JP6981974B2 - 最大エネルギー利用点追従技術 - Google Patents

Description

多くの「グリーンエネルギー」電気ジェネレータは、太陽光電力、風力、潮汐、および高波の動きなど、時間変化する強度を有していると特徴付けられる自然再生可能エネルギー資源を利用する。そのような電力ジェネレータの多くは、それぞれが瞬時最大電力点（ＭＰＰＰ）電圧を追従する「最大電力点トラッカ―（ＭＰＰＴ）」と呼ばれる装置を組み込んでいる。ＭＰＰＴ装置は、典型的には、ファームウェアであり、時間変化する電圧を追跡する結果、時間変化する強度を有している一次エネルギー資源から最大電力点（ＭＰＰＰ）が導かれる。

典型的には、商業グリーンエネルギーシステム積分器は、ＭＰＰＰ電圧を印加して、エネルギー発生、エネルギー抽出、およびエネルギーの準備および負荷への送達を含む、全システム動作を規制する。言い換えれば、商業グリーンエネルギーシステムは、ＭＰＰＴファームウェアから導かれるジェネレータのＭＰＰＰ電圧で全システムが常に動作するように強いる。この実施は、以下「ブラインドＭＰＰＴ適合」という。

ここに特許請求される主題は、いずれの不利点も解決する実施形態または上記に説明したような実施形態においてのみ動作する実施形態に限定されない。むしろ、この背景技術は、本明細書で説明されるいくつかの実施形態が実施され得る１つの例示的な技術分野を例示するためにのみ与えられる。

発明者は、ブラインドＭＰＰＴ実施がいくつかの理由から準最適であることを見つけ出した。第１に、ブラインドＭＰＰＴ実施は、生成されたエネルギーを効果的および効率的に抽出するエネルギー抽出装置の特性にマッチしない。第２に、ブラインドＭＰＰＴ実施は、効率的なエネルギー利用のために抽出されたエネルギーを準備するおよび／または送達する装置にマッチしない。第３に、エネルギー利用効率は、電力生成だけでなく電力需要にも密接に依存する。第４に、負荷の典型的な瞬時消費電力は、たとえエネルギー変換保存則に従う場合でも、エネルギーシステムのジェネレータによって生成される瞬時電力に等しくならない。

ブラインドＭＰＰＴの実施によって商業「グリーンエネルギーシステム」の設計者が、ジェネレータからのエネルギー抽出の効果と効率など、および準備した後に負荷に送達されるエネルギーの効果と効率など、装置の効果と効率を実験的に決定する必要性を無視するようになる。本明細書で説明される原理に従って、システムのコントローラの効率は、その「エネルギー利用効率」と同じである。本明細書および特許請求の範囲において、瞬時「エネルギー利用効率」は、負荷によって消費される瞬時エネルギーと貯蔵器に保存されたエネルギーを加算したものをジェネレータによって発生させた瞬時エネルギーで除したものとして定義される。好適実施形態において、この瞬時値は、主電力入力と負荷が、発生した電力、電力消費、電力保存、および電力比率の値がすべて安定状態に達するような、十分長い時間期間安定を保つという条件で測定される。

関連する効率がどのように実験的に測定されるかを示すことなく、商業「グリーンエネルギーシステム」は、典型的には、それらのシステムの「コントローラ」の９０％よりも高い効率を宣言する。しかしながら、多くの商業システムの発明者の実験測定は、システム動作がＭＰＰＰ電圧に盲目的に適合するように規制されると、ジェネレータからのエネルギー抽出の効率と、エネルギーを準備した後に負荷に送達する効率が非常に悪くなることが明らかである。ブラインドＭＰＰＴ適合実施を実施する典型的なコントローラは、たとえ高効率であると宣伝された場合でも、典型的には、３０％未満の効率を有し得る。

最大電力点（ＭＰＰＰ）を追従する代わりに、本明細書で説明される原理は、最大エネルギー利用点（ＭＥＵＰ）を追従することを提案する。エネルギーシステムをそのＭＥＵＰにおいて一貫して動作させる時、エネルギーシステムから最大のエネルギー利益を受け取ることができる。これは、任意の発電システムから活用されるエネルギーを最大にする唯一の方法である。

発明者は、エネルギー発生からエネルギー抽出までの間、エネルギー準備までの間、エネルギー送達までの間、およびエネルギー消費までの間のすべてのステージの効率を測定することによってエネルギーシステムの調査を完全に行い、それにより取り組むべき問題が明らかになった。発明者は、各ステージの効率を改善し、エネルギー生成／抽出とエネルギー供給を分離して、これらのプロセスを別個に最適化する方法を開発した。この結果、最大エネルギー利用点を見つけて追従する実用的方法が生まれた。

ＭＥＵＰ追従技術は、最大に近い電力生成でジェネレータを動作し、発生したすべての最大電力を効率的に抽出するように発明された余剰エネルギー抽出装置を組み込み、余剰エネルギーを設計されたエネルギー貯蔵器に一時的に保存し、エクストラクタからのエネルギーと貯蔵器からのエネルギーを組み合わせるように発明された装置を付加し、そして負荷需要を正確に満たす適正量の電力を送達する。

それを行う際、本明細書で説明される原理は、エネルギーシステム、特に太陽光電力、風力、潮汐、および高波の動きなど、時間変化する強度の特性を有している再生可能エネルギー資源から電気に変換するグリーンエネルギーシステムの最大エネルギー利用ソリューションの実用最適化をもたらし、それにより最大エネルギー利用点追従（ＭＥＵＰＴ）を実行する。

本発明の概要は、特許請求の範囲の主題の主要な特徴または不可欠な特徴を特定することを意図とせず、特許請求の範囲の主題の範囲を決定する一助として使用されることも意図としない。

上記に記載された方法を説明するおよび他の利点と特徴を取得できるようにするために、さまざまな実施形態のより詳細な説明が添付図面の参照によって示される。これらの図面は、実例となる実施形態のみを示し、従って発明の範囲を限定するものと見なされないことを理解の上、実施形態は、添付図面の使用を通じて付加的な特異性および詳細により記述および説明される。
従来のエネルギーシステムのブロック図を象徴的に示す図である。 本明細書で説明される原理に従うエネルギーシステムのブロック図を象徴的に示す図である。 エネルギーシステムの汎用コンポーネントのブロック図を象徴的に示す図である。 異なる負荷需要に従ってＤＣ／ＡＣインバータによって抽出されるＤＣジェネレータの電流、電圧、および電力をそれぞれ時間の関数として象徴的に示す図である。 異なる負荷需要に従ってＤＣ／ＡＣインバータによって抽出されるＤＣジェネレータの電流、電圧、および電力をそれぞれ時間の関数として象徴的に示す図である。 異なる負荷需要に従ってＤＣ／ＡＣインバータによって抽出されるＤＣジェネレータの電流、電圧、および電力をそれぞれ時間の関数として象徴的に示す図である。 異なる負荷需要に従ってパルス幅変調（ＰＷＭ）エネルギーエクストラクタによって抽出されるＤＣジェネレータの電流、電圧、および電力をそれぞれ時間の関数として象徴的に示す図である。 異なる負荷需要に従ってパルス幅変調（ＰＷＭ）エネルギーエクストラクタによって抽出されるＤＣジェネレータの電流、電圧、および電力をそれぞれ時間の関数として象徴的に示す図である。 異なる負荷需要に従ってパルス幅変調（ＰＷＭ）エネルギーエクストラクタによって抽出されるＤＣジェネレータの電流、電圧、および電力をそれぞれ時間の関数として象徴的に示す図である。 本明細書で説明される原理に従いＤＣ／ＡＣインバータのエネルギー抽出から余った余剰エネルギーを抽出する機構を象徴的に示す図である。 本明細書で説明される原理に従いＰＷＭエネルギーエクストラクタの抽出から余った余剰エネルギーを抽出する提案した機構を象徴的に示す図である。

セクション１：エネルギーシステムの見直し
エネルギーシステム１０００は、ジェネレータ（複数）１１００、レギュレータ（複数）１２００、負荷（複数）１３００、およびそれらのすべてのモジュール（複数）から成り、以下図１に示したとおりに説明する。図１Ａは、従来のエネルギーシステムのブロック図を示す一方、図１Ｂは、本明細書で説明される原理に従ったエネルギーシステムのブロック図の構造を示す。どのサブシステムの効率も、本明細書ではこのサブシステムの出力が前のサブシステムの出力で除したものとして定義される。典型的な例として、レギュレータ効率は、図１Ｃに示すように、負荷に送達されるエネルギー、Ｅ_cをジェネレータによって生成されるエネルギー、Ｅ_gで除したものとして定義される。図１で示したモジュールの名称は、以下のとおり記載される。１０００：エネルギーシステム、１１００：ジェネレータ、１２００：コントローラまたはレギュレータ、１２１０：従来のエネルギー抽出装置、１２２３：電力準備レギュレータ、１２２５：電力送達レギュレータ、１２３０：余剰レギュレータ、１２３３：余剰抽出／利用装置、１２３３Ａ：能動余剰エクストラクタ、１２３３Ｂ：受動余剰エクストラクタ、１２３３Ｃ：送達レギュレータ、１２３３Ｄ：エネルギー調整レギュレータ、１２３５：エネルギー貯蔵器、１２４０：ＭＰＰＴ、１３００：負荷、１３１０：ランプ、１３２０：ポンプ、１３３０：事務機器、１３４０：電化製品、１３５０：エアコン。

