CN102474137B - 发电装置及发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的发电装置具备：输出直流电能的发电部(101)；将直流电能变换为频率f0的RF能量的振荡器(103)；送出RF能量的第1天线(107)；通过谐振磁场的耦合接受由第1天线(107)送出的RF能量的至少一部分的第2天线；和将从第2天线(109)得到的RF能量变换为频率更低的交流电能的输出变换部(120)。在将振荡器(103)的升压比设为Voc，将输出变换部(120)的升压比设为Vtr，将第1天线(107)的第1电感器(107a)的电感设为L1，将第2天线(109)的第2电感器(109a)的电感设为L2，将上述第1天线(107)与上述第2天线(109)的耦合系数设为k时，满足(L2/L1)≥(k/(Voc×Vtr))2。

Description

发电装置及发电系统
技术领域
本发明涉及取代电磁感应或电磁波的传播而利用磁共振来以无线方式传送电力的磁共振型的发电装置及发电系统。特别是，本发明涉及通过磁共振型的无线电力传送使由太阳能电池等发电部生成的电能的电压上升，并输出交流电能的发电装置及发电系统。
背景技术
在一般的太阳能发电系统中，采用将多个太阳能电池(以下，有时简称为“单元”)排列于金属框内，将单元间相互连接起来的“太阳能电池模块”。在太阳能电池模块(以下，有时简称为“模块”)的前面设置玻璃板，各单元在与大气隔离而密封的状态下工作。通过铺设这样的太阳能电池模块，从而能构筑太阳能发电系统。
在导入这样的太阳能发电系统的基础上，单元以及模块的制造成本较高成为障碍，作为导入障碍，也不能忽视铺设单元和模块来构成系统的成本较高这样的问题。由于铺设作业越是在高的地方，越危险且成本越高，所以针对太阳能发电系统的进一步的普及成为严重的课题。另外，当在不是新建的建筑物中导入太阳能发电系统的情况下，难以实施用于将在屋外铺设的太阳能发电部与建筑物内部的电子设备连接的布线工程，这也成为普及所面临的重大课题。
如后面所述，由于各个单元的输出电压较低，所以在现有技术的太阳能发电系统中，为了得到电子设备的动作所需的电压，需要连接多个太阳能电池单元，多个连接位置处的可靠性的降低也成为导致使系统整体的长期可靠性降低的大的重要因素。另外，在更换在长期工作中劣化的模块或连接布线的情况下，由于需要在高的地方进行作业，所以也存在维护成本高的问题。
作为现有技术的太阳能发电装置的一个例子，提出了一种从屋外经由墙壁部件向屋内以无线方式提供能量的电力系统(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经由墙壁的RF(高频：Radio Frequency)能量的传送。
另一方面，专利文献2公开了在两个谐振器之间隔着空间传送能量的新的无线能量传送装置。在该无线能量传送装置中，经由在谐振器的周边空间内产生的谐振频率的振动能量的渗透(evanescent tail)而将两个谐振器耦合，由此以无线方式传送振动能量。
现有技术文献
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14)
专利文献2：美国专利申请公开第2008/0278264号说明书(图9，图12)
非专利文献
非专利文献1：P.Tenti，L.Malesani，L.Rossetto，“Optimum Controlof N-Input K-Output Matrix.Converters，”IEEE Transactions on PowerElectronics，Vol.7，no.4，pp.707-713，October.1992.
发明内容
(发明要解决的课题)
在专利文献1记载的电力传送系统中，不能解决从各个单元输出的电压较低这一太阳能发电器件固有的课题。在太阳能发电领域中，目前，从提高能量变换效率的角度出发而广泛使用的结晶硅系的一个太阳能电池(单元)的输出电压Vc在0.5V左右，极低。例如，在将来自太阳能发电部的直流输出变换为交流的情况下，由于一般的变换电路(功率调节器)的动作效率相对于300Vdc左右的输入电压被最大化，所以为了执行高效率下的变换，需要通过将数百个单元串联连接，从而将太阳能发电部的输出电压提高到300V左右。另外，在与作为家庭内配电的单相3线(100V或200V)的系统联系的情况下，也考虑通过功率调节器使太阳能发电部的输出电压升压到200倍以上，但若考虑升压时的电力效率的降低，则还是要求串联连接多个单元来尽可能提高太阳能发电部的输出电压。
串联连接的单元或模块的个数越是增加，在铺设区域的一部分背阴的情况下(partial shielding)，或在所铺设的单元或模块的一部分内特性劣化的情况下，越容易导致系统整体的性能降低。为了避免这样的问题，一般在模块内导入旁路二极管，但由于会导致发热或成本增加等问题，因此不优选。另一方面，即使在采用具有升压功能的一般的DC/DC转换器进行升压的情况下，也难以高效地实现能大幅降低串联连接的单元的个数这种程度的高的升压比。
另外，专利文献2的无线能量传送装置中的升压特性只是通过现有技术中的变压器技术而实现的升压特性，不能充分解决本发明的课题。
本发明的一个实施方式正是为了解决上述的课题而完成的，其一个目的在于提供一种能有效地使发电部的低输出电压上升的发电装置及发电系统。
本发明的另一目的在于提供一种将提升了电压的上述能量变换为规定频率的交流电能，并使其流入电力公司提供的送电网(以下，称作“系统(Utility Grids)”)，即能够实现可卖电的发电装置及发电系统。
(用于解决课题的手段)
本发明的发电装置其包括：发电部，发电部，其输出直流电能；振荡器，其将直流电能变换为频率f0的RF能量；第1天线，其送出上述RF能量，包括按照构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式串联连接的第1电感器以及第1电容元件；第2天线，其通过谐振磁场的耦合接受由上述第1天线送出的上述RF能量的至少一部分，包括按照构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式并联连接的第2电感器以及第2电容元件；和输出变换部，其将从上述第2天线得到的RF能量变换为频率比上述RF能量低的交流电能，上述谐振频率fT以及上述谐振频率fR被设定成实质上等于上述RF能量的频率f0，在将上述振荡器的升压比设为Voc，将上述输出变换部的升压比设为Vtr，将上述第1电感器的电感设为L1，将上述第2电感器的电感设为L2，将上述第1天线与上述第2天线的耦合系数设为k时，满足(L2/L1)≥(k/(Voc×Vtr))2。
在某一实施方式中，上述发电部是太阳能发电部。
在某一实施方式中，满足(L2/L1)≥100×(k/(Voc×Vtr))2。
在某一实施方式中，满足(L2/L1)≥10000×(k/(Voc×Vtr))2。
在某一实施方式中，上述发电部以及上述第1天线配置在建筑物的外侧。
