(57)【要約】  本開示の発電システムは、発電素子と、発電素子が出力した直流電流を交流電流に変換する交流生成回路と、交流電流から磁界を発生させるモジュール側インダクタンス素子と、位相情報取得回路と、制御回路と、を含む発電モジュールと、モジュール側インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力を発生させる集電側インダクタンス素子を含む集電閉回路と、を含み、集電閉回路内を流れる基準交流電流が、集電側インダクタンス素子を流れることにより、集電側インダクタンス素子と電磁結合されたモジュール側インダクタンス素子が、基準交流電流に応じた交流電流を発生させ、制御回路が、位相情報取得回路を介して基準交流電流に関する位相情報を取得し、位相情報に応じて交流生成回路を制御する。
2019031276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発電素子と、前記第１の発電素子が出力した第１の直流電流を第１の交流電流に変換する第１の交流生成回路と、前記第１の交流電流から磁界を発生させる第１のモジュール側インダクタンス素子と、第１の位相情報取得回路と、第１の制御回路と、を含む第１の発電モジュールと、
前記第１のモジュール側インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力を発生させる第１の集電側インダクタンス素子を含む集電閉回路と、を含み、
前記集電閉回路内を流れる基準交流電流が、前記第１の集電側インダクタンス素子を流れることにより、前記第１の集電側インダクタンス素子と電磁結合された前記第１のモジュール側インダクタンス素子が、前記第１の発電モジュール内において前記基準交流電流に応じた交流電流を発生させ、前記第１の制御回路が、前記第１の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する位相情報を取得し、前記第１の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第１の交流生成回路を制御する、
発電システム。
【請求項２】
基準発電素子と、前記基準発電素子が出力した基準直流電流を、交流電流に変換する基準交流生成回路と、前記交流電流から磁界を発生させるモジュール側基準インダクタンス素子と、を含む基準発電モジュールを更に含み、
前記集電閉回路が、前記モジュール側基準インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力と前記基準交流電流とを前記集電閉回路内において発生させる集電側基準インダクタンス素子を更に含む、
請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
第２の発電素子と、前記第２の発電素子が出力した第２の直流電流を第２の交流電流に変換する第２の交流生成回路と、前記第２の交流電流から磁界を発生させる第２のモジュール側インダクタンス素子と、第２の位相情報取得回路と、第２の制御回路と、を含む第２の発電モジュールを更に含み、
前記集電閉回路が、前記第２のモジュール側インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力を発生させる第２の集電側インダクタンス素子と、前記基準交流電流を発生させる基準交流波発生源と、を更に含み、
前記集電閉回路内を流れる前記基準交流電流が、前記第２の集電側インダクタンス素子を流れることにより、前記第２の集電側インダクタンス素子と電磁結合された前記第２のモジュール側インダクタンス素子が、前記第２の発電モジュール内において前記基準交流電流に応じた交流電流を発生させ、前記第２の制御回路が、前記第２の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する位相情報を取得し、前記第２の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第２の交流生成回路を制御する、
請求項１に記載の発電システム。
【請求項４】
前記基準発電モジュールは、前記モジュール側基準インダクタンス素子と共に共振を発生させる基準容量素子を更に含む、
請求項２に記載の発電システム。
【請求項５】
前記第２の発電モジュールは、前記第２のモジュール側インダクタンス素子と共に共振を発生させる第２の容量素子を更に含む、
請求項３に記載の発電システム。
【請求項６】
前記第１の発電モジュールは、前記第１のモジュール側インダクタンス素子と共に共振を発生させる第１の容量素子を更に含む、
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の発電システム。
【請求項７】
前記第１の制御回路が、前記第１の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する周波数情報を取得し、
前記第１の制御回路が、前記周波数情報に応じて前記第１の容量素子の容量値を制御する、
請求項６に記載の発電システム。
【請求項８】
前記第２の制御回路が、前記第２の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する周波数情報を取得し、
前記第２の制御回路が、前記周波数情報に応じて前記第２の容量素子の容量値を制御する、
請求項５に記載の発電システム。
【請求項９】
前記第１の発電モジュールが、前記第１の発電素子に並列接続される対象を前記第１の交流生成回路と前記第１の位相情報取得回路との間で切り替える第１のスイッチング素子を更に備え、
前記第１の制御回路が、前記位相情報を取得する際には、前記第１のスイッチング素子の接続先を前記第１の位相情報取得回路に切り替え、
前記第１の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第１の交流生成回路を制御する際には、前記第１のスイッチング素子の接続先を前記第１の交流生成回路に切り替える、
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の発電システム。
【請求項１０】
前記第２の発電モジュールが、前記第２の発電素子に並列接続される対象を前記第２の交流生成回路と前記第２の位相情報取得回路との間で切り替える第２のスイッチング素子を更に備え、
前記第２の制御回路が、前記位相情報を取得する際には、前記第２のスイッチング素子の接続先を前記第２の位相情報取得回路に切り替え、
前記第２の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第２の交流生成回路を制御する際には、前記第２のスイッチング素子の接続先を前記第２の交流生成回路に切り替える、
請求項３に記載の発電システム。
【請求項１１】
前記第１の制御回路が、前記位相情報を取得するモードを開始するタイミングは、前記モジュール側基準インダクタンス素子のインダクタンス値及び前記基準容量素子の容量値と、前記第１のモジュール側インダクタンス素子のインダクタンス値及び前記第１の容量素子の容量値と、の比較を用いて設定される、
請求項６に記載の発電システム。
【請求項１２】
前記第２の制御回路が、前記位相情報を取得するモードを開始するタイミングは、前記基準交流電流の周期と、前記第２のモジュール側インダクタンス素子のインダクタンス値及び前記第２の容量素子の容量値から算出される周期と、の比較を用いて設定される、
請求項５に記載の発電システム。
【請求項１３】
前記集電側基準インダクタンス素子と前記第１の集電側インダクタンス素子とは直列に接続されており、
前記集電側基準インダクタンス素子と前記第１の集電側インダクタンス素子との間には、前記集電側基準インダクタンス素子と前記第１の集電側インダクタンス素子との接続状況を切り替えるスイッチング素子が配置された、
請求項２に記載の発電システム。
【請求項１４】
前記第１の集電側インダクタンス素子と前記第２の集電側インダクタンス素子とは直列に接続されており、
前記第１の集電側インダクタンス素子と前記第２の集電側インダクタンス素子との間には、前記第１の集電側インダクタンス素子と前記第２の集電側インダクタンス素子との接続状況を切り替えるスイッチング素子が配置された、
請求項３に記載の発電システム。
【請求項１５】
前記集電閉回路は、前記第１の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記集電側基準インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を出力する出力端子を更に含む、
請求項２に記載の発電システム。
【請求項１６】
前記集電閉回路は、前記第１の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記集電側基準インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を直流電力に変換する直流変換回路を更に含む、