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、エネルギーシステム１０００は、（１）少なくとも１つの一次エネルギーを電力に変換する電気ジェネレータと、（２）１２００のモジュール（１２１０から１２４０まで）を通じた全エネルギーシステムのすべてに必要な管理機能を調整するコントローラサブシステム１２００（「エネルギー管理サブシステム」または「レギュレータ」とも呼ばれる）を備える。これらの管理機能は、発電１１００の規制、従来のエネルギー抽出装置１２１０、エネルギーを準備して（モジュール１２２３）負荷に送達する（モジュール１２２５）モジュール１２２０、および後述する他の重要な機能を含む。コントローラサブシステム１２００はまた、ＭＰＰＴ１２４０など、他の機能モジュールも含むことができる。負荷１３００は、（ａ）ランプ（複数）１３１０、（ｂ）水ポンプ（複数）１３２０、レジ（複数）、タイプライター（複数）、およびコンピュータ（複数）などの（ｃ）事務機器１３３０、冷蔵庫（複数）、送風機（複数）、トースター（複数）などの（ｄ）電化製品（複数）１３４０、および（ｅ）エアコン（複数）１３５０など、生成された電気を利用するさまざまな（抵抗および／または誘導）機器のうちの１つまたは組み合わせから成る。繰り返して言うと、エネルギーシステム１０００は、ジェネレータ（複数）１１００、レギュレータ（複数）１２００、負荷（複数）１３００、およびそれらのすべてのモジュール（複数）から成る。

電気ジェネレータは、一次エネルギー資源（石炭、石油、天然ガス、原子力その他）からのエネルギーを電気に変化する装置である。グリーン電力ジェネレータは、太陽光、風力、潮汐、または波の動きを含む、再生可能な自然エネルギーを一次資源として利用して電気を生成する。これらの一次資源は、典型的には、巨大な時間変化する強度と関連し、その結果、時間変化する最大電力点（ＭＰＰＰ）電圧が生じる。商業グリーンエネルギーシステムは、典型的には、ＭＰＰＰ電圧を追従するＭＰＰＴ１２４０を（サブシステム１２００のモジュールとして）組み込む。

エネルギージェネレータの標準効率は、（標準の主電力入力における）その最大電力生成を主電力入力で除した値として定義される。しかしながら、時間変化する電力の一次資源の使用により、ジェネレータの効率はまた、時間とともに変化し、（瞬時主電力入力における）瞬時最大電力生成を対応する瞬時主電力入力で除したものに等しい瞬時効率値として定義される。

図１Ａに示すように、コントローラ（またはエネルギー管理のサブシステムか、またはレギュレータと呼ばれる）１２００は、ジェネレータ１１００で生成されたエネルギー抽出する装置１２１０を備える。コントローラ１２００はまた、電気を準備して（モジュール１２２３）、負荷１３００に電力を送達する（モジュール１２２５）装置１２２０も備える。従って本明細書では、モジュール１２２３は、「電力準備レギュレータ」と呼ばれ、モジュール１２２５は、「電力送達レギュレータ」と呼ばれる。

図１Ｃに示すように、コントローラ効率は、負荷によって消費されるエネルギーに保存されたエネルギーを加算したものをジェネレータによって発生させたエネルギーで除したものとして定義される。それはまた、システムが余剰エネルギーを後で使用するために保持しておくエネルギー貯蔵器無しで設計された場合（（装置１２１０の電力抽出効率）×（装置１２２０の電力送達効率））に等しい。「エネルギー利用効率」も同じ方法で定義され、コントローラ効率に等しい。

装置１２１０の電力（エネルギー）抽出効率は、ＭＰＰＴ実施に適合する場合、装置１２１０からの電力出力をジェネレータ（複数）で発生させた最大電力で除した瞬時値として定義される。装置１２１０によってピックアップされない（抽出されない）発生した電力は、装置１２１０の無効に寄与する。装置１２２０の電力（エネルギー）送達効率は、負荷に送達されて消費される１２２０の電力出力を装置１２１０の電力出力で除した瞬時値として定義される。

エネルギー送達効率は、負荷需要がなければゼロであり、エネルギー抽出効率もまた、エネルギー貯蔵器無しの設計では負荷需要がなければゼロであることに留意されたい。従って、負荷需要とエネルギー貯蔵容量は、エネルギー送達効率に影響を与え、エネルギー抽出効率に影響を与える。この事実は、出力抽出、準備、および送達が電力需要に密接に関連していることを示す。それにより、ＭＰＰＴ実施だけでは、エネルギーシステムから最大のエネルギー利益を得ることにつながらない。

さらに詳述すると、いくつかのタイプの負荷（水ポンプ（複数）など）は、非常に狭い動作電力範囲を有し、電力生成と消費の著しい不均衡が起きると、電力システムに混乱が生じる。電力の送達が電力需要の下限に満たなければ、負荷は、機能を停止して、突然電力需要から解放される。例えば、供給電力が水ポンプの動作の下限を下回ると、ポンプは、即座にポンピングを停止して、負荷需要から解放し、そして発生したエネルギーは、それによって浪費される。一方、送達される電力が最大電力需要範囲を上回ると、電力の一部がエネルギー抽出装置１２１０によってピックアップされず、一部のエネルギーが浪費されるか、または負荷解放が起きるいずれかである。上記の状況は、ジェネレータがそのＭＰＰＰ電圧で動作されているか否かに関わらず起きる。上記の電力不均衡状況は、現実であり、ソーラーパワー式水ポンプシステムを含む、グリーンエネルギーシステムにおいて一般に頻繁に起きる。

図１Ａに示したエネルギーシステムの上記の分析は、（１）負荷の電力需要は、エネルギー送達効率とエネルギー抽出効率にも大きな影響を与える。（２）従って、負荷の電力需要もこれら２つの効率の乗算である、コントローラ効率に影響を与える。（３）最大コントローラ効率の動作点は、ＭＰＰＴ動作と一致しないこともある。（４）ブラインドＭＰＰＴ適合は、最大限のエネルギー利益がエネルギーシステムから得られることを保証しない。最も重要なことは、（５）エネルギーシステムのエネルギー利益（利用）を最適化するために、エネルギー送達からエネルギー抽出を分離して、エネルギー生成／抽出とエネルギー準備／消費を別個に最適化するが、エネルギー変換保存則に従うことが必要である。

セクション２：発明と効果
図１Ｂに示すように、本明細書で説明される原理に従ったエネルギーシステムの実施形態は、エネルギー貯蔵器１２３５と一緒に機能する装置１２３３を備える、装置１２３０を付加する。本明細書では、装置１２３０は、「余剰レギュレータ」と呼ばれ、装置１２３３は、「余剰抽出／利用装置」と呼ばれる。装置１２３３は、４つのモジュール１２３３Ａ、１２３３Ｂ、１２３３Ｃ、および１２３３Ｄを備え、それらの機能と効果を説明する。適切に設計された場合、装置１２３０は、エネルギー抽出中に選択的に余剰エネルギーを保存して、エネルギー送達中に負荷に供給する電力を増大するまたは減らすことができ、さらに電力の不均衡を円滑および効果的に処理することもできる。

詳述すると、装置１２３３は、時間の長い期間にわたってエネルギー抽出プロセス中に使用可能な最大量の余剰エネルギーをエネルギー貯蔵器１２３５に選択的に保存することができる。余剰エネルギーは、ジェネレータ（複数）によって生成されるエネルギーとして定義されるが、それは、従来のエネルギー抽出装置１２１０によってピックアップされない。従って、装置１２３３は、負荷解放が起こる場合でも、エネルギー管理サブシステム１２００がジェネレータから最大量のエネルギーを抽出するのを助ける。図１Ｂのこの実施形態は、余剰エネルギーを役立つものにし、エネルギー抽出効率を大いに改善する。

貯蔵器１２３５に記憶されるエネルギーを使用して、装置１２３３はまた、１２２０の送達モジュール１２２５が抽出された電力または発生した電力よりをも大きい負荷需要を満たすために電力を送達することができる。これにより、高い負荷需要の期間を通じて円滑に効果的に補うためにエネルギー供給を増大する結果となる。従って、本明細書で説明される原理は、負荷解放の振動数を減らして、エネルギー送達効率を大いに改善することができる。本明細書で説明される原理はまた、生成がない場合、保存された余剰エネルギーを経て電力供給時間を延長することもでき、そして特に各２４時間期間で曇りまたは夜間の時間条件に耐える太陽エネルギーでは、エネルギー利用量が増加する。

要約すると、従来の設計は、装置１２３０およびそのモジュールが、余剰エネルギーを選択的にピックアップし、送達エネルギーを適正量に調整し、および／または瞬時負荷需要をちょうど満たす適正用のエネルギーが送達されるように、十分にはならないエネルギーを提供するように構成されていない。それにより、従来の設計は、本明細書で説明される最大エネルギー利用の利益に欠ける。従来のシステムと本明細書で説明される原理に従ったシステムとの明白な相違は、図１Ａと図１Ｂのブロック図を比較することによって分かる。

本明細書で説明される原理を用いて、電力ジェネレータから抽出される電力は、従来の装置１２１０によって抽出される電力と、付加された装置１２３０によって抽出される余剰電力との組み合わせである。以下でさらに説明されるように、本明細書で説明される原理はまた、抽出された２つの電力の総和が、発生した電力に非常に近くなるようにすることができる機構を提案する。従って、装置１２１０と１２３０によって消費されるエネルギーを無視して、実施形態のエネルギー抽出効率をおよそ１００％にすることができる。

さらに本明細書で説明される原理を用いて、装置１２３０は、ジェネレータと貯蔵器の使用可能なエネルギーを組み合わせて、装置１２２３と１２２５（装置１２２０のモジュール）が瞬時負荷需要をほとんど正確に満たす適正量の電力を提供するのを支援する、装置１２３３（装置１２３３Ａ、１２３３Ｂ、１２３３Ｃ、および１２３３Ｄ）のモジュールによって提供される管理機能を通じて電力が抽出されるように規制することができる。従って、装置１２３０はまた、エネルギー生成をエネルギー消費（利用）から分離する能力も提供することができる。

