[发明专利]发电系统及发电单元

说明书

技术领域

本发明涉及利用谐振磁场的耦合以无线方式进行能量供给的发电系统及发电单元。

背景技术

出于天然资源的干涸和全球温室化对策的观点，对不排出二氧化碳的太阳能发电的关注日益增加。近几年，在大面积的区域内铺设多个太阳能发电元件(太阳能电池：以下，有时简单称作“单元”)来产生大电力的工厂也慢慢成为现实。到目前为止，家庭用太阳能发电装置也主要是铺设在建筑物的房顶等上，但是也开始研究了在建筑物的壁面配置的方法。

在一般的太阳能发电系统中，使用了在金属框内排列多个单元并互相连接了单元之间的“太阳能电池块”。在太阳能电池块(以下、有时简单称作“模块”)的前面设置玻璃板，各单元以与大气隔离并被密封的状态工作。通过铺设这种太阳能电池块，从而能够构筑太阳能发电系统。

在导入这种太阳能发电系统的基础上，单元和模块的制造成本高成为障碍。此外，作为导入障碍，也不能无视铺设单元或模块来构成系统的成本高的问题。越是在高处进行铺设作业，则越危险且成本越高，对于太阳能发电系统的进一步普及而言成为重大的课题。此外，在已建设好的建筑物中导入太阳能发电系统的情况下，很难实施用于连接在屋外铺设的太阳能发电部和建筑物内部的电子设备的布线工程，这也成为与太阳能发电系统的普及相应的较大的课题。

如后述那样，由于每个单元的输出电压较低，故在现有的太阳能发电系统中，为了获得电子设备的动作所需的电压，需要串联连接多个太阳能电池单元。因此，多个连接处的可靠性的降低也会成为使系统整体的长期可靠性降低的较大的要因。此外，在更换长期工作而劣化的模块或连接布线的情况下，也需要在高处进行作业，因此维持成本高也是问题。

作为现有的太阳能发电装置的一例，公开了从屋外经由墙壁材料向屋内以无线方式供给能量的电力供给系统(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)能量的传输。

另一方面，也正在广泛普及利用了固体高分子形等的燃料电池的发电系统。即使在这种发电系统中，各个单元的输出电压也比较低，想要获得高电压时需要串联连接多个单元。因此，与太阳能发电设备相同，多个连接处的可靠性的降低会成为使系统整体的长期可靠性降低的要因。

此外，专利文献2公开了在2个谐振器之间以无线方式传输能量的新的无线能量传输装置。在该无线能量传输装置中，经由在谐振器的周边的空间内产生的谐振频率的振动能量的渗出(随着距离急速衰减的电磁场(evanescent tail))使2个谐振器耦合，从而能够以无线方式(非接触)传输振动能量。以下，将作为谐振器而利用磁场分布的能量传输方式称作磁场谐振方式。

与现有的电磁感应方式相比，基于磁场谐振方式的无线电力传输能够显著地扩大传输距离。即，在谐振器之间的耦合系数k比各谐振器的衰减常数Γ1、Γ2之积的平方根大的情况下，能够进行良好的能量传输。

【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16)

【专利文献2】美国专利申请公开第2008/0278264号说明书(图5、图10)

发明内容

(发明想要解决的课题)

在专利文献1记载的电力传输系统中，不能解决从各个单元输出的电压低这样的太阳能发电设备所固有的课题。在太阳能发电领域，目前因为能量变换效率高而被广泛使用的结晶硅系的1个太阳能电池(单元)的输出电压Vc为0.5V左右，是非常低的。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，一般的变换电路(电力调节装置)的动作效率相对于300Vdc左右的输入电压而被最大化。因此，想要执行高效率下的变换时，需要通过串联连接数百个单元来将太阳能发电部的输出电压提高至300V左右。此外，在与作为家庭内配电的单相3线(100V或200V)的系统连接的情况下，需要通过电力调节装置来使太阳能发电部的输出电压升压至200倍以上。但是，若考虑升压时的电力效率的降低，则仍然是要求串联多个单元来尽可能提高太阳能发电部的输出电压。

另外，即使在太阳能发电系统内不进行从直流向交流的变换的情况下，也会产生同样的问题。在最近备受关注的直流供电系统等中研讨使用的电压是48Vdc、或者300～400Vdc左右。因此，在直流供电系统中，也仍然需要串联连接数十个至数百个的单元。