JP5914882B2 - 発電システム、発電モジュール、モジュール固定装置、および発電システムの敷設方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導や電磁波の伝搬の代わりに共振磁界結合（Ｒｅｓｏｎａｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を利用して電力を無線で伝送する共振磁界結合型の非接触電力技術に関する。また、本発明は、太陽電池などの発電部によって生成された電気エネルギの電圧を共振磁界結合型の非接触電力伝送によって上昇させる発電システムに関する。

近年、太陽光発電に対する関心がますます高まりつつある。最近では、多数の太陽光発電素子（太陽電池：以下、簡単に「セル」と称する場合がある）を大面積のエリアに敷設した大電力発電工場も出現している。

一般の太陽光発電システムでは、多数のセルを金属性のモジュール枠内に配列し、セル間を相互接続した「太陽電池モジュール」が使用される。太陽電池モジュール（以下、簡単に「モジュール」と称する場合がある）の前面にはガラス板が設けられ、各セルは樹脂により大気からシールされた状態で動作する。このような太陽電池モジュールを敷設することにより、太陽光発電システムを構築することができる。

このような太陽光発電システムを導入する上で、モジュールやパワーコンディショナーなどの構成要素の製造コストが高いということが障壁になっているが、モジュールを敷設してシステムを構成するコストが高いということも導入障壁として無視できない。高所で行われることを考慮すると、敷設作業は危険かつ高コストとなるため、太陽光発電システムの更なる普及に対して深刻な課題となっている。

後述するように、個々のセルの出力電圧が低いため、従来の太陽光発電システムでは、電子機器の動作に必要な電圧や、売電をするための系統電圧を出力するためには、多数のセルを直列に接続する必要がある。直列に接続された太陽電池セルの一部が故障した場合や部分的な日陰に晒された場合、システム全体の出力電力の低下、という問題が生じる。また、多数の接続箇所の存在は、長期信頼性の低下を招く大きな要因となる。また、長期動作中に劣化したモジュールや接続配線を交換する場合も、高所での作業を要する。このためシステム全体の維持コストの上昇を招くという課題もある。

モジュール表面に部分的に日陰を形成しないために、モジュール端子はモジュール裏面側に配置されており、モジュール端子間の配線接続もモジュール裏面側で行わなければならない。一方で、発電量を稼ぐためにも、モジュールは隙間なく敷き詰められるべきである。更に、モジュールは近年大面積化し続けており、モジュール間を高所で接続する配線作業は、より危険且つ困難なものとなっている。

従来の太陽光発電装置の一例として、屋外から壁材を介して屋内へ無線でエネルギを供給する電力システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電力供給システムでは、壁を介したＲＦ（高周波）エネルギの伝送を電磁誘導方式によって実現している。

また、従来の太陽光発電装置の一例として、モジュール間を簡便に接続する提案がなされている（特許文献２参照）。この電力供給システムでは、電磁誘導技術を適用し、モジュールを直列、並列に接続している。

一方、特許文献３は、２つの共振器の間で空間を介してエネルギを伝送する新しい無線エネルギ伝送装置を開示している。この無線エネルギ伝送装置では、共振器の周辺の空間に生じる共振周波数の振動エネルギのしみ出し（エバネッセント・テール）を介して２つの共振器を結合することにより、振動エネルギを無線（非接触）で伝送する。

特開２００６−１３６０４５号公報（第５の実施形態、図１６） 特開平９−２７５６４４号公報（図４、５） 米国特許出願公開第２００８／０２７８２６４号明細書（図１１Ｂ、図１４）

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.

特許文献１、２に記載されている電磁誘導技術を適用した太陽光発電システムでは、セル出力が低電圧であるという太陽光発電デバイスに固有の課題を解決することができない。太陽光発電分野において、現在、エネルギ変換効率が高いということから広く使用されている結晶シリコン系の１個の太陽電池（セル）の出力電圧Ｖｃは０．５Ｖ程度であり、極めて低い。例えば、太陽光発電部からの直流出力を２００Ｖ程度の交流へ変換する場合、一般の変換回路（パワーコンディショナ）の動作効率を最大化する、更に低ひずみ特性を求める場合、最低でも３５０Ｖｄｃ以上の入力電圧が必要となる。結果として、太陽光発電部の出力電圧を３５０Ｖ程度に高めるため、数百個ものセルの直列接続構成が必要となる。

なお、太陽光発電システム内で直流から交流への周波数変換を行わない場合でも、同様の問題が生じ得る。昨今注目を集めている直流給電システムでも、使用が検討されている電圧は、４８Ｖｄｃ、あるいは３００〜４００Ｖｄｃの大きさである。このため、直流給電システムでも、やはり数十から数百個のセルを直列に接続する必要がある。

システム内で直列に接続されるセルやモジュールの個数が増大するほど、敷設領域の一部が日陰になった場合（パーシャルシェイディング）や、敷設されるセルやモジュールの一部で特性が劣化した場合に、システム全体の性能低下を招き易くなる。一般的に、上述の問題を回避するため、モジュール内へのバイパスダイオードの導入が行われるが、発熱やコスト増などの問題を招く点が好ましくない。一方、昇圧機能を有する一般的なＤＣ／ＤＣコンバータを用いて昇圧を行う場合でも、直列に接続されたセルの個数を大幅に低減できるほどの高い昇圧比を高効率に実現することは困難である。

また、特許文献２の無線エネルギ伝送装置での昇圧特性は、従来のトランス技術によってもたらされる昇圧特性でしかなく、本発明の課題を解決するには不十分である。

また、特許文献１、２で用いられる電磁誘導技術では、送電アンテナから受電アンテナへＲＦエネルギが到達できる距離がわずかな値でしかなく、また、送電アンテナと受電アンテナの対向面に平行な相対位置ずれに対する許容度が低すぎるなど、現実的な構成で高効率な伝送を行うことが困難である。また、従来の電磁誘導技術の範囲において利用できるトランス特性は理想的な従来のトランス特性に過ぎず、入出力電圧の高い昇圧を実現するには、巻線比を極めて高い値に設定しなければならなくなる。

また、特許文献３の無線エネルギ伝送装置での昇圧特性も、従来のトランス技術によってもたらされる昇圧特性でしかないものであり、本発明の課題を解決するには不十分である。

本発明の発電システムは、複数の発電モジュールと、前記複数の発電モジュールを被固定物に固定するモジュール固定装置とを備える。前記複数の発電モジュールの各々は、直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、前記発電モジュール本体に取り付けられた送電部であって、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部とを備える。前記モジュール固定装置は、前記複数の発電モジュールを固定する第１の固定部材と、各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る複数の受電アンテナと、前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材とを備える。前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定する。前記発電システムは、更に、前記複数の受電アンテナの出力を並列的に合成する合成部を備える。前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路であり、前記受電アンテナは、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路である。前記送電アンテナの共振周波数ｆＴおよび前記受電アンテナの共振周波数ｆＲは、いずれも、前記ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定され、前記発振器の昇圧比をＶｏｃ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの結合係数をｋとするとき、（Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／Ｖｏｃ）²を満足する。

本発明の他の発電システムは、複数の発電モジュールと、前記複数の発電モジュールを被固定物に固定するモジュール固定装置とを備える。前記複数の発電モジュールの各々は、直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、前記発電モジュール本体に取り付けられた送電部であって、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部とを備える。前記モジュール固定装置は、前記複数の発電モジュールを固定する第１の固定部材と、各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る複数の受電アンテナと、前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材とを備える。前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定する。前記発電システムは、更に、前記複数の受電アンテナの出力を並列的に合成する合成部と、前記合成部の出力を整流する整流器とを備える。前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路であり、前記受電アンテナは、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路である。前記送電アンテナの共振周波数ｆＴおよび前記受電アンテナの共振周波数ｆＲは、いずれも、前記ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定され、前記発振器の昇圧比をＶｏｃ、前記整流器の昇圧比をＶｒｒ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの結合係数をｋとするとき、（Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足する。

本発明による更に他の発電システムは、複数の発電モジュールと、前記複数の発電モジュールを被固定物に固定するモジュール固定装置とを備える。前記複数の発電モジュールの各々は、直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、前記発電モジュール本体に取り付けられた送電部であって、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部とを備える。前記モジュール固定装置は、前記複数の発電モジュールを固定する第１の固定部材と、各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る複数の受電アンテナと、前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材とを備える。前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定する。前記発電システムは、更に、前記複数の受電アンテナの出力をそれぞれ整流する複数の整流器と、前記複数の整流器の出力を並列的に合成する合成部とを備える。前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路であり、前記受電アンテナは、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路である。前記送電アンテナの共振周波数ｆＴおよび前記受電アンテナの共振周波数ｆＲは、いずれも、前記ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定され、前記発振器の昇圧比をＶｏｃ、前記整流器の昇圧比をＶｒｒ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの結合係数をｋとするとき、（Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足する。

本発明による更に他の発電システムは、複数の発電モジュールと、前記複数の発電モジュールを被固定物に固定するモジュール固定装置とを備える。前記複数の発電モジュールの各々は、直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、前記発電モジュール本体に取り付けられた送電部であって、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部とを備える。前記モジュール固定装置は、前記複数の発電モジュールを固定する第１の固定部材と、各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る複数の受電アンテナと、前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材とを備える。前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定する。前記発電システムは、更に、前記複数の受電アンテナの出力を並列的に合成する合成部と、前記合成部の出力の周波数を変換する周波数変換回路とを備える。前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路であり、前記受電アンテナは、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路である。前記送電アンテナの共振周波数ｆＴおよび前記受電アンテナの共振周波数ｆＲは、いずれも、前記ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定され、前記発振器の昇圧比をＶｏｃ、前記周波数変換回路の昇圧比をＶｔｒ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの結合係数をｋとするとき、（Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｔｒ））²を満足する。

本発明による更に他の発電システムは、複数の発電モジュールと、前記複数の発電モジュールを被固定物に固定するモジュール固定装置とを備える。前記複数の発電モジュールの各々は、直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、前記発電モジュール本体に取り付けられた送電部であって、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部とを備える。前記モジュール固定装置は、前記複数の発電モジュールを固定する第１の固定部材と、各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る複数の受電アンテナと、前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材とを備える。前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定する。前記発電システムは、更に、前記複数の受電アンテナの出力の周波数をそれぞれ変換する複数の周波数変換回路と、前記複数の周波数変換回路の出力を並列的に合成する合成部とを備える。前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路であり、前記受電アンテナは、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路である。前記送電アンテナの共振周波数ｆＴおよび前記受電アンテナの共振周波数ｆＲは、いずれも、前記ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定され、前記発振器の昇圧比をＶｏｃ、前記周波数変換回路の昇圧比をＶｔｒ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの結合係数をｋとするとき、（Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｔｒ））²を満足する。

本発明の発電モジュールは、直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、前記発電モジュール本体に取り付けられ、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部とを備え、前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路である。

本発明のモジュール固定装置は、直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、前記発電モジュール本体に取り付けられ、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部とを備え、前記送電アンテナが第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路である複数の発電モジュールを、被固定物に固定する第１の固定部材と、各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取り、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路である複数の受電アンテナと、前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材と、前記複数の受電アンテナに含まれる少なくとも２つの受電アンテナの出力が並列的に入力されるケーブルとを備える。前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定する。

本発明の発電システムの敷設方法は、上記いずれかの発電システムの敷設方法であって、前記モジュール固定装置を準備する工程と、前記モジュール固定装置を前記被固定物上に設置する工程と、前記発電モジュールを用意する工程と、前記発電モジュールを前記モジュール固定装置の前記第１の固定部材によって前記被固定物に固定する工程とを含む。

本発明の実施形態による発電システムによれば、共振磁界結合を利用してアンテナ間の電力伝送を行う際に、高い昇圧効果を実現できる。また、本発明の実施形態による発電システムおよび発電モジュール、モジュール固定装置、及び発電システムの敷設方法によれば、敷設コストを低減し、発電部の一部が劣化した時の交換作業を簡便化することが可能となる。

本発明の実施形態による発電システムの設置前の基本構成を示す断面図である。 本発明の実施形態による発電システムの設置後の基本構成を示す断面図である。 本発明の実施形態の発電システムの基本構成を示す斜視図である。 本発明の第１の発電システムのブロック図である。 本発明の第１の発電システムをモジュール裏面側から透視した模式図である。 本発明の第１の発電システムをモジュール裏面側から透視した模式図である。 本発明の第１の発電システムをモジュール裏面側から透視した簡易模式図である。 アンテナの等価回路を示す図である。 他の非接触伝送部（整流回路付）の構成を示す図である。 他の非接触伝送部（周波数変換回路付）の構成を示す図である。 発電システムの一部である非接触伝送部付近の拡大模式図である。 図９に示した非接触伝送部の等価回路図である。 発電システムの側面からの断面模式図である。 発電システムの側面からの断面模式図である。 発電システムの上面からの透視模式図である。 発電システムの上面からの透視模式図である。 （ａ）は、２つのインダクタの配置例を示す平面図であり、（ｂ）は、その模式的な断面図である。 アンテナ配置の他の例を示す図である。 送電アンテナ及び受電アンテナ付近の構成要素群の側面からの断面模式図である。 送電アンテナ及び受電アンテナ付近の構成要素群の側面からの断面模式図である。 送電アンテナ及び受電アンテナ付近の構成要素群の側面からの断面模式図である。 発電システムの上面からの透視模式図である。 発電システムの上面からの透視模式図である。 本発明の第２の実施形態の発電システムのブロック図である。 （ａ）は、本発明による発電装置の第２の実施形態で使用可能な半波倍電圧整流回路の回路図であり、（ｂ）は、第２の実施形態で使用可能な両波倍電圧整流回路の回路図である。 本発明による発電システムの第３の実施形態を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態の発電システムの模式図である。 本発明の第４の実施形態の発電システムの基本ブロック図である。 本発明による発電システムの第４の実施形態で使用可能な単相出力のインバータの回路図である。 本発明による発電システムの第４の実施形態で使用可能な三相出力のインバータの回路図である。 本発明による発電システムの第４の実施形態で使用可能なＶ接点インバータの回路図である。 本発明の第４の実施形態において使用可能な昇圧チョッパ回路の回路図である。 本発明の第４の実施形態において使用可能な間接方式のマトリクスコンバータの回路図である。 本発明の第４の実施形態において使用可能な直接方式のマトリクスコンバータの回路図である。 本発明の第５の実施形態の発電システムの基本ブロック図である。 本発明の第５の実施形態の発電システムの模式図である。 本発明の第６の実施形態の発電システムの敷設方法のフローチャートである。 従来の発電システムの敷設方法のフローチャートである。 本発明の第７の実施形態の発電装置の模式図である。 本発明の第８の実施形態の発電装置固定部材の模式図である。 本発明の実施例１における非接触伝送部の入力インピーダンスＺｉｎおよび出力インピーダンスＺｏｕｔのアンテナ間隔依存性を示すグラフである。 本発明の実施例１における非接触伝送部の入出力インピーダンス変換比Ｚｒおよび無線伝送効率のアンテナ間隔依存を示すグラフである。 本発明の実施例７における非接触伝送部の入出力電圧比Ｖｒおよび無線伝送効率の相対スライド量依存性を示すグラフである。