以下でさらに説明されるように、本明細書で説明される原理は、装置１２２０の出力電力が瞬間電力需要をほとんど正確に満たすように、装置１２２０の適正量の入力電力に非常に近くなるように電力を整えることができる機構を提供する。従って、装置１２２０と１２３０によって消費される電力を無視して、実施形態のエネルギー送達効率も１００％に近づくことができる。従って、本明細書で説明される原理は、エネルギー貯蔵器１２３５と装置１２３３Ｂと一緒に機能し、その結果、エネルギー生成抽出とエネルギー送達を独立して最適化する能力が生じる、管理機能モジュール１２３３Ａ、１２３３Ｃおよび１２３３Ｄを通じて電力発生と消費を分離する。

要約すると、本明細書で説明される原理に従って、装置１２３０は、余剰電力を適切な一時的貯蔵器に選択的に保存することが付加され、これで装置１２３０は、理論的にエネルギー抽出を１００％に改善することができる。付加された装置１２３０、具体的には、そのモジュール１２３３Ｃと１２３３Ｄはまた、ジェネレータ１１００から抽出されたエネルギーと貯蔵器（１２３５と装置１２３３Ｂ）のエネルギーを選択的に組み合わせて適正量のエネルギーにし、その後、装置１２２３に入力する時、装置１２２５の出力電力が負荷需要をほとんど正確に満たすことができるように、この適正量の電力を送達することもできる。これは、理論的にエネルギー供給効率を１００％に改善することができる。従って、本明細書で説明される原理は、電力の生成、抽出、および送達を分離して、効率を独立して最適化することができる。

要約すると、エネルギー保存の法則に従うと仮定すれば、負荷による瞬時電力消費は、典型的には、どのエネルギーシステムの電力生成にも等しくない。装置１２３０が無い場合、電力需要が容量（生成され、抽出され、準備され、そして送達される電力の容量として定義される）よりも大きいと、負荷解放が生じてエネルギー利用効率が大いに下がる。一方、容量が電力需要よりも大きいと、その結果、抽出も送達もされない電力の余りが生じ、それによりエネルギー送達（利用）効率が下がる。

装置１２３３で構成される装置１２３０を付加することにより、本発明は、適正量の余剰エネルギーを選択的に一時的に保存し、および／または瞬時電力容量または発生した電力よりをも大きいか、または小さい量の電力需要をちょうど満たす適正量のエネルギーを提供することができる。これは、上記の問題を効果的に緩和して、さらに任意のエネルギーシステムから最大限のエネルギー利益を得る。

セクション３：従来のエネルギーエクストラクタの見直し
従来のエネルギー抽出装置は、ＤＣ／ＡＣインバータとパルス幅変調（ＰＷＭ）エネルギー抽出装置を含む。このセクションは、それらの無効性と非効率性の根本的原因を明らかにするためにこれら２つの典型的な従来のエネルギーエクストラクタを調査する。
一般性を失わずに、一次エネルギー資源が数秒間一定の強度を保持する（およびジェネレータの一定の出力生成を有する）ことができると仮定する。第１の見直しの例として、生成された電力は、一定値、つまりＤＣ電流Ｉ₁、ＤＣ電圧Ｖ₁であり、従って、ＤＣ電力Ｐ₁＝Ｖ₁ ^*Ｉ₁ ^*ｐｆ（ここにｐｆは、ＤＣの例では１に等しい）である一方、抽出されたエネルギーは、ほとんどの大型ＰＶ太陽光発電所に見られるような、従来の「５０−６０Ｈｚの純粋な正弦関数ＤＣ／ＡＣインバータ」で表される。この第１の見直しの例は、以下のように詳細に検討される。

図２Ａに示すように、ジェネレータ出力の電流は、一定電流ＤＣＩ１の曲線２１０１として示される一方、３つの異なる負荷−需要の例の３つの電流抽出を特徴付けるクォーターサイクル単相余弦波ＡＣインバータの３つの典型的な抽出された電流（損失、入力＝出力は無視する）は、Ｉ₂ ^*ｃｏｓ（ωｔ）の曲線２１０２、Ｉ₃ ^*ｃｏｓ（ωｔ）の曲線２１０３、またはＩ₄ ^*ｃｏｓ（ωｔ）の曲線２１０４で示される。電荷保存則は、Ｉ₁＞Ｉ₂、Ｉ₁＞Ｉ₃、およびＩ₁＞Ｉ₄のみを許容する。４つの平均化された電流は、それぞれＩ₁、（２／π）^*Ｉ₂、（２／π）^*Ｉ₃、および（２／π）^*Ｉ₄であり、ここにπ＝３．１４１６である。

図２Ｂに示すように、ジェネレータ出力の電圧は、一定ＤＣ電圧のＶ₁の曲線２１０１として示される一方、３つの異なる負荷−需要の例の３つの電圧抽出を表すクォーターサイクル単相余弦波ＡＣインバータの３つの典型的な抽出された電圧（損失、入力＝出力は無視する）は、Ｖ₂ ^*ｃｏｓ（ωｔ）の曲線２２０２、Ｖ₃ ^*ｃｏｓ（ωｔ）の曲線２２０３、またはＶ₄ ^*ｃｏｓ（ωｔ）の曲線２２０４で示される。エネルギーと電荷保存則は、Ｉ₁＞Ｉ₂、Ｉ₁＞Ｉ₃、およびＩ₁＞Ｉ₄のみを許容する。４つの平均は、それぞれＶ₁、（２／π）^*Ｖ₂、（２／π）^*Ｖ₃、および（２／π）^*Ｖ₄である。

図２Ｃに示すように、ジェネレータ出力の電流は、一定ＤＣ電力Ｐ₁の曲線２３０１として示される一方、３つの異なる負荷−需要の例の３つの電流抽出を表すクォーターサイクル単相の純粋な余弦波ＡＣインバータの３つの典型的な抽出された電流（損失は無視し、入力＝出力）は、Ｐ₂ ^*ｃｏｓ（ωｔ）^*ｃｏｓ（ωｔ）^*ｐｆの曲線２３０２、Ｐ₃ ^*ｃｏｓ（ωｔ）^*ｃｏｓ（ωｔ）^*ｐｆの曲線２１０３、またはＰ₄ ^*ｃｏｓ（ωｔ）^*ｃｏｓ（ωｔ）^*ｐｆの曲線２３０４で示される。ｐｆは、負荷の力率である。エネルギー保存則は、Ｐ₁＞Ｐ₂、Ｐ₁＞Ｐ₃、およびＰ₁＞Ｐ₄のみを許容する。ｐｆ＝０．７５（上記の要求される規制ｐｆ＞０．７）をとると、４つの平均電力は、それぞれＰ₁、０．３７５^*ｐ₂、０．３７５^*ｐ₃、０．３７５^*ｐ₄である。

この純粋な正弦関数インバータでジェネレータから抽出されたエネルギーの割合は、エネルギーエクストラクタの平均電力出力を発生した平均電力で除したものである。異なる負荷需要の例を特徴付ける典型的な抽出が表されたこれら３つのエネルギー割合は、それぞれ曲線２３０２では０．３７５^*Ｐ₂／Ｐ₁、曲線２３０３では０．３７５^*Ｐ₃／Ｐ₁、曲線２３０４では０．３７５^*Ｐ₄／Ｐ₁である。従って、この電力エクストラクタのエネルギー抽出効率は、Ｐ₁＝Ｐ₂の極端に望ましい例をとっても、０．３７５より大きくならず、さもなければ、エネルギー抽出効率は、より低い値になるであろう。

上記の分析から結論を言えば、（１）ほとんどの「大型ＰＶ太陽光発電所」で使用される従来の電力エクストラクタの場合、ＤＣ／ＡＣインバータは、ソーラーパネル、ソーラーパワー式ジェネレータ（複数）によって発生させた太陽光電力の３７．５％未満（本明細書では便宜上＜４０％とする）しか抽出することができない。（２）装置１２３３とエネルギー貯蔵器１２３５で構成される適切に設計された余剰エネルギー抽出装置１２３０を用いて、本明細書で説明される原理は、従来のインバータに比べて２倍を優に超えるエネルギー抽出を改善することができる。

次のサブセクションでは、他の典型的な従来のエネルギーエクストラクタである、ＰＷＭエネルギー抽出装置について検討する。一般性を失わずに、一次エネルギー資源が数秒間一定の強度を保持する（およびジェネレータの一定の電力生成を有する）ことができると再び仮定する。生成された電力は、一定値（つまりＤＣ電流Ｉ₁、ＤＣ電圧Ｖ₁であり、従ってＤＣ電力Ｐ₁＝Ｖ₁ ^*Ｉ₁）である一方、エネルギーは、従来のＰＷＭエクストラクタによって抽出される。この例を以下のように検討することができる。

図３Ａに示すように、発生した電流は、一定ＤＣ電流のＩ₁の曲線３１０１として示され、損失（入力＝出力）は無視するが、３つの異なる負荷−需要の例を表す典型的なＰＷＭエネルギーエクストラクタの３つの例示的な電流は、振幅Ｉ₂およびデューティー係数δ₂の曲線３１０２、振幅Ｉ₃およびデューティー係数δ₃の曲線３１０３、および振幅Ｉ₄およびデューティー係数δ₄の曲線３１０４として示される。電荷保存則は、Ｉ₁＞Ｉ₂、Ｉ₁＞Ｉ₃、およびＩ₁＞Ｉ₄のみを許容する。４つの平均電流は、それぞれＩ₁、δ₂ ^*Ｉ₂、δ₃ ^*Ｉ₃、およびδ₄ ^*Ｉ₄である。