在某一实施方式中，L1＜L2。
在某一实施方式中，第2电感器的匝数N2大于上述第1电感器的匝数N1。
在某一实施方式中，上述第2电感器的面积大于上述第1电感器的面积。
在某一实施方式中，投影到上述第1天线的配置面上的上述第1电感器包含在由投影到上述配置面上的上述第2电感器的轮廓所规定的区域的内部。
在某一实施方式中，投影到上述第1天线的配置面上的上述第1电感器靠近由投影到上述配置面上的上述第2电感器的轮廓所规定的区域的边缘。
在某一实施方式中，具备电力分支部，其用于将上述输出变换部与家庭用布线以及商用电力系统连接。
本发明的发电系统是具备多个发电装置的发电系统，包含在上述多个发电装置中的至少两个发电装置的输出侧端子被并联连接，上述至少两个发电装置分别是上述的任一发电装置。
本发明的其他发电系统，其具备：多个发电升压部；和输出变换部，其并联连接包含在上述多个发电升压部中的至少两个发电升压部的输出侧端子，将从上述输出侧端子输出的RF能量变换为频率比上述RF能量低的交流电能，上述至少两个发电升压部的每一个具备：发电部，其输出直流电能；振荡器，其将直流电能变换为频率f0的RF能量；第1天线，其送出上述RF能量，包括按照构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式串联连接的第1电感器以及第1电容元件；和第2天线，其通过谐振磁场的耦合接受由上述第1天线送出的上述RF能量的至少一部分，包括按照构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式并联连接的第2电感器以及第2电容元件，向上述输出侧端子输出上述RF能量，上述谐振频率fT以及上述谐振频率fR被设定成实质上等于上述RF能量的频率f0，在将上述振荡器的升压比设为Voc，将上述输出变换部的升压比设为Vtr，将上述第1电感器的电感设为L1，将上述第2电感器的电感设为L2，将上述第1天线与上述第2天线的耦合系数设为k时，满足(L2/L1)≥(k/(Voc×Vtr))2。
(发明效果)
根据本发明的发电装置及发电系统的优选实施方式，在利用磁共振进行天线之间的传送时能实现升压。另外，根据本发明的发电装置及发电系统的优选实施方式，能进行隔着空间的非接触式的无线能量传送。因此，能够将例如由设置在屋外的发电部产生的能量升压的同时传送给建筑物的电子设备。根据本发明的某实施方式，能降低发电装置的铺设成本，能简化发电部的一部分发生劣化时的更换作业。
另外，根据本发明的优选实施方式，由于能简单地使发电部的输出电压上升，所以在串联连接输出电压低的发电元件(太阳能电池)而构成发电部的情况下，能大幅减少发电元件的连接个数。因此，在并联连接本发明的某实施方式中的发电装置来构筑太阳能发电系统的情况下，能降低因局部遮挡引起的特性劣化，能实现稳定的电力供给。
另外，根据本发明的优选实施方式，能将升压后的能量变换为与系统电力的频率(例如50Hz，60Hz)及电压(例如200V)一致的能量(交流电力)。因此，能使在发电部中生成的能量流入系统，能实现售电(sellpower)。
附图说明
图1是表示用于本发明的发电装置及发电系统中的无线电力传送部的基本结构的图。
图2是表示本发明的发电装置及发电系统中的天线的等效电路的图。
图3是表示本发明的发电装置的结构的图。
图4是表示与系统以及家庭用布线连接的状态下的本发明的发电装置的结构例的图。
图5是表示本发明的发电装置的实施方式的图。
图6是表示本发明的发电装置的实施方式中的无线传送部的等效电路图。
图7是表示本发明的发电装置的实施方式的改变例的图。
图8(a)是表示两个电感器的配置例的俯视图，(b)其示意性的剖面图。
图9(a)是能在本发明的发电装置的实施方式中使用的半波倍电压整流电路的电路图，(b)是能在实施方式中使用的两波倍电压整流电路的电路图。
图10A是能在本发明中的发电装置的实施方式中使用的单相输出的逆变器的电路图。
图10B是能在本发明的实施方式中使用的三相输出的逆变器的电路图。
图10C是能在本发明的实施方式中使用的V接点方式逆变器的电路图。
图11是能在本发明的实施方式中使用的升压斩波器的电路图。
图12是能在本发明的实施方式中使用的间接方式的矩阵转换器的电路图。
图13是能在本发明的实施方式中使用的直接方式的矩阵转换器的电路图。
图14A是表示在本发明的发电系统的实施方式中，对从多个输出变换部120输出的交流电能进行加法运算，并使其流入系统的结构图。
图14B是表示在本发明的发电系统的实施方式中，输出变换部分别将从第2天线输出的多个RF能量变换为直流电能后进行加法运算，之后使其变换为交流电能并流向系统的结构图。
图14C是表示在本发明的发电系统的实施方式中，对从第2天线输出的多个RF能量进行加法运算后，由输出变换部将其变换为交流电能的结构图。
图15表示本发明的实施例中的无线传送部的输入阻抗Zin以及输出阻抗Zout的天线间隔依赖性的曲线图。
图16是表示本发明的实施例中的无线传送部的输入输出阻抗变换比Zr以及无线传送效率的天线间隔依赖性的曲线图。
图17是表示本发明的实施例1中的无线传送部的输入输出阻抗变换比Zr以及无线传送效率的天线间隔依赖性的曲线图。
具体实施方式
在对本发明的发电装置及发电系统的优选实施方式进行说明前，首先，参照图1到图4，对本发明的基本结构进行简单说明。
图1是表示本发明的发电装置中使用的无线电力传送装置的基本结构的一个例子。该例子的无线电力传送装置具备振荡频率f0的振荡器103和无线传送部105。无线传送部105具备谐振频率fT的第1天线、和谐振频率fR的第2天线109，谐振频率fT以及谐振频率fR都被设定为等于频率f0。频率f0例如被设定为50Hz～300GHz，更优选设定为100kHz～10GHz，进一步优选设定为500kHz～20MHz。此外，根据用途的不同，频率f0被设定为10kHz～1GHz，或者20kHz～20MHz的范围。
振荡器103接受直流电能(直流电力)，将该直流电能变换为频率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连接的第1天线107。被设定为谐振频率相等的第1天线107以及第2天线109通过彼此的谐振器所形成的谐振磁场而被耦合，第2天线109能高效地接受由第1天线107送出的RF能量的至少一部分。第2天线109不与第1天线107接触，与第1天线107例如分开数mm～数m程度。
本发明的发电装置及发电系统中的“天线”是用于利用耦合在两个物体间进行能量传送的要素，该耦合利用了谐振器的电磁场的接近成分(evanescent tail)。通过利用了谐振电磁场的无线电力传送，由于不会产生向远方传播电磁波时生成的能量损耗，所以能以极高的效率传送电力。在利用了这样的谐振电磁场(近场)的耦合的能量传送中，与利用了法拉第电磁感应法则的公知非接触电力传送相比，损耗较少。另外，在本发明的某一实施方式中，即使在例如分开了数米的两个谐振器(天线)间也能传送能量。