本発明による発電システムの好ましい実施形態を説明する前に、まず、図１Ａから図１Ｃおよび図２を参照しながら、本発明の実施形態の基本構成を簡単に説明する。

まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照する。図１Ａは、発電システムの各構成要素を結合する途中の状態を模式的に示す断面図であり、図１Ｂは、各構成要素が結合されて１つの発電システムが形成された状態を模式的に示す断面図である。

本発明の発電システムは、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、複数の発電モジュール１０と、これら複数の発電モジュール１０を被固定物１に固定するモジュール固定装置２０とを備える。図１Ａおよび図１Ｂの例では、簡単のため、２個の発電モジュール１０が記載されている。発電モジュール１０の個数は２個に限定されない。本発明による発電システムの好ましい実施形態は、３個以上の発電モジュール１０を備えていてもよい。なお、本明細書において「発電モジュール」を単に「モジュール」と称する場合がある。

複数の発電モジュール１０の各々は、直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体１０１と、発電モジュール本体１０１に取り付けられた送電部２００とを備える。送電部２００は、直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器１０３、および、発振器１０３からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナ１０７を有する。

モジュール固定装置２０は、第１の固定部材２１と、複数の受電アンテナ１０９と、第２の固定部材２２とを備える。図１Ａおよび図１Ｂに示される例では、第１の固定部材２１および第２の固定部材２２が他の部材２３によって連結されているが、本発明におけるモジュール固定装置の構成は、このような例に限定されない。

第１の固定部材２１は、複数の発電モジュール１０を被固定物１に固定できるように構成されている。図示される例では、第１の固定部材２１と被固定物１との間に他の部材２３が存在しているが、第１の固定部材２１が直接に被固定物１と接触していてもよい。

複数の受電アンテナ１０９の各々は、複数の発電モジュール１０の１つに対応し、対応する送電アンテナ１０７によって送出されたＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る。第１の固定部材２１および第２の固定部材２２は、各受電アンテナ１０９と、それに対応する送電アンテナ１０７とが、少なくとも部分的に対向するように、複数の送電アンテナ１０７および複数の受電アンテナ１０９を固定する。

この発電システムは、更に、複数の受電アンテナ１０９の出力を並列的に合成する合成部３０を備える。図１Ａおよび図１Ｂに示される例では、合成部３０は、各受電アンテナ１０９にワイヤによって接続されている。合成部３０は、モジュール固定装置２０の内部に配置される必要はなく、モジュール固定装置２０の外部におかれていてもよい。複数本のワイヤが１箇所または複数の箇所で接続されている場合は、各接続部分が「合成部３０」として機能し得る。

後に詳しく説明するように、本発明における送電アンテナ１０７は、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路である。受電アンテナ１０９は、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路である。送電アンテナ１０７の共振周波数ｆＴおよび受電アンテナ１０９の共振周波数ｆＲは、いずれも、ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定されている。

発振器１０３の昇圧比をＶｏｃ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９との結合係数をｋとするとき、
（Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／Ｖｏｃ）²を満足する。

周波数ｆ０は、例えば５０Ｈｚ〜３００ＧＨｚ、より好ましくは２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、さらに好ましくは２０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、さらに好ましくは２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、に設定される。本明細書における「高周波（Ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）」とは、上記周波数帯域を広く含むものとする。

次に、図１Ｃを参照しながら、本発明による発電システムを更に詳しく説明する。

発振器１０３は、発電モジュール本体１０１が発電した直流エネルギ（電力）を受け取り、この直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに周波数変換する（ＤＣ／ＲＦ変換）。発振器１０３から出力されたＲＦエネルギは、発振器１０３に接続された送電アンテナ１０７に入力される。共振周波数が等しくなるように設計された共振器である送電アンテナ１０７および受電アンテナ１０９は、互いの共振器が周辺空間に形成する共振磁界を介して結合され、受電アンテナ１０９は、送電アンテナ１０７によって送出されたＲＦエネルギの少なくとも一部を効率良く受け取ることができる。受電アンテナ１０９は、送電アンテナ１０７に物理的に接触しておらず、好ましくは、送電アンテナ１０７から例えば数ミリメートル〜数十センチメートル程度は離間している。

発振器１０３及び送電アンテナ１０７を含んで構成される非接触伝送の送電部２００は、発電モジュール本体１０１を設置する前に、発電モジュール本体１０１の裏面にあらかじめ固定される。また、発電モジュール本体１０１の端面に固定されてもよい。発電モジュール本体１０１のＤＣ出力用端子と、発振器１０３のＤＣ入力端子は、導通接続される。導通接続の手段として、ケーブル、または電極間の直接の半田付け、などの手段が適用できる。

また、図１Ｂに示す例において、受電アンテナ１０９を含んで構成される非接触伝送の受電部は、モジュール固定装置２０における第１の固定部材２１に固定される。ここで、第１の固定部材２１はモジュール１０を設置する屋根そのもので代用してもよいし、屋根にモジュール１０を固定する部材２３と兼用してもよい。

図１Ｃに示す例では、図１Ａおよび図１Ｂに示した第１の固定部材２１、第２の固定部材２２、および他の部材２３が１つの長尺状の固定部材１４１として一体化されている。この固定部材１４１は、複数の発電モジュール１０を被固定物１に固定する第１の固定部材２１と、対応する送電アンテナ１０７に少なくとも部分的に対向するように、複数の受電アンテナ１０９を固定する第２の固定部材２２とを兼ねている。なお、屋根そのものの一部が、この固定部材１４１として機能するように構成されていてもよい。

図１Ｃに示す長尺状の固定部材１４１は、ケーブル１４３を備えている。ケーブル１４３は、固定部材１４１の表面に固定されてもよいし、固定部材１４１の内部に配置されてもよい。本システム内には、固定部材１４１に沿って配置される受電アンテナ１０９の複数の出力端子が存在し得る。これらの複数の出力端子に対して、ケーブル１４３が有する複数の入力端子がそれぞれ接続される。受電アンテナ１０９の下面（送電アンテナ１０７と対向していない面）に対向する固定部材１４１の表面に渦電流回避空間１５９が形成される。

図２に本発明の実施形態による発電システムのブロック図を示す。本発明の発電システムは、並列的に接続された複数の発電システム要素１３１ａ、１３１ｂ・・・１３１ｎを含んでいる。

各発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎは、直列に接続された発電モジュール本体１０１、発振器１０３、送電アンテナ１０７、受電アンテナ１０９を備えている。発電モジュール本体１０１によって生成された直流エネルギは、発振器１０３でＲＦエネルギに高い効率で変換される。このＲＦエネルギは、送電側の送電アンテナ１０７と受電側の受電アンテナ１０９との間で非接触に伝送される。各発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎから出力されたＲＦエネルギ（電力）は、並列接続によって合成された後、負荷１３３に供給される。本実施形態における負荷１３３は、ＲＦエネルギ入力で動作する通常の電子機器である。本実施形態によれば、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎの各々から得られる出力電圧が、個々のモジュールの出力電圧よりも飛躍的に増大している。よって、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎを並列に接続しても、負荷１３３が要求する高い電圧値へのシステム出力電圧の昇圧が容易に可能となる。

また、モジュール敷設作業工程前に様々な前工程を完了できる仕組みが本発明の実施形態による発電システムには用意されているので、敷設やモジュール交換の作業の煩雑さを低減できる。煩雑さの低減は、両作業に要する時間の低減（すなわちコスト低減）、作業リスクの低減に直結する。

例えば、以下に挙げる工程の少なくとも一つを、モジュール敷設作業前に完了しておくことができる。第１の工程は、発振器１０３と送電アンテナ１０７の、発電モジュール本体１０１への固定である。第２の工程は、受電アンテナ１０９の出力端子と、ケーブル１４３の入力端子の接続である。第３の工程は、受電アンテナ１０９の固定部材への固定である。第４の工程は、固定部材内における、複数の受電アンテナ１０９からの出力電力の並列合成を行うための配線接続工程である。以上の工程の少なくとも一つ、好ましくは全てを、高所で行わずに、モジュール設置工程の前の準備工程内で完了しておくことで、敷設作業、部分交換作業の簡便化が容易に可能となる。

また、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎが並列に接続されているため、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎの一部の特性が劣化した場合や、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎに対する太陽光の照射条件に差異が生じた場合でも、従来の発電システムよりも安定した特性を得ることが容易に可能となる。

なお、複数の受電アンテナ１０９から出力されるＲＦエネルギの位相を揃えることで、発電電力の合成効率が最大化するため、各発振器１０３は発振位相を調整することが好ましい。発振器１０３に通信機能を持たせることにより、発振器１０３間の情報のやり取りは無線で行うことが可能である。このため、上記調整は本システムの敷設方法の簡便性を妨げるものではない。

本発明における「アンテナ」は、放射電磁界の送受信を行うための通常のアンテナではなく、共振器の磁界の近接成分（エバネッセント・テール）の結合を利用して２つの物体間でエネルギ伝送を行うための要素である。共振磁界を利用した非接触電力伝送によれば、電磁波を遠方に伝搬させるときに生じるエネルギ損失（放射損失）が生じないため、極めて高い効率で電力を伝送することが可能になる。このような共振磁界（近接場）の結合を利用したエネルギ伝送では、ファラデーの電磁誘導の法則を利用した公知の非接触電力伝送に比べて損失が少ないだけではなく、例えば数メートルも離れた２つの共振器（アンテナ）間で高効率にエネルギを伝送することが可能になる。

このような原理に基づく非接触電力伝送を行うには、２つの共振アンテナ間で結合を生じさせる必要がある。上述のように、本発明における共振周波数ｆＴおよび共振周波数ｆＲは、いずれも、発振器１０３の周波数ｆ０に等しく設定されるが、ｆＴおよび／またはｆＲは、周波数ｆ０と完全に一致する必要は無い。共振器間の結合に基づき高効率なエネルギ伝送を実現するためには、ｆＴ＝ｆＲが理想的であるが、ｆＴとｆＲとの差異が充分に小さければよい。本明細書において、「周波数ｆＴが周波数ｆＲに等しい」とは、以下の式１が満足される場合であると定義する。
（式１） ｜ｆＴ−ｆＲ｜≦ｆＴ／ＱＴ＋ｆＲ／ＱＲ
ここで、ＱＴは送電アンテナの共振器としてのＱ値、ＱＲは受電アンテナの共振器としてのＱ値である。一般に、共振周波数をＸ、共振器のＱ値をＱｘとした場合、この共振器の共振が生じる帯域はＸ／Ｑｘに相当する。｜ｆＴ−ｆＲ｜≦ｆＴ／ＱＴ＋ｆＲ／ＱＲの関係が成立すれば、２つの共振器間で共振磁界結合によるエネルギ伝送が実現する。

なお、モジュール本体１０１と発振器１０３の間には、ｄｃ−ｄｃソリューションと呼ばれるような、ＭＰＰＴ機能を実現するためのデバイスが挿入されてもよい。具体的には、モジュールからの発電量を最大化するように、発電電圧を可変昇圧もしくは可変降圧、あるいはその両方を行いながら最大電力を追尾するデバイスである。発電量が最大化されたかどうかの診断は、受電アンテナ１０９よりも後段で行ってもよいし、発振器１０３の前段で行ってもよい。診断情報を基に、昇降圧比を可変制御して最大電力追従を行うことが可能である。

（ケーブルの構成：入出力端子数と出力端子数）
図３は、モジュール１０の裏面側から透視した固定部材１４１の模式図である。ケーブル１４３の出力端子１４７の対数（対の数）Ｎｃｏｕｔが入力端子１４５の対数Ｎｃｉｎより小さい値となるよう、固定部材１４１内で少なくとも１回以上は出力電力を並列的に合成するケーブル構成を採用することが好ましい。図３に示されている例では、Ｎｃｉｎ＝４、Ｎｃｏｕｔ＝１が成立している。すなわち、４個のモジュール１０から得た電力を１つに並列合成する。ＮｃｉｎおよびＮｃｏｕｔは、図３に例示されている個数に限定されないことは言うまでもない。

なお、電力エネルギを伝送する際に必要な配線構成として、正負、もしくは信号−接地の二本対構造、同軸構造、あるいは三相の場合は相対的に１２０度ずつ位相ずれした３本の配線、など、出力電力が直流、高周波、交流のいずれに該当するかによって異なる端子構成が必要になる。このため、以下において、「端子数（端子対数）」は、エネルギ伝送に必要な端子構成が何組必要か、を意味する。

モジュール１０の設置領域にＭ行Ｎ列のモジュール１０を配置する場合、固定部材１４１のうちで一方向に延長した部分は、Ｍ個、もしくはＮ個のモジュールを、屋根などの領域に固定する機能を果たしうる。図３に示す例には、固定部材１４１の一部、横方向に延びる部分が１つのみ記載され、この部分が４個のモジュールの一辺付近を屋根などに固定する。

Ｍ×Ｎの値が膨大となるシステム構成でも、複数の受電アンテナ１０９からの出力を並列的に合成すると、最終出力箇所での配線接続回数の増大を回避することが可能となる。最も好ましいのはＮｃｏｕｔが１となるケーブル構成の採用である。

図３に示したように固定部材１４１の片側にモジュール１０を配置するだけでなく、図４に示すように、固定部材１４１の両側にモジュール１０を配置してもよい。毎列ごとに固定部材１４１にケーブル１４３を配置する必要はない。

図５は、４行４列（＝１６個）のモジュール１０を固定する４本の固定部材１４１を示している。図５に示す例では、４本の固定部材１４１のすべてではなく、１つおきにケーブル１４３を設けている。この場合、システム全体で必要なケーブル数を低減したことにより、高所での配線接続工事に伴う敷設コストを更に削減することが可能となる。

（等価回路と昇圧原理について）
次に、図６を参照する。図６は、本発明のある実施形態における非接触伝送部の等価回路を示す図である。図６に示すように、本実施形態における送電アンテナ１０７は、第１インダクタ１０７ａおよび第１容量素子１０７ｂが直列に接続された直列共振回路であり、受電アンテナ１０９は、第２インダクタ１０９ａおよび第２容量素子１０９ｂが並列に接続された並列共振回路である。なお、送電アンテナ１０７の直列共振回路は寄生抵抗成分Ｒ１を有し、受電アンテナ１０９の並列共振回路は寄生抵抗成分Ｒ２を有している。

本実施形態では、発振器１０３の昇圧比をＶｏｃ、第１インダクタ１０７ａのインダクタンスをＬ１、第２インダクタ１０９ａのインダクタンスをＬ２、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９との結合係数をｋとするとき、以下の関係が満足するようにＬ１、Ｌ２、ｋ、Ｖｏｃの値が決定されている。
（Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／Ｖｏｃ）²
上記の関係を満足するとき、入力される直流エネルギの電圧を非接触電力伝送に際して２倍以上に高めること（昇圧比：２以上）が可能になる。このような昇圧が実現する理由については、後に詳しく説明する。

本実施形態における非接触伝送部によれば、電力を非接触でアンテナ間を伝送させる際に、低電圧のエネルギ（電力）を効率的に昇圧することができる。よって、本実施形態による太陽光発電システムの発電システム要素によれば、発電モジュール本体１０１の出力電圧が低い場合でも、昇圧効果により、高電圧の電力を出力することが可能である。このため、従来なら直列に接続されるべきセルの接続数を大幅に低減することが可能になる。その結果、敷設費用や維持費用を低減できる、普及に適した新しい太陽光発電システムの提供が可能となる。