図３Ｂに示すように、発生した電圧は、一定ＤＣ電圧のＶ₁の曲線３２０１として示され、損失（入力＝出力）は無視するが、３つの異なる負荷−需要の例を表すＰＷＭエネルギーエクストラクタの３つの例示的な電圧は、振幅Ｖ₂およびデューティー係数δ₂の曲線３２０２、振幅Ｖ₃およびデューティー係数δ₃の曲線３２０３、および振幅Ｖ₄およびデューティー係数δ₄の曲線３２０４として示される。エネルギーと電荷保存則は、Ｖ₁＞Ｖ₂、Ｖ₁＞Ｖ₃、およびＶ₁＞Ｖ₄のみを許容する。４つの平均電圧は、それぞれＶ₁、δ₂ ^*Ｖ₂、δ₃ ^*Ｖ₃、およびδ₄ ^*Ｖ₄である。

さらに図３Ｃに示すように、発生した電流は、一定ＤＣ電流のＰ₁＝Ｖ₁ ^*Ｉ₁の曲線３３０１として示され、損失（入力＝出力）は無視するが、３つの異なる負荷−需要の例を表す典型的なＰＷＭエネルギーエクストラクタの３つの例示的な電力は、振幅Ｐ₂＝Ｖ₂ ^*Ｉ₂ ^*ｐｆおよびデューティー係数δ₂の曲線３３０２であり、ｐｆは、負荷の電力係数であることと、振幅Ｐ₃＝Ｖ₃ ^*Ｉ₃ ^*ｐｆおよびデューティー係数δ₃の曲線３３０３、および振幅Ｐ₄＝Ｖ₄ ^*Ｉ₄ ^*ｐｆおよびデューティー係数δ₄の曲線３３０４として示される。エネルギー保存則は、Ｐ₁＞Ｐ₂、Ｐ₁＞Ｐ₃、およびＰ₁＞Ｐ₄のみを許容する。４つの電力平均値は、それぞれＰ₁、δ₂ ^*Ｐ₂ ^*ｐｆ、δ₃ ^*Ｐ₃ ^*ｐｆ、およびδ₄ ^*Ｐ₄ ^*ｐｆである。

ＰＷＭエネルギー抽出装置でジェネレータから抽出されたエネルギーの割合は、エネルギーエクストラクタの平均電力出力を発生した平均電力で除したものである。３つの典型的な抽出が表されたこれらのエネルギー割合は、それぞれ曲線３３０２ではδ₂ ^*ｐｆ^*Ｐ₂／Ｐ₁、曲線３３０３ではδ₃ ^*ｐｆ^*Ｐ₃／Ｐ₁、曲線３３０４ではδ₄ ^*ｐｆ^*Ｐ₄／Ｐ₁である。従ってＰＷＭエネルギーエクストラクタのエネルギー抽出効率は、Ｐ₁＝Ｐ₂とδ₂＝０．８（典型的な上位のデューティー係数０．３から０．８になっている）の極端な例をとり、さらにｐｆ＝０．７５をとっても、０．６より大きくならない。さもなければ、Ｐ₁＞Ｐ₂の例では、エネルギー抽出効率は、よい低くなるであろうし、さらにデューティー係数（低電力生成または低負荷−需要の場合）が低くなるほど、エネルギー抽出効率が下がる。

上記の分析により（１）ほとんどの「ソーラーパワー式街灯」に使用される従来の電力エクストラクタである、ＰＷＭ装置は、ソーラーパネルによって発生させた太陽光電力の６０％未満しか抽出することができない。（２）エクストラクタ１２３３と貯蔵器１２３５で構成される適切に設計された余剰エネルギー抽出装置１２３０を用いて、本明細書で説明される原理は、従来のＰＷＭエクストラクタの係数に比べて少なくとも１．５係数でエネルギー抽出を改善することができる。このセクションは、従来のエクストラクタを使用する時の無効性と非効率性の根本的原因をはっきりと明らかにする。

セクション４：完全エネルギー抽出の提案した機構
ジェネレータから最大量の余剰エネルギーを抽出する装置１２３３を設計する３つの方法があり、その余剰エネルギーは、従来の抽出装置１２１０からの電力の余りである。３つの方法は、本明細書では能動方法、受動方法、およびその２つの組み合わせと呼ばれる。本明細書では、装置１２３０は、「余剰レギュレータ」と呼ばれ、装置１２３３は、「余剰コアレギュレータ」と呼ばれる。例えば、装置１２１０が「純粋な正弦関数ＤＣ／ＡＣインバータ」である場合、本明細書で説明される原理は、別の９０度位相不一致インバータ１２３３Ａを付加してその位相が第１のインバータ１２１０にうまく合わさることを提案する。１２３３Ａモジュールは、本明細書では「能動余剰エクストラクタ」と呼ばれる。

詳述すると、図４は、この概念を概略的に示し、曲線４１０１は、発生したＤＣ電力Ｐ₁を示す。電力は、従来のエネルギーエクストラクタによって抽出され、インバータ１２１０は、抽出された電力Ｐ₂ ^*ｃｏｓ（ωｔ）^*ｃｏｓ（ωｔ）を表す曲線４１０２として示される。曲線４１２０は、９０度の位相不一致にロックされた他のインバータ１２３３Ａによって抽出された電力、つまりＰ₂ ^*ｓｉｎ（ωｔ）^*ｓｉｎ（ωｔ）を表す。ｃｏｓ（ωｔ）^*ｃｏｓ（ωｔ）＋ｓｉｎ（ωｔ）^*ｓｉｎ（ωｔ）は、一様に１に等しいことに留意されたい。従って、２つの装置１２１０と１２３３Ａによって抽出される総電力は、図４に示すように、Ｐ₂にちょうど等しくなるようにまとまる。

Ｐ₂＝Ｐ₁の場合、これら２つが組み合わされた装置の総エネルギー抽出効率は、完全に１００％である。Ｐ₂＜Ｐ₁の場合、組み合わされた抽出からのある一定量（Ｐ₁−Ｐ₂）の電力の余りがまだある。この一定量余った電力はその後、理論的に完全な抽出に達するようにマッチした容量性／ファラデー装置１２３３Ｂによって効果的で容易に抽出される。１２３３Ｂは、本明細書では「受動余剰エクストラクタ」と呼ばれる。容量性／ファラデー装置１２３３Ｂをエネルギー貯蔵器１２３５の一部にすることができるが、図１Ｂは、その明確な機能を強調するためにそれを別個のエンティティとして示す。装置１２３３と装置１２１０の抽出の組み合わせを用いて、発生したエネルギーをすべて理論的に抽出することができる。

装置１２１０がＰＷＭエネルギーエクストラクタである場合、本発明は、別の位相不一致ＰＷＭエネルギーエクストラクタ１２３３Ａを付加してその位相が第１のエクストラクタ１２１０にうまく合わさることを提案する。図５は、この概念を概略的に示す。曲線５１０１は、発生したＤＣ電力Ｐ１を示す。ＰＷＭ１２１０によって抽出される電力は、増幅Ｐ₂およびデューティー係数δ₂の抽出電力を表す、曲線５１０２として示される。他のＰＷＭ１２３３Ａの位相が、第１のエクストラクタ１２１０および抽出される電力の位相不一致にうまく合わさることによって抽出された電力を表す曲線５１０２は、増幅Ｐ₂およびデューティー係数（１−δ₂）を有し、曲線５１０２に関して位相不一致である。図５に示すように、Ｐ₂に等しい、組み合わされて抽出された総電力がその後抽出される。

Ｐ₂＝Ｐ₁の場合、これら２つの組み合わされた装置の総エネルギー抽出効率は、完全に１００％である。Ｐ₂＜Ｐ₁の場合、組み合わされた２つの電力抽出装置１２１０と１２３３ＡからのＰ₁−Ｐ₂定量の電力の余りがある。この一定量余った電力は、完全な抽出に達するようにマッチした容量性／ファラデー装置１２３３Ｂによって効果的で容易に抽出される。容量性／ファラデー装置をエネルギー貯蔵器１２３５の一部にすることができるが、図１Ｂは、この明確な機能を強調するためにそれを別個のエンティティとして示す。抽出装置１２３３と装置１２１０の組み合わせを用いて、発生したエネルギーをすべて理論的に再び抽出することができる。

異なる電力生成および負荷需要は、受動余剰エクストラクタ１２３３Ｂによって完全にピックアップされるために異なる余りの電力（即ち、（Ｐ₁−Ｐ₂））を生成することに留意されたい。幸いにも、実際には、エネルギーシステムは、余った最大量の余剰電力を受動的に抽出するように正確にマッチする容量性／ファラデー装置１２３３Ｂを必要としない。基本的電気設計技術を使用することによって、容量性／ファラデー装置が余った最大量の余剰電力を受動的に抽出するために必要な良い設計を作り出すことができる。しかしながら、電圧を動作するジェネレータはその後、ＭＰＰＰ電圧から、最大限の電力抽出（エクストラクタ１２１０、１２３３Ａ、および１２３３Ｂによって抽出されるすべての電力を総和する）を得る新しい電圧に受動的にシフトされる。実際には、この新しい電圧は、典型的には、ＭＰＰＰ電圧に近い。言い換えれば、本明細書で説明される原理が組み込まれたシステムの生成／抽出のサブシステムはさらに、抽出された電力の総和を最大にするＭＰＰＰに近い電圧で動作して、同じ時間に最大に近い電力を生成することができる。