为了进行基于这样种原理的无线电力传送，需要在两个谐振天线间产生基于磁共振的耦合。如上述那样，本发明中的谐振频率fT以及谐振频率fR都被设定为等于振荡器103的频率f0，但不需要设定为严格地等于频率f0，只要设定为实质上相等即可。不需要fT以及fR都完全与频率f0一致。为了基于谐振器间的耦合来实现高效率的能量传送，理想的是fT＝fR，但只要fT与fR的差异充分小即可。在本说明书中，将“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
其中，QT是作为第1天线的谐振器的Q值，QR是作为第2天线的谐振器的Q值。一般，在将谐振频率设为X、将谐振器的Q值设为Qx的情况下，产生该谐振器的谐振的频带相当于X/Qx。若设立|fT-fR|≤fT/QT+fR/QR的关系，则在两个谐振器间实现基于磁共振的能量传送。
接下来，参照图2。图2是表示第1天线107以及第2天线109的等效电路的图。如图2所示，本发明中的第1天线107是串联连接了第1电感器107a以及第1电容元件107b的串联谐振电路，第2天线109是并联连接了第2电感器109a以及第2电容元件109b的并联连接的并联谐振电路。此外，第1天线107的串联谐振电路具有寄生电阻成分R1，第2天线109的并联谐振电路具有寄生电阻成分R2。
在本发明中的无线电力传送装置中，在将振荡器103的升压比设为Voc、将第1电感器107a的电感设为L1、将第2电感器109a的电感设为L2、将第1天线107与第2天线109的耦合系数设为k时，按照满足以下关系的方式决定L1、L2、k、Voc的值。
(L2/L1)≥(k/Voc)2
在满足上述的关系时，通过经由无线电力传送，从而能将输出的RF能量的电压提高到输入的直流电能的电压以上(升压比：1以上)。关于实现这样的升压的理由，将在后面详细地进行说明。此外，下面将升压比定义为系统内的相应块(也包括连接了多个块的块群)中的输入输出能量的电压比。
根据本发明的发电装置及发电系统，在以无线方式传送电力时，能在传送时高效地使低电压的能量(电力)升压。
图3表示本发明的发电装置的结构。该发电装置具备：图1所示的无线电力传送装置；向无线电力传送装置的振荡器103提供直流电能的发电部101；和将从第2天线输出的RF能量变换为交流电能(AC电力)的输出变换部120。
根据本发明的发电装置，即使在发电部101的输出电压低的情况下，通过升压效果，能输出高电压的电力。因此，根据本发明的发电装置，能传送时高效地使例如由太阳能电池(单元)构成的发电部(太阳能发电部)生成的低电压的能量(电力)升压。因此，能大幅降低应串联连接的单元的个数。其结果，能减少铺设费用和维护费用，能提供适于普及的新的太阳能发电系统。
此外，构成本发明中的发电部的发电器件不限于太阳能电池，也可以是其他发电器件。例如，发电部也可以具有燃料电池。由于燃料电池输出比较低的电压的DC能量，且与高电压系统连结来使用，所以本发明的升压效果是有用的。
另外，根据本发明，不仅得到无线电力传送时的升压效果，通过输出变换部120的动作，能输出具有与例如家庭中使用的交流电能的频率以及电压一致的频率以及电压的交流电能。将在后面叙述输出变换部120的详细结构。
图4是表示将本发明的发电装置与家庭用布线及电力公司的电力网(系统)连接的形态的图。图4所示的发电装置在输出变换部120与系统之间具备电力分支部130。电力分支部130将输出变换部120的输出的一方连接于家庭用布线，将另一方连接于系统。通过电力分支部130，能够在家庭用布线与系统之间任意切换从输出变换部120输出的交流电能的送出目的地。
在本发明的实施方式中，由于在第2天线109上连接了输出变换部120，所以若将输出变换部120的升压比设为Vtr，则在满足以下的关系时，能实现1倍以上的升压。
(L2/L1)≥(k/(Voc×Vtr))2
关于这一点的详细说明也在后面描述。
以下，参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。
(实施方式1)
首先，参照图5以及图6，对本发明的发电装置的第1实施方式进行说明。图5是表示本实施方式的透视示意图，图6是图5所示的无线传送部105的等效电路图。在图5、图6中，对与图1、图2所示的构成要素对应的构成要素附加相同的参照符号。
如图5所示，本实施方式的发电装置具备发电部101、振荡器103、无线传送部105和输出变换部120，这些部件被串联连接。
本实施方式中的发电部101具有串联连接的多个太阳能电池(单元)。作为太阳能电池，从提高发电效率的观点出发，优选使用结晶硅系的太阳能发电元件。但是，能使用于本发明的太阳能电池可以是使用了砷化镓、CIS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。另外，所使用的半导体的结晶构造可以是单晶、多晶、非晶的任一种。也可以利用层叠了各种半导体材料的串联型太阳能发电元件。
振荡器103可以采用D級、E級、F級等高效率且能实现低失真特性的放大器，也可以使用多赫尔蒂放大器(Doherty amplifier)。也可以通过在产生包括失真分量的输出信号的开关元件的后级，配置低通滤波器或者带通滤波器，生成高效率的正弦波。
无线传送部105具有第1天线107与第2天线109。从传送效率的观点出发，优选配置成第1天线107和第2天线109对置。但是，天线107、109的配置并不限于对置配置，也可以配置成两者正交。
由发电部101的生成的直流电能在振荡器103中被高效地变换为RF能量。通过无线传送部105，隔着空间以无线方式传送该RF能量，且从输出端子119输出。
图示的第1天线107是由第1电感器107a以及第1电容元件107b构成的串联谐振电路，第2天线109是由第2电感器109a以及第2电容元件109b构成的并联谐振电路。第1天线107的谐振频率fT以及第2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。另外，本实施方式中的第2天线109的输出阻抗Zout被设定为比振荡器103的输入直流阻抗Zidc高的值。
根据上述的原理，在本实施方式中，能将第1天线107与第2天线109之间的距离设定为例如数mm～数m的距离，从而能高效地传送能量。
另外，在本实施方式中，不仅能实现基于这样的无线方式的非接触连接，也能作为相对流入到第1天线107的RF能量的输入电压而在第2天线109侧被升压的RF能量来取出。
为了抑制电路块间的RF能量的多重反射，并改善综合发电效率，在第2天线109的输出端子与负荷连接的状态下，优选使从振荡器103输出的RF能量的输出阻抗Zoc与第1天线107的输入阻抗Zin相等。另外，同样在振荡器103与第1天线107连接的状态下，优选第2天线的输出阻抗Zout等于所连接的负荷的电阻值R。
此外，在本说明书中，两个阻抗“相等”并不限于阻抗严格一致的情况，包括大致相等的情况，具体地说，定义为两个阻抗的差异包括较大一方的阻抗的25％以下的情况。