請求項１５に記載の発電システム。
【請求項１７】
前記集電閉回路は、前記第１の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記第２の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を出力する出力端子を更に含む、
請求項３に記載の発電システム。
【請求項１８】
前記集電閉回路は、前記第１の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記第２の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を直流電力に変換する直流変換回路を更に含む、
請求項１７に記載の発電システム。
【請求項１９】
前記基準交流波発生源は、前記第１の集電側インダクタンス素子、及び前記第２の集電側インダクタンス素子の少なくとも一方において発生した誘導起電力を用いて前記基準交流電流を発生させる、
請求項３に記載の発電システム。
【請求項２０】
第１の発電素子と、前記第１の発電素子が出力した第１の直流電流を第１の交流電流に変換する第１の交流生成回路と、前記第１の交流電流から磁界を発生させる第１のモジュール側インダクタンス素子と、第１の位相情報取得回路と、第１の制御回路と、を含む第１の発電モジュールと、
前記第１のモジュール側インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力を発生させる第１の集電側インダクタンス素子を含む集電閉回路と、を含む発電システムの制御方法であって、
前記集電閉回路内を流れる基準交流電流が、前記第１の集電側インダクタンス素子を流れることにより、前記第１の集電側インダクタンス素子と電磁結合された前記第１のモジュール側インダクタンス素子が、前記第１の発電モジュール内において前記基準交流電流に応じた交流電流を発生させるステップと、
前記第１の制御回路が、前記第１の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する位相情報を取得するステップと、
前記第１の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第１の交流生成回路を制御するステップと、を含む、
発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システム、特に太陽光発電システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、一般に複数の太陽電池モジュールと、それらを直並列に接続する配線ケーブルと、太陽電池モジュールによって発電された直流電力を交流変換するパワーコンディショナー等から構成されている。近年、太陽電池の発電コストが化石エネルギーによる発電コストに近づくのに従い、一般住宅や大型ビル等の建築物への太陽光発電システムの設置が一般的になりつつある。同時に太陽電池モジュールに対する要求仕様も厳しくなり、３０年を超える設計寿命が求められている。【０００３】
この点、特許文献１に記載の発電システムは、第１の発電ユニットと、第２の発電ユニットと、合成部とを備えている。第１の発電ユニット、第２の発電ユニットは、発電デバイスから出力された直流エネルギーを高周波エネルギーに変換する発振器と、発振器から出力された高周波エネルギーを磁気共振方式により伝送する送電アンテナ、受電アンテナと、を含む。受電アンテナは、送電アンテナから伝送された高周波エネルギーを、合成部へと送出する。さらに、下記特許文献１に記載の発電システムは、第１の発電ユニットの高周波出力と、第２の発電ユニットの高周波出力とが合成される際に、それらの位相差が略０になるように、第１の発電ユニットと第２の発電ユニットに対して位相制御を行う発振位相制御部を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０４６４５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の発電システムにおいては、位相制御が複雑になっていた。即ち、上記従来の構成においては、各発電ユニットから合成部までの伝送線路の長さが異なるため、各伝送線路の長さに応じて発振位相制御部による制御内容を個別に設定する必要がある。そのため、発電ユニットの数に応じて制御内容の異なる発振位相制御部を準備する必要があり、その結果として位相制御が複雑となっていた。【０００６】
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、位相制御をより簡便に行うことができる構成を実現させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本開示に係る発電システムは、第１の発電素子と、前記第１の発電素子が出力した第１の直流電流を第１の交流電流に変換する第１の交流生成回路と、前記第１の交流電流から磁界を発生させる第１のモジュール側インダクタンス素子と、第１の位相情報取得回路と、第１の制御回路と、を含む第１の発電モジュールと、前記第１のモジュール側インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力を発生させる第１の集電側インダクタンス素子を含む集電閉回路と、を含み、前記集電閉回路内を流れる基準交流電流が、前記第１の集電側インダクタンス素子を流れることにより、前記第１の集電側インダクタンス素子と電磁結合された前記第１のモジュール側インダクタンス素子が、前記第１の発電モジュール内において前記基準交流電流に応じた交流電流を発生させ、前記第１の制御回路が、前記第１の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する位相情報を取得し、前記第１の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第１の交流生成回路を制御する構成としている。【０００８】
（２）上記（１）における発電システムにおいて、基準発電素子と、前記基準発電素子が出力した基準直流電流を、交流電流に変換する基準交流生成回路と、前記交流電流から磁界を発生させるモジュール側基準インダクタンス素子と、を含む基準発電モジュールを更に含み、前記集電閉回路が、前記モジュール側基準インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力と前記基準交流電流とを前記集電閉回路内において発生させる集電側基準インダクタンス素子を更に含む構成としてもよい。【０００９】
（３）上記（１）における発電システムにおいて、第２の発電素子と、前記第２の発電素子が出力した第２の直流電流を第２の交流電流に変換する第２の交流生成回路と、前記第２の交流電流から磁界を発生させる第２のモジュール側インダクタンス素子と、第２の位相情報取得回路と、第２の制御回路と、を含む第２の発電モジュールを更に含み、前記集電閉回路が、前記第２のモジュール側インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力を発生させる第２の集電側インダクタンス素子と、前記基準交流電流を発生させる基準交流波発生源と、を更に含み、前記集電閉回路内を流れる前記基準交流電流が、前記第２の集電側インダクタンス素子を流れることにより、前記第２の集電側インダクタンス素子と電磁結合された前記第２のモジュール側インダクタンス素子が、前記第２の発電モジュール内において前記基準交流電流に応じた交流電流を発生させ、前記第２の制御回路が、前記第２の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する位相情報を取得し、前記第２の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第２の交流生成回路を制御する構成としてもよい。【００１０】
（４）上記（２）における発電システムにおいて、前記基準発電モジュールは、前記モジュール側基準インダクタンス素子と共に共振を発生させる基準容量素子を更に含む構成としてもよい。【００１１】
（５）上記（３）における発電システムにおいて、前記第２の発電モジュールは、前記第２のモジュール側インダクタンス素子と共に共振を発生させる第２の容量素子を更に含む構成としてもよい。【００１２】
（６）上記（１）〜（５）における発電システムにおいて、前記第１の発電モジュールは、前記第１のモジュール側インダクタンス素子と共に共振を発生させる第１の容量素子を更に含む構成としてもよい。【００１３】