セクション５：従来のエネルギー送達管理の見直し
このセクションは、従来のエネルギー送達（供給）管理について検討する。エネルギーがジェネレータから抽出された後、エネルギーシステムは、エネルギーを調節／準備し、その後、消費するための負荷１３００にエネルギーを送達しなければならない。このプロセスは、本明細書では「エネルギー供給」と呼ばれるか、または好適には「エネルギー送達」と呼ばれる。

エネルギー送達（供給）管理における第１の重要な問題は、エネルギーシステムを過負荷の電力需要から保護することである。第２の問題は、負荷解放による損害からエネルギーシステムを保護することである。言い換えれば、瞬時電力需要は、それが設計された最大送達電力容量（次の段落で定義される）を超えてはならず、さもなければ、負荷が解放される。さらに、エネルギー送達管理は、機器への損害、特に電気ギアへの損害を防ぐために即座に突然の負荷解放に対処しなければならない。

従来の発電所の瞬時最大電力供給能力は、以下の測定を通じて実験的に決定することができる。（ａ）瞬時最大発電Ｐ₁ ^*を測定する。（ｂ）瞬時最大電力抽出Ｐ₂ ^*を測定する。この電力Ｐ₁ ^*は、装置１２１０を通過して測定されたＰ₂ ^*＜Ｐ₁ ^*を生成する。（ｃ）瞬時最大送達電力Ｐ₃ ^*を測定する。この電力Ｐ₃ ^*は、装置１２２０を通過して測定されたＰ₃ ^*、Ｐ₃ ^*＜Ｐ₂ ^*＜Ｐ₁ ^*を生成する。Ｐ₃ ^*は、この発電所の瞬時電力送達容量として定義される。それは、負荷に最大使用可能なその瞬間の電力である。Ｐ₁ ^*が、それが設計された最大値に達すると、対応するＰ₃ ^*は、エネルギーシステムの「設計された最大送達電力容量」と呼ばれる。グリーンエネルギーシステム（太陽光発電所など）においてＰ₁ ^*、Ｐ₂ ^*、およびＰ₃ ^*の値が時間とともに変化し、さらに従来のエネルギーエクストラクタ（複数）を使用する時にもＰ₂ ^*＜＜Ｐ₁ ^*に変化することに留意されたい。

測定された１２２０が電力Ｐ₃ ^*を出力することが分かるので、発電所の瞬時電力供給容量を決定することができる。しかしながら、負荷需要との密接な結合により、エネルギー送達の瞬時効率はまだ分かっていない。例えば、負荷１３００が電力Ｐ₃を要求し、Ｐ₃がＰ₃ ^*より少ないと、装置１２２０は、電力量Ｐ₃ ^*を負荷に送達する。この場合、瞬時エネルギー送達効率は、負荷需要Ｐ₃をＰ₂ ^*で除したものである。しかしながら、負荷需要Ｐ₃が瞬時電力供給容量Ｐ₃ ^*より大きいと、装置１２２０は、その電力需要を拒絶し、負荷が解放されて、瞬時エネルギー送達効率がゼロに設定される。

ミスマッチ電力量（Ｐ₃ ^*−Ｐ₃）が消費のための負荷に送達されず、そのようなミスマッチ量は、システムの加熱電力になり、これが厄介であることに留意されたい。負荷が解放されると、Ｐ₃＝０である。この場合、大規模な加熱電力Ｐ₃ ^*は、システムの回路にそのまま捨てられる。この大規模な加熱電力は、システムのコンポーネント、ジェネレータ、エクストラクタ、または管理ギアを加熱する(cook)。一次エネルギー入力が時間とともに大きな振幅に変化し、仮にゼロからある大きな最大値に変化するとしたら、グリーンエネルギーシステムの瞬時電力供給容量Ｐ₃ ^*もゼロからある大きな最大値に変化する。従って、一定の大きな負荷需要Ｐ₃は、（エネルギー利用効率のような）瞬時エネルギー送達効率をゼロに設定するためにエネルギー供給から解放された負荷である、Ｐ₃ ^*よりも大きくなることが多い。大規模な一転の負荷需要（ソーラー式水ポンプ場など）を駆動するように設計されたどのグリーンエネルギーシステムも、確かに一般にこの問題に直面するであろう。

例えば、太陽光は、水をポンピングする間に大規模な負荷需要を駆動するように設計された、太陽光発電の水ポンプ場の一次エネルギーである。快晴日中、ソーラーパネル上に送達される太陽光の光束量は、夜明けにゼロで開始する。光束は、単位時間当たりのソーラーパネルの定義領域に送達される光子の通過総量として定義される。太陽光は、夜明けに水平に光り、取り付けられたソーラーパネルを水平に通過しない。従って、光束は、夜明けにゼロとなる。太陽光の光束は、その大きな最大電力生成に達する（光束が下方に向かってパネルの表面に当たる）正午まで単調に増加する。その後、太陽光の光束は、午後に単調に減少して、太陽光が再び水平に光る日没の夕方にゼロに戻る。しかしながら、この例示的な日のある時間期間のソーラーパネル上に影を落とす厚い雲もあり得る。影がシステムにとって暗すぎて稼働ポンプを維持するのに十分な電力を提供することができない場合、ポンプは、負荷を解放する。この発生した電力は、大きなポンピング負荷を駆動するのに十分ではないこともあり、内部の電気ギアにかなり損害を与えることもある。本明細書で説明される原理は、この問題にも取り組む。

一方、電力供給容量Ｐ₃ ^*の量は、負荷需要Ｐ₃よりも多くなることもあり、そして（Ｐ₃ ^*−Ｐ₃）量の電力は、負荷に送達しない。この余剰エネルギーは、エネルギー貯蔵器を持たずに浪費される。この浪費される部分は、装置１２００の別の無効と見なされるべきである。ポンプ場の資本コストを削減するために、典型的には大規模な商業用太陽光発電所は、エネルギー貯蔵器を含むように設計されていない。従って、上記の分析の上記の結論は、現実で一般的な真の問題を表す。

例として、装置１２２０のエネルギー送達効率を詳述するため、一般的で典型的な現実の状況を表す以下のシナリオを調べてみる。１２０メートルの水頭を有する水をポンピングし、かつ各々が３０メートルの水頭を有する、４つのリレー段階のポンピングセグメントから成るソーラー式水ポンプ場があると仮定する。４つのポンプは、同じ稼働電力定格Ｐ_r、および同要求の開始電力Ｐ_sを有する。典型的には、Ｐ_s＞３Ｐ_rであり、一部のポンプでは、Ｐ_s＞７Ｐ_rも要求する。

最初に、従来のソーラー式水ポンプ場の例を検討してみる。このソーラー式水ポンプ場は、「ある特によく晴れた日の１２時間期間」と遭遇する。これらの１２期間は、以下のように説明される。

（１）ソーラーパネル（以下ソーラー発電所と呼ぶ）は、夜明けまでは（仮に６ＡＭとする）電気を発生しない。なぜなら、太陽光エネルギー入力がないＰ（ｔ₁）＝０、発生した電力がない、抽出される電力がない、送達される電力がない、および利用される電力がないからである。エネルギー利用は、０である。

（２）夜明け（６ＡＭ）から７ＡＭまでの間、ソーラー発電所は、太陽光電力Ｐ₁ ^*、抽出電力Ｐ₂ ^*、および電力供給容量Ｐ（ｔ₁）＜Ｐ_rを有し、従って、抽出された電力Ｐ_r＝Ｖ_r ^*Ｉ_rは、稼働ポンプＰ_rをも維持するのに十分強力ではない。ここにＶ_rとＩ_rは、稼働ポンプを維持するのに必要とされる電圧定格と電流である。ＤＣ／ＡＣインバータは、発生した電力Ｐ₂ ^*＜０．４Ｐ₁ ^*と、電力供給容量Ｐ（ｔ₂）＜Ｐ₂ ^*（１２２０の電力損失は無視する）およびＰ₂ ^*＜Ｐ_rを抽出するために使用される。発電所は、Ｐ₁ ^*＜２．５Ｐ_r電力を生成し、Ｐ₂ ^*＜Ｐ_r電力を抽出し、必要とされるポンピング電力より少ない電力容量を有する。それにより、抽出された電力は、負荷が発生した太陽光電力を消費する時にポンプを連結せず、再び、エネルギー利用は、ゼロである。

（３）７ＡＭから８ＡＭまでの間、ソーラー発電所は、太陽光発電を増加させて、〜２．５^*１．３Ｐ_r電力が生成され、〜１．３Ｐ_r電力が抽出され、そして１つの稼働ポンプを維持するのに十分なＰ（ｔ₃）〜１．３Ｐ_rまでの電力供給容量を有するが、ポンプ（Ｐ_s、Ｐ_s＝Ｖ_r ^*Ｉ_sを有する）を開始するのに十分強力ではない。典型的には、その電圧定格でポンプを開始するためには、＞Ｉ_r（Ｉ_s＞３Ｉ_r）の３倍、を要することに留意されたい。エネルギー利用は、再びゼロである。

（４）８ＡＭから１０ＡＭまでの間、ソーラー発電所は、太陽光発電を増加させて、〜２．５^*２．９Ｐ_r電力が生成され、〜２．９Ｐ_r電力が抽出され、そしてＰ（ｔ₄）〜２．９Ｐ_rまでの電力供給容量を有する。これは、１つの稼働ポンプを維持するのに十分強力であるが、ポンプを開始するのにまだ十分強力ではない。発電所は、負荷が発生した太陽光電力を消費する時にポンプを連結することができない。エネルギー利用は、再びゼロである。