本实施方式中的无线电力传送的效率取决于第1天线107与第2天线109之间的间隔(天线间隔)、和构成第1天线107与第2天线109的电路元件的损耗的大小。此外，“天线间隔”实质上是两个电感器107a、109a的间隔。天线间隔可以以天线的配置区域(天线所占的区域)的大小为基准来评价。
在优选的实施方式中，第1电感器107a以及第2电感器109a都是以平面状扩展，两者被配置成相互平行地对置。在此，天线的配置区域的大小是指尺寸相对较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的情况下定义为电感器的直径，在为正方形的情况下定义为电感器的一边的长度，在为长方形的情况下定义为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，也能以90％以上的无线传送效率传送能量。
本实施方式中的第1电感器107a以及第2电感器109a分别具有匝数为N1、N2的螺旋结构(N1＞1，N2＞1)，但也可以是具有匝数为1的环状结构。这些电感器107a、109a不需要由一层导电体图案构成，也可以具有将层叠的多个导电体图案串联连接的结构。
可由具有良好的导电率的铜或银等导电体适当地形成第1电感器107a、第2电感器109a。RF能量的高频电流由于在导电体的表面集中流动，所以为了提高发电效率，也可以利用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结构形成电感器107a、109a，则能实现轻型化。进而，若采用绞合线等并联布线构造来形成电感器107a、109a，则能减少每单位长度的导体损耗，所以能提高串联谐振电路以及并联谐振电路的Q值，能以更高效率进行电力传送。
为了抑制制造成本，采用喷墨印刷技术也能一并形成布线。虽然也可以在第1电感器107a以及/或者第2电感器109a的周边配置磁性体，但优选将第1电感器107a与第2电感器109a的耦合系数设为极高的值。因此，优选采用能将电感器107a、109a之间的耦合系数设定为适当的值的具有空芯螺旋结构的电感器。
第1、第2电容元件107b、109b可以利用例如具有片状、导线形状的所有类型的电容器。也可以使隔着空气的2布线间的电容起到第1、第2电容元件107b、109b的作用。在由MIM电容器构成第1、第2电容元件107b、109b的情况下，可以采用公知的半导体工艺或者多层基板工艺来形成低损耗的电容电路。
从提高长期可靠性的观点出发，优选在保护装置117内存放构成第1天线107以及第2天线109的部件(电感器以及电容元件等)。另外，优选对保护装置117实施防水加工以及/或者耐热加工。
为了使传送损耗最小化，优选尽可能靠近地配置第1天线107以及第2天线109。但是，若以将升压比调整为期望的值为目的，则也可以调整保护装置117内的位置。
也可以直接将保护装置117固定在屋顶等外部部件中。也可以通过在不对第1天线107与第2天线109的磁场耦合的强度带来影响的范围内，在保护装置117以及外部部件中分别设置强磁性体以及磁铁，从而利用在强磁性体与磁铁之间作用的磁力，使得装卸自如地在外部部件中安装保护装置117。或者，通过在保护装置117以及外部部件的某一方设置吸盘，从而也可以装卸自如地在外部部件中安装保护装置117。
接下来，参照图6，对由本实施方式的发电装置得到的升压效果进行说明。此外，在第2天线109的后级连接有输出变换部120时的升压的程度依赖于输出变换部120的结构而变化。为了容易理解，首先，对输出变换部120没有连接于第2天线109的后级时的升压效果进行说明。在说明输出变换部120的结构之后，更详细地进行说明关于输出变换部120被连接于第2天线109的后级时的升压效果。
在此，假设送电侧的第1天线107与受电侧的第2天线109以耦合系数k进行耦合。耦合系数是通过对使以相同频率f0谐振的两个谐振器(天线107、109)接近时分离的两个谐振频率fL、fH进行测量，由以下式导出的。
(式2)k＝(fH2-fL2)/(fH2+fL2)
此外，振荡器103的频率f0优选被设定在谐振频率fL、fH的附近。更详细而言，在将谐振频率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的方式设定f0。
(式3)fL-fL/QL≤f0≤fH+fH/QH
另外，以下的关系在电感L1的第1电感器107a和电感L2的第2电感器109a之间产生的互感M与耦合系数k之间成立。
(式4)M＝k×(L1×L2)0.5
在第2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，将流过第2电容元件109b的高频电流设为IC2，则在图6所示的方向上流动的输出高频电流I2由以下的式表示。
(式5)I2＝-IL2-IC2
另外，若将流过第1电感器107a的高频电流设为IL1，则采用流过第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6。
(式6)(R2+jωL2)×IL2+jωM×IL1＝IC2/(jωC2)
由于在第2天线109中谐振条件成立，所以以下的(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)进行变形可得到以下的式。
(式9)I2＝k×(L1/L2)0.5×IL1-j(R2/ωL2)×IL2
另一方面，由(式10)的式表示评价第1天线107的谐振器的低损耗性的指标Q值。
(式10)Q2＝ωL2/R2
其中，在谐振器的Q值非常高的情况下，忽略(式9)右边第2项的近似关系成立。因此，最终，通过以下的(式11)，导出在第2天线109中产生的高频电流(输出电流)I2的大小。
(式11)I2＝k×(L1/L2)0.5×IL1
其中，高频电流I2取决于被输入到送电侧的谐振器(第1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)间的耦合系数k、第1及第2电感L1、L2。
根据上述的(式11)，由下面的(式12)表示本实施方式的发电装置的升流比Ir。
(式12)Ir＝|I2/I1|/Voc＝k/Voc×(L1/L2)0.5
此外，(式12)所示的发电装置的升流比是由无线传送部105的升流比和振荡器103的升流比(该升压比Voc的倒数)之积表示的。
另外，分别由(式13)以及(式14)表示升压比Vr以及阻抗变换比Zr。
(式13)Vr＝(Voc/k)×(L2/L1)0.5
(式14)Zr＝(Voc/k)2×(L2/L1)
根据(式13)可知，在(L2/L1)＞(k/Voc)2的条件成立时，升压比Vr大于1。由此可知，若耦合系数k变小，则升压比Vr上升。在基于现有技术的电磁感应实现的能量传送中，使耦合系数k降低会引起传送效率的大幅度降低，但是在本发明的磁共振方式中，即使使耦合系数k降低也不会导致传送效率的大幅度降低。特别是，若将分别构成第1天线107以及第2天线109的谐振器的Q值设定为较高的值，则能够在使升压比Vr增大的同时，抑制传送效率的降低。