（７）上記（６）における発電システムにおいて、前記第１の制御回路が、前記第１の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する周波数情報を取得し、前記第１の制御回路が、前記周波数情報に応じて前記第１の容量素子の容量値を制御する構成としてもよい。【００１４】
（８）上記（５）における発電システムにおいて、前記第２の制御回路が、前記第２の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する周波数情報を取得し、前記第２の制御回路が、前記周波数情報に応じて前記第２の容量素子の容量値を制御する構成としてもよい。【００１５】
（９）上記（１）〜（８）における発電システムにおいて、前記第１の発電モジュールが、前記第１の発電素子に並列接続される対象を前記第１の交流生成回路と前記第１の位相情報取得回路との間で切り替える第１のスイッチング素子を更に備え、前記第１の制御回路が、前記位相情報を取得する際には、前記第１のスイッチング素子の接続先を前記第１の位相情報取得回路に切り替え、前記第１の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第１の交流生成回路を制御する際には、前記第１のスイッチング素子の接続先を前記第１の交流生成回路に切り替える構成としてもよい。【００１６】
（１０）上記（３）における発電システムにおいて、前記第２の発電モジュールが、前記第２の発電素子に並列接続される対象を前記第２の交流生成回路と前記第２の位相情報取得回路との間で切り替える第２のスイッチング素子を更に備え、前記第２の制御回路が、前記位相情報を取得する際には、前記第２のスイッチング素子の接続先を前記第２の位相情報取得回路に切り替え、前記第２の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第２の交流生成回路を制御する際には、前記第２のスイッチング素子の接続先を前記第２の交流生成回路に切り替える構成としてもよい。【００１７】
（１１）上記（６）における発電システムにおいて、前記第１の制御回路が、前記位相情報を取得するモードを開始するタイミングは、前記モジュール側基準インダクタンス素子のインダクタンス値及び前記基準容量素子の容量値と、前記第１のモジュール側インダクタンス素子のインダクタンス値及び前記第１の容量素子の容量値と、の比較を用いて設定される構成としてもよい。【００１８】
（１２）上記（５）における発電システムにおいて、前記第２の制御回路が、前記位相情報を取得するモードを開始するタイミングは、前記基準交流電流の周期と、前記第２のモジュール側インダクタンス素子のインダクタンス値及び前記第２の容量素子の容量値から算出される周期と、の比較を用いて設定される構成としてもよい。【００１９】
（１３）上記（２）における発電システムにおいて、前記集電側基準インダクタンス素子と前記第１の集電側インダクタンス素子とは直列に接続されており、前記集電側基準インダクタンス素子と前記第１の集電側インダクタンス素子との間には、前記集電側基準インダクタンス素子と前記第１の集電側インダクタンス素子との接続状況を切り替えるスイッチング素子が配置された構成としてもよい。【００２０】
（１４）上記（３）における発電システムにおいて、前記第１の集電側インダクタンス素子と前記第２の集電側インダクタンス素子とは直列に接続されており、前記第１の集電側インダクタンス素子と前記第２の集電側インダクタンス素子との間には、前記第１の集電側インダクタンス素子と前記第２の集電側インダクタンス素子との接続状況を切り替えるスイッチング素子が配置された構成としてもよい。【００２１】
（１５）上記（２）における発電システムにおいて、前記集電閉回路は、前記第１の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記集電側基準インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を出力する出力端子を更に含む構成としてもよい。【００２２】
（１６）上記（１５）における発電システムにおいて、前記集電閉回路は、前記第１の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記集電側基準インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を直流電力に変換する直流変換回路を更に含む構成としてもよい。【００２３】
（１７）上記（３）における発電システムにおいて、前記集電閉回路は、前記第１の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記第２の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を出力する出力端子を更に含む構成としてもよい。【００２４】
（１８）上記（１７）における発電システムにおいて、前記集電閉回路は、前記第１の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、前記第２の集電側インダクタンス素子において発生した誘導起電力と、を直流電力に変換する直流変換回路を更に含む構成としてもよい。【００２５】
（１９）上記（３）における発電システムにおいて、前記基準交流波発生源は、前記第１の集電側インダクタンス素子、及び前記第２の集電側インダクタンス素子の少なくとも一方において発生した誘導起電力を用いて前記基準交流電流を発生させる構成としてもよい。【００２６】
（２０）本開示に係る発電システムの制御方法は、第１の発電素子と、前記第１の発電素子が出力した第１の直流電流を第１の交流電流に変換する第１の交流生成回路と、前記第１の交流電流から磁界を発生させる第１のモジュール側インダクタンス素子と、第１の位相情報取得回路と、第１の制御回路と、を含む第１の発電モジュールと、前記第１のモジュール側インダクタンス素子との電磁結合により誘導起電力を発生させる第１の集電側インダクタンス素子を含む集電閉回路と、を含む発電システムの制御方法であって、前記集電閉回路内を流れる基準交流電流が、前記第１の集電側インダクタンス素子を流れることにより、前記第１の集電側インダクタンス素子と電磁結合された前記第１のモジュール側インダクタンス素子が、前記第１の発電モジュール内において前記基準交流電流に応じた交流電流を発生させるステップと、前記第１の制御回路が、前記第１の位相情報取得回路を介して前記基準交流電流に関する位相情報を取得するステップと、前記第１の制御回路が、前記位相情報に応じて前記第１の交流生成回路を制御するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は本実施形態に係る発電システムを示す模式的な回路図である。
【図２】図２は本実施形態に係る発電システムの閉回路を屋根に取り付けた状態を示す模式図である。
【図３】図３は本実施形態に係る発電システムを示す模式的な回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１の実施形態］
本開示の第１の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
【００２９】
［発電システム１００］
図１は、本実施形態に係る発電システム１００を示す模式的な回路図である。
【００３０】
図１に示すように、発電システム１００は、基準発電モジュール１０、第１の発電モジュール２０、及び第２の発電モジュール３０等が２次元的に配置されてなる発電モジュール群を含む。また、発電システム１００は、この発電モジュール群が生み出した電力を集め出力する集電閉回路４０を含む。
【００３１】
各発電モジュールはそれぞれ交流電流から磁界を発生させるモジュール側インダクタンス素子を有しており、集電閉回路４０は、このモジュール側インダクタンス素子に近接するように配置された複数の集電側インダクタンス素子を含む。
【００３２】
［基準発電モジュール１０］
基準発電モジュール１０は、基準発電素子１１と、基準発電素子１１が出力した基準直流電流を基準交流電流に変換する基準交流生成回路１２と、基準交流電流から磁界を発生させるモジュール側基準インダクタンス素子１３と、を含む。基準交流生成回路１２は、基準発電素子１１に対して並列に接続されている。
【００３３】
基準発電素子１１は、例えば、太陽光発電素子であり、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池等を用いることができる。その他、基準発電素子１１は、ガリウムヒ素、ＣＩＳなどの化合物半導体材料を用いた太陽光発電素子であってもよく、有機材料を用いた太陽光発電素子であってもよい。また、基準発電素子１１は、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であってもよい。
【００３４】