図７は、本発明の他の実施形態による非接触伝送部の等価回路を示す図である。この非接触伝送部が前述の非接触伝送部（図６）と異なる点は、受電アンテナ１０９の後段に接続された整流回路（整流器）１１５を備えている点にある。本実施形態の非接触伝送部によれば、この整流回路１１５の働きにより、非接触伝送部から直流エネルギを出力させることが可能になる。よって、本実施形態の太陽光発電システムの発電システム要素においては、発電モジュール本体１０１の出力電圧が低くても、非接触電力伝送時の昇圧効果により、充分に高い電圧に昇圧された直流エネルギを出力させることができる。

なお、整流回路１１５の昇圧比をＶｒｒとすると、受電アンテナ１０９に整流回路１１５が接続されている場合には、以下の関係を満足するときに２倍以上の昇圧を実現することが可能になる。
（Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））^２
この点についても、詳細な説明は後述する。

図８は、本発明のさらに他の実施形態における非接触伝送部の等価回路を示す図である。この非接触伝送部が前述の非接触伝送部（図６、図７）と異なる点は、受電アンテナ１０９の後段に接続された周波数変換回路（ＲＦ／ＡＣ変換回路）１６１を備えている点にある。本実施形態の非接触伝送部によれば、この周波数変換回路１６１の働きにより、非接触伝送部から交流エネルギを出力させることが可能になる。よって、本実施形態の太陽光発電システムの発電システム要素においては、発電モジュール本体１０１の出力電圧が低くても、非接触電力伝送時の昇圧効果により、充分に高い電圧に昇圧された交流エネルギを出力させることができる。

なお、周波数変換回路１６１の昇圧比をＶｔｒとすると、受電アンテナ１０９に周波数変換回路１６１が接続されている場合には、以下の関係を満足するときに２倍以上の昇圧を実現することが可能になる。
（Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｔｒ））^２
この点についても、詳細な説明は後述する。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。

（実施形態１）
まず、図９および図１０を参照しながら、本発明による発電システムの第１の実施形態を説明する。図９は図１に示した発電システムの一部である非接触伝送部付近の拡大模式図であり、図１０は、図９に示す非接触伝送部１０５の等価回路図である。図９、図１０において、図１、図６に示した構成要素に対応する構成要素には同じ参照符号を付している。

本実施形態における発電システムは、モジュール１０が太陽エネルギで発電する素子を備える「太陽光発電システム」である。本実施形態の太陽光発電システムにおける各々のモジュールに係る部分は、図９に示すように、発振器１０３と、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９とを少なくとも備えており、これらは直列に構成されている。送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９は、物理的には非接触である。アンテナ間の非接触伝送特性の再現性を向上するために、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９との間の対向距離を簡便に一定に保つことが有効である。

以下、図１１Ａ以降の図面を参照しながら、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９との対向距離を一定に保つ構成の好ましい例を説明する。図１１Ａは、本実施形態の太陽光発電システムの一部、すなわち１つのモジュール１０に関する部分の断面を模式的に示す図である。

発電モジュール本体１０１は、太陽電池のセル群や封止材、表面ガラス板を多重に挟んだ構造と、この構造を囲むモジュール枠１５１とを備えている。モジュール枠１５１は、アルミニウムなどの導体によって形成され、モジュール１０の外側部分を構成する。

モジュール枠１５１は、通常の敷設工程と同様に、屋根などの設置面１５７に固定される第１の固定部材１５３に固定される。設置面１５７から送電アンテナ１０７までの対向距離は、発電モジュール本体１０１への送電アンテナ１０７の固定によって、一定値となる。

次に、第２の固定部材１５５も設置面１５７に対して固定する。第２の固定部材１５５に対して受電アンテナ１０９を固定することによって、設置面１５７から受電アンテナ１０９までの対向距離も、一定値となる。よって、簡便な敷設作業により、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９間の相対配置関係を、一定の対向距離に維持することが可能となる。対向距離は好ましくは数ミリメートルから数十センチメートルである。

ケーブル１４３の配置位置は、図１１Ａに示すように、第２の固定部材１５５の内部に埋め込んでもよいし、第２の固定部材１５５の表面に固定しておいてもよい。第１の固定部材１５３の内部への埋め込み、固定、表面への固定も可能である。また、第１の固定部材１５３と第２の固定部材１５５とを一体構成として形成することにより、固定部材を配置面１５７へ固定する作業回数を更に削減することが可能である。

図１１Ｂは、アンテナ１０７、１０９をそれぞれ覆う保護部材１１７を設けた実施形態を示している。図１１Ａの構成と異なる点は、保護部材１１７の有無である。

図１２および図１３は、それぞれ、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９の配置例を示す平面透視図である。図１２および図１３に示される構成例については、後述する。

図１１Ａ、図１１Ｂの断面図においては、第２の固定部材１５５の下面は設置面１５７に接している。設置面１５７に対する第２の固定部材１５５の相対的位置関係は、第１の固定部材１５３の固定工程により、決定してもよい。図１Ｃ、図３、図４、図５に示した固定部材１４１は、上述の第１の固定部材１５３と第２の固定部材１５５を一体化したものとして図示している。

伝送効率を高い値に維持するためには、送電アンテナ１０７および受電アンテナ１０９は、少なくとも一部が対向するように配置されることが好ましい。ただし、アンテナ１０７、１０９の配置は、対向配置に限定されず、両者が直交しないように配置されていればよい。送電アンテナ１０７は、第１インダクタ１０７ａおよび第１容量素子１０７ｂからなる直列共振回路であり、受電アンテナ１０９は第２インダクタ１０９ａおよび第２容量素子１０９ｂからなる並列共振回路である。

（ｋ低減の３方法について）
図１２に、本実施形態の発電システムの上面からの透視模式図を示す。後述するように、本願の昇圧効果を得るには、アンテナ間の結合係数ｋの低減が必要である。ｋの低減には、以下に示す３つの方法が有効である。

第１の方法は、アンテナ間の対向距離の拡大である。また、アンテナ間の対向距離が短い範囲においては（アンテナ面積にも依存するが、例えば、数ミリメートルから数センチメートルという範囲に設定される場合である）第２の方法として、アンテナ間のサイズ非対称性の導入が、第３の方法としてアンテナ対向面積の低減が有効である。従来の電磁誘導技術では、高効率伝送を実現するために、ｋを最大値の１とするべく、二つのアンテナを同面積とし距離を近づけ、２つのアンテナが完全に交差するよう設計される傾向があった。更には、漏れ磁束の低減のためにも磁性コアを導入することも多かった。よって、上述の３方法におけるアンテナの相対配置は、従来の電磁誘導技術においては想定できない条件となる。

第２の方法の例としては、図１２に示したように、送電アンテナ１０７を受電アンテナ１０９に対して小型となるよう設定すればよい。第３の方法の例としては、図１３に示すように、第１インダクタ１０７ａと第２インダクタ１０９ａのサイズが等しい、もしくは、近しい面積に設定された場合に、両インダクタの相対的な配置位置をずらすことである。

従来の電磁誘導技術では、送受アンテナ間の結合係数の増大を目的に、近接した送受アンテナ間に挟むように磁性体を配置することがよく行われる。一方、本願において上述の第２、第３の方法を採用している場合、近接した送受アンテナ間の空間に磁性体を配置することは好ましくない。磁性体の導入は、導入した磁性体内に磁界の集中をまねき、磁性体の損失特性によって、伝送効率の低下を引き起こす。一方、磁性体の導入目的である、送受アンテナ間の結合係数の向上は、本願の昇圧特性のむしろ妨げになる。よって、本願の発電システムにおいては、送受アンテナ間の空間に磁性体を配置することは好ましくない。また、送受アンテナ間の空間に導体を導入することも、伝送効率の低下をまねく。よって、本願の発電システムにおいては、送受アンテナ間の空間に配置される物質は空気、水を含む誘電体材料のいずれか、であることが好ましい。

上記の第２の方法を補足的に説明する。ここでは、第１インダクタ１０７ａおよび第２インダクタ１０９ａの少なくとも前面は、いずれも、平面的な形状を有しているものとする。

図１４（ａ）は、送電アンテナ１０７の配置面に対して垂直に投影した、受電アンテナ１０９の配置領域１１３の一例を示している。ここで、送電アンテナ１０７の「配置面」とは、第１インダクタ１０７ａの前面を含む１つの平面（第１配置面）であると定義する。図１４（ｂ）は、第１インダクタ１０７ａの配置面２４０を示す断面図である。図１４（ｂ）の例における第１インダクタ１０７ａは、配置面２４０に対して平行である。また、受電アンテナの配置領域とは、送電アンテナ１０７の配置面２４０に対して垂直に投影された第２インダクタ１０９ａの輪郭によって囲まれた領域であると定義する。

図１４（ａ）には、送電アンテナ１０７の配置面に対して垂直に投影された第１インダクタ１０７ａが示されている。図１４（ａ）に示す例では、送電アンテナ１０７の配置面に投影された第１インダクタ１０７ａが、配置領域１１３の内部に存在し、かつ、配置領域１１３の縁部に寄っている。このような配置構成を採用することにより、更に高い昇圧比を実現することができる。

非接触伝送部１０５の昇圧比を調整するために、アンテナの形状およびサイズを非対称な組合せに設定した上で、特に、受電アンテナよりも送電アンテナを大きく設定してもよい。

なお、アンテナの配置関係は図１４に示す例に限定されず、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９とを入れ替えた配置関係であってもよい。すなわち、図１４における「送電アンテナ１０７」を「受電アンテナ１０９」に置き換え、「配置領域１１３」を「送電アンテナ１０７の配置領域」に置き換えてもよい。ここで、「送電アンテナ１０７の配置領域」とは、受電アンテナ１０９の配置面に投影されたインダクタ１０７ａの輪郭によって囲まれた領域である。また、「受電アンテナ１０９の配置面」とは、第２インダクタ１０９ａの前面を含む１つの平面（第２配置面）であると定義する。伝送効率の観点から、第１配置面と第２配置面とは互いに平行な関係にあることが好ましいが、両者は厳密に平行である必要は無い。なお、第１インダクタ１０７ａ、第２インダクタ１０９ａは、平面的な形状を有している必要はない。

また図１５に送電アンテナ１０７の配置面に対して垂直に投影した、受電アンテナ１０９の配置領域１１３の別の一例を示している。

（第２の固定部材の制限：高効率維持のための非磁性導体近接の回避）
第１の固定部材１５３は、強風に晒されてもモジュール１０が落下しないよう、機械的強度が長期に渡って維持できるステンレスなどの材質で構成することが好ましい。一方で第２の固定部材１５５には、モジュールや配線接続部からのストレスが直接加わるわけではなく、機械的強度に関する材質選定範囲は緩和されうる。よって、例えば、第２の固定部材１５５を樹脂で構成することも可能である。

図１６は、送電アンテナ１０７及び受電アンテナ１０９の付近の構成要素群の断面模式図である。図１６に示すように、受電アンテナ１０９の直下領域の第２の固定部材１５５の表面に渦電流回避空間１５９を形成することで、アンテナ間の電力伝送効率を高い値に維持することが出来る。受電アンテナ周辺空間への導体配置の回避により、周辺導体に誘起される渦電流の発生が抑制されるので、伝送効率の劣化を防ぐことが出来る。

渦電流回避空間１５９は、低損失且つ高い透磁率を示すＦｅ−Ｎｂ−Ｚｒ−Ｂ系などの軟磁性合金や鉄基アモルファス合金、珪素鋼板、フェライトなどの磁性体や、樹脂・セラミックなどの誘電体であってよいが、一般の非磁性導体は採用できない。また、空気も低損失な材料であるため、渦電流回避空間１５９の材質として選択可能である。

図１７は、他の構成例の断面模式図である。この例では、第２の固定部材１５５を非磁性導体で構成し、受電アンテナ１０９直下の箇所について表面に一定深さの掘り込み部を加えている。また、上記掘り込み部を空気で充填しておくことで、渦電流回避空間１５９を構成できる。この場合、屋外での装置の稼動によって渦電流回避空間１５９に雨水が溜まったとしても伝送特性には悪影響はない。

図１８は、更に他の構成例の断面模式図である。この例では、受電アンテナ１０９直下の領域で第２の固定部材１５５を貫通する穴を空ける。こうして、渦電流回避空間１５９の構成と第２の固定部材１５５の軽量化を同時に達成できる。

なお、主にスパイラル形状のインダクタが中心部を構成する受電アンテナ１０９は、その周辺を樹脂材などで構成される保護部材１１７で固定されてよく、受電アンテナ１０９の第２の固定部材１５５への固定は、保護部材１１７を介して行われてよい。非磁性導体などで構成されかねない第２の固定部材１５５と第２のアンテナ１０９の不要な近接を避けながら、第２のアンテナ１０９の空間配置を固定することが可能となる。

第２の固定部材１５５を非磁性導体以外の材質で構成するなら、第２の固定部材１５５自体が渦電流回避領域と看做すことも可能である。この場合、固定部材１５５に新たに部材を追加したり、第２の固定部材１５５の表面を加工したりせずに低損失なアンテナ間電力伝送を実現できる。例えば、同じステンレス材で第２の固定部材１５５を構成するとしても、オーステナイト系鋼種などの非磁性ステンレスを用いる場合は、第２の固定部材１５５の表面を加工する必要があるが、マルテンサイト系，フェライト系鋼種などの強磁性材のステンレスを用いる場合は、第２の固定部材１５５の表面を加工しなくても低損失なアンテナ間の電力伝送を実現することも可能である。

渦電流回避空間１５９を配置する領域は、受電アンテナ１０９の全領域と対向する領域を少なくとも含むことが好ましい。また、特に、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９の対向距離が短い場合は、送電アンテナ１０７と対向する領域も含むことが更に好ましい。また、受電アンテナ１０９よりもより広い面積に設定されることが好ましい。

上述したように、本実施形態の太陽光発電システムにおいては、送電アンテナ１０７よりも受電アンテナ１０９の方を広い面積に設定するか、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９の相対的な配置ずれを利用することが好ましい。よって、渦電流回避空間１５９は、従来の電磁誘導における条件とは異なり、送電アンテナ１０７よりは広い面積に設定されることが好ましい。

図１２、図１３に示すように、第２の固定部材１５５は第１の固定部材１５３に併設して設けられてもよいが、図１９、図２０に一例を示すように、第２の固定部材１５５の面積は、受電アンテナ１０９を送電アンテナ１０７の直下で固定するために十分な面積を設定するだけでもよい。受電アンテナ１０９との接続箇所においては、ケーブル１４３の入力端子は固定されることが好ましいが、ケーブル１４３は必ずしもその全長において第２の固定部材１５５の内部に収納されなくてもかまわない。

長期信頼性を確保するという観点から、送電アンテナ１０７および受電アンテナ１０９を構成する部品（インダクタおよび容量素子など）は、図１１Ｂに示すように、保護部材１１７内に格納されることが好ましい。保護部材１１７には防水加工が施されることが好ましい。送電アンテナ１０７を含む送電側の保護装置内に発振器を内部に格納してしまえば、発振器１０３と送電アンテナ１０７との間を接続するコネクタ端子やＲＦケーブルなどの部材の長期信頼性を向上させることが出来る。また、発電モジュール本体１０１に取り付ける送電側の保護装置内に、非接触伝送システムの送電側回路を全て格納してしまえば、保護装置の機械的接続（ねじ止めなど）と、発電モジュール本体１０１の直流出力端子（正負の２本となるのが一般的である）と発振器１０３への直流入力端子間のコネクタ接続だけに、発電モジュール本体１０１と送電側回路の接続工程を簡素化することが可能である。