为了避免太阳能发电系统中的局部遮挡(partial shading)的影响，与串联连接多个太阳能发电部的结构相比，更优选采用并联连接多个太阳能发电部的结构。为了通过并联连接两个太阳能发电部得到与串联连接两个太阳能发电部的情况同等的电压特性，需要将各太阳能发电部的输出电压升压到2倍。
根据(式12)可知，升压比Vr等于2是满足(L2/L1)≥4×(k/Voc)2的关系时。在本发明中，由于满足(L2/L1)≥4×(k/Voc)2的关系，所以能实现2以上的升压比Vr。
若(L2/L1)≥100×(k/Voc)2的关系成立，则能实现10倍以上的升压比Vr。若(L2/L1)≥10000×(k/Voc)2的关系成立，则能实现100倍以上的升压比Vr。
在本实施方式的发电装置中，很容易为了像这样实现高的升压比Vr而设定k、Voc、L2、L1的大小。
以下，在与现有技术的发电装置及发电系统比较本实施方式的发电装置及发电系统的效果的同时进行说明。
在专利文献2公开的无线电力传送装置中，在两个磁共振器之间传送能量，但该无线电力传送装置由于在两个谐振器中采用了相同的谐振方式，所以在传送时不会出现升压效果。通过本发明的发电装置及发电系统得到的输出电压的上升效果是在第1天线侧采用串联磁共振构造且在第2天线侧采用并联磁共振构造、在这些不同谐振构造之间进行能量的传送时产生的新的效果。
此外，即使在以RF标签为代表的现有技术的无线电通信系统中也能使用串联谐振电路或并联谐振电路。但是，在无线电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或高频电缆的特性阻抗基本上被设定为50Ω。由此，在与无线电通信系统的天线之间的连接点中，无论是在发送设备内还是在接收设备内，一般都使阻抗与50Ω匹配来连接电路块之间。
另一方面，本发明中的无线传送部的输入输出阻抗变换比Zr即使在后述的实施例中也被设定为表示极高的值，例如超过100、或根据条件超过20000。这样高的输入输出阻抗变换比Zr在现有技术的通信系统中不是考虑的对象。
另外，在本发明中，越是较大地设定两个谐振器(天线)间的距离，且较低地设定耦合系数k，越能得到更高的升压比Vr，这并不是根据公知的通信系统中所使用的无线传送部的构造以及功能就能够容易想到的效果。
此外，在电源电路等中利用的变压器中，两个电感器接近，作为一种无线电力传送装置发挥作用。但是，在这些电感器之间，不会产生磁共振型的耦合。此外，在变压器中，通过增大第2电感器的匝数N2相对于第1电感器的匝数N1的比率，从而也能实现升压效果。但是，若要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增加到匝数N1的10倍以上。匝数N2的大幅度增加会使第2电感器中的寄生电阻成分R2成比例地上升，所以会导致传送效率的降低。关于该点，在本发明中，即使将匝数N1和匝数N2设定为相同的值，也能得到高的Zr。
在本实施方式中，不需要将第1电感器107a的电感L1和第2电感器109a的电感L2设定为相等。例如，通过将电感L2设定成大于电感L1，从而能提高升压比Vr。
图7是表示为了提高第2电感器109a的电感L2，将第2电感器109a的匝数N2设定为大于第1电感器107a的匝数N1的值的实施方式的图。若N2/N1大于1，则与使用公知的变压器升压电路来进行升压的情况相比，能以更低的损耗实现高的升压比。
为了使电感L2大于电感L1，也可以取代将N2/N1设定为大于1的情况，或在将N2/N1设为1的状态下，与第1天线107的形成区域相比，扩大第2天线109的形成区域。
在以下的说明中，第1电感器107a以及第2电感器109a的至少前表面都具有平面形状，将它们配置成不相互正交。图8(a)表示相对于第1天线107的配置面垂直投影的第2天线109的配置区域113。其中，第1天线107的“配置面”定义为包括第1电感器107a前表面的一个平面(第1配置面)。图8(b)是表示第1电感器107a的配置面240的剖面图。图8(b)的例子中的第1电感器107a平行于配置面240。另外，第2天线的配置区域定义为被相对于第1天线107的配置面240垂直投影的第2电感器109a的轮廓包围的区域。
图8(a)表示相对于第1天线107的配置面垂直投影的第1电感器107a。在图8(a)所示的例子中，投影到第1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，并且靠近配置区域113的边缘部。通过采用这样的配置结构，能实现更高的升压比。
为了调整无线传送部105的升压比，也可以在将天线的形状以及尺寸设定为非对称的组合的基础上，将第1天线设定成大于第2天线。
此外，天线的配置关系并不限于图8所示的例子，也可以是调换了第1天线107和第2天线109的配置关系。即，也可以将图8中的“第1天线107”替换为“第2天线109”，将“配置区域113”替换为“第1天线107的配置区域”。其中，“第1天线107的配置区域”是指由投影到第2天线109的配置面上的电感器107a的轮廓所包围的区域。另外，“第2天线109的配置面”定义为包括第2电感器109a的前表面的一个平面(第2配置面)。从传送效率的观点出发，优选第1配置面与第2配置面具有相互平行的关系，但两者不需要严格地平行。此外，第1电感器107a、第2电感器109a不需要具有平面形状。
接下来，对将从第2天线109输出的RF能量变换为交流电能的输出变换部120进行说明。如图5所示，输出变换部120与第2天线109的后级连接。
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，在输出变换部120的输出端子与图4所示的“系统”连接的状态下，优选使从振荡器103输出的RF能量的输出阻抗Zoc与第1天线107的输入阻抗Zin大致相等。另外，同样地，在振荡器103与第1天线107连接的状态下，优选将输出变换部120的输出阻抗Zrout设定为与所连接的系统(图4)的输入阻抗R大致相等。
输出变换部120是将从无线传送部105输出的RF能量变换为系统的交流频率fp以及电压(V0±Vf)的电路。交流频率fp显著得低于RF能量的频率(例如3MHz)，例如是50或者60Hz。在此，电压V0是系统的电压，Vf是允许从V0偏离的偏离宽度。“V0±Vf”表示“V0-Vf”到“V0+Vf”的范围。
在从RF的能量变换为频率fp的交流电能时，例如存在如下方法：在前期从RF暂时变换(整流)为直流电能，在后期将直流电能变换为频率fp的能量。作为在前期从RF暂时变换为直流电能的方法，例如可以利用全波整流或电桥整流电路。图9(a)是半波倍电压整流电路的电路图，图9(b)是两波倍电压整流电路的电路图。这两个整流电路都包含二极管等无源元件。此外，也存在能实现3倍以上的升压比的高倍压整流电路方式。这些整流电路都能适用于本发明。