（５）１０ＡＭから１２ＡＭまでの間、ソーラー発電所は、太陽光発電を増加させ、発電所は、〜２．５^*３．７Ｐ_r電力が生成され、〜３．７Ｐ_r電力が抽出され、そしてＰ（ｔ₅）〜３．７Ｐ_rまでの電力供給容量を有する。これは、１つのポンプを開始するのに十分強力である。発電所は、１つのポンプのみを開始することができ、そして発生した電力を消費するポンプ負荷を連結する。この時間期間のエネルギー利用は、わずか２^*Ｐ_rである。

（６）突然厚い雲が上空の一部を覆い、正午の〜３０分間ソーラーパネル上に影を落とすことが起こり、「影落とし」と呼ばれる。電力供給容量Ｐ（ｔ₆）は、Ｐ_rより下に落ち込み、システムは、負荷を解放して、この期間の電力消費がない。エネルギー利用は、再びゼロである。

（７）１２：３０ＰＭから２ＰＭまでの間、影は、その暗さが徐々に薄くなって２．５^*２．９Ｐ_rの太陽光電力が発生し、２．９Ｐ_rが抽出され、Ｐ（ｔ₇）〜２．９Ｐ_rまでの電力供給容量により、１つの稼働ポンプを維持するのに十分強力であるが、ポンプを開始するのに十分強力ではない。発電所は、負荷が発生した太陽光電力を消費する時にポンプをまだ連結することができない。エネルギー利用は、再びゼロである。

（８）２ＰＭから４ＰＭまでの間、太陽光線は、太陽光電力２．５^*３．３Ｐ_rが発生するのに十分良く、３．３Ｐ_rが抽出され、Ｐ（ｔ₈）〜３．３Ｐ_rまでの電力供給容量により、１つのポンプを開始するのに十分強力である（Ｐ_s＞３Ｐ_r）。１つのポンプが開始されて、発生した太陽光電力を消費するポンプ負荷が連結される。エネルギー利用は、わずか２^*Ｐ_rである。

（９）４ＰＭの後から５ＰＭまでの間、ソーラー発電所は、太陽光発電が減少し、２．３Ｐ_rが抽出され、Ｐ（ｔ₉）〜２．３Ｐ_rまでの電力供給容量により、稼働ポンプを維持するのになおも十分である。発電所は、発生した太陽光電力を消費するポンプ負荷をなおも連結している。エネルギー利用は、わずか１^*Ｐ_rである。

（１０）５ＰＭの後から５：３０ＰＭまでの間、ソーラー発電所は、太陽光発電が減少し、１．１Ｐ_rが抽出され、Ｐ（ｔ₁₀）〜１．１Ｐ_rまでの電力供給容量により、稼働ポンプを維持するのになおも十分である。発電所は、発生した太陽光電力を消費するポンプ負荷をなおも連結している。エネルギー利用は、わずか０．５^*Ｐ_rである。

（１１）５：３０ＰＭの後から６ＰＭまでの間、太陽光線は、鈍く、発電所の発電量が上下に変動し、電力供給容量Ｐ（ｔ₁₁）も〜１．１Ｐ_rにおいて変動するか、またはＰ_rより下がる。ひとたびＰ_rより下がると、発電所は、ポンプを止め、この時間期間にポンプを開始するのに再び十分な電力を有してない。発電所は、発生した太陽光電力を消費するポンプを連結しない。エネルギー利用は、再びゼロである。

（１２）６ＰＭから７ＰＭまでの間（日没の暗がり）ではあるが、ソーラー発電所は、なおも電力供給容量Ｐ（ｔ₁₂）＜Ｐ_rを有するいくらかの電力を発生させているが、稼働ポンプを維持するのに十分ではない。ポンプは、電力を消費せずに停止したままである。日没後、次の夜明けまで太陽光がなく、従って太陽光発電が停止し、ポンプも完全に停止する。エネルギー利用は、再びゼロである。

この従来のソーラー式水ポンプ場の総エネルギー利用は、１２期間のエネルギー利用の総和であり、丸１日間でわずか５．５^*Ｐ_r（Ｗｈｒ）である。消費するために送達する使用可能な総エネルギーは、電力供給容量の総和を１２期間の時間期間で乗じたものであり、およそ２８．３^*Ｐ_r（Ｗｈｒ）である。従って、この従来のソーラー式水ポンプ場のエネルギー送達効率は、５．５を２８．３で除したものであり、０．１９４３に等しく、およそ１９．４％である。エネルギーエクストラクタがＤＣ／ＡＣインバータであるため、エネルギー抽出の割合は、０．４未満（装置１２１０と装置１２２０によって消費されるエネルギーは無視する）であり、セクション４で導かれる。従って、エネルギー利用効率およびコントローラ効率は、０．４^*０．１９４３＝０．０７７７未満であり、＜１０％である。

セクション６：エネルギー送達管理
本明細書で説明される原理が組み込まれたソーラー式水ポンプ場の装置１２２０のエネルギー送達効率の評価を行う前に、新しいモジュール１２３３Ｃと１２３３Ｄに設計された管理機能をさらに詳述してみる。エネルギー送達効率を改善するために、本明細書で説明される原理は、モジュール１２３３Ｃと１２３３Ｄを装置１２３０に組み込むことを提案する。モジュール１２３３Ｃは、需要が供給容量に満たない場合、装置１２１０によって抽出される電力量を選択的に規制し、装置１２２０に入力する時、装置１２２０が負荷需要を正確に満たす適正量の電力を送達することができるように、正確な量のエネルギーＰ₂を調整して生成するように設計される。負荷需要が供給容量より大きい場合、モジュール１２３３Ｃはまた、ジェネレータの瞬時最大発電Ｐ₁ ^*から最大量の電力Ｐ₂ ^*を抽出するために装置１２１０を選択的に規制するようにも設計され、そしてＰ₂ ^*＋Ｐ₂ ^**の組み合わせ電力(combination power)が装置１２２０に供給される時に、装置１２２０が負荷需要を正確に満たす適正量の電力を送達することができるように、必要な付加電力Ｐ₂ ^**を貯蔵器１２３５と１２３３Ｂから準備して供給するようにモジュール１２３３Ｄを規制するようにも設計される。これは、ジェネレータ１１００によって発生させた瞬時最大電力によって提供されるシステムの瞬時容量よりも多い電力需要に対処するために、装置１２２０を助ける供給エネルギーの増強を実行する。それらの機能特性により、本明細書では、装置１２２０は、「供給電力レギュレータ」と呼ばれ、モジュール１２３３Ｃは、「供給レギュレータ」と呼ばれ、モジュール１２３３Ｄは、「エネルギー調整レギュレータ」と呼ばれる。

本明細書の次の部分は、本発明が組み込まれたソーラー式水ポンプ場の装置１２２０のエネルギー送達（供給）効率を評価する。以前に説明したように、我々は、各々のポンピングセグメントが３０メートルの水頭を有する、４つのリレー段階のポンピングセグメントから成る、１２０メートルの水頭のソーラー式水ポンプ場がある例を再び使用することとする。４つのポンプは、同じ稼働電力Ｐ_rを有し、同要求の開始電力Ｐ_sを有する。上記に説明したように、このソーラー式水ポンプ場は、同じ太陽光条件に遭遇する。

一般性を失わないが、分析を単純に保つために、この分析は、装置１２１０、１２３０、および１２２０のすべての電力消費を無視して、エネルギー抽出効率が、電力供給容量を従来のインバータの例より２．５係数増加させた、１００％であると見なす。１２時間期間のシナリオが反復され、以下のとおり説明される。

（１）ソーラー発電所は、夜明け前（６ＡＭと仮定する）には電気を発生させない。なぜなら、太陽光がないからである、Ｐ（ｔ₁）＝０。エネルギー利用は、従ってゼロである。

（２）夜明け（６ＡＭ）から７ＡＭまでの間、ソーラー発電所は、電力供給容量Ｐ（ｔ₂）＜２．５^*Ｐ_r（Ｗ）を有する太陽光電力を発生させ、これは、稼働ポンプを維持するのに十分強力であるが、ポンプＰ_r、Ｐ_r＝Ｖ_r ^*Ｉ_rを開始するのに十分強力ではない。ここにＶ_rとＩ_rは、稼働ポンプを維持するのに必要とされる電圧定格と電流である。典型的には、その電圧定格でポンプを開始するためには、＞Ｉ_r（Ｉ_s＞３Ｉ_r）の３倍、を要することに留意されたい。従って、発電所は、その負荷が発生した太陽光電力を消費する時にポンプを連結しない。しかしながら、モジュール１２３３Ｃは、装置１２１０、１２３３Ａ、および１２３３Ｂが使用可能なエネルギー〜２Ｐ_r（Ｗｈｒ）をエネルギー貯蔵器に保存して蓄えるように規制する。エネルギー利用は、〜２Ｐ_r（Ｗｈｒ）である。

（３）７ＡＭから８ＡＭまでの間、ソーラー発電所は、１つのポンプを開始するのに十分な、Ｐ（ｔ₃）〜２．５^*１．３Ｐ_r＝３．２５Ｐ_r（Ｗ）までの電力供給容量を有する発電を増加させ、その後、保存されたエネルギーを使用して別の２つのポンプを開始し、３つのポンプが一緒に稼働するようにする。ポンプの開始電力は大きいけれども、ポンプを開始するのにわずか数秒しかかからず、その通常の電力定格で稼働させることに留意された。ポンプを起動するための付加エネルギー消費は、従って、長時間稼働するエネルギーと比較して小さい。従って、２つのポンプの起動によって貯蔵器から大きなエネルギーが流れ出ることはない。ポンプのエネルギー利用は、３Ｐ_rである一方、貯蔵する余ったエネルギーは、０．２５Ｐ_rである。総エネルギー利用は、３．２５Ｐ_rであり、蓄積されたエネルギー貯蔵は、〜２．２５Ｐ_rである。