保護部材１１７は、モジュールや第２の固定部材１５５などの外部部材に直接固定されていてもよい。送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９との共振磁界の結合強度に影響を与えない範囲で、保護部材１１７および外部部材にそれぞれ強磁性体および磁石を設けることにより、強磁性体と磁石との間に働く磁力を利用し、保護部材１１７を外部部材に着脱自在に取り付けるようにしてもよい。あるいは、保護部材１１７および外部部材のいずれか一方に吸盤を設けることにより、保護部材１１７を外部部材に着脱自在に取り付けるようにしてもよい。更には、第２の固定部材１５５が保護部材１１７を兼ねてもよい。また、上述した渦電流回避空間１５９を受電側の保護部材１１７内に設けてもよい。

本実施形態における発電モジュール本体１０１は、直列に接続された複数の太陽電池（セル）を有している。太陽電池としては、発電効率向上の観点から、結晶シリコン系の太陽光発電素子を用いることが好ましい。しかし、本発明に使用可能な太陽電池は、ガリウム砒素、ＣＩＳ（銅・インジウム・セレン）系などの化合物半導体材料を用いた各種の太陽光発電素子であってもよいし、有機材料を用いた各種の太陽光発電素子であってもよい。ＣＩＳ系の材料は、ガリウムおよび／または鈴などの元素を含有していてもよい。また、使用する半導体の結晶構造は、単結晶、多結晶、アモルファスのいずれであってもよい。各種半導体材料を積層したタンデム型の太陽光発電素子を利用してもよい。

発振器１０３には、Ｄ級、Ｅ級、Ｆ級などの、高効率且つ低歪な特性を実現できる増幅器を用いることができるし、ドハーティ増幅器を用いてもよい。歪成分を含む出力信号を発生するスイッチング素子の後段に、低域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを配置することにより、正弦波を高効率に生成してもよい。

発電モジュール本体１０１によって生成された直流エネルギは、発振器１０３によって高い効率でＲＦエネルギに変換される。このＲＦエネルギは、非接触伝送部１０５により、空間を介して非接触に伝送され、出力端子１１９から出力される。送電アンテナ１０７の共振周波数ｆＴおよび受電アンテナ１０９の共振周波数ｆＲは、それぞれ、発振器１０３によって生成されるＲＦエネルギの周波数ｆ０にほぼ等しくなるよう設定されている。また、本実施形態における受電アンテナ１０９の出力インピーダンスＺｏｕｔは、発振器１０３の入力直流インピーダンスＺｉｄｃよりも高い値に設定されている。

回路ブロック間でのＲＦエネルギの多重反射を抑圧し、総合発電効率を改善するためには、受電アンテナ１０９の出力端子が負荷に接続された状態において、発振器１０３から出力されるＲＦエネルギの出力インピ−ダンスＺｏｃと送電アンテナ１０７の入力インピーダンスＺｉｎとを等しくすることが好ましい。また、同様に、発振器１０３が送電アンテナ１０７に接続された状態で、受電アンテナの出力インピーダンスＺｏｕｔが、接続される負荷の抵抗値Ｒと等しくすることが好ましい。

なお、本明細書において、２つのインピーダンスが「等しい」とは、インピーダンスが厳密に一致する場合に限られず、２つのインピーダンスの差異が、大きい方のインピーダンスの２５％以下である場合を含むものと定義する。

本実施形態における非接触電力伝送の効率は、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９との間隔（アンテナ間隔）や、送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９を構成する回路素子の損失の大きさに依存する。なお、「アンテナ間隔」とは、実質的に２つのインダクタ１０７ａ、１０９ａの間隔である。アンテナ間隔は、アンテナの配置エリアの大きさを基準に評価することができる。

好ましい実施形態において、第１インダクタ１０７ａおよび第２インダクタ１０９ａは、いずれも平面状に広がり、両者は互いに平行に対向するように配置される。ここで、アンテナの配置エリアの大きさとは、サイズが相対的に小さなアンテナの配置エリアの大きさを意味し、アンテナを構成するインダクタの外形が円形の場合はインダクタの直径、正方形の場合はインダクタの一辺の長さ、長方形の場合はインダクタの短辺の長さとする。本実施形態によれば、アンテナ間隔が、アンテナの配置エリアの大きさの１．５倍程度であっても、９０％以上の無線伝送効率でエネルギを伝送することが可能である。また、非接触伝送部１０５の出力インピーダンスを入力インピーダンスに対して７８３２倍以上に増大させることも可能である。

本実施形態における第１インダクタ１０７ａおよび第２インダクタ１０９ａは、それぞれ、巻数Ｎ１、Ｎ２のスパイラル構造を有している（Ｎ１＞１、Ｎ２＞１）が、巻数が１のループ構造を有していてもよい。これらのインダクタ１０７ａ、１０９ａは、一層の導電体パターンから構成されている必要は無く、積層された複数の導電体パターンを直列に接続した構成を有していてもよい。

第１インダクタ１０７ａ、第２インダクタ１０９ａは、良好な導電率を有する銅や銀などの導電体から好適に形成され得る。ＲＦエネルギの高周波電流は、導電体の表面を集中して流れるため、発電効率を高めるため、導電体の表面を高導電率材料で被覆してもよい。導電体の断面中央に空洞を有する構成からインダクタ１０７ａ、１０９ａを形成すると、軽量化を実現することができる。更に、リッツ線などの並列配線構造を採用してインダクタ１０７ａ、１０９ａを形成すれば、単位長さ辺りの導体損失を低減できるため、直列共振回路、および並列共振回路のＱ値を向上させることができ、より高い効率で電力伝送が可能になる。

製造コストを抑制するために、インク印刷技術を用いて、配線を一括して形成することも可能である。第１インダクタ１０７ａおよび／または第２インダクタ１０９ａの周辺に磁性体を配置してもよいが、第１インダクタ１０７ａと第２インダクタ１０９ａとの結合係数を極端に高い値に設定することは好ましくない。このため、インダクタ１０７ａ、１０９ａの間の結合係数を適度な値に設定できる空芯スパイラル構造を有するインダクタを用いることがより好ましい。

第１、第２容量素子１０７ｂ、１０９ｂには、例えばチップ形状、リード形状を有する、あらゆるタイプのキャパシタを利用できる。空気を介した２配線間の容量を第１、第２容量素子１０７ｂ、１０９ｂとして機能させることも可能である。第１、第２容量素子１０７ｂ、１０９ｂをＭＩＭキャパシタから構成する場合は、公知の半導体プロセスまたは多層基板プロセスを用いて低損失の容量回路を形成できる。

次に、図１０を参照しながら、本実施形態の発電システムによって得られる昇圧効果を説明する。

ここでは、送電側の送電アンテナ１０７と受電側の受電アンテナ１０９とが結合係数ｋで結合しているものとする。結合係数ｋは、同一周波数ｆ０で共振する２つの共振器（アンテナ１０７、１０９）を近接させた際に分離する２つの共振周波数ｆＬ、ｆＨを計測することにより、以下の式から導かられる。
（式２） ｋ＝（ｆＨ²−ｆＬ²）／（ｆＨ²＋ｆＬ²）

なお、発振器１０３の周波数ｆ０は、共振周波数ｆＬ、ｆＨの近傍に設定することが好ましい。より詳しくは、共振周波数ｆＬ、ｆＨにおける結合共振器対のＱ値を、それぞれ、ＱＬ、ＱＨとするとき、以下の式３を満たすようにｆ０を設定することが好ましい。
（式３）ｆＬ−ｆＬ／ＱＬ≦ｆ０≦ｆＨ＋ｆＨ／ＱＨ

また、インダクタンスＬ１の第１インダクタ１０７ａとインダクタンスＬ２の第２インダクタ１０９ａとの間に生じる相互インダクタンスＭと結合係数ｋとの間には、以下の関係が成立する。
（式４） Ｍ＝ｋ×（Ｌ１×Ｌ２）^0.5

受電アンテナ１０９の並列型共振回路において、第２インダクタ１０９ａを流れる高周波電流をＩＬ２、第２容量素子１０９ｂを流れる高周波電流をＩＣ２とすると、図１０に示す向きに流れる出力高周波電流Ｉ２は、以下の式によって表される。
（式５） Ｉ２＝−ＩＬ２−ＩＣ２

また、第１インダクタ１０７ａを流れる高周波電流をＩＬ１とすると、第２インダクタ１０９ａを流れる高周波電流ＩＬ２、第２容量素子１０９ｂを流れる高周波電流ＩＣ２、第２インダクタ１０９ａのインダクタンスＬ２、第２インダクタ１０９ａの寄生抵抗Ｒ２、第１インダクタ１０７ａのインダクタンスＬ１、第２容量素子１０９ｂのキャパシタンスＣ２を用いて、以下の式が導かれる。
（式６） （Ｒ２＋ｊωＬ２）×ＩＬ２＋ｊωＭ×ＩＬ１＝ＩＣ２／（ｊωＣ２）

受電アンテナ１０９では共振条件が成立しているため、以下の（式７）が成立している。
（式７） ωＬ２＝１／（ωＣ２）

上記の（式５）〜（式７）から、以下の式が成立する。
（式８） Ｒ２×ＩＬ２＋ｊωＭ×ＩＬ１＝ｊωＬ２×Ｉ２

（式８）を変形して以下の式を得る。
（式９） Ｉ２＝ｋ×（Ｌ１／Ｌ２）^0.5×ＩＬ１−ｊ（Ｒ２／ωＬ２）×ＩＬ２

一方、送電アンテナ１０７の共振器の低損失性を評価する指標Ｑ値は、（式１０）の式によって表される。
（式１０） Ｑ２＝ωＬ２／Ｒ２

ここで、共振器のＱ値が非常に高い場合、（式６）の右辺第２項を無視する近似が成り立つ。よって、最終的に、以下の（式１１）により、受電アンテナ１０９で生じる高周波電流（出力電流）Ｉ２の大きさが導出される。
（式１１） Ｉ２＝ｋ×（Ｌ１／Ｌ２）^0.5×ＩＬ１

ここで、高周波電流Ｉ２は、送電側の共振器（送電アンテナ１０７）に入力される高周波電流Ｉ１（＝第１インダクタ１０７ａを流れる高周波電流ＩＬ１）、共振器（アンテナ）間の結合係数ｋ、第１および第２インダクタンスＬ１、Ｌ２に依存する。

上記の（式１１）から、本実施形態の発電システムの昇流比Ｉｒは、次の（式１２）によって表される。
（式１２） Ｉｒ＝｜Ｉ２／Ｉ１｜／Ｖｏｃ＝ｋ／Ｖｏｃ×（Ｌ１／Ｌ２）^0.5

また、昇圧比Ｖｒおよびインピーダンス変換比Ｚｒは、それぞれ、（式１３）および（式１４）によって表される。
（式１３） Ｖｒ＝（Ｖｏｃ／ｋ）×（Ｌ２／Ｌ１）^0.5
（式１４） Ｚｒ＝（Ｖｏｃ／ｋ）²×（Ｌ２／Ｌ１）

（式１３）から、（Ｌ２／Ｌ１）＞（ｋ／Ｖｏｃ）²の条件を成立させれば、昇圧比Ｖｒを１よりも大きくさせることが出来ることが分かる。また、結合係数ｋを減じるほど、昇圧比Ｖｒを上昇させることが可能なことも分かる。従来の電磁誘導によるエネルギ伝送では、結合係数ｋの低下は、伝送効率の大幅な劣化につながっていた。しかし、本実施形態の共振磁界結合方式では、結合係数ｋを低下させても伝送効率の大幅な低下には至らない。特に、送電アンテナ１０７および受電アンテナ１０９の各々を構成する共振器のＱ値を高い値に設定すれば、昇圧比Ｖｒを増大させながら、高効率な非接触伝送を実現することが可能である。システムが要求するアンテナ間電力伝送の伝送効率、及びｋの値にも依存するが、送電アンテナ１０７および受電アンテナ１０９の各々を構成する共振器のＱ値は好ましくは１００以上、更に好ましくは２００以上、更に好ましくは５００以上、更に好ましくは１０００以上に設定される。高いＱ値を実現するには、上述したようにリッツ線の採用が効果的である。

太陽光発電システムにおけるパーシャルシェイディングの影響を回避するためには、多数の太陽光発電部を直列に接続する構成よりも、複数の太陽光発電部を並列に接続する構成を採用することが好ましい。２つの太陽光発電部を直列に接続する場合と同等の電圧特性を、２つの太陽光発電部を並列に接続することによって得るためには、各太陽光発電部の出力電圧を２倍に昇圧する必要がある。

（式１２）から、昇圧比Ｖｒが２に等しくなるのは、（Ｌ２／Ｌ１）≧４×（ｋ／Ｖｏｃ）²の関係が満足されるときである。本実施形態では、（Ｌ２／Ｌ１）≧４×（ｋ／Ｖｏｃ）²の関係が満足されるため、２以上の昇圧比Ｖｒが実現できる。

（Ｌ２／Ｌ１）≧１００×（ｋ／Ｖｏｃ）²の関係が成立すると、１０倍以上の昇圧比Ｖｒを実現することができる。（Ｌ２／Ｌ１）≧１００００×（ｋ／Ｖｏｃ）²の関係が成立すると、１００倍以上の昇圧比Ｖｒを実現することができる。

本実施形態の非接触伝送部では、このように高い昇圧比Ｖｒを実現するように、ｋ、Ｖｏｃ、Ｌ２、Ｌ１の大きさを設定することが可能となる。

以下、本実施形態の太陽光発電システムの効果を従来の非接触電力伝送装置と比較しながら説明する。

特許文献３に開示されている非接触電力伝送装置では、２つの共振磁界結合器の間でエネルギが伝送されるが、その非接触電力伝送装置は、２つの共振器で同一の共振方式を採用しているため、伝送に際して昇圧効果が発現しない。本実施形態の非接触電力伝送装置によって得られる出力電圧の上昇効果は、送電アンテナの側に直列共振磁界結合構造を採用するとともに、受電アンテナの側に並列共振磁界結合構造を採用し、これらの異なる共振構造の間でエネルギの伝送が行われたときに生じる新規な効果である。

なお、直列共振回路や並列共振回路は、ＲＦタグに代表される従来の無線通信システムでも使用され得る。しかし、無線通信システムの高周波ブロックの特性試験に用いる測定器の測定端子の終端インピーダンスや高周波ケーブルの特性インピーダンスは、基本的に５０Ωに設定されている。よって、無線通信システムのアンテナとの接続点では、送信機器内でも受信機器内でも、インピーダンスを５０Ωにあわせて回路ブロック間を接続するのが一般的である。

一方、本実施形態における無線伝送部での入出力インピーダンス変換比Ｚｒは、後述の実施例においても１００を超えたり、条件によっては２００００を超えていたり、と極めて高い値を示すように設定される。このような高い入出力インピーダンス変換比Ｚｒは、従来の通信システムでは考慮の対象外である。また、送電アンテナと受電アンテナの巻数比に比例しない非線形な昇圧効果は、（式６）の右辺第２項を無視する近似の成立が不可欠であり、高いＱ値の共振構造の結合が不可欠であるが、通信装置内プリント基板でのインダクタ回路の低いＱ値では、上記仮定が成立しない。