若采用图9例示的倍压整流电路，则能输出升压为被输入到输出变换部120的RF电压的2倍的直流电压。若采用这样的整流电路，则除了无线传送部105中的升压效果外，还能实现更好的升压效果。
此外，整流电路并不限于具有上述那样的二极管等无源元件的电路。例如，也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，作为将直流电能变换为频率fp的交流电能的电路，例如可以利用逆变器。图10A是单相输出的逆变器的电路图，图10B是三相输出的逆变器的电路图。另外，图10C是V接点逆变器的电路图。
若采用图10A到图10C所例示的逆变器，则能够将在输出变换部120的前期整流的直流电能与“系统”的频率fp、电压V0±Vf以及相数一致地进行变换之后将其输出。另外，也可以在后期进行了DC-AC变换之后使其通过交流滤波器。通过采用这样的滤波器，能除去对于向系统的流入来说不希望的高次谐波和噪声成分等。
进而，通过将图11例示的升压斩波器电路设于逆变器电路的前级，从而也可以预先提高直流电能的电压后，由逆变器电路将其变换为交流电能。
输出变换部120的上述例子具备从RF变换为直流的整流电路和从直流变换为交流的逆变器，但在本发明中可使用的输出变换部120的结构并不限于这样的结构。即使采用图12例示的间接方式的矩阵转换器(间接/矩阵转换器)，也能进行与上述相同的变换。矩阵转换器的详细结构公开在非专利文献1中。在本申请中援引非专利文献1的公开内容的全部(incorporated by reference)。
此外，输出变换部120也可以是从RF能量直接向交流电能进行变换的电路。若采用图13例示的直接方式的矩阵转换器，则能直接将从无线传送部输出的RF能量变换为系统的频率fp、电压V0±Vf以及相数。另外，也可以通过在矩阵转换器的前级设置RF滤波器，来除去对于向交流频率fp的变换来说不希望的高次谐波或噪声成分等。
在本实施方式中的输出变换部120中，随着从RF向交流的变换方法，输出变换部120的输入输出电压比、即升压比Vtr不同。例如，若使用倍压整流电路，则能将电压升压到2倍，但若采用矩阵转换器，则最大只能升压约0.87倍。并且，根据交流滤波器或RF滤波器的有无、升压斩波器电路的动作条件或电路损耗等，升压比Vtr也会发生变动。为了使能量(电力)流入系统，需要使来自输出变换部120的输出电压Vsys收敛于V0±Vf(V)。作为一个例子，关于向日本的电力系统的流入，设定为V0＝202，Vf＝20。在将从发电部输出的能量的电压设为Vgen的情况下，本实施方式中的发电装置整体的升压比Vr(＝Vsys/Vgen)以及阻抗变换比Zr，分别采用输出变换部120中的升压比Vtr，被改写为以下的(式15)(式16)。
(式15)Vr＝(Voc×Vtr/k)×(L2/L1)0.5
(式16)Zr＝(Voc×Vtr/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×Vtr))2的关系的情况下，能将升压比设定为大于1。
为了使升压比Vr在2以上，需要满足(L2/L1)≥4×(k/(Voc×Vtr))2的关系。在(L2/L1)≥100×(k/(Voc×Vtr))2的关系成立时，能实现10倍以上的升压比Vr。例如，在设为Vgen＝40V、Vsys＝182～222V(202±20V)的情况下，只要在Vr＝4.55～5.55的范围内设定即可。因此，只要按照满足4.552×(k/(Voc×Vtr))2≤(L2/L1)≤5.552×(k/(Voc×Vtr))2的方式，来调整L1、L2、k、Voc以及Vtr即可。这样，在Vgen的值被固定为40V的情况下，无论升压比Vr以4.55～5.55中的哪一个值变动，都能使Vsys收敛于182～222V。
但是，尽管流向系统的流入电压允许误差(±20(V))，但在从多个发电装置流向系统的情况下，流入电压误差会累加，存在对送电网带来恶劣影响的可能性。因此，优选按照Vsys与V0几乎相等的方式来调整Vr。上述的例子中，优选按照Vsys成为V0＝202(V)的方式将Vr维持为5.05。
另一方面，在太阳能发电中，存在如下构造：通过被称作MPPT(Maximum Power Point Tracking)的发电电压/电流量控制，根据被照射到太阳能发电面板的光量，始终输出最大电力。即，来自包括MPPT这样的控制的发电部的输出电压Vgen存在随时间变化的可能性，存在需要Vr的可变控制的情况。例如，即使在Vgen＝Vgenmin～Vgenmax(V)的范围内变动，为了收敛于Vsys＝Vsysmin～Vsysmax(V)的范围内，需要同时满足以下两个条件。
(式17)Vsysmin≤Vgenmin×Vr≤Vsysmax
(式18)Vsysmin≤Vgenmax×Vr≤Vsysmax
同时满足(式17)以及(式18)的Vr的条件根据Vgenmin≤Vgenmax，而成为
(式19)Vsysmin/Vgenmin≤Vr≤Vsysmax/Vgenmax。
另外，满足(式19)的Vr存在的条件在(式19)的第1边与第3边的大小关系成立时，即成为
(式20)Vsysmin/Vgenmin≤Vsysmax/Vgenmax。
例如，作为(式20)成立的条件，在Vgen＝35～40(V)，Vsys＝182～222(V)的情况下，应满足的升压比根据(式19)而成为Vr＝5.2～5.55。只要满足该Vr，就能最低限度满足Vsys的条件。但是，如上所述，由于优选按照Vsys尽可能成为固定值的方式进行输出，所以优选随着Vgen的变动，以Vsys固定的方式使Vr可变。
进而，在(式20)不成立的条件、即Vsysmin/Vgenmin＞Vsysmax/Vgenmax的关系成立的情况下，需要根据Vgen的值使Vr可变。例如，在Vgen＝20～40(V)、Vsys＝182～222(V)的情况下，(式20)不成立。在该条件下，只要按照例如在Vgen＝20(V)时Vr＝9.1～11.1的某一值、Vgen＝30(V)时Vr＝6.07～7.4的某一值、Vgen＝40(V)时Vr＝4.55～5.55的某一值的方式使Vr变化即可。
此外，如上所述，优选按照Vsys成为V0的方式进行控制。即，在上述的例子中，优选按照Vsys＝202(V)的方式，例如相对于Vgen为20、30、40(V)的情形，将Vr分别设为10.1、6.73、5.05。
(实施方式2)
接下来，参照图14A说明本发明的发电系统的实施方式。图14A是本实施方式中的发电系统的框图。在图14A中，对与上述实施方式中的发电装置的结构要素相同的结构要素附加相同的参照符号，省略其详细的说明。
图14A的发电系统包括并联连接的多个发电升压部131a、131b…131n。本实施方式中的发电升压部131a～131n都与实施方式1中的发电部101至第2天线109的结构相同。为了得到本发明的效果，并联连接的至少两个发电升压部只要具备与本发明的发电装置相同的结构即可。在图14A所示的例子中，从发电升压部131a～131n输出的RF能量分别被输入到输出变换部120。换句话说，多个发电装置的输出被并联连接，各发电装置具备实施方式1中的发电装置的结构。