基準交流生成回路１２は、例えばスイッチング回路を含んでおり、基準発電素子１１による基準直流電流の出力方向を所定の周波数で切り替える。この基準交流生成回路１２による基準直流電流の出力方向の切り替えにより、基準直流電流が交流電流に変換される。
【００３５】
本実施形態においては、この基準交流生成回路１２により生成された交流電流が有する位相に応じて、第１の発電モジュール２０に含まれる第１の交流生成回路２２、第２の発電モジュール３０に含まれる第２の交流生成回路３２のスイッチングが制御される。
【００３６】
モジュール側基準インダクタンス素子１３は、基準交流生成回路１２からの交流電流が流れると磁界を発生させ、集電閉回路４０の集電側基準インダクタンス素子４１と電磁結合する。
【００３７】
本実施形態の基準発電モジュール１０は、更に基準容量素子１４を含む。基準容量素子１４は、第１のモジュール側基準インダクタンス素子１３とともに共振を発生させる。
【００３８】
本実施形態においては、上述した基準交流生成回路１２が、基準発電素子１１による基準直流電力の出力方向を切り替える周波数を、モジュール側基準インダクタンス素子１３が有するインダクタンス値、及び基準容量素子１４が有する静電容量値に応じて予め設定しておく。即ち、モジュール側基準インダクタンス素子１３が有するインダクタンス値、及び基準容量素子１４が有する静電容量値によって定まる共振周波数に対応する周波数で、基準交流生成回路１２が、基準発電素子１１による基準直流電流の出力方向を切り替えるよう予め設定しておく。
【００３９】
［第１の発電モジュール２０］
第１の発電モジュール２０は、上述した基準発電モジュール１０と共通の構成を有しており、第１の発電素子２１と、第１の発電素子２１が出力した第１の直流電流を第１の交流電流に変換する第１の交流生成回路２２と、第１の交流電流が流れると磁界を発生させ、集電閉回路４０の第１の集電側インダクタンス素子４２と電磁結合する第１のモジュール側インダクタンス素子２３と、第１のモジュール側インダクタンス素子２３とともに共振を発生させる第１の容量素子２４と、を含む。
【００４０】
更に、第１の発電モジュール２０は、上記構成に加えて、第１の位相情報取得回路２５、第１の制御回路２６、及び第１のスイッチング素子２７を有している。第１の制御回路２６は、第１のスイッチング素子２７の切り替え動作を制御しており、第１の発電素子２１に並列接続される対象を、第１の交流生成回路２２と第１の位相情報取得回路２５との間で切り替えている。これら第１の位相情報取得回路２５、第１の制御回路２６、及び第１のスイッチング素子２７の具体的な動作については後述する。
【００４１】
［第２の発電モジュール３０］
第２の発電モジュール３０は、上述した第１の発電モジュール２０と略同様の構成を有しており、第２の発電素子３１と、第２の発電素子３１が出力した第２の直流電力を第２の交流電力に変換する第２の交流生成回路３２と、第２の交流電力が流れると磁界を発生させ、集電閉回路４０の第２の集電側インダクタンス素子４３と電磁結合する第２のモジュール側インダクタンス素子３３と、第２のモジュール側インダクタンス素子３３とともに共振を発生させる第２の容量素子３４と、を含む。
【００４２】
また、第２の発電モジュール３０は、上記構成に加えて、第２の位相情報取得回路３５、第２の制御回路３６、及び第２のスイッチング素子３７を有している。第２の制御回路３６は、第２のスイッチング素子３７の切り替え動作を制御しており、第２の発電素子３１に並列接続される対象を、第２の交流生成回路３２と第２の位相情報取得回路３５との間で切り替えている。これら第２の位相情報取得回路３５、第２の制御回路３６、及び第２のスイッチング素子３７の具体的な動作については後述する。
【００４３】
［集電閉回路４０］
集電閉回路４０は、モジュール側基準インダクタンス素子１３との電磁結合により、誘導起電力と基準交流電流とを集電閉回路４０内において発生させる集電側基準インダクタンス素子４１を含む。また、集電閉回路４０は、第１のモジュール側インダクタンス素子２３との電磁結合により、誘導起電力を発生させる第１の集電側インダクタンス素子４２を含む。更に、集電閉回路４０は、第２のモジュール側インダクタンス素子３３との電磁結合により、誘導起電力を発生させる第２の集電側インダクタンス素子４３を含む。
【００４４】
本実施形態において、集電側基準インダクタンス素子４１、第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３は、集電閉回路４０内において直列に接続されており、集電側基準インダクタンス素子４１において発生する誘導起電力、第１の集電側インダクタンス素子４２において発生する誘導起電力、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において発生する誘導起電力等の和が、集電閉回路４０内に設けられた出力端子４６から取り出される。なお、本実施形態においては、出力端子４６の前段に直流変換回路４７が設けられており、出力端子４６からは直流電力を取り出すことができる。
【００４５】
集電閉回路４０内において、集電側基準インダクタンス素子４１は、発生した誘導起電力から基準交流電流を生成する。基準交流電流は、集電閉回路４０内を循環し、第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３にも流れる。第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３においては、基準交流電流の位相、周波数に応じた磁界が生じる。
【００４６】
出力端子４６から取り出される電力を大きくするためには、集電側基準インダクタンス素子４１において発生する交流電流、第１の集電側インダクタンス素子４２において発生する交流電流、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において発生する交流電流の位相を合わせる必要がある。本実施形態においては、集電側基準インダクタンス素子４１が、誘導起電力から生成した基準交流電流が有する位相情報を用いて、集電側基準インダクタンス素子４１において発生する交流電流、第１の集電側インダクタンス素子４２において発生する交流電流、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において発生する交流電流の位相を合わせる動作例について、以下説明する。
【００４７】
［発電システム１００の動作例］
以下、発電システム１００の動作例について説明する。発電システム１００の動作は、集電閉回路４０内において基準交流電流を発生させる初期モードと、この初期モードの後に、第１の発電モジュール２０に含まれた第１の位相情報取得回路２５を受動素子として動作させる受動動作モードと、第１の発電モジュール２０に含まれた第１の制御回路２６を能動素子として動作させる能動動作モードを含む。
【００４８】
［初期モード］
初期モードでは、上述したとおり、まず、基準発電モジュール１０に含まれる基準交流生成回路１２が、基準発電素子１１による基準直流電流の出力方向を所定の周波数で切り替え、交流電流に変換する。次に、モジュール側基準インダクタンス素子１３は、基準交流生成回路１２により生成された交流電流から磁界を発生させる。その結果、モジュール側基準インダクタンス素子１３と、集電閉回路４０に含まれた集電側基準インダクタンス素子４１とが電磁結合される。この電磁結合により、集電側基準インダクタンス素子４１は、誘導起電力を発生させる。また、集電側基準インダクタンス素子４１は、誘導電流として基準交流電流を発生させる。基準交流電流には位相情報、及び周波数情報が含まれており、集電閉回路４０内における基準交流電流の循環により、集電閉回路４０に含まれる第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３においても、この基準交流電流に応じた磁界が発生する。
【００４９】
［受動動作モード］
受動動作モードにおいては、第１の制御回路２６が、第１のスイッチング素子２７の接続先を第１の交流生成回路２２から第１の位相情報取得回路２５に切り替えており、第１の位相情報取得回路２５が、第１の発電素子２１、及び第１のモジュール側インダクタンス素子２３に並列に接続された状態となっている。
【００５０】
同様に、第２の制御回路３６が、第２のスイッチング素子３７の接続先を第２の交流生成回路３２から第２の位相情報取得回路３５に切り替えており、第２の位相情報取得回路３５が、第２の発電素子３１、及び第２のモジュール側インダクタンス素子３３に並列に接続された状態となっている。
【００５１】
この受動動作モードでは、まず集電閉回路４０内において、集電閉回路４０内を流れる基準交流電流が、第１の集電側インダクタンス素子４２を流れることにより、第１の集電側インダクタンス素子４２と電磁結合する第１のモジュール側インダクタンス素子２３が、第１の発電モジュール２０内において、基準交流電流に応じた交流電流を発生させる。