また、本実施形態では、２つの共振器(アンテナ)間の距離を大きく設定し、結合係数ｋを低く設定するほど、より高い昇圧比Ｖｒを得ることができるが、このことは、公知の通信システムに用いられてきた無線伝送部の構造および機能からは容易に想到し得ない効果である。

なお、電源回路などに利用されるトランスでは、２つのインダクタが近接しており、一種の非接触電力伝送装置として機能している。しかし、これらのインダクタ間では、共振磁界結合型の結合は生じていない。なお、トランスでは、第１インダクタの巻数Ｎ１に対する第２インダクタの巻数Ｎ２の比率を大きくすることにより、昇圧効果を実現することも可能である。しかし、トランス昇圧回路によって例えば１０以上の昇圧比を実現しようとすると、巻数Ｎ２を巻数Ｎ１の１０倍以上に増加させる必要がある。巻数Ｎ２の大幅な増加は、第２インダクタにおける寄生抵抗成分Ｒ２を比例的に上昇させるため、伝送効率の低下を招いてしまう。この点、本実施形態では、巻数Ｎ１と巻数Ｎ２とが同じ値に設定されていても、高いＶｒを得ることができる。

また、従来の電磁誘導技術においても、力率向上のために共振回路を導入する例がある。但し、従来技術の開示範囲は、昇圧比が巻数比に線形的に依存する理想トランス特性を実現するための技術に限定される。また、別の従来技術においては、昇圧のために、共振回路系へインダクタなどの追加回路の導入を必要とする。一方、本願の昇圧効果は、共振回路系への追加回路構成を必要とせず、巻線比に対して非線形的な効果を発現しうるもので、公知の共振型電磁誘導技術からは容易に想到し得ない効果である。

また、本願の送電アンテナと受電アンテナの巻数比に比例しない非線形な昇圧効果は、（式６）の右辺第２項を無視する近似の成立が不可欠である。従って、高いＱ値の共振構造の結合が不可欠であるが、従来のパワーエレクトロニクス機器で用いる鉄心コアを用いるコイル構造の低いＱ値では、上記仮定が成立しない。

また、本実施形態では、２つの共振器(アンテナ)間の配置を意図的にずらすことによって、あるいは、２つの共振器(アンテナ)のサイズを意図的に非対称とすることによって結合係数ｋを低く設定するほど、より高い昇圧比Ｖｒを得ることができる。このことは、公知のパワーエレクトロニクス分野に用いられてきた回路構造および機能からは容易に想到し得ない効果である。

本実施形態では、第１インダクタ１０７ａのインダクタンスＬ１と第２インダクタ１０９ａのインダクタンスＬ２を等しく設定する必要はない。例えば、インダクタンスＬ２をインダクタンスＬ１より大きく設定することにより、昇圧比Ｖｒをより高めることができる。Ｌ２を高めるには、第２インダクタ１０９ａの巻数Ｎ２を第１インダクタ１０７ａの巻数Ｎ１よりも大きな値に設定することが好ましい。Ｎ２／Ｎ１が１よりも大きいと、公知のトランス昇圧回路を用いて昇圧する場合に比べ、より低い損失で高い昇圧比を実現できる。インダクタンスＬ２をインダクタンスＬ１より大きくするために、Ｎ２／Ｎ１を１よりも大きく設定する代わりに、あるいはＮ２／Ｎ１を１に設定したままで、受電アンテナ１０９の形成領域を送電アンテナ１０５の形成領域よりも拡大してもよい。本願において結合係数ｋを低く設定する条件は、昇圧比の非線形な増大という有利な効果をもたらすものの、同様に、伝送効率の低下をもたらしうるため、受電アンテナのＱ値の低下を招かない範囲でＬ２を高く設定することが好ましい。

（実施形態２ 並列合成後一括整流）
次に、図２１を参照しながら、本発明による太陽光発電システムの第２の実施形態を説明する。図２１は、本実施形態の太陽光発電システムの基本ブロック図を示す図である。図２１において、第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略することとする。

本実施形態の太陽光発電システムが第１実施形態における太陽光発電システムと異なる第１の点は、複数の受電アンテナ１０９の出力電力が並列合成される並列合成点１６３と負荷１３３の間に整流回路１１５が挿入されていることにある。本実施形態の太陽光発電システムによっても、第１の実施形態における太陽光発電システムの効果と同様の効果を得ることができ、更に、直流の電力を出力として得ることができる。

図２１の太陽光発電システムは、並列的に接続された複数の発電システム要素１３１ａ、１３１ｂ・・・１３１ｎを含んでいる。

各発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎは、直列に接続された発電モジュール本体１０１、発振器１０３、送電アンテナ１０７、受電アンテナ１０９を備えている。

発電モジュール本体１０１によって生成された直流エネルギは、発振器１０３でＲＦエネルギに高い効率で変換される。このＲＦエネルギは、送電側の送電アンテナ１０７と受電側の受電アンテナ１０９との間で非接触に転送される。各発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎから出力されたＲＦエネルギ（電力）は、並列接続によって合成された後、整流回路１１５により直流エネルギに変換された後、負荷１３３に供給される。

本実施形態によれば、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎの各々から得られる出力電圧が、個々のモジュールの出力電圧よりも飛躍的に増大している。よって、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎを並列に接続しても、負荷１３３が要求する電圧値により近い値を実現することが可能である。

発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎが並列に接続されているため、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎの一部の特性が劣化した場合や、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎに対する太陽光の照射条件に差異が生じた場合でも、従来の発電システムよりも安定した特性を得ることが可能となる。

回路ブロック間でのＲＦエネルギの多重反射を抑圧し、総合発電効率を改善するためには、整流回路１１５の出力端子が不図示の直流負荷または直流負荷システムに接続された状態において、発振器１０３から出力されるＲＦエネルギの出力インピ−ダンスＺｏｃと送電アンテナ１０７の入力インピーダンスＺｉｎとをほぼ等しくすることが好ましい。また、同様に、発振器１０３が送電アンテナ１０７に接続された状態で、整流回路１１５の出力インピーダンスＺｒｏｕｔが、接続される不図示の直流負荷または直流負荷システムの抵抗値Ｒにほぼ等しく設定されることが好ましい。

整流回路１１５には様々な方式で整流を行う回路があり、両波整流やブリッジ整流回路を利用できる。図２２（ａ）は、半波倍電圧整流回路の回路図であり、図２２（ｂ）は両波倍電圧整流回路の回路図である。他にも、３倍以上の昇圧比を実現できる高倍圧整流回路方式がある。これらの整流回路は、いずれも、本実施形態に適用可能である。

図２２に例示される倍電圧整流回路を用いれば、整流回路１１５に入力されるＲＦ電圧の２倍に昇圧した直流電圧を出力させることが可能となる。このような整流回路１１５を用いると、非接触伝送部１０５での昇圧効果に加えて、更なる昇圧効果を実現することが可能になる。

なお、整流回路は、上述したようなダイオード等の受動素子を有する回路に限定されない。例えば同期整流回路のように、外部クロックによってＦＥＴのゲートをＯＮ／ＯＦＦ制御して整流する回路を採用してよい。

本実施形態では、実施形態１について導出した昇圧比Ｖｒおよびインピーダンス変換比Ｚｒが、それぞれ、整流回路１１５における昇圧比Ｖｒｒを用いて、以下の（式１５）（式１６）へと書き換えられる。
（式１５） Ｖｒ＝（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ／ｋ）×（Ｌ２／Ｌ１）^0.5
（式１６） Ｚｒ＝（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ／ｋ）²×（Ｌ２／Ｌ１）

本実施形態では、上記の（式１５）からわかるように、（Ｌ２／Ｌ１）＞（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足する場合に昇圧比を１より大きくすることが可能になる。

昇圧比Ｖｒを２以上にするためには、（Ｌ２／Ｌ１）≧４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²での関係を満足する必要がある。（Ｌ２／Ｌ１）≧１００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係が成立させれば、１０倍以上の昇圧比Ｖｒを実現することができる。（Ｌ２／Ｌ１）≧１００００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係が成立させれば、１００倍以上の昇圧比Ｖｒを実現することができる。

本実施形態の太陽光発電システムによれば、直流給電システムを実現できる。Ｖｏ[Ｖ]の直流給電システムを、出力Ｖｃ[Ｖ]のモジュールを電源として構成し、本実施形態の太陽光発電システムを採用する場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝（Ｖｏ／Ｖｃ）²×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満たすことにより、Ｖｃ［Ｖ］からＶｏ［Ｖ］への昇圧が実現できる。例えばＶｃ＝３００、Ｖｏ＝３０の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝１００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足すればよいし、Ｖｃ＝４００、Ｖｏ＝３０の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝１７８×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足すればよいし、Ｖｏ＝２４、Ｖｃ＝０．５の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝２３０４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足すればよい。このため、本実施形態を直流給電システムに適用する場合は、（Ｌ２／Ｌ１）≧１００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。また、（Ｌ２／Ｌ１）≧１７８×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。（Ｌ２／Ｌ１）≧２３０４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。

整流回路１１５の入力端子は、実施形態１における多入力ケーブル１４３の出力端子１４７に接続されることが好ましい。また、更なる敷設コストの低減のためには、整流回路１１５を固定部材１４１に固定し一体化させる構成を採用することが好ましい。また、整流回路１１５は、実施形態１における保護部材１１７に格納されてよい。

（実施形態３ 個別整流後、ＤＣエネルギを並列合成：図２３、図２４）
次に、図２３、図２４を参照しながら、本発明による太陽光発電システムの第３の実施形態を説明する。図２３は、本実施形態の太陽光発電システムの基本ブロック図を示す図であり、図２４は、本実施形態の太陽光発電システムの模式図である。図２３、図２４において、第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略することとする。

本実施形態の太陽光発電システムが第１実施形態における太陽光発電システムと異なる点は、受電アンテナ１０９の出力部に整流回路１１５が直列に接続されていることにある。また、第２実施形態における太陽光発電システムと異なる点は、並列合成接続点１６３よりも受電アンテナ出力側に整流回路１１５が挿入される点である。

図２３の太陽光発電システムは、並列的に接続された複数の発電システム要素１３１ａ、１３１ｂ・・・１３１ｎを含んでいる。各発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎは、直列に接続された発電モジュール本体１０１、発振器１０３、送電アンテナ１０７、受電アンテナ１０９、および整流回路１１５を備えている。

発電モジュール本体１０１によって生成された直流エネルギは、発振器１０３でＲＦエネルギに高い効率で変換される。このＲＦエネルギは、送電側の送電アンテナ１０７と受電側の受電アンテナ１０９との間で非接触に転送された後、整流回路１１５によって直流エネルギに変換される。各発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎから出力された直流エネルギ（電力）は、並列接続によって合成された後、負荷１３３に供給される。

本実施形態によれば、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎの各々から得られる出力電圧が、個々のモジュールの出力電圧よりも飛躍的に増大している。よって、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎを並列に接続しても、負荷１３３が要求する電圧値により近い値を実現することが可能である。

発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎが並列に接続されているため、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎの一部の特性が劣化した場合や、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎに対する太陽光の照射条件に差異が生じた場合でも、従来の発電システムよりも安定した特性を得ることが可能となる。

本実施形態の太陽光発電システムによっても、第２の実施形態における太陽光発電システムの効果と同様の効果を得ることができる。更に、第２の実施形態と異なり、整流回路１１５が扱う電力が低減できるため、耐電力が低い安価な半導体を用いてシステムを構成することが可能となる。

回路ブロック間でのＲＦエネルギの多重反射を抑圧し、総合発電効率を改善するためには、整流回路１１５の出力端子が不図示の直流負荷または直流負荷システムに接続された状態において、発振器１０３から出力されるＲＦエネルギの出力インピ−ダンスＺｏｃと送電アンテナ１０７の入力インピーダンスＺｉｎとをほぼ等しくすることが好ましい。また、同様に、発振器１０３が送電アンテナ１０７に接続された状態で、整流回路１１５の出力インピーダンスＺｒｏｕｔが、接続される不図示の直流負荷または直流給電システムの抵抗値Ｒにほぼ等しく設定されることが好ましい。

本実施形態でも、上述の（式１５）からわかるように、（Ｌ２／Ｌ１）＞（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足する場合に昇圧比を１より大きくすることが可能になる。

昇圧比Ｖｒを２以上にするためには、（Ｌ２／Ｌ１）≧４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²での関係を満足する必要がある。（Ｌ２／Ｌ１）≧１００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係が成立させれば、１０倍以上の昇圧比Ｖｒを実現することができる。（Ｌ２／Ｌ１）≧１００００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係が成立させれば、１００倍以上の昇圧比Ｖｒを実現することができる。

本実施形態の太陽光発電システムによれば、直流給電システムを実現できる。Ｖｏ[Ｖ]の直流給電システムを、出力Ｖｃ[Ｖ]のモジュールを電源として構成し、本実施形態の太陽光発電システムを採用する場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝（Ｖｏ／Ｖｃ）²×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満たすことにより、Ｖｃ［Ｖ］からＶｏ［Ｖ］への昇圧が実現できる。例えばＶｃ＝３０、Ｖｏ＝３００の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝１００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足すればよいし、Ｖｃ＝３０、Ｖｏ＝４００の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝１７８×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足すればよいし、Ｖｏ＝２４、Ｖｃ＝０．５の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝２３０４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足すればよい。このため、本実施形態を直流給電システムに適用する場合は、（Ｌ２／Ｌ１）≧１００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。また、（Ｌ２／Ｌ１）≧１７８×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。（Ｌ２／Ｌ１）≧２３０４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。

システム導入コストの更なる低減のためには、整流回路１１５を固定部材１４１に固定し一体化させる構成を採用することが好ましい。また、整流回路１１５は、実施形態１における保護部材１１７に格納されてよい。

（実施形態４） （並列合成後、交流へ一括変換）
次に、図２５を参照しながら、本発明による太陽光発電システムの第４の実施形態を説明する。図２５は、本実施形態の太陽光発電システムの基本ブロック図を示す図である。図２５において、第１〜第３の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略することとする。

本実施形態の太陽光発電システムが第１実施形態及び第２実施形態における太陽光発電システムと異なる第１の点は、複数の受電アンテナ１０９の出力電力が並列合成される並列合成点１６３と負荷１３３の間に周波数変換回路（ＲＦ／ＡＣ変換回路）１６１が挿入されていることにある。本実施形態の太陽光発電システムによっても、第１の実施形態における太陽光発電システムの効果と同様の効果を得ることができ、更に、システム出力として交流電力を得ることが可能となる。

図２５の太陽光発電システムは、並列的に接続された複数の発電システム要素１３１ａ、１３１ｂ・・・１３１ｎを含んでいる。各発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎは、直列に接続された発電モジュール本体１０１、発振器１０３、送電アンテナ１０７、受電アンテナ１０９を備えている。

発電モジュール本体１０１によって生成された直流エネルギは、発振器１０３でＲＦエネルギに高い効率で変換される。このＲＦエネルギは、送電側の送電アンテナ１０７と受電側の受電アンテナ１０９との間で非接触に転送される。各発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎから出力されたＲＦエネルギ（電力）は、並列接続によって合成された後、周波数変換回路１６１により交流エネルギに変換された後、負荷１３３に供給される。負荷１３３は交流入力で動作する電子機器やあるいは電力系統でもよい。