各发电升压部131a～131n具备串联连接的太阳能发电部101、振荡器103、第1天线107、第2天线109。此外，在太阳能发电部101中构成的单元的串联数是多少都没有关系。
通过振荡器103，以较高的效率将由太阳能发电部101生成的直流电能变换为RF能量。该RF能量以非接触的方式在送电侧的第1天线107与受电侧的第2天线109之间被传输之后，在输出变换部120中被变换为频率fp的交流电能。
此外，图14A中输出变换部120具备将RF能量变换为直流电能的整流电路115、和将从整流电路115输出的直流电能变换为频率fp的交流电能的逆变器116。输出变换部120的结构并不限于这样的结构。例如，通过将RF能量直接变换为交流电能的直接方式的矩阵转换器也可以实现输出变换部120。
在图14A的例子中，从多个输出变换部120输出的交流电能(电力)通过并联连接而被相加之后，流入系统。
根据本实施方式，从发电升压部131a～131n的每一个得到的输出电压与由各个太阳能发电部得到的输出电压相比显著增大。因此，即使将发电升压部131a～131n并联连接，也能实现与系统要求的电压值接近的值。
由于发电升压部131a～131n被并联连接，所以即使在发电升压部131a～131n的一部分的特性产生劣化的情况下，或太阳光对发电升压部131a～131n的照射条件产生了差异的情况下，也能得到比现有技术的发电系统更稳定的特性。
图14B是表示本发明的发电系统的其他结构例的图。在图14B所示的例子中，至少一个输出变换部120接受从多个发电升压部131a～131n输出的RF能量，通过多个整流电路115将各RF能量变换为直流电能。从多个整流电路115的每一个输出的直流电能通过并联连接而被相加，之后通过逆变器116而被变换为频率fp的交流电能。在输出变换部120具有上述结构的情况下，能够削减发电系统所需的逆变器116的数量。
图14C是表示本发明的发电系统的又一其他结构例的图。在图14C所示的例子中，从多个发电升压部131a～131n输出的RF能量通过并联连接而被相加后，被输入到输出变换部120。在该例子中，输出变换部120的整流电路115将相加后的RF能量变换为直流电能。然后，从整流电路115输出的直流电能通过逆变器116被变换为交流电能。根据这样的结构例，能够进一步简化输出变换部120的构造。另外，也可以采用能实现多相输入的直接方式的矩阵转换器，将RF能量变换为直接交流电能。
本实施方式中的向系统的流入也可以按照来自系统的指示来进行。例如，也可以在从输出变换部120输出的电压严重偏离系统的电压的情况下，紧急停止流入，或动态控制流入的电压。另外，为了确保系统的稳定性，也可以并行操作(parallel off)。另外，为了与系统的电压相位一致，也可以进行相位控制。
在图14A、14B、14C中，虽然没有图示家庭用布线，但从输出变换部120输出的交流电能可经由图4所示的电力分支部140等，与家庭用布线连接。
实施例
(实施例1)
以下，说明本发明的实施例1。
首先，将受光面侧的形状为边长12cm的正方形的9个单结晶硅系太阳能发电元件(单元)进行串联连接，制成输出电压为4.5V、输出电流为1A、输出阻抗为4.5Ω的太阳能发电部。在该太阳能发电部的输出端子上连接了输出频率为3MHz、输出阻抗Zoc为5Ω的振荡器。通过F級放大器实现的振荡器的效率为95％。实施例1中的振荡器的升压比Vtr为1.05。
第1天线以及第2天线被设计成其谐振频率为等于振荡器的输出频率的3MHz。第1天线是通过将电感为1.988μH的第1电感器和电容为830pF的第1电容元件串联连接而制成的。第2天线是通过将电感为1.988μH的第2电感器和电容为830pF的第2电容元件并联连接而制成的。第1及第2电感器都是通过将每30根直径为80μm的铜布线相互绝缘地并联配置而成的绞合线来实现的。两个电感器的外形都是边长为36cm的正方形，匝数被设定为2。各天线(谐振器)的Q值为1350。
第1天线与第2天线平行地对置配置了彼此的形成面，相对面间的间隔被设为g(cm)。使该间隔g在5cm到75cm的范围内变化，对使与各g值对应的谐振器间的无线传送效率最大的最佳输入输出阻抗Zin和Zout进行测量。实际的测量是按照以下两个阶段的顺序来进行的。
第一，通过50Ω的端子阻抗的网络分析器，对两个天线(谐振器)的输入输出端子间的高频特性进行测量，得到以50Ω为基准阻抗的测量数据。
第二，基于上述测量数据，在电路模拟器上导出端子的信号反射最小的输入输出端子的阻抗条件Zin、Zout。
图15是表示导出的Zin以及Zout的g依赖性的曲线图。图16是表示无线传送部的输入输出阻抗变换比Zr以及传输效率的g依赖性的曲线图。
根据图可知，Zr的值在间隔g的全部范围内超过1，间隔g越大，Zr越显著地增大。若更详细地说明的话，g＝5cm时Zr为7.7，g＝7.5cm时Zr为20.6，g＝75cm时达到23158。
另外，g＝5cm时的谐振器间的耦合系数k为0.376，与在(式14)中将Voc设为1而仅导出无线传送部的k的情况(＝0.361)相比，仅有4％的误差。根据以上的结果，证明了(式14)的正确性。
图17是放大表示图16的曲线图中的10cm≤g≤40cm的范围内的特性的曲线图。例如，为了通过变压器得到在g＝22.5cm的条件下得到的147这一高的Zr值，需要将次级线圈的匝数与初级线圈的匝数之比设为12.1倍。在本发明的实施例中，使用匝数比1的第1天线以及第2天线的同时，将Zr提高到147。
使输入输出端子阻抗与在上述的方法中导出的输入输出阻抗Zin、Zout匹配时的正向通过特性，相当于本发明的发电装置内的无线传送效率。如图17所示，即使是g＝22.5cm，也能得到98.3％这一良好的无线传送效率。
在实施例1中，通过将上述的振荡器连接于无线传送部，从而实现了从输入直流电压以93.1％的效率得到RF输出。相对于输入直流电压的升压比为12.7。认为输入的电力的一部分因电路块之间的一点点不匹配所引起的损耗而变为热。
(比较例1～3)
与实施例1的情况同样地制作收发都是利用谐振频率为3MHz的谐振器实现了无线传送部的比较例1、2。实施例1与比较例1、2之间的不同点仅在于使比较例1、2中的两个天线(谐振器)的谐振方式相同。即，在比较例1中分别由LC串联型谐振器构成两个天线，在比较例2中分别由LC并联谐振器构成两个天线。各谐振器的电路常数与实施例1中的电路常数一致。进一步，还制作了按照两个天线不谐振的方式构成的比较例3。
(实施例2)
在实施例1中，虽然将第1天线中的第1电感器的匝数N1与第2天线中的第2电感器的匝数N2设为相等，但在实施例2中，制作了匝数比不同的发电装置。即，在实施例2中，使匝数N2从2增加到4。天线外形尺寸与实施例1相同。
(实施例3)