【００５２】
同様に、集電閉回路４０内を流れる基準交流電流が、第２の集電側インダクタンス素子４３を流れることにより、第２の集電側インダクタンス素子４３と電磁結合する第２のモジュール側インダクタンス素子３３が、第２の発電モジュール３０内において、基準交流電流に応じた交流電流を発生させる。
【００５３】
この基準交流電流に応じた交流電流は、第１の発電モジュール２０内、及び第２の発電モジュール３０内において循環される。
【００５４】
第１の発電モジュール２０に含まれる第１の位相情報取得回路２５、及び第２の発電モジュール３０に含まれる第２の位相情報取得回路３５は、例えば電流計、電圧計等を含んでいる。第１の制御回路２６は、第１の位相情報取得回路２５に流れた電流値の変化、または電流値の変化に起因する電圧値の変化を検知することにより位相情報を取得する。同様に、第２の制御回路３６は、第２の位相情報取得回路３５に流れた電流値の変化、または電流値の変化に起因する電圧値の変化を検知することにより位相情報を取得する。
【００５５】
この受動動作モードでは、この第１の位相情報取得回路２５、及び第２の位相情報取得回路３５がそれぞれ受動素子として機能しており、第１の制御回路２６が、第１の位相情報取得回路２５を介して上述した基準交流電流に関する位相情報を取得し、第２の制御回路３６が、第２の位相情報取得回路３５を介して上述した基準交流電流に関する位相情報を取得するためのモードとなっている。
【００５６】
なお、この受動動作モードにおいて、本実施形態においては、第１の制御回路２６が第１の位相情報取得回路２５を介して、基準交流電流に関する位相情報を取得し、第２の制御回路３６が、第２の位相情報取得回路３５を介して、基準交流電流に関する位相情報を取得する構成を例に挙げて説明したが、第１の制御回路２６、及び第２の制御回路３６が、基準交流電流に関する位相情報のみならず、基準交流電流に関する周波数情報を取得する構成としても構わない。
【００５７】
なお、上述した初期モードから受動動作モードへの切り替えタイミング、即ち、第１の制御回路２６、及び第２の制御回路３６が位相情報の取得を開始するタイミングは、例えば、初期モードが所定の期間を経過した時点に設定することができる。
【００５８】
具体的には、第１の制御回路２６が初期モードから受動動作モードへ切り替えるタイミングは、例えばモジュール側基準インダクタンス素子１３が持つインダクタンス値及び基準容量素子１４が持つ容量値と、第１のモジュール側インダクタンス素子２３が持つインダクタンス値及び第１の容量素子２４が持つ容量値と、の比較を用いて設定することができる。例えばモジュール側基準インダクタンス素子１３が持つインダクタンス値と基準容量素子１４が持つ容量値との積と、第１のモジュール側インダクタンス素子２３が持つインダクタンス値と第１の容量素子２４が持つ容量値と積と、の差が大きい場合、基準発電モジュール１０において発生する交流電流の周期と、第１の発電モジュール２０において発生する交流電流の周期との差が大きくなる。そのため、頻繁に受動動作モードに切り替えて、第１の発電モジュール２０内において発生させる交流電流の位相を、基準交流電流に関する位相に合わせる必要がある。従って、上述した差が大きい場合には、初期モードから受動動作モードへ切り替えるまでの期間は短く設定し、差が小さい場合には、初期モードから受動動作モードへ切り替えるまでの期間を長く設定する。
【００５９】
同様に、第２の制御回路３６が初期モードから受動動作モードへ切り替えるタイミングは、例えばモジュール側基準インダクタンス素子１３が持つインダクタンス値及び基準容量素子１４が持つ容量値と、第２のモジュール側インダクタンス素子３３が持つインダクタンス値及び第２の容量素子３４が持つ容量値と、の比較を用いて設定することができる。両者の差が大きい場合には、初期モードから受動動作モードへ切り替えるまでの期間は短く設定し、差が小さい場合には、初期モードから受動動作モードへ切り替えるまでの期間を長く設定する。
【００６０】
［能動動作モード］
受動動作モードにおいて、第１の制御回路２６が、第１の位相情報取得回路２５を介して、基準交流電流に関する位相情報を取得すると、第１の制御回路２６が、能動動作モードを開始する。具体的には、第１の制御回路２６が、第１のスイッチング素子２７の接続先を第１の位相情報取得回路２５から第１の交流生成回路２２に切り替え、第１の交流生成回路２２が、第１の発電素子２１、及び第１のモジュール側インダクタンス素子２３に並列に接続された状態とする。
【００６１】
第１の制御回路２６は、第１の発電モジュール２０内において、第１の交流生成回路２２のスイッチング動作を、受動動作モードにおいて、第１の位相情報取得回路２５を介して取得した基準交流電流に関する位相情報に応じて制御する。
【００６２】
同様に、受動動作モードにおいて、第２の制御回路３６が、第２の位相情報取得回路３５を介して、基準交流電流に関する位相情報を取得すると、第２の制御回路３６が、能動動作モードを開始する。具体的には、第２の制御回路３６が、第２のスイッチング素子３７の接続先を第２の位相情報取得回路３５から第２の交流生成回路３２に切り替え、第２の交流生成回路３２が、第２の発電素子３１、及び第２のモジュール側インダクタンス素子３３に並列に接続された状態とする。
【００６３】
第２の制御回路３６は、第２の発電モジュール３０内において、第２の交流生成回路３２のスイッチング動作を、受動動作モードにおいて、第２の位相情報取得回路３５を介して取得した基準交流電流に関する位相情報に応じて制御する。
【００６４】
本実施形態における発電システム１００は、上述した構成、及び動作により、基準交流電流に関する位相に、第１の発電モジュール２０に含まれる第１の交流生成回路２２のスイッチング動作の位相、及び第２の発電モジュール３０に含まれる第２の交流生成回路３２のスイッチング動作の位相を同期させることができる。その結果として、本実施形態の発電システム１００は、簡便な方法により各発電モジュールの位相制御を行うことができる。
【００６５】
なお、受動動作モードにおいて、第１の制御回路２６が、第１の位相情報取得回路２５を介して、基準交流電流に関する位相情報のみならず、基準交流電流に関する周波数情報を取得する場合には、第１の容量素子２４として容量値可変の容量素子を用いておくことが望ましい。このような構成とすることにより、温度などの影響により、基準発電モジュール１０におけるモジュール側基準インダクタンス素子１３のインダクタンス値及び基準容量素子１４の容量値と、第１の発電モジュール２０における第１のモジュール側インダクタンス素子２３のインダクタンス値及び第１の容量素子２４の容量値と、の間にずれが生じてしまっている場合においても、第１の容量素子２４の容量値を調整することにより、基準発電モジュール１０における共振周波数と、第１の発電モジュール２０における共振周波数と、を近づけることが可能となる。即ち、第１の制御回路２６が、第１の位相情報取得回路２５から、基準交流電流に関する周波数情報を取得し、これに応じて、第１の容量素子２４の容量値を制御することにより、インダクタンス値と容量値との積に応じて決定される基準発電モジュール１０における共振周波数と、第１の発電モジュール２０における共振周波数と、を近づけることが可能となる。
【００６６】
同様に、受動動作モードにおいて、第２の制御回路３６が、第２の位相情報取得回路３５を介して、基準交流電流に関する位相情報のみならず、基準交流電流に関する周波数情報を取得する場合には、第２の容量素子３４として容量値可変の容量素子を用いておくことが望ましい。このような構成とすることにより、温度などの影響により、基準発電モジュール１０におけるモジュール側基準インダクタンス素子１３のインダクタンス値及び基準容量素子１４の容量値と、第２の発電モジュール３０における第２のモジュール側インダクタンス素子３３のインダクタンス値及び第２の容量素子３４の容量値と、の間にずれが生じてしまっている場合においても、第２の容量素子３４の容量値を調整することにより、基準発電モジュール１０における共振周波数と、第２の発電モジュール３０における共振周波数と、を近づけることが可能となる。即ち、第２の制御回路３６が、第２の位相情報取得回路３５から、基準交流電流に関する周波数情報を取得し、これに応じて、第２の容量素子３４の容量値を制御することにより、インダクタンス値と容量値との積に応じて決定される基準発電モジュール１０における共振周波数と、第２の発電モジュール３０における共振周波数を、近づけることが可能となる。
【００６７】
