区域

115 整流电路

117 保护装置

119 输出端子

131a、131b、……、131n 发电系统要素

133 负载

141 固定部件

155 第2固定部件

143 多输入电缆

145 输入端子

147 输出端子

151 模块框体

153 第1固定部件

157 设置面

159 涡流回避空间

161 频率变换电路

163 并行合成连接点

165 电网(utility grid)