在实施例1中，第1天线的尺寸与第2天线的尺寸相同，而在实施例3中，制作了使第2天线的尺寸比第1天线的尺寸扩大了的发电装置。即，在实施例3中，将规定第2天线外形的正方形的一边设为72cm。在实施例3中，配置成连接第1天线的重心与第2天线的重心的线段分别与两天线的配置面正交。
(实施例4)
在实施例4中，制作了变更了实施例3中的配置关系的发电装置。即，如图8所示，相对于投影到第1天线的配置面上的、第2天线的配置区域(在图中用虚线图示的部分)，第1天线实质上在该配置区域的内部，并且被配置在与边缘部相当的位置。
以下的表1表示实施例1、比较例1～3、实施例2～4中的谐振器的结构、g＝22.5cm的无线传送部特性等。
[表1]
根据表1可知，在实施例1中能以无线方式实现高效率的电力传送，同时能达成极高的升压比Vr。另外，根据实施例2～4，得到了比实施例1更良好的Zr、Vr。
(实施例5)
接下来，在实施例5中，制作了在实施例1的结构的第2天线输出上连接了倍压整流电路的发电装置。制成的半波倍电压整流电路的直流变换效率在谐振频率为3MHz时，显示出93.4％。在导入的整流电路中，得到输出直流电压为输入高频电压的2倍值的升压比Vtr＝2的升压功能，本发电装置的输出直流电能相对于太阳能发电部的输出能量是86.4％的强度。
(实施例6)
在实施例6中，制作了在实施例1的结构的第2天线输出上连接了电桥整流电路的发电装置。制成的电桥整流电路的直流变换效率在谐振频率为3MHz时，显示出94.1％。在导入的整流电路中，本发电装置的输出直流电能相对于太阳能发电部的输出能量是87.0％的强度。
(实施例7)
对实施例6的条件的一部分进行变更，在Voc＝1.52、g＝15cm的条件下，制作了实施例7的发电装置。实施例7的发电装置的输出电压是308V，发电效率为87.2％。
(实施例8，比较例4)
并联连接7个实施例7的发电装置，作为实施例8的发电系统，得到了输出电压为308V、27.5W的发电输出。同样地，在比较例4中，制作了串联连接63个太阳能发电单元而得到的发电系统。以下的表2表示实施例8与比较例4的特性。
[表2]
与比较例4相比，实施例8尽管在内部使用了7次并联连接，但输出电压是9.8倍的高的值。
(产业上的可利用性)
本发明能够降低发电装置的铺设成本，且能够简化发电部的一部分发生劣化时的更换作业。另外，本发明由于能简单地使发电部的输出电压上升，所以在串联连接输出电压低的发电元件(太阳能电池)而构成发电部的情况下，能大幅降低发电元件的连接个数。因此，能降低因局部遮挡引起的特性劣化，能够构筑实现稳定的电力供给的太阳能发电系统。另外，即使在将以低电压输出的来自发电器件的输出能量与高电压系统连结而发挥功能的发电系统、即燃料电池系统中，本发明的升压效果也是有用的。
符号说明
101发电部(太阳能发电部)
103振荡器
105无线传送部
107第1天线(送电侧的谐振器)
107a第1电感器
107b第1电容器
109第2天线(受电侧的谐振器)
109a第2电感器
109b第2电容器
113投影到第1天线的配置面的第2天线的配置区域
115整流电路
116逆变器
117保护装置
119输出端子
120输出变换部
130电力分支部
131a、131b…131n发电升压部

Claims (13)

1.一种发电装置，其包括：
发电部，其输出直流电能；
振荡器，其将直流电能变换为频率f0的高频能量；
第1天线，其送出上述高频能量，包括按照构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式串联连接的第1电感器以及第1电容元件；
第2天线，其通过谐振磁场的耦合接受由上述第1天线送出的上述高频能量的至少一部分，包括按照构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式并联连接的第2电感器以及第2电容元件；和
输出变换部，其将从上述第2天线得到的高频能量变换为频率比上述高频能量低的交流电能，
上述谐振频率fT以及上述谐振频率fR被设定成实质上等于上述高频能量的频率f0，
在将上述振荡器的升压比设为Voc，将上述输出变换部的升压比设为Vtr，将上述第1电感器的电感设为L1，将上述第2电感器的电感设为L2，将上述第1天线与上述第2天线的耦合系数设为k时，满足
(L2/L1)≥(k/(Voc×Vtr))2。
2.根据权利要求1所述的发电装置，其中，
上述发电部是太阳能发电部。
3.根据权利要求1或2所述的发电装置，其中，
满足(L2/L1)≥100×(k/(Voc×Vtr))2。
4.根据权利要求1或2所述的发电装置，其中，
满足(L2/L1)≥10000×(k/(Voc×Vtr))2。
5.根据权利要求1或2所述的发电装置，其中，
上述发电部以及上述第1天线配置在建筑物的外侧。
6.根据权利要求1或2所述的发电装置，其中，
L1＜L2。
7.根据权利要求1或2所述的发电装置，其中，
第2电感器的匝数N2大于上述第1电感器的匝数N1。
8.根据权利要求1或2所述的发电装置，其中，
上述第2电感器的面积大于上述第1电感器的面积。
9.根据权利要求8所述的发电装置，其中，
投影到上述第1天线的配置面上的上述第1电感器被包含在由投影到上述配置面上的上述第2电感器的轮廓规定的区域的内部。
10.根据权利要求9所述的发电装置，其中，
投影到上述第1天线的配置面上的上述第1电感器靠近由投影到上述配置面上的上述第2电感器的轮廓所规定的区域的边缘。
11.根据权利要求1或2所述的发电装置，其中，
所述发电装置具备：电力分支部，其用于将上述输出变换部连接到家庭用布线以及商用电力系统。
12.一种发电系统，其具备多个发电装置，其中，
包含在上述多个发电装置中的至少两个发电装置的输出侧端子被并联连接，
上述至少两个发电装置分别是权利要求1或2所述的发电装置。
13.一种发电系统，其具备：
多个发电升压部；和
输出变换部，其并联连接包含在上述多个发电升压部中的至少两个发电升压部的输出侧端子，将从上述输出侧端子输出的高频能量变换为频率比上述高频能量低的交流电能，
上述至少两个发电升压部的每一个具备：
发电部，其输出直流电能；
振荡器，其将直流电能变换为频率f0的高频能量；
第1天线，其送出上述高频能量，包括按照构成具有谐振频率fT的串联谐振电路的方式串联连接的第1电感器以及第1电容元件；和
第2天线，其通过谐振磁场的耦合接受由上述第1天线送出的上述高频能量的至少一部分，包括按照构成具有谐振频率fR的并联谐振电路的方式并联连接的第2电感器以及第2电容元件，向上述输出侧端子输出上述高频能量，
上述谐振频率fT以及上述谐振频率fR被设定成实质上等于上述高频能量的频率f0，
在将上述振荡器的升压比设为Voc，将上述输出变换部的升压比设为Vtr，将上述第1电感器的电感设为L1，将上述第2电感器的电感设为L2，将上述第1天线与上述第2天线的耦合系数设为k时，满足
(L2/L1)≥(k/(Voc×Vtr))2。
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