（４）８ＡＭから１０ＡＭまでの間、ソーラー発電所は、Ｐ（ｔ₄）〜２．５^*２．９Ｐ_r＝７．２５Ｐ_r（Ｗ）までの電力供給容量を有する太陽光発電を増加させる。これは、３つの稼働ポンプを維持し、さらに４つのリレー段階のポンピングシステムを合わせて１２０メートルの水頭に達するように最後のポンプを起動するのに十分強力である。発電所は、発生した太陽光電力４Ｐ_rを消費して、その期間に使用可能な電力３．２５Ｐ_rを保存するために発電所がローディングする時、４つのポンプを連結した。ポンプのエネルギー利用は、２^*４Ｐ_r＝８Ｐ_r（Ｗｈｒ）であり、保存される余ったエネルギーは、２^*３．２５Ｐ_r＝６．５Ｐ_r（Ｗｈｒ）である。総エネルギー利用は、１４．５Ｐ_rであり、貯蔵器１２３５と１２３３Ｂに蓄積されたエネルギー貯蔵は、８．７５Ｐ_r（Ｗｈｒ）である。

（５）１０ＡＭから１２ＡＭまでの間、ソーラー発電所は、４つのポンプの稼働を維持し、電力の余り５．２５Ｐ_rをエネルギー貯蔵器に２時間にわたって保存するのに十分強力である、Ｐ（ｔ₅）〜２．５^*３．７Ｐ_r＝９．２５Ｐ_r（Ｗ）までの電力供給容量を有する発電を増加させる。ポンプのエネルギー利用は、２^*４Ｐ_r＝８Ｐ_rであり、エネルギー貯蔵利用は、２^*５．２５Ｐ_r＝１０．５Ｐ_rである。総エネルギー利用は、１８．５Ｐ_rであり、さらに貯蔵器１２３５と１２３３Ｂ内に蓄積されたエネルギーは、１９．２５Ｐ_rである。

（６）突然厚い雲が上空の一部を覆い、正午の〜３０分間ソーラーパネル上に影を落とすことが起こり、「影落とし」と呼ばれる。電力供給容量Ｐ（ｔ₆）は、２．５Ｐ_rより下に落ち込む。この分析は、発生した太陽光電力を無視し、システムに、蓄積されたエネルギー貯蔵からすべての不十分なエネルギー（４Ｐ_r電力で０．５時間）を提供してポンプのローディングを持続させ、即ち、この３０分で発生した太陽光電力を無視し、そしてエネルギー貯蔵器がこの期間に４つのポンプ全体の電力消費を提供するように指示することを要求する。ポンプのエネルギー利用は、０．５^*４Ｐ_r＝２Ｐ_rであり、そしてエネルギーの平衡を保つためにエネルギー貯蔵から流れ出るエネルギーも２Ｐ_rである。総エネルギー利用は、２Ｐ_rであり、保存されて蓄積されるエネルギーも２Ｐ_rから１７．２５Ｐ_rに減る。

（７）１２：３０ＰＭから２ＰＭまでの間、影は、その暗さが徐々に薄くなって、４つの稼働ポンプを維持するのに十分強力なＰ（ｔ₇）〜２．５^*２．９Ｐ_r＝７．２５Ｐ_rまでの電力供給容量の太陽光電力が発生し、１．５時間に余った電力３．２５Ｐ_rを保存する。発電所は、その負荷が発生した太陽光電力を消費する時に４つのポンプを連結し、ポンプのエネルギー利用は、１．５^*４Ｐ_r＝６Ｐ_rである。貯蔵エネルギー利用は、１．５^*３．２５Ｐ_r＝４．８７５Ｐ_rである。総エネルギー利用は、１０．８７５Ｐ_rであり、累積保存されるエネルギーは、２２．１２５Ｐ_rに増加する。

（８）２ＰＭから４ＰＭまでの間、太陽光は、４つのポンプの稼働を保って電力４．２５Ｐ_rを貯蔵器に２時間保存するのに十分強力である、Ｐ（ｔ₈）〜２．５^*３．３Ｐ_r＝８．２５Ｐ_rまでの電力供給容量を有する太陽光電力を発生させるのに十分良い。ポンプのエネルギー利用は、２．^*４Ｐ_r＝８Ｐ_rであり、貯蔵エネルギー利用は、８．５Ｐ_rである。総エネルギー利用は、１６．５Ｐ_rであり、蓄積される貯蔵エネルギーは、３０．６２５５Ｐ_rに達する。

（９）４ＰＭの後から５ＰＭまでの間、ソーラー発電所は、４つの稼働ポンプを維持するのに十分な電力供給容量Ｐ（ｔ₉）〜２．５^*２．３Ｐ_r＝５．７５Ｐ_rを有する太陽光発電を減少させる。発電所は、発生した太陽光電力を消費して保存するポンプ負荷と貯蔵器をなおも連結している。ポンプのエネルギー利用は、わずか４Ｐ_rであり、貯蔵器のエネルギー利用は、１．７５Ｐ_rである。総エネルギー利用は、５．７５Ｐ_rであり、蓄積されるエネルギー貯蔵は、３２．３７５Ｐ_rに達する。

（１０）５ＰＭの後から５：３０ＰＭまでの間、ソーラー発電所は、４つの稼働ポンプを維持するのに十分でない電力供給容量Ｐ（ｔ₁₀）〜２．５^*１．１Ｐ_r＝２．７５Ｐ_rを有する太陽光発電を減少させるが、１２３３Ｃと１２３３Ｄは、貯蔵器が不十分な１．２５Ｐ_r電力を３０分間提供してその期間に４つのポンプの稼働を保つように規制する。ポンプのエネルギー利用は、０．５^*４Ｐ_r＝２Ｐ_rであり、貯蔵器は、エネルギー変換保存則に従って０．５^*１．２５Ｐ_r＝０．６２５Ｐ_rのエネルギー出口を提供する。ポンプの総エネルギー利用は、２．７５Ｐ_rであり、蓄積される貯蔵エネルギーは、３１．７５Ｐ_rに減少する。

（１１）５：３０ＰＭの後から６ＰＭまでの間、太陽光は、薄暗く、発電所の太陽光発電が上下に変動し、電力供給容量Ｐ（ｔ₁₁）も〜２．５^*１．１Ｐ_rまたはＰ_rより下に変動する。この分析は、この期間の太陽エネルギー生成を無視し、貯蔵器は、４つのポンプの稼働を保つために必要なすべてのエネルギーを３０分間提供する。ポンプのエネルギー利用は、０．５^*４Ｐ_r＝２Ｐ_rである。ポンプの総エネルギー利用は、２Ｐ_rであり、蓄積される貯蔵エネルギーも２Ｐ_rから２９．７５Ｐ_rに減少する。

（１２）６ＰＭから７ＰＭまでの間（日没）ではあるが、ソーラー発電所は、なおも電力供給容量Ｐ（ｔ₁₂）＜２．５Ｐ_rを有するいくらかの電力を発生させている。この分析は、この電力生成を無視する。４つのポンプは、６ＰＭから開始して太陽光がなくなる夕方までの、７時間を超える間の貯蔵器からのエネルギーを用いて稼働が保たれ、その後、ポンプが停止して、一次エネルギーを発電所に提供する次の日の出まで待機する。４つのポンプのエネルギー利用は、貯蔵器内の今日のエネルギー貯蔵を完全に使い切る、２９．７５Ｐ_rである。

本明細書で説明される原理が組み込まれたソーラー式水ポンプ場の総エネルギー利用は、丸１日間の１２の時間段階のエネルギー利用の総和、およそ７２．７５^*Ｐ_rである。送達される使用可能な総エネルギーは、１２段階の電力供給容量の総和、およそ７５^*Ｐ_rである。従って、本発明が組み込まれたこのソーラー式水ポンプ場のエネルギー送達効率は、７２．７５Ｐ_rを７５Ｐ_rで除したものであり、０．９７に等しく、およそ９７％である。ほとんど完全なエネルギー抽出により、エネルギー利用効率とさらにコントローラ効率は、〜９７％であり、これは、本明細書で説明される原理が組み込まれていない、以前に評価された１０％に満たない、ソーラー式水ポンプ場の効率よりもずっと良い。本明細書で説明される原理が組み込まれたポンプが、１日にポンピングされる水の総量について、従来のソーラー式水ポンプ場の７２．７５／５．５＞１３係数である。どれほどの差であろうか。

セクション７：要約
従来の「ブラインドＭＰＰＴ適合実施」を使用する代わりに、本明細書で説明される原理は、エネルギー送達および需要からエネルギー生成および抽出を分離することができる。一方、エネルギー生成および抽出は、ジェネレータおよび組み込まれた能動／受動エクストラクタ１２１０、１２３３Ａ、１２３３Ｂ、および貯蔵器１２３５を最大電力抽出の新しい電圧で動作することによって最適化され得る。実際には、この新しい電圧は、ＭＰＰＰ電圧に非常に近い。また、これらの新しい装置は、セクション４で説明したように、ジェネレータの最大に近い電力生成からのほとんど１００％のエネルギー抽出に達するように、従来のエクストラクタ１２１０によってピックアップされない余剰エネルギーを能動的／受動的に抽出することができる。

一方、需要に対するエネルギー送達は、セクション６で説明したように、エネルギー準備／送達装置が正しい仕様で適正量のエネルギーを供給してその瞬間の需要電力を正確に満たすことができるように、新しい装置１２３３Ｃと１２３３Ｄを付加して、ジェネレータから抽出された瞬時エネルギーとエネルギー貯蔵器から提供されるエネルギーとを能動的／受動的に組み合わせることによって最適化される。