更に、本実施形態においては、図１に示すように、集電閉回路４０に含まれる集電側基準インダクタンス素子４１と第１の集電側インダクタンス素子４２との間にスイッチング素子４４を接続しており、第１の集電側インダクタンス素子４２と第２の集電側インダクタンス素子４３との間にスイッチング素子４５を接続している。スイッチング素子４４は、集電側基準インダクタンス素子４１と第１の集電側インダクタンス素子４２との間の接続状況を切り替え、スイッチング素子４５は、第１の集電側インダクタンス素子４２と第２の集電側インダクタンス素子４３との間の接続状況を切り替えることができる。
【００６８】
このような構成とすることにより、発電システム１００内に何等かの異常が発生したような場合に、集電閉回路４０内において直接に接続された各集電側インダクタンス素子間の接続を切ることが可能となる。その結果、異常時において、集電閉回路４０内に高電圧が発生することを抑制することができる。
【００６９】
なお、このような発電システム１００を、例えば住居の屋根に配置するような場合には、図２に示すように、まず集電閉回路４０を屋根７０の上、または屋根面の室内側に配置しておく。そして、集電側基準インダクタンス素子４１には、基準発電モジュール１０に含まれるモジュール側基準インダクタンス素子１３が近接するように、第１の集電側インダクタンス素子４２には、第１の発電モジュール２０に含まれる第１のモジュール側インダクタンス素子２３が近接するように、第２の集電側インダクタンス素子４３には、第２の発電モジュール３０に含まれる第２のモジュール側インダクタンス素子３３が近接するように、基準発電モジュール１０、第１の発電モジュール２０、及び第２の発電モジュール３０を配置する。このような配置とすることにより、上述した各モジュール側インダクタンス素子と各集電側インダクタンス素子とを電磁結合させることができる。なお、集電閉回路４０を屋根面の室内側に配置する構成とすることにより、集電閉回路４０が劣化するのを抑制することができる。
【００７０】
より具体的には、基準発電モジュール１０の基準発電素子１１の裏面側にモジュール側基準インダクタンス素子１３を接続しておき、このモジュール側基準インダクタンス素子１３が配置された基準発電モジュール１０の裏面側を、集電側基準インダクタンス素子４１の上方に配置する。同様に、第１の発電モジュール２０の第１の発電素子２１の裏面側に第１のモジュール側インダクタンス素子２３を接続しておき、この第１のモジュール側インダクタンス素子２３が配置された第１の発電モジュール２０の裏面側を、第１の集電側インダクタンス素子４２の上方に配置する。同様に、第２の発電モジュール３０の第２の発電素子３１の裏面側に第２のモジュール側インダクタンス素子３３を接続しておき、この第２のモジュール側インダクタンス素子３３が配置された第２の発電モジュール３０の裏面側を、第２の集電側インダクタンス素子４３の上方に配置する。
【００７１】
なお、本実施形態においては、集電閉回路４０に設けられた集電側基準インダクタンス素子４１、第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３が、それぞれ直列接続される構成を例に挙げて説明したが、各集電側インダクタンス素子が並列に接続される構成としても構わない。
【００７２】
なお、基準発電モジュール１０、第１の発電モジュール２０、及び第２の発電モジュール３０内が、それぞれ抵抗成分を含む構成としても構わない。
【００７３】
［第２の実施形態］
本開示の第２の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００７４】
［発電システム１００Ａ］
図３は、本実施形態に係る発電システム１００Ａを示す模式的な回路図である。
【００７５】
図３に示すように、発電システム１００Ａは、第１の発電モジュール２０、及び第２の発電モジュール３０等が２次元的に配置されてなる発電モジュール群を含む。また、発電システム１００Ａは、この発電モジュール群が生み出した電力を集め出力する集電閉回路４０Ａを含む。
【００７６】
各発電モジュールはそれぞれ交流電流から磁界を発生させるモジュール側インダクタンス素子を有しており、集電閉回路４０Ａは、このモジュール側インダクタンス素子に近接するように配置された複数の集電側インダクタンス素子を含む。
【００７７】
［第１の発電モジュール２０］
第１の発電モジュール２０は、第１の発電素子２１と、第１の発電素子２１が出力した第１の直流電力を第１の交流電力に変換する第１の交流生成回路２２と、第１の交流電流が流れることにより磁界を発生させ、集電閉回路４０Ａの第１の集電側インダクタンス素子４２と電磁結合する第１のモジュール側インダクタンス素子２３と、第１のモジュール側インダクタンス素子２３とともに共振を発生させる第１の容量素子２４と、を含む。
【００７８】
更に、第１の発電モジュール２０は、上記構成に加えて、第１の位相情報取得回路２５、第１の制御回路２６、及び第１のスイッチング素子２７を有している。第１の制御回路２６は、第１のスイッチング素子２７の切り替え動作を制御しており、第１の発電素子２１に並列接続される対象を、第１の交流生成回路２２と第１の位相情報取得回路２５との間で切り替えている。これら第１の位相情報取得回路２５、第１の制御回路２６、及び第１のスイッチング素子２７の具体的な動作については後述する。
【００７９】
本実施形態においては、上述した第１の交流生成回路２２が、第１の発電素子２１による第１の直流電力の出力方向を切り替える周波数を、第１のモジュール側インダクタンス素子２３が有するインダクタンス値、及び第１の容量素子２４が有する静電容量値に応じて予め設定しておく。即ち、第１のモジュール側インダクタンス素子２３が有するインダクタンス値、及び第１の容量素子２４が有する静電容量値によって定まる共振周波数に対応する周波数で、第１の交流生成回路２２が、第１の発電素子２１による第１の直流電力の出力方向を切り替えるよう予め設定しておく。
【００８０】
［第２の発電モジュール３０］
第２の発電モジュール３０は、第２の発電素子３１と、第２の発電素子３１が出力した第２の直流電力を第２の交流電力に変換する第２の交流生成回路３２と、第２の交流電流が流れることにより磁界を発生させ、集電閉回路４０Ａの第２の集電側インダクタンス素子４３と電磁結合する第２のモジュール側インダクタンス素子３３と、第２のモジュール側インダクタンス素子３３とともに共振を発生させる第２の容量素子３４と、を含む。
【００８１】
更に、第２の発電モジュール３０は、上記構成に加えて、第２の位相情報取得回路３５、第２の制御回路３６、及び第２のスイッチング素子３７を有している。第２の制御回路３６は、第２のスイッチング素子３７の切り替え動作を制御しており、第２の発電素子３１に並列接続される対象を、第２の交流生成回路３２と第２の位相情報取得回路３５との間で切り替えている。これら第２の位相情報取得回路３５、第２の制御回路３６、及び第２のスイッチング素子３７の具体的な動作については後述する。
【００８２】
本実施形態においては、上述した第２の交流生成回路３２が、第２の発電素子３１による第２の直流電力の出力方向を切り替える周波数を、第２のモジュール側インダクタンス素子３３が有するインダクタンス値、及び第２の容量素子３４が有する静電容量値に応じて予め設定しておく。即ち、第２のモジュール側インダクタンス素子３３が有するインダクタンス値、及び第２の容量素子３４が有する静電容量値によって定まる共振周波数に対応する周波数で、第２の交流生成回路３２が、第２の発電素子３１による第２の直流電力の出力方向を切り替えるよう予め設定しておく。
【００８３】
［集電閉回路４０Ａ］
集電閉回路４０Ａは、第１のモジュール側インダクタンス素子２３との電磁結合により、誘導起電力を発生させる第１の集電側インダクタンス素子４２を含む。更に、集電閉回路４０Ａは、第２のモジュール側インダクタンス素子３３との電磁結合により、誘導起電力を発生させる第２の集電側インダクタンス素子４３を含む。
【００８４】
本実施形態において、第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３は、集電閉回路４０Ａ内において直列に接続されており、第１の集電側インダクタンス素子４２において発生する誘導起電力、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において発生する誘導起電力等の和が、集電閉回路４０Ａ内に設けられた出力端子４６から取り出される。なお、本実施形態においては、出力端子４６の前段に直流変換回路４７が設けられており、出力端子４６からは直流電力を取り出すことができる。
【００８５】
なお、第１の集電側インダクタンス素子４２において発生する誘導起電力、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において発生する誘導起電力を集電する際は、集電閉回路４０Ａが、スイッチング素子４９の接続先を切り替えることによって、後述する基準交流波発生源４８が、集電閉回路４０Ａ内に含まれない構成としてもよい。なお、図３においては、スイッチング素子４９のスイッチング動作を制御する制御回路を図示していないが、集電閉回路４０Ａが、スイッチング素子４９のスイッチング動作を制御する制御回路を別途有する構成としてもよい。