本実施形態によれば、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎの各々から得られる出力電圧が、個々のモジュールの出力電圧よりも飛躍的に増大している。よって、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎを並列に接続しても、負荷１３３が要求する電圧値により近い値を実現することが可能である。

発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎが並列に接続されているため、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎの一部の特性が劣化した場合や、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎに対する太陽光の照射条件に差異が生じた場合でも、従来の発電システムよりも安定した特性を得ることが可能となる。

回路ブロック間でのＲＦエネルギの多重反射を抑圧し、総合発電効率を改善するためには、周波数変換部１６１の出力端子が交流負荷に接続された状態において、発振器１０３から出力されるＲＦエネルギの出力インピ−ダンスＺｏｃと送電アンテナ１０７の入力インピーダンスＺｉｎとをほぼ等しくすることが好ましい。また、同様に、発振器１０３が送電アンテナ１０７に接続された状態で、周波数変換部１６１の出力インピーダンスＺｒｏｕｔが、接続される交流負荷にほぼ等しく設定されることが好ましい。

周波数変換部１６１は、無線伝送部１０５から出力されたＲＦエネルギを、例えば系統の交流周波数ｆｐおよび電圧（Ｖ０±Ｖｆ）に変換する回路である。交流周波数ｆｐは、ＲＦエネルギの周波数（例えば３ＭＨｚ）よりも格段に低く、例えば５０または６０Ｈｚである。ここで、電圧Ｖ０は系統電圧の中心値、ＶｆはＶ０からの許容されるズレ幅である。「Ｖ０±Ｖｆ」は、「Ｖ０−Ｖｆ」から「Ｖ０＋Ｖｆ」までの範囲を示す。

ＲＦのエネルギから周波数ｆｐの交流エネルギに変換するには、例えば初段においてＲＦから一旦直流エネルギに変換（整流）し、後段において直流エネルギを周波数ｆｐのエネルギに変換する方法がある。例えば、第２の実施形態で示したような、両波整流やブリッジ整流回路は、前段回路として利用できる。図２２に例示される倍電圧整流回路を用いれば、整流回路１１５に入力されるＲＦ電圧の２倍に昇圧した直流電圧を出力させることが可能となる。このような整流回路１１５を用いると、非接触伝送部１０５での昇圧効果に加えて、更なる昇圧効果を実現することが可能になる。なお、整流回路は、上述したようなダイオード等の受動素子を有する回路に限定されず、同期整流回路のように、外部クロックによってＦＥＴのゲートをＯＮ／ＯＦＦ制御して整流する回路を採用してよい。一方、整流回路の後段において、直流エネルギを周波数ｆｐの交流エネルギに変換する回路としては、例えばインバータを利用することができる。図２６Ａは単相出力のインバータの回路図であり、図２６Ｂは三相出力のインバータの回路図である。また、図２６ＣはＶ接点インバータの回路図である。図２６Ａから図２６Ｃに例示されるインバータを用いれば、周波数変換部１６１の初段で整流された直流エネルギを、「系統」の周波数ｆｐ、電圧Ｖ０±Ｖｆ、および相数に合わせて変換し、出力することが可能となる。また、後段でＤＣ−ＡＣ変換を行った後に交流フィルタを通過させてもよい。このようなフィルタを用いることにより、系統への潮流に対して規制が存在する不要高調波成分を除去できる。さらに、図２７に例示する昇圧チョッパ回路を、インバータ回路の前段に設けることにより、直流エネルギの電圧を予め高めてから、インバータ回路で交流エネルギに変換してもよい。

周波数変換部１６１の上記の例は、ＲＦから直流に変換する整流回路と、直流から交流に変換するインバータとを備えているが、本実施形態で使用可能な周波数変換部１６１の構成は、このような構成に限定されない。図２８に例示する、間接方式のマトリクスコンバータ（インダイレクト・マトリクスコンバータ）を用いても、上述と同様の変換を行うことができる。マトリクスコンバータの構成の詳細は、たとえば非特許文献１に開示されている。非特許文献１の開示内容の全体を本願に援用する（incorporated by reference）。

なお、周波数変換部１６１は、ＲＦエネルギから交流エネルギに直接変換を行う回路であってもよい。図２９に例示される直接方式のマトリクスコンバータを用いれば、無線伝送部から出力されるＲＦエネルギを、系統の周波数ｆｐ、電圧Ｖ０±Ｖｆ、および相数へ直接変換することが可能となる。また、マトリクスコンバータの前段にＲＦフィルタを設けることにより、交流周波数ｆｐへの変換にとって不要な不要帯域エネルギ成分等を除去してもよい。

本実施形態の太陽光発電システムによれば、系統システムへの売電が実現できる。出力Ｖｃ[Ｖ]のモジュールを電源として、本実施形態の太陽光発電システムを構成してＶｏ[Ｖ]の系統システムへ接続する場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝（Ｖｏ／Ｖｃ）²×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満たすことにより、Ｖｃ［Ｖ］からＶｏ［Ｖ］への昇圧が実現できる。例えばＶｃ＝３０、Ｖｏ＝２００の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝４４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足すればよいし、Ｖｃ＝６０、Ｖｏ＝２００の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝１１×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足すればよいし、Ｖｏ＝１００、Ｖｃ＝０．５の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝４００００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足すればよい。このため、本実施形態を直流給電システムに適用する場合は、（Ｌ２／Ｌ１）≧１１×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。また、（Ｌ２／Ｌ１）≧４４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。また、（Ｌ２／Ｌ１）≧１００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。また、（Ｌ２／Ｌ１）≧１００００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。また、（Ｌ２／Ｌ１）≧４００００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。

また、系統システムの電圧がＶ０−Ｖｆ［Ｖ］≦Ｖｏ[Ｖ]≦Ｖ０＋Ｖｆ［Ｖ］の条件範囲で許容される場合、
（式１７）（（Ｖ０−Ｖｆ）／Ｖｃ）²×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²≦（Ｌ２／Ｌ１）≦（（Ｖ０＋Ｖｆ）／Ｖｃ）²×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²
を満足することが好ましい。

周波数変換回路１６１の入力端子は、実施形態１における多入力ケーブル１４３の出力端子１４７に接続されることが好ましい。また、更なる敷設コストの低減のためには、周波数変換回路１６１を固定部材１４１に固定し一体化させる構成を採用することが好ましい。また、周波数変換回路１６１は、実施形態１における保護部材１１７に格納されてよい。

負荷１３３は、例えば、交流入力で動作する一般の電気機器である。例えば負荷１３３のインピーダンスと整合させるため、本実施形態における太陽光発電システムの一部で発電モジュール本体１０１が直列に接続されていてもよい。

（実施形態５）
次に、図３０を参照しながら、本発明による太陽光発電システムの第５の実施形態を説明する。図３０は、本実施形態の太陽光発電システムの基本ブロック図を示す図であり、図３１は、本実施形態の太陽光発電システムの模式図である。図３０、３１において、第１〜第４の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略することとする。

本実施形態の太陽光発電システムが第１実施形態における太陽光発電システムと異なる点は、受電アンテナ１０９の出力部に周波数変換回路１６１が直列に接続されていることにある。また、第３実施形態における太陽光発電システムと異なる点は、並列合成接続点１６３よりも受電アンテナ出力側に挿入される回路が整流回路１１５ではなく周波数変換回路１６１に変更されている点である。また、第四実施形態における太陽光発電システムと異なる点は、周波数変換回路１６１が挿入される点が、並列合成接続点１６３よりも受電アンテナ出力側に変更されている点である。

図３０の太陽光発電システムは、並列的に接続された複数の発電システム要素１３１ａ、１３１ｂ・・・１３１ｎを含んでいる。各発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎは、直列に接続された発電モジュール本体１０１、発振器１０３、送電アンテナ１０７、受電アンテナ１０９、および周波数変換回路１６１を備えている。

発電モジュール本体１０１によって生成された直流エネルギは、発振器１０３でＲＦエネルギに高い効率で変換される。このＲＦエネルギは、送電側の送電アンテナ１０７と受電側の受電アンテナ１０９との間で非接触に転送された後、周波数変換回路１６１によって交流エネルギに変換される。各発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎから出力された交流エネルギ（電力）は、並列接続によって合成された後、負荷もしくは系統１６５に供給される。

本実施形態によれば、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎの各々から得られる出力電圧が、個々のモジュールの出力電圧よりも飛躍的に増大している。よって、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎを並列に接続しても、負荷もしくは系統１６５が要求する電圧値により近い値を実現することが可能である。

発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎが並列に接続されているため、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎの一部の特性が劣化した場合や、発電システム要素１３１ａ〜１３１ｎに対する太陽光の照射条件に差異が生じた場合でも、従来の太陽光発電システムよりも安定した特性を得ることが可能となる。

本実施形態の太陽光発電システムによっても、第４の実施形態における太陽光発電システムの効果と同様の効果を得ることができる。更に、第４の実施形態と異なり、個々の周波数変換回路１６１が扱う電力が低減できるため、耐電力が低い安価な半導体を用いてシステムを構成することが可能となる。

回路ブロック間でのＲＦエネルギの多重反射を抑圧し、総合発電効率を改善するためには、周波数変換回路１６１の出力端子が交流負荷または系統システムに接続された状態において、発振器１０３から出力されるＲＦエネルギの出力インピ−ダンスＺｏｃと送電アンテナ１０７の入力インピーダンスＺｉｎとをほぼ等しくすることが好ましい。また、同様に、発振器１０３が送電アンテナ１０７に接続された状態で、周波数変換回路１６１の出力インピーダンスＺｒｏｕｔが、接続される交流負荷または系統システムの抵抗値Ｒにほぼ等しく設定されることが好ましい。

本実施形態でも、上述の（式１５）からわかるように、（Ｌ２／Ｌ１）＞（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｔｒ））²の関係を満足する場合に昇圧比を１より大きくすることが可能になる。

昇圧比Ｖｒを２以上にするためには、（Ｌ２／Ｌ１）≧４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｔｒ））²での関係を満足する必要がある。（Ｌ２／Ｌ１）≧１００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｔｒ））²の関係が成立させれば、１０倍以上の昇圧比Ｖｒを実現することができる。（Ｌ２／Ｌ１）≧１００００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｔｒ））²の関係が成立させれば、１００倍以上の昇圧比Ｖｒを実現することができる。

本実施形態の太陽光発電システムによれば、系統システムへの売電が実現できる。出力Ｖｃ[Ｖ]のモジュールを電源として、本実施形態の太陽光発電システムを構成してＶｏ[Ｖ]の系統システムへ接続する場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝（Ｖｏ／Ｖｃ）²×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満たすことにより、Ｖｃ［Ｖ］からＶｏ［Ｖ］への昇圧が実現できる。例えばＶｃ＝３０、Ｖｏ＝２００の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝４４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足すればよいし、Ｖｃ＝６０、Ｖｏ＝２００の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝１１×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足すればよいし、Ｖｏ＝１００、Ｖｃ＝０．５の場合、（Ｌ２／Ｌ１）＝４００００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足すればよい。このため、本実施形態を直流給電システムに適用する場合は、（Ｌ２／Ｌ１）≧１１×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。また、（Ｌ２／Ｌ１）≧４４×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。また、（Ｌ２／Ｌ１）≧１００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。また、（Ｌ２／Ｌ１）≧１００００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。また、（Ｌ２／Ｌ１）≧４００００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²の関係を満足することが好ましい。

また、系統システムの電圧がＶ１［Ｖ］≦Ｖｏ[Ｖ]≦Ｖ２［Ｖ］の条件範囲で許容される場合、
（式１８）（Ｖ１／Ｖｃ）²×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²≦（Ｌ２／Ｌ１）≦（Ｖ２／Ｖｃ）²×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²
を満足することが好ましい。

システム導入コストの更なる低減のためには、周波数変換回路１６１を固定部材１４１に固定し一体化させる構成を採用することが好ましい。また、周波数変換回路１６１は、実施形態１における保護部材１１７に格納されてよい。

（実施形態６）
次に、図３２を参照しながら、本発明による太陽光発電システムの敷設方法の第６の実施形態を説明する。図３２は、本実施形態１〜５の太陽光発電システムの敷設方法のフローチャートである。

本実施形態の敷設方法においては、全工程はＡ〜Ｄの４工程に分けられ、更に細分化すれば８工程に細分化される。

上記の４工程は、（Ａ）モジュール側準備工程、（Ｂ）固定部材側準備工程、（Ｃ）固定部材設置工程、（Ｄ）モジュール設置工程である。本実施形態の敷設方法においては、工程（Ａ）、（Ｂ）という準備工程の大部分、好ましくはすべて、を設置工事前に行うことによって、高所を含むモジュール設置場所での作業工程をより簡略化することが可能となる。

（Ａ）モジュール準備工程は、（１）モジュール出力端子と発振器の入力端子の配線接続工程、（２）発振器の出力端子と送電アンテナ入力端子の配線接続工程、（３）発振器と送電アンテナのモジュールへの固定工程の３工程を含む。（Ａ）工程内における３工程の作業順序は変更可能である。

（Ｂ）固定部材準備工程は、（４）第２の固定部材へのケーブルの固定工程、（５）受電アンテナの出力端子とケーブル入力端子の配線接続工程、（６）受電アンテナの第２の固定部材への固定工程、の３工程を含む。（Ｂ）工程内における３工程の作業順序も変更可能である。

ここまでの６工程を、モジュール設置現場ではなく、準備段階で完了しておくことが出来る。なお、（Ａ）工程と（Ｂ）工程の両工程の作業順序も入れ替え可能である。

続く（Ｃ）工程と（Ｄ）工程は、モジュール設置現場での作業工程となる。（Ｃ）固定部材設置工程においては、（７）第２の固定部材の設置面への固定を行う。（Ｄ）モジュール設置工程においては、（８）モジュールの第１の固定部材への固定工程を行うことによって、同時に送電アンテナと受電アンテナとの間で機械的に非接触ながら高効率な電力伝送経路を接続する。

図３３は、敷設方法の従来例のフローチャートを示す。図３３に示すように、従来の敷設方法における（Ｄ）工程には、最後にモジュール間の配線接続工程という高所で行うことが極めて困難な作業工程が追加される。システム発電量を最大化するべく隣接モジュール間に隙間なきようモジュール群を配置しようとするほど、モジュールの裏面の出力端子と、隣接モジュールの裏面側の入力端子を接続する工程は困難となる。また、工程数は、例えば直列に接続するモジュール数と同程度の配線接続工程数が実際には必要となる。

本発明の実施形態の敷設方法では、モジュール間の配線接続工程を排除することが可能となるため、太陽光発電システムの敷設コストを効果的に低減できる。なお、図３２のフローチャートにおいて、第１の実施形態の太陽光発電システムの例にあわせて、固定部材側の部材要素を固定部材とケーブルと受電アンテナのみとしたが、上記要素に整流器や周波数変換部を加え、追加要素との配線接続工程を（Ｂ）固定部材準備工程に追加してもよい。

（実施形態７）
次に、図３４を参照しながら、本発明による太陽光発電モジュールの第７の実施形態を説明する。図３４は、本実施形態６の敷設方法によって敷設される、本実施形態１〜５の太陽光発電システムにおいて利用可能な太陽光発電モジュールの一例を示している。