それを行うことにより、本明細書で説明される原理は、エネルギーシステムが、エネルギーシステム、特にグリーンエネルギーシステムからエネルギー利益のほとんどを活用するためにそれらの最大エネルギー利用点（ＭＥＵＰ）で常に動作することができるという実施を実行することができる。サブシステムが各ステップの効率を最適化するように適切にマッチすると、システムのエネルギー利用効率は、典型的には、９５％を超えて測定されるまでに改善する。

要約すると、第１に、本明細書で説明されるエネルギーシステムは、余剰レギュレータ装置１２３０を組み込み、特に、従来の電力エクストラクタ１２１０によって抽出されていない、発生した余剰電力を能動的または受動的にピックアップするためにエネルギー貯蔵器１２３５と一緒に機能するモジュール１２３３Ａと１２３３Ｂを組み込む。それを行うことによって、エネルギー抽出の割合は、２係数より大きく改善されて、ジェネレータ１１００から生成されたすべての電力をほとんど完全に抽出することができる。

第２に、本明細書で説明される原理は、エネルギー貯蔵器１２３３Ｂおよび１２３５と機能するエネルギー調整レギュレータモジュール１２３３Ｃと１２３３Ｄを付加して、エネルギー生成／抽出プロセスとエネルギー送達／消費プロセスを分離できるようにする。従って、２つのプロセスは、その後別個に最適化される。

第３に、モジュール１２３３Ｃを付加して、エネルギー貯蔵器１２３５と１２３３Ｂから適正量の「必要な」付加エネルギーを能動的または受動的に抽出して調整するようにモジュール１２３３Ｄを規制する。この付加エネルギーは、装置１２１０によって１１００から直接抽出された瞬時電気と組み合わされて適正量の電気エネルギーになる。

第４に、この適正量のエネルギーが装置１２２０（モジュール１２２３と１２２５）に送達されると、電力は、瞬時負荷需要を正確に満たすように準備されて送達される。本明細書は、モジュール１２２３は、「電力準備レギュレータ」と呼ばれ、モジュール１２２５は、「電力送達レギュレータ」と呼ばれる。

最適化手続きは、（Ａ）基本的な電気的実施を使用するために、セクション４で説明したように、最大に近い変換電力を生成し、さらに総電力抽出を最大にするためにジェネレータ１１００がＭＰＰＴ電圧近くで動作できるように、能動余剰抽出装置１２３３Ａおよび受動余剰抽出装置１２３３Ｂ、容量性／ファラデー装置にとって良い設計ができる。（Ｂ）生成される電力は、従来のおよび発明されたエネルギーエクストラクタ１２１０、１２３３Ａ、および１２３３Ｂによって能動的および受動的にほとんど完全に抽出される。（Ｃ）発明された装置１２３３Ｃは、エネルギー貯蔵器１２３５と１２３３Ｂから適正量の「必要な」付加エネルギーを能動的または受動的に抽出して調整するようにモジュール１２３３Ｄを規制した。この付加エネルギーは、１２１０によって１１００から直接抽出された瞬時電気と組み合わされて適正量の電気エネルギーになるように準備される。（Ｄ）組み合わされた「適正量の電気エネルギー」は、入力として装置１２２０に送られる。この入力エネルギーは、装置１２２５を通過した時に１２２０からの出力になるように、１２２０のモジュール、準備のためのモジュール１２２３を通った。（Ｅ）この出力電力は、その後１３００の瞬時負荷需要をほぼ正確に満たすように送達される。従って、本明細書で説明される原理は、理論的にエネルギー利用をおよそ１００％に最大化することができる。

言い換えれば、本明細書で説明される原理は、最大に近い電力を生成し、発生したすべての電力の抽出の総和を最大にするために発明されたエネルギー抽出装置を組み込み、余剰エネルギーを設計されたエネルギー貯蔵器に一時的に保存し、発明された装置を付加してエクストラクタからのエネルギーと貯蔵器からのエネルギーを規制して組み合わせて入力として適正量の電力になるようにし、瞬時負荷需要をほぼ正確に満たすように準備される／供給されるようにジェネレータをＭＰＰＰに近い電圧で動作する。

従って、本発明は、エネルギーシステム、特に太陽光、風力、潮汐、および波の動きなど、時間変化する強度と関連付けられた一次エネルギー資源を使用するエネルギーシステムからエネルギー利益を最大にすることができる。

本発明は、発明の意図または不可欠な特性から逸脱しない他の固有の形態において実施されてもよい。説明された実施形態は、あらゆる点において単なる例証と見なされるべきであり、限定されるべきでない。発明の範囲は、従って、前述の説明によってではなく添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の等価の意味および範囲内におけるあらゆる変更は、それらの範囲内に含まれるものとする。

Claims (16)

1. 一次エネルギー資源によって導かれる電気ジェネレータから電力を抽出するために設計された固有の電気振動数およびシステム動作電圧を有する電圧を抽出して出力する電力エクストラクタと、
   電気エネルギー貯蔵器と、
   前記電気エネルギー貯蔵器からの電力を準備して負荷に送達する電力装置と、
   前記電力エクストラクタと同じ振動数で９０°位相がシフトした電力であって、前記電力エクストラクタと同じシステム動作電圧を有する電力を抽出して出力して、前記一次エネルギー資源から発生した前記電力から生じるが、前記電力エクストラクタから抽出されなかった余剰電力を抽出する余剰電力エクストラクタとを備え、前記電力エクストラクタにより抽出されなかった余剰のエネルギーは、前記余剰電力エクストラクタにより抽出され前記電気エネルギー貯蔵器に一時的に保存されることを特徴とするエネルギーシステム。
2. 前記余剰電力エクストラクタは、前記電力エクストラクタによって抽出されていない前記電気ジェネレータによって発生させた前記電力の少なくとも一部を引き出して、前記電気エネルギー貯蔵器に一時的に保存することを特徴とする請求項１に記載のエネルギーシステム。
3. 前記負荷の負荷需要は、時間で変化することを特徴とする請求項１に記載のエネルギーシステム。
4. 前記余剰電力エクストラクタは、少なくとも前記電力エクストラクタによって抽出された前記電力が前記電力装置によって前記負荷に提供される前記電力を超える時、前記電力エクストラクタによって抽出された前記余剰電力の少なくとも一部を前記電気エネルギー貯蔵器に引き入れることを特徴とする請求項３に記載のエネルギーシステム。
5. 前記電力装置は、前記電力エクストラクタによって抽出された電力が前記負荷需要を満たすには十分でない時、前記負荷の負荷需要を満たすために前記電気エネルギー貯蔵器から電力を送達することを特徴とする請求項３に記載のエネルギーシステム。
6. 前記電力装置は、前記電力装置が前記負荷の瞬時に変わる負荷需要に少なくともおおよそマッチするエネルギーを提供するように、前記電気エネルギー貯蔵器から抽出されるエネルギーの量を変えることを特徴とする請求項３に記載のエネルギーシステム。
7. 前記一次エネルギー資源は、前記電気ジェネレータが電力の可変量を発生させるように、前記一次エネルギー資源は、可変エネルギー資源であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギーシステム。
8. 前記電力エクストラクタは、前記エネルギーシステムから前記電力エクストラクタと前記余剰電力エクストラクタによって抽出される組み合わされた電力が最大となる時間変化する電圧を追従して、この最大電力抽出点電圧で前記エネルギーシステムを動作する抽出点トラッカーをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のエネルギーシステム。
9. 前記電気エネルギー貯蔵器の前記保存されたエネルギーレベルは、時間で変化することを特徴とする請求項８に記載のエネルギーシステム。
10. 前記余剰電力エクストラクタは、提供されるべきエネルギーを増加するために前記電気エネルギー貯蔵器から抽出される前記エネルギーの一部を抽出することを特徴とする請求項１に記載のエネルギーシステム。
11. 前記余剰電力エクストラクタは、一次資源から生じるが前記電力エクストラクタによって抽出されないか、および／または前記負荷の負荷需要を超える前記電力の抽出から生じるいずれかの前記余剰電力を抽出するために前記電力エクストラクタと同じ電気振動数で動作する調整可能なエクストラクタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエネルギーシステム。
12. 前記調整可能なエクストラクタは、前記電力エクストラクタと同じ電気振動数で動作して、調整可能なエクストラクタが前記余剰電力として補充する量の電力まで抽出するように、おおよそ９０度位相がシフトした電力エクストラクタにロックする能動装置であることを特徴とする請求項１１に記載のエネルギーシステム。
13. 前記調整可能なエクストラクタは、能動と受動を組み合わせた装置であり、前記能動と受動を組み合わせた装置が前記余剰電力として補充する量の電力まで前記余剰電力をまとめて抽出するようにすることを特徴とする請求項１１に記載のエネルギーシステム。
14. 前記電力エクストラクタと前記余剰電力エクストラクタは、両方のエネルギー抽出機能を行うために動作することを特徴とする請求項１に記載のエネルギーシステム。
15. 前記電気エネルギー貯蔵器は、前記電力エクストラクタと組み合わせてエネルギー抽出とエネルギー貯蔵機能の両方を行うために組み合わせ電力エクストラクタ貯蔵器装置になるようにさらに設計されることを特徴とする請求項１４に記載のエネルギーシステム。
16. 前記電力エクストラクタは、前記電力装置および前記余剰電力エクストラクタと共にエネルギー抽出と送達機能を行うようにさらに設計されることを特徴とする請求項１に記載のエネルギーシステム。

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