【００８６】
更に、本実施形態においては、集電閉回路４０Ａが基準交流波発生源４８を備えている。基準交流波発生源４８は、例えばスイッチング素子などを含んで実現することができる。本実施形態においては、基準交流波発生源４８が発生させる交流電流が、基準交流電流である。基準交流波発生源４８が基準交流電流を発生させる際には、基準交流波発生源４８が、スイッチング素子４９の接続先を切り替えることによって、基準交流波発生源４８が、集電閉回路４０Ａ内に含まれる構成とする。
【００８７】
基準交流波発生源４８は、第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において生じた誘導起電力を用いて、基準交流電流を発生させる。具体的には、集電閉回路４０Ａ内において、第１の集電側インダクタンス素子４２と第１のモジュール側インダクタンス素子２３との電磁結合により、第１の集電側インダクタンス素子４２においては誘導起電力が発生している。同様に、第２の集電側インダクタンス素子４３と第２のモジュール側インダクタンス素子３３との電磁結合により、第２の集電側インダクタンス素子４３においては誘導起電力が発生している。この第１の集電側インダクタンス素子４２において生じる誘電起電力、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において生じる誘電起電力の内の少なくとも一方を用いて、基準交流波発生源４８がスイッチング動作を行うことにより、基準交流電流を発生させる。
【００８８】
基準交流波発生源４８が発生させた基準交流電流は、集電閉回路４０Ａ内を循環し、第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３にも流れる。この基準交流電流の循環に伴い、第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３においては、基準交流電流の位相、周波数に応じた磁界が生じる。
【００８９】
出力端子４６から取り出される電力を大きくするためには、第１の集電側インダクタンス素子４２において発生する交流電流、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において発生する交流電流の位相を合わせる必要がある。本実施形態においては、基準交流波発生源４８が生成した基準交流電流が有する位相情報を用いて、第１の集電側インダクタンス素子４２において発生する交流電流、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において発生する交流電流の位相を合わせる動作例について、以下説明する。
【００９０】
［発電システム１００Ａの動作例］
以下、発電システム１００Ａの動作例について説明する。発電システム１００Ａの動作は、集電閉回路４０Ａ内において基準交流波発生源４８が基準交流電流を発生させる初期モードと、この初期モードの後に、第１の発電モジュール２０に含まれた第１の位相情報取得回路２５、及び第２の発電モジュール３０に含まれた第２の位相情報取得回路３５を受動素子として動作させる受動動作モードと、第１の発電モジュール２０に含まれた第１の制御回路２６、及び第２の発電モジュール３０に含まれた第２の制御回路３６を能動素子として動作させる能動動作モードを含む。
【００９１】
［初期モード］
初期モードでは、上述したとおり、まず、第１の発電モジュール２０に含まれる第１の交流生成回路２２が、第１の発電素子２１による第１の直流電流の出力方向を所定の周波数で切り替え、交流電流に変換する。次に、第１のモジュール側インダクタンス素子２３は、第１の交流生成回路２２により生成された交流電流から磁界を発生させる。その結果、第１のモジュール側インダクタンス素子２３と、集電閉回路４０Ａに含まれた第１の集電側インダクタンス素子４２とが電磁結合される。この電磁結合により、第１の集電側インダクタンス素子４２は、誘導起電力を発生させる。
【００９２】
同様に、第２の発電モジュール３０に含まれる第２の交流生成回路３２が、第２の発電素子３１による第２の直流電流の出力方向を所定の周波数で切り替え、交流電流に変換する。次に、第２のモジュール側インダクタンス素子３３は、第２の交流生成回路３２により生成された交流電流から磁界を発生させる。その結果、第２のモジュール側インダクタンス素子３３と、集電閉回路４０Ａに含まれた第２の集電側インダクタンス素子４３とが電磁結合される。この電磁結合により、第２の集電側インダクタンス素子４３は、誘導起電力を発生させる。
【００９３】
初期モードにおいては、スイッチング素子４９は基準交流波発生源４８に接続されており、集電閉回路４０Ａ内に基準交流波発生源４８が含まれた状態となっている。第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において発生した誘導起電力から、集電閉回路４０Ａ内には、交流電流が発生している。基準交流波発生源４８は、この交流電流に対するスイッチング動作により、基準交流電流を発生させる。即ち、基準交流波発生源４８は、第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３において発生した誘導起電力を用いて、基準交流電流を発生させる。
【００９４】
なお、本実施形態においては、第１の発電モジュール２０、及び第２の発電モジュール３０の双方を起動させ、第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３の双方において誘導起電力を発生させ、これらの誘導起電力を用いて、基準交流波発生源４８が、基準交流電流を発生させる構成を例に挙げて説明した。しかし、少なくともいずれか一方の発電モジュールを起動させ、少なくともいずれか一方の集電側インダクタンス素子において発生させた誘導起電力を用いて、基準交流波発生源４８が、基準交流電流を発生させる構成としてもよい。
【００９５】
あるいは、第１の発電モジュール２０、及び第２の発電モジュール３０を起動させずに、集電閉回路４０Ａ内に別途、電流源を設けるなどして、基準交流波発生源４８が当該電流源から生成された電流に対してスイッチング動作を行うことにより、基準交流電流を発生させる構成としてもよい。ただし、基準交流波発生源４８が基準交流電流を発生させる際に、第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３の内の少なくとも一方において発生させた誘導起電力を用いる構成とする方が、集電閉回路４０Ａ内に別の電流源等を設ける必要がなく、回路設計上望ましい。また、基準交流電流の生成に、第１の発電モジュール２０、または第２の発電モジュール３０により発電したエネルギーを利用する構成とした方が、発電エネルギーを有効活用することになり、地球環境保護の視点からも望ましい。
【００９６】
基準交流波発生源４８が発生させた基準交流電流には、位相情報、及び周波数情報が含まれており、集電閉回路４０Ａ内における基準交流電流の循環により、集電閉回路４０Ａに含まれる第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３においても、この基準交流電流に応じた磁界が発生する。
【００９７】
［受動動作モード］
受動動作モードにおいては、第１の制御回路２６が、第１のスイッチング素子２７の接続先を第１の交流生成回路２２から第１の位相情報取得回路２５に切り替えており、第１の位相情報取得回路２５が、第１の発電素子２１、及び第１のモジュール側インダクタンス素子２３に並列に接続された状態となっている。
【００９８】
同様に、第２の制御回路３６が、第２のスイッチング素子３７の接続先を第２の交流生成回路３２から第２の位相情報取得回路３５に切り替えており、第２の位相情報取得回路３５が、第２の発電素子３１、及び第２のモジュール側インダクタンス素子３３に並列に接続された状態となっている。
【００９９】
この受動動作モードでは、まず集電閉回路４０Ａ内において、集電閉回路４０Ａ内を流れる基準交流電流が、第１の集電側インダクタンス素子４２を流れることにより、第１の集電側インダクタンス素子４２と電磁結合する第１のモジュール側インダクタンス素子２３が、第１の発電モジュール２０内において、基準交流電流に応じた交流電流を発生させる。
【０１００】
同様に、集電閉回路４０Ａ内を流れる基準交流電流が、第２の集電側インダクタンス素子４３を流れることにより、第２の集電側インダクタンス素子４３と電磁結合する第２のモジュール側インダクタンス素子３３が、第２の発電モジュール３０内において、基準交流電流に応じた交流電流を発生させる。
【０１０１】
この基準交流電流に応じた交流電流は、第１の発電モジュール２０内、及び第２の発電モジュール３０内において、それぞれ循環される。