本実施形態の太陽光発電モジュールは、直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体１０１と、発電モジュール本体１０１に取り付けられた送電部２００とを備えている。送電部２００は、直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器１０３と、発振器１０３からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナ１０７とを有している。送電アンテナ１０７は、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路である。

発電モジュール１０１と送電部２００とが一体化されていることにより、たとえば、本実施形態１〜５の太陽光発電システムにおける送電アンテナ１０７、および受電アンテナ１０９の満足すべき共振周波数を広く共通化することが可能である。（式１２）より明らかなように、例えば、あらかじめ想定していたシステムにおいて仮定していた結合係数ｋより送電アンテナ１０７と受電アンテナ１０９との結合係数ｋが低くなる場合がある。そのような場合であって、送電アンテナ１０７の共振周波数が受電アンテナ１０９の共振周波数と等しく設定されていれば、送電アンテナ１０７において発生する共振磁界エネルギを、想定していたシステム以上の昇圧比を伴って非接触伝送することが可能である。

また、発電モジュール１０１と送電部２００とが予め一体化されていると、敷設作業時において、発電モジュールを固定するだけで、送受アンテナ間距離を少ないばらつき範囲内で設定することが容易になる。

本実施形態の太陽光発電モジュールの導入により、非接触伝送により敷設コストを低減し、昇圧伝送によってモジュール電圧の低電圧特性を改善し、パーシャルシェイディングや部分故障に対して出力エネルギを維持する、という従来の太陽光発電システムが有する課題を解決することが可能となる。

（実施形態８）
次に、図３５を参照しながら、本発明による太陽光発電システムに好適に用いられ得るモジュール固定装置の構成例を説明する。図３５は、実施形態６の敷設方法によって敷設される、モジュール固定装置の構成例を示す斜視図である。このモジュール固定装置は、固定部材１４１とケーブル１４３を含み、既に受電アンテナ１０９が固定されている。受電アンテナ１０９の後段には整流器や周波数変換部が接続され得る。固定部材１４１は、モジュールを機械的に固定する他の固定部材と一体化されてよい。この場合、モジュール固定装置は、複数の発電モジュールを被固定物に固定する第１の固定部材と、複数の受電アンテナを被固定物に固定する第２の固定部材とを備える。

図３５に示される固定部材１４１には、２つの受電アンテナ１０９が取り付けられているが、現実には、より多くの受電アンテナ１０９が取り付けられていてもよい。固定部材１４１の形状は、一方向に延びる長尺状である必要はなく、図３５に示される形態の固定部材１４１が組み合わされて格子状の構造を形成していてもよい。

このような構成のモジュール固定装置を用いる場合、例えば実施形態７の太陽光発電モジュールをモジュール固定装置に取り付けるだけで、送電アンテナと受電アンテナとの配置関係や送受アンテナ距離を、複数のモジュール間で略一定にすることが可能になる。このことは、敷設作業を容易化し、そのコストを低減することに寄与する。また、モジュール単位で太陽光発電モジュールを交換しても、交換の前後で送電アンテナと受電アンテナとの配置関係や送受アンテナ距離を正しく維持しやすい。その結果、モジュール間の特性ばらつきも低減可能になる。

以上、説明してきたように、本実施形態の太陽光発電システムの導入により、非接触伝送により敷設コストを低減できる。また、昇圧伝送によって太陽光発電モジュールの低電圧特性を改善し、パーシャルシェイディングや部分故障に対して出力エネルギを維持することが可能となる。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１を説明する。

まず、受光面側の形状が一辺１２ｃｍの正方形である３６個の単結晶シリコン系太陽光発電素子（セル）を直列に接続し、出力電圧１８Ｖ、出力電流４Ａ、出力インピーダンス４．５Ωの太陽光発電モジュールを作製した。７５ｃｍの発電セル配置領域の周辺に、第１固定部材との固定機能を果たすべく幅１２．５ｃｍのアルミニウム部を追加したため、モジュール占有面積は１００ｃｍ四方となった。モジュールの出力端子に、ＤＣケーブルを介して、出力周波数が１ＭＨｚ、出力インピーダンスＺｏｃが５Ωの発振器を接続した。Ｆ級増幅器により実現した発振器の効率は９７．８％であった。実施例１における発振器の昇圧比Ｚｏｃは１．０５である。

送電アンテナおよび受電アンテナは、その共振周波数が発振器の出力周波数に等しい１ＭＨｚとなるように設計した。送電アンテナは、インダクタンスが６．０μＨの第１インダクタとキャパシタンスが２５００ｐＦの第１容量素子とを直列に接続することによって作製した。受電アンテナは、インダクタンスが６．０μＨの第２インダクタとキャパシタンスが２５００ｐＦの第２容量素子とを並列に接続して作製した。第１および第２インダクタは、共に、直径７５μｍの銅配線を１２０本ずつ互いに絶縁して並列に配置して構成したリッツ線により実現した。２つのインダクタの外形は共に一辺２０ｃｍの正方形であり、巻数は１４に設定した。送電アンテナは最終外形が３０ｃｍ×３０ｃｍ×厚み３ｃｍの直方体となるよう、インダクタ回路周辺を誘電率３のＡＢＳ樹脂でモールドした。また、送電アンテナは、発振器と共にモジュール裏面に機械的に固定した。モジュール端面のアルミニウム部材に接するよう固定位置を設定した。この時、インダクタ回路周辺に配置されたモールド樹脂が、非磁性導体で構成されるモジュール端面との極端な近接を避けるよう働くよう、モールド樹脂幅は５ｃｍに設定した。この状態での送電アンテナ（共振器）の無負荷Ｑ値は１６８０であった。発振器の出力端子に送電アンテナのＲＦ入力端子を接続し、モジュール準備工程が完了した。なお、本実施例では３つのモジュールを用意した。

また、受電アンテナも最終外形が３２ｃｍ×３２ｃｍ×厚み４ｃｍの直方体となるよう、インダクタ回路周辺を誘電率３のＡＢＳ樹脂でモールドした。受電アンテナは、長さ２ｍ、厚さ１ｃｍのステンレス製の第２の固定部材に機械的に固定した。第２の固定部材には、受電アンテナを固定する領域に、貫通穴を形成した。貫通穴は一辺３０ｃｍの正方形状であり、インダクタ周辺のモールド樹脂の存在により、受電アンテナは貫通穴を落下せずに、第２の固定部材へ固定される。また、受電アンテナ内のインダクタ部の固定部材への投射射影は、貫通穴領域の中央に位置させた。この構成により、受電アンテナへの非磁性導体の近接を回避することが出来た。第２の固定部材にはＲＦケーブルも固定しており、ＲＦケーブルの入力端子は、受電アンテナの出力端子と接続した。受電アンテナは第２の固定部材に沿って１００ｃｍ毎に３つを配置した。３つの出力端子は全てＲＦケーブル内で並列合成し、出力できるよう、ＲＦケーブルは３入力１出力構成のものとした。この状態で計測した受電アンテナ（共振器）の無負荷Ｑ値は１６２０であった。以上で第２の固定部材準備工程が完了した。第２の固定部材は、第１の固定部材としてモジュール固定用に用意したステンレス製の部材に固定することによって、モジュール設置面との相対的な配置の固定を行った。第２の固定部材はモジュール設置面から計測した受電アンテナの高さが１０ｃｍとなるよう調整し、固定部材設置工程を完了した。最後に、モジュールを第１の固定部材に固定することによって、システム導入の全工程を完了した。本実施例では、第１の固定部材に高さ稼動機能を設けることにより、送電アンテナと受電アンテナの相対距離を可変できるようにした。

送電アンテナと受電アンテナは、互いの形成面を平行に対向して配置し、対抗面間の間隔はｇ（ｃｍ）である。この間隔ｇを５ｃｍから７５ｃｍまでの範囲で変化させながら、各ｇ値に対する共振器間の無線伝送効率を最大とする最適な入出力インピーダンスＺｉｎとＺｏｕｔを導出した。導出は、以下の２段階の手順で行った。まず、２つのアンテナ（共振器）の入出力端子間の高周波特性を、５０Ωの端子インピーダンスのネットワークアナライザにて測定し（測定時には送電アンテナの入力端子は発振器と接続せず、測定端子とした）、５０Ωを基準インピーダンスとする測定データを得た。次に、上記測定データを基に、端子での信号反射が最小化するような入出力端子のインピーダンス条件Ｚｉｎ、Ｚｏｕｔを、回路シミュレータ上で導出した。

図３６は、導出したＺｉｎおよびＺｏｕｔのｇ依存性を示すグラフである。図３７は、無線伝送部の昇圧比Ｖｒおよび伝送効率のｇ依存性を示すグラフである。図３７より、Ｖｒの値は、間隔ｇの全範囲で１を超えており、間隔ｇが大きくなるほど飛躍的に増大することがわかった。より詳しく説明すると、ｇ＝２．７５ｃｍでＶｒは２．８であり、ｇ＝４．２ｃｍでＶｒは３．５、ｇ＝４２ｃｍでは１５２に達した。また、ｇ＝２．７５ｃｍでの共振器間の結合係数ｋは０．３７６であり、（式１４）においてＶｏｃを１として無線伝送部のみのｋを導出した場合（＝０．３６１）と比較して４％の誤差しかなかった。以上の結果より、（式１４）の妥当性が証明された。

また、ｇが１１．１ｃｍとすれば得られるＶｒの値は１０．１であり、１６．６７ｃｍの高さに位置すればＶｒの値は１９．１にも達する。例えば、ｇ＝１２．５の条件で得られた１２．１という高いＶｒ値を、従来技術のトランスによって得るためには、一次コイルの巻数に対する二次コイルの巻数の比を１２．１倍に設定する必要がある。本発明の実施例では、巻数比１の第１インダクタおよび第２インダクタを用いながらも、Ｖｒを１２．１に高めることができた。

上記の方法で導出した入出力インピーダンスＺｉｎ、Ｚｏｕｔに、入出力端子インピーダンスを整合させた場合の順方向通過特性は、本実施例による発電システム内での無線伝送効率に相当する。図３７に示されるように、ｇ＝１１．１ｃｍでも、９９．４％という良好な無線伝送効率を得ることができた。

実施例１では、ｇ＝１１．１ｃｍとした無線伝送部に前述の発振器を接続することにより、一組の太陽光発電システム内では入力直流電圧から効率９７．２％でＲＦ出力を得ることが可能であった。入力直流電圧に対する昇圧比は１１．７であった。入力された電力の一部は、回路ブロック間のわずかな不整合に起因する損失により、熱に変わったものと考えられる。また、３組の太陽光発電システムの出力を合成した結果、モジュールからの発電電力２１５Ｗに対するＲＦ出力は２０９Ｗであり、総合電力効率は９７．１％であった。また、モジュールからの発電電圧値１８Ｖに対して、ＲＦ出力電力の実効電圧値は２１１Ｖで、昇圧比は１１．７であった。

（比較例１〜３）
実施例１の場合と同様に、無線伝送部を送受共に共振周波数１ＭＨｚの共振器で実現した比較例１、２を作製した。実施例１と比較例１、２との間にある相違点は、比較例１、２における２つのアンテナ（共振器）の共振方式を相互に等しくした点のみにある。すなわち、比較例１では、２つのアンテナをそれぞれＬＣ直列型共振器から構成し、比較例２では、２つのアンテナをそれぞれＬＣ並列共振器から構成した。各共振器の回路定数は、実施例１における回路定数と一致させた。更に、２つのアンテナが共振しないように構成された比較例３も作製した。

（実施例２）
実施例１では、送電アンテナにおける第１インダクタの巻数Ｎ１と受電アンテナにおける第２インダクタの巻数Ｎ２を等しく設定していたが、実施例２として巻数比が異なる発電システムを作製した。すなわち、実施例２では、巻数Ｎ２を１４から２８へ増やした。アンテナ外形サイズは実施例１と同様である。

（実施例３）
実施例１では、送電アンテナのサイズと受電アンテナのサイズとは同一であったが、実施例３として、受電アンテナのサイズを送電アンテナのサイズよりも拡大した発電システムを作製した。すなわち、実施例３では、受電アンテナの外形を規定する正方形の一辺を４０ｃｍとした。第２インダクタ周辺のモールド樹脂幅を実施例１と同様に７ｃｍとし、第２の固定部材に設けた貫通穴の一辺を５０ｃｍとした。実施例３では、送電アンテナの重心と受電アンテナの重心を結ぶ線分が両アンテナの配置面とそれぞれ直交するよう配置した。

以下の表１は、実施例１、比較例１〜３、実施例２〜３における共振器の構成や、ｇ＝１１．５ｃｍの無線伝送部特性などを示している。

表１から明らかなように、実施例１では非接触での高効率電力伝送を実現しつつ、極めて高い昇圧比Ｖｒを達成できることが明らかとなった。また、実施例２〜３によれば、実施例１を上回る良好なＶｒを得た。

（実施例４）
次に、実施例４として、実施例１の構成の受電アンテナ出力に、それぞれ倍電圧整流回路を接続した後、並列合成を行う太陽光発電システムを作製した。作製した半波倍電圧整流回路の直流変換効率は、周波数１ＭＨｚの入力に対して、９７．４％を示した。導入した整流回路では、入力ＲＦ電圧に対して出力直流電圧が２倍の値となる昇圧比Ｖｒｒ＝２の昇圧機能が得られ、太陽光発電部の出力エネルギに対して、本発電システムの出力直流エネルギは９４．７％の強度であった。総合昇圧比は２１．２であった。

（実施例５）
実施例５として、実施例１の構成の受電アンテナ出力に、ブリッジ整流回路を接続した発電システムを作製した。作製したブリッジ整流回路の直流変換効率は、共振周波数１ＭＨｚにおいて、９７．３％を示した。導入した整流回路では、太陽光発電部の出力エネルギに対して、本発電システムの出力直流エネルギは９４．５％の強度であった。

（実施例６、比較例４）
実施例４の太陽光発電システムを３個更に並列に接続して、計９個のモジュール（計３２４個のセルに相当）から集電した電力を合成し、実施例６とした。同様に、実施例５の太陽光発電システムにおいて用いたモジュールを、非接触電力伝送部分を介さず、全てのセルを直列に接続する比較例４の太陽光発電システムを作製した。以下の表２には、実施例６と比較例４の特性を示した。

実施例６は、比較例４と比較して内部で９回の並列接続を用いたにも係わらず、出力電圧は２．３８倍高い値であった。実施例６によれば、３８０Ｖでの直流給電システムに対して最適な電圧値を提供する発電システムを実現することができる。また、構成するセルの内、セル一枚分の表面を障害物で遮ったところ、比較例４においてＭＰＰＴ制御により発電量を最大化したにもかかわらず発電出力は７８％低下したが、実施例６における発電出力は８．３％の低下に留まり、且つ、発電電圧は維持することが出来た。