【０１０２】
第１の発電モジュール２０に含まれる第１の位相情報取得回路２５、及び第２の発電モジュール３０に含まれる第２の位相情報取得回路３５は、例えば電流計、電圧計等を含んでいる。第１の制御回路２６は、第１の位相情報取得回路２５に流れた電流値の変化、または電流値の変化に起因する電圧値の変化を検知することにより位相情報を取得する。同様に、第２の制御回路３６は、第２の位相情報取得回路３５に流れた電流値の変化、または電流値の変化に起因する電圧値の変化を検知することにより位相情報を取得する。
【０１０３】
この受動動作モードでは、この第１の位相情報取得回路２５、及び第２の位相情報取得回路３５がそれぞれ受動素子として機能しており、第１の制御回路２６が、第１の位相情報取得回路２５を介して上述した基準交流電流に関する位相情報を取得し、第２の制御回路３６が、第２の位相情報取得回路３５を介して上述した基準交流電流に関する位相情報を取得するためのモードとなっている。
【０１０４】
なお、この受動動作モードにおいて、本実施形態においては、第１の制御回路２６が第１の位相情報取得回路２５を介して、基準交流電流に関する位相情報を取得し、第２の制御回路３６が、第２の位相情報取得回路３５を介して、基準交流電流に関する位相情報を取得する構成を例に挙げて説明したが、第１の制御回路２６、及び第２の制御回路３６が、基準交流電流に関する位相情報のみならず、基準交流電流に関する周波数情報を取得する構成としても構わない。
【０１０５】
なお、上述した初期モードから受動動作モードへの切り替えタイミング、即ち、第１の制御回路２６、及び第２の制御回路３６が位相情報の取得を開始するタイミングは、例えば、初期モードが所定の期間を経過した時点に設定することができる。
【０１０６】
具体的には、第１の制御回路２６が初期モードから受動動作モードへ切り替えるタイミングは、例えば基準交流波発生源４８が発生させた基準交流電流の周期と、第１のモジュール側インダクタンス素子２３が持つインダクタンス値及び第１の容量素子２４が持つ容量値から算出される周期と、の比較を用いて設定することができる。例えば基準交流電流の周期と、第１のモジュール側インダクタンス素子２３が持つインダクタンス値及び第１の容量素子２４が持つ容量値から算出される周期と、の差が大きい場合、頻繁に受動動作モードに切り替えて、基準交流電流の位相と、第１の発電モジュール２０内において発生する交流電流の位相と、を合わせる必要がある。そのため、上述した差が大きい場合には、初期モードから受動動作モードへ切り替えるまでの期間は短く設定し、差が小さい場合には、初期モードから受動動作モードへ切り替えるまでの期間は長く設定する。
【０１０７】
同様に、第２の制御回路３６が初期モードから受動動作モードへ切り替えるタイミングは、例えば基準交流波発生源４８が発生させた基準交流電流の周期と、第２のモジュール側インダクタンス素子３３が持つインダクタンス値及び第２の容量素子３４が持つ容量値から算出される周期と、の比較を用いて設定することができる。両者の差が大きい場合には、初期モードから受動動作モードへ切り替えるまでの期間は短く設定し、差が小さい場合には、初期モードから受動動作モードへ切り替えるまでの期間は長く設定する。
【０１０８】
［能動動作モード］
受動動作モードにおいて、第１の制御回路２６が、第１の位相情報取得回路２５を介して、基準交流電流に関する位相情報を取得すると、第１の制御回路２６が、能動動作モードを開始する。具体的には、第１の制御回路２６が、第１のスイッチング素子２７の接続先を第１の位相情報取得回路２５から第１の交流生成回路２２に切り替え、第１の交流生成回路２２が、第１の発電素子２１、及び第１のモジュール側インダクタンス素子２３に並列に接続された状態とする。
【０１０９】
第１の制御回路２６は、第１の発電モジュール２０内において、第１の交流生成回路２２のスイッチング動作を、受動動作モードにおいて、第１の位相情報取得回路２５を介して取得した基準交流電流に関する位相情報に応じて制御する。
【０１１０】
同様に、受動動作モードにおいて、第２の制御回路３６が、第２の位相情報取得回路３５を介して、基準交流電流に関する位相情報を取得すると、第２の制御回路３６が、能動動作モードを開始する。具体的には、第２の制御回路３６が、第２のスイッチング素子３７の接続先を第２の位相情報取得回路３５から第２の交流生成回路３２に切り替え、第２の交流生成回路３２が、第２の発電素子３１、及び第２のモジュール側インダクタンス素子３３に並列に接続された状態とする。
【０１１１】
第２の制御回路３６は、第２の発電モジュール３０内において、第２の交流生成回路３２のスイッチング動作を、受動動作モードにおいて、第２の位相情報取得回路３５を介して取得した基準交流電流に関する位相情報に応じて制御する。
【０１１２】
本実施形態における発電システム１００Ａは、上述した構成、及び動作により、基準交流電流が有する位相に、第１の発電モジュール２０に含まれる第１の交流生成回路２２のスイッチング動作の位相、及び第２の発電モジュール３０に含まれる第２の交流生成回路３２のスイッチング動作の位相を同期させることができる。その結果として、本実施形態の発電システム１００Ａは、簡便な方法により各発電モジュールの位相制御を行うことができる。
【０１１３】
なお、受動動作モードにおいて、第１の制御回路２６が、第１の位相情報取得回路２５を介して、基準交流電流に関する位相情報のみならず、基準交流電流に関する周波数情報を取得する場合には、第１の容量素子２４として容量値可変の容量素子を用いておくことが望ましい。このような構成とすることにより、温度などの影響により、第１の発電モジュール２０における第１のモジュール側インダクタンス素子２３のインダクタンス値及び第１の容量素子２４の容量値が、所望の値に対してずれが生じてしまっている場合においても、第１の容量素子２４の容量値を調整することにより、第１の発電モジュール２０における共振周波数を、基準交流電流の周波数に近づけることが可能となる。即ち、第１の制御回路２６が、第１の位相情報取得回路２５から、基準交流電流に関する周波数情報を取得し、これに応じて、第１の容量素子２４の容量値を制御することにより、インダクタンス値と容量値との積に応じて決定される第１の発電モジュール２０における共振周波数を、基準交流電流の周波数に近づけることが可能となる。
【０１１４】
同様に、受動動作モードにおいて、第２の制御回路３６が、第２の位相情報取得回路３５を介して、基準交流電流に関する位相情報のみならず、基準交流電流に関する周波数情報を取得する場合には、第２の容量素子３４として容量値可変の容量素子を用いておくことが望ましい。このような構成とすることにより、温度などの影響により、第２の発電モジュール３０における第２のモジュール側インダクタンス素子３３のインダクタンス値及び第２の容量素子３４の容量値が、所望の値に対してずれが生じてしまっている場合においても、第２の容量素子３４の容量値を調整することにより、第２の発電モジュール３０における共振周波数を、基準交流電流の周波数に近づけることが可能となる。即ち、第２の制御回路３６が、第２の位相情報取得回路３５から、基準交流電流に関する周波数情報を取得し、これに応じて、第２の容量素子３４の容量値を制御することにより、インダクタンス値と容量値との積に応じて決定される第２の発電モジュール３０における共振周波数を、基準交流電流の周波数に近づけることが可能となる。
【０１１５】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、集電閉回路４０Ａに含まれる第１の集電側インダクタンス素子４２と第２の集電側インダクタンス素子４３との間にスイッチング素子４５を接続することが望ましい。スイッチング素子４５は、第１の集電側インダクタンス素子４２と第２の集電側インダクタンス素子４３との間の接続状況を切り替えることができる。
【０１１６】
このような構成とすることにより、発電システム１００Ａ内に何等かの異常が発生したような場合に、集電閉回路４０Ａ内において直接に接続された各集電側インダクタンス素子間の接続を切ることが可能となる。その結果、異常時において、集電閉回路４０Ａ内に高電圧が発生することを抑制することができる。
【０１１７】
なお、本実施形態においては、集電閉回路４０Ａに設けられた第１の集電側インダクタンス素子４２、及び第２の集電側インダクタンス素子４３が、それぞれ直列接続される構成を例に挙げて説明したが、各集電側インダクタンス素子が並列に接続される構成としても構わない。
【０１１８】
なお、第１の発電モジュール２０、及び第２の発電モジュール３０内が、それぞれ抵抗成分を含む構成としても構わない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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