（実施例７）
実施例７として、実施例１〜６とは異なる系の太陽光発電システムを作製した。送電アンテナの共振周波数、伝送周波数は１００ｋＨｚに設定した。送受アンテナのインダクタ形状を１５ｃｍ×３０ｃｍの長方形（厚さは実施例１と同様）とした。インダクタ回路形成に用いたリッツ線の並列巻線数は、６００本とした。送電アンテナにおいては、第１インダクタの巻線数を１０とし、第２インダクタの巻線数を２０とした。実施例７では、送電アンテナと受電アンテナ間の対向距離ｇを１ｃｍとした。送受アンテナ間が極めて近接させた条件で低ｋ特性を得るために、送受アンテナの投射射影の重なり部分を減らすように、送受アンテナの相対位置をずらして太陽光発電システムを構成した。具体的にはインダクタ形状の長辺側に沿って、送電アンテナをスライドさせながら非接触伝送部分のみの無線特性を把握した。ここで、相対スライド量として、スライド長さをインダクタ長辺値（３０ｃｍ）で規格化した値を用いる。相対スライド量が１とは送受アンテナのインダクタ間の重なりがない状態を指し、相対スライド量が０なら送受アンテナのインダクタ完全に重なった状態を指す。

図３８では、横軸に相対スライド量を、左軸にＶｒを、右軸に伝送効率を示す。図３８より、広い相対スライド量条件範囲で、高い昇圧比と高い伝送効率を両立できることが分かった。例えば、相対スライド量が０．５６３の条件で、９．９という高い昇圧比と９９．２％という高い伝送効率が両立できていることが分かる。この条件におけるＺｉｎは５．１Ωで、Ｚｏｕｔは５００Ωであった。以下のモジュールとの接続特性については、上記相対スライド量条件での非接触伝送部位を用いた。実施例４でも用いた発振器構成（変換効率は９８．３％）と整流回路（変換効率は９７．６％）を用いた結果、太陽光発電部の出力エネルギに対する本発電システムの出力直流エネルギは９５．１％の強度であった。総合昇圧比は２０．８であった。実施例７より、本発明の実施形態における昇圧伝送特性は送受アンテナ間の距離を離すだけでなく、相対位置をずらすことによっても得られること、また、周波数を低減しても同様の効果を得られることが証明された。

本発明は、発電モジュールにおける発電素子の出力電圧を簡単に上昇させることができるため、太陽光発電システムや、発電電力が低い燃料電池システムのような発電システムにおいて利用することが出来る。

１０ 発電モジュール
２０ モジュール固定装置
２１ 第１の固定部材
２２ 第２の固定部材
２３ 他の固定部材
１０１ 発電モジュール本体
１０３ 発振器
１０５ 無線伝送部
１０７ 送電アンテナ（送電側の共振器）
１０７ａ 第１インダクタ
１０７ｂ 第１キャパシタ
１０９ 受電アンテナ（受電側の共振器）
１０９ａ 第２インダクタ
１０９ｂ 第２キャパシタ
１１３ 送電アンテナの配置面へ投影した受電アンテナの配置領域
１１５ 整流回路
１１７ 保護装置
１１９ 出力端子
１３１ａ、１３１ｂ・・・１３１ｎ 発電システム要素
１３３ 負荷
１４１ 固定部材
１５５ 第２の固定部材
１４３ 多入力ケーブル
１４５ 入力端子
１４７ 出力端子
１５１ モジュール枠
１５３ 第１の固定部材
１５７ 設置面
１５９ 渦電流回避空間
１６１ 周波数変換回路
１６３ 並列合成接続点
１６５ 系統

Claims (35)

1. 複数の発電モジュールと、
   前記複数の発電モジュールを被固定物に固定するモジュール固定装置と、
   を備える発電システムであって、
   前記複数の発電モジュールの各々は、
   直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、
   前記発電モジュール本体に取り付けられた送電部であって、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部と、
   を備え、
   前記モジュール固定装置は、
   前記複数の発電モジュールを固定する第１の固定部材と、
   各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る複数の受電アンテナと、
   前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材と、
   を備え、
   前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定し、
   前記発電システムは、更に、
   前記複数の受電アンテナの出力を並列的に合成する合成部を備え、
   前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路であり、
   前記受電アンテナは、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路であり、
   前記送電アンテナの共振周波数ｆＴおよび前記受電アンテナの共振周波数ｆＲは、いずれも、前記ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定され、
   前記発振器の昇圧比をＶｏｃ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの結合係数をｋとするとき、
   （Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／Ｖｏｃ）²を満足する、発電システム。
2. 前記受電アンテナの、前記送電アンテナと対向していない側に近接する領域における前記第２の固定部材の表面に、前記送電アンテナの占有面積より広い面積の渦電流回避空間が形成されている請求項１に記載の発電システム。
3. 前記渦電流回避空間の占有面積は、前記受電アンテナの占有面積より広い請求項２に記載の発電システム。
4. 前記渦電流回避空間の占有面積は、前記送電アンテナと前記受電アンテナの同一面への投射射影の占有面積より広い請求項２または３に記載の発電システム。
5. 前記渦電流回避空間は、磁性体、磁性導体、空気、水、誘電体の少なくともいずれかを含む請求項２から４のいずれかに記載の発電システム。
6. 前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の空間は、空気および水の少なくとも一方を含む誘電体により充填される請求項１に記載の発電システム。
7. 前記発電モジュールは、太陽光発電モジュールである請求項１に記載の発電システム。
8. 前記太陽光発電モジュールは、結晶系シリコンを用いた太陽光発電モジュールである請求項７に記載の発電システム。
9. 前記太陽光発電モジュールは、ＣＩＳ系の材料を用いた太陽光発電モジュールである請求項７に記載の発電システム。
10. 前記受電アンテナの出力端子と後段の負荷とが接続された状態において、前記発振器から出力されるＲＦエネルギの出力インピ−ダンスＺｏｃと送電アンテナの入力インピーダンスＺｉｎとが相互に等しい請求項２から９のいずれかに記載の発電システム。
11. 前記発振器の出力端子と前記送電アンテナの入力端子とが接続された状態において、前記受電アンテナの出力インピーダンスＺｏｕｔと後段に接続する負荷の入力インピーダンスとが相互に等しい請求項２から１０のいずれかに記載の発電システム。
12. （Ｌ２／Ｌ１）≧１００×（ｋ／Ｖｏｃ）²を満足する請求項１から１１のいずれかに記載の発電システム。
13. （Ｌ２／Ｌ１）≧１００００×（ｋ／Ｖｏｃ）²を満足する請求項１２に記載の発電システム。
14. 前記第１インダクタおよび前記第２インダクタは、いずれも空芯スパイラル構造を有している請求項１から１３のいずれかに記載の発電システム。
15. Ｌ１＜Ｌ２である請求項１から１４のいずれかに記載の発電システム。
16. 前記第２インダクタの巻数Ｎ２は前記第１インダクタの巻数Ｎ１よりも大きい請求項１から１５のいずれかに記載の発電システム。
17. 前記第２インダクタの面積は、前記第１インダクタの面積よりも広い請求項１から１５のいずれかに記載の発電システム。
18. 複数の発電モジュールと、
    前記複数の発電モジュールを被固定物に固定するモジュール固定装置と
    を備える発電システムであって、
    前記複数の発電モジュールの各々は、
    直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、
    前記発電モジュール本体に取り付けられた送電部であって、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部と、
    を備え、
    前記モジュール固定装置は、
    前記複数の発電モジュールを固定する第１の固定部材と、
    各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る複数の受電アンテナと、
    前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材と、
    を備え、
    前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定し、
    前記発電システムは、更に、
    前記複数の受電アンテナの出力を並列的に合成する合成部と、
    前記合成部の出力を整流する整流器と、
    を備え、
    前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路であり、
    前記受電アンテナは、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路であり、
    前記送電アンテナの共振周波数ｆＴおよび前記受電アンテナの共振周波数ｆＲは、いずれも、前記ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定され、
    前記発振器の昇圧比をＶｏｃ、前記整流器の昇圧比をＶｒｒ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの結合係数をｋとするとき、
    （Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足する、発電システム。
19. 前記発電モジュールは、太陽光発電モジュールである請求項１８に記載の発電システム。
20. 前記整流器の出力端子と後段の負荷とが接続された状態において、前記発振器から出力されるＲＦエネルギの出力インピ−ダンスＺｏｃと送電アンテナの入力インピーダンスＺｉｎとが相互に等しい請求項１８または１９に記載の発電システム。
21. 前記発振器の出力端子と前記送電アンテナの入力端子とが接続された状態において、前記整流器の出力インピーダンスＺｒｏｕｔと後段に接続する負荷の入力インピーダンスとが相互に等しい請求項１８から２０のいずれかに記載の発電システム。
22. （Ｌ２／Ｌ１）≧１００×（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足する請求項１８から２１のいずれかに記載の発電システム。
23. （Ｌ２／Ｌ１）≧２３０４×（ｋ／Ｖｏｃ）²を満足する請求項１８から２２のいずれかに記載の発電システム。
24. （Ｌ２／Ｌ１）≧１００００×（ｋ／Ｖｏｃ）²を満足する請求項２３に記載の発電システム。
25. 前記整流器は、昇圧比Ｖｒｒが２以上の倍電圧整流回路である請求項１８から２４のいずれかに記載の発電システム。
26. 複数の発電モジュールと、
    前記複数の発電モジュールを被固定物に固定するモジュール固定装置と
    を備える発電システムであって、
    前記複数の発電モジュールの各々は、
    直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、
    前記発電モジュール本体に取り付けられた送電部であって、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部と、
    を備え、
    前記モジュール固定装置は、
    前記複数の発電モジュールを固定する第１の固定部材と、
    各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る複数の受電アンテナと、
    前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材と、
    を備え、
    前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定し、
    前記発電システムは、更に、
    前記複数の受電アンテナの出力をそれぞれ整流する複数の整流器と、
    前記複数の整流器の出力を並列的に合成する合成部と、
    を備え、
    前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路であり、
    前記受電アンテナは、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路であり、
    前記送電アンテナの共振周波数ｆＴおよび前記受電アンテナの共振周波数ｆＲは、いずれも、前記ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定され、
    前記発振器の昇圧比をＶｏｃ、前記整流器の昇圧比をＶｒｒ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの結合係数をｋとするとき、
    （Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｒｒ））²を満足する、発電システム。
27. 複数の発電モジュールと、
    前記複数の発電モジュールを被固定物に固定するモジュール固定装置と
    を備える発電システムであって、
    前記複数の発電モジュールの各々は、
    直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、
    前記発電モジュール本体に取り付けられた送電部であって、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部と、
    を備え、
    前記モジュール固定装置は、
    前記複数の発電モジュールを固定する第１の固定部材と、
    各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る複数の受電アンテナと、
    前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材と、
    を備え、
    前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定し、
    前記発電システムは、更に、
    前記複数の受電アンテナの出力を並列的に合成する合成部と、
    前記合成部の出力の周波数を変換する周波数変換回路と、
    を備え、
    前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路であり、
    前記受電アンテナは、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路であり、
    前記送電アンテナの共振周波数ｆＴおよび前記受電アンテナの共振周波数ｆＲは、いずれも、前記ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定され、
    前記発振器の昇圧比をＶｏｃ、前記周波数変換回路の昇圧比をＶｔｒ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの結合係数をｋとするとき、
    （Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｔｒ））²を満足する、発電システム。
28. 前記周波数変換回路は、ＲＦエネルギと交流エネルギの一括変換を行う回路である請求項２７に記載の発電システム。
29. 複数の発電モジュールと、
    前記複数の発電モジュールを被固定物に固定するモジュール固定装置と
    を備える発電システムであって、
    前記複数の発電モジュールの各々は、
    直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、
    前記発電モジュール本体に取り付けられた送電部であって、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部と、
    を備え、
    前記モジュール固定装置は、
    前記複数の発電モジュールを固定する第１の固定部材と、
    各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取る複数の受電アンテナと、
    前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材と、
    を備え、
    前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定し、
    前記発電システムは、更に、
    前記複数の受電アンテナの出力の周波数をそれぞれ変換する複数の周波数変換回路と、
    前記複数の周波数変換回路の出力を並列的に合成する合成部と、
    を備え、
    前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路であり、
    前記受電アンテナは、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路であり、
    前記送電アンテナの共振周波数ｆＴおよび前記受電アンテナの共振周波数ｆＲは、いずれも、前記ＲＦエネルギの周波数ｆ０に等しく設定され、
    前記発振器の昇圧比をＶｏｃ、前記周波数変換回路の昇圧比をＶｔｒ、第１インダクタのインダクタンスをＬ１、第２インダクタのインダクタンスをＬ２、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの結合係数をｋとするとき、
    （Ｌ２／Ｌ１）≧４（ｋ／（Ｖｏｃ×Ｖｔｒ））²を満足する、発電システム。
30. 周波数変換回路がＲＦエネルギと交流エネルギの一括変換を行う回路である請求項２９に記載の発電システム。
31. 請求項１から３０のいずれかに記載の発電システムに用いられる発電モジュールであって、
    直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、
    前記発電モジュール本体に取り付けられ、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部と、
    を備え、
    前記送電アンテナは、第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路である
    発電モジュール。
32. 請求項１から３０のいずれかに記載の発電システムに用いられるモジュール固定装置であって、
    直流エネルギを生成する発電素子を有する発電モジュール本体と、前記発電モジュール本体に取り付けられ、前記直流エネルギを周波数ｆ０のＲＦエネルギに変換する発振器、および、前記発振器からＲＦエネルギの入力を受けて共振磁界として空間へ送出する送電アンテナを有する送電部とを備え、前記送電アンテナが第１インダクタおよび第１容量素子が直列に接続された直列共振回路である複数の発電モジュールを、被固定物に固定する第１の固定部材と、
    各々が前記複数の発電モジュールの１つに対応し、対応する前記送電アンテナによって送出された前記ＲＦエネルギの少なくとも一部を受け取り、第２インダクタおよび第２容量素子が並列に接続された並列共振回路である複数の受電アンテナと、
    前記複数の受電アンテナを固定する第２の固定部材と、
    前記複数の受電アンテナに含まれる少なくとも２つの受電アンテナの出力が並列的に入力されるケーブルと、
    を備え、
    前記第１の固定部材および前記第２の固定部材は、各受電アンテナと、前記受電アンテナに対応する送電アンテナとが、少なくとも部分的に対向するように、前記複数の発電モジュールおよび前記複数の受電アンテナをそれぞれ固定する、モジュール固定装置。
33. 第１の方向に延び、前記ケーブルが設けられた少なくとも１つの第１長尺部材と、
    前記第１の方向に延び、前記ケーブルが設けられていない複数の第２長尺部材と
    を含み、
    前記第１長尺部材は、２つの第２長尺部材に挟まれた位置にあり、
    前記第１長尺部材の両側に配置された複数の前記発電モジュールの送電アンテナから受け取って電力が前記第１長尺部材に設けられたケーブルを介して合成される、請求項３２に記載のモジュール固定装置。
34. 請求項１から３０のいずれかに記載の発電システムの敷設方法であって、
    前記モジュール固定装置を準備する工程と、
    前記モジュール固定装置を前記被固定物上に設置する工程と、
    前記発電モジュールを用意する工程と、
    前記発電モジュールを前記モジュール固定装置の前記第１の固定部材によって前記被固定物に固定する工程と、
    を含む、発電システムの敷設方法。
35. 前記モジュール固定装置を準備する工程および前記発電モジュールを用意する工程の少なくとも一方は、前記発電モジュールを前記第１の固定部材によって前記被固定物に固定する工程の前に完了する、請求項３４に記載の発電システムの敷設方法。

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