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公開番号2024174441
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-17
出願番号2023092265
出願日2023-06-05
発明の名称宇宙太陽光発電システム
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール弁理士法人
主分類H02J 50/20 20160101AFI20241210BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】実ビーム強度分布に則ったシステム全体の発電効率向上を可能とする宇宙太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】電力を電磁波に変換して送信する宇宙空間設備と、複数の電力変換モジュールで構成される電力変換装置で電磁波を受信して電力に変換する地上設備とを備える宇宙太陽発電システムであって、地上設備は、複数の電力変換モジュールを備える電力変換装置で計測した電力に基づいて、発電効率が向上する電磁波の方向を推定して、推定した電磁波の方向を宇宙空間設備に指令する機能を備え、宇宙空間設備は、指令された電磁波の方向に応じて、送信する電磁波の方向または形状を変更する機能を備えることを特徴とする宇宙太陽発電システム。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電力を電磁波に変換して送信する宇宙空間設備と、複数の電力変換モジュールで構成される電力変換装置で電磁波を受信して電力に変換する地上設備とを備える宇宙太陽発電システムであって、
地上設備は、複数の電力変換モジュールを備える電力変換装置で計測した電力に基づいて、発電効率が向上する前記電磁波の方向を推定して、推定した電磁波の方向を前記宇宙空間設備に指令する機能を備え、
前記宇宙空間設備は、指令された前記電磁波の方向に応じて、送信する電磁波の方向または形状を変更する機能を備えることを特徴とする宇宙太陽発電システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の宇宙太陽発電システムであって、
地上設備は、前記電力変換装置における総受電電力量から、発電効率が向上する前記電磁波の方向を推定することを特徴とする宇宙太陽発電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の宇宙太陽発電システムであって、
地上設備は、前記電磁波の方向を変更したときの前記電力変換装置における総受電電力量から、発電効率が向上する前記電磁波の方向を推定することを特徴とする宇宙太陽発電システム。
【請求項４】
請求項１に記載の宇宙太陽発電システムであって、
地上設備は、複数の前記電力変換モジュールおける受電量差から、発電効率が向上する前記電磁波の方向を推定することを特徴とする宇宙太陽発電システム。
【請求項５】
請求項１に記載の宇宙太陽発電システムであって、
地上設備は、前記電磁波の方向または形状を変更したときの複数の前記電力変換モジュールおける受電量差から、発電効率が向上する前記電磁波の方向を推定することを特徴とする宇宙太陽発電システム。
【請求項６】
請求項１に記載の宇宙太陽発電システムであって、
地上設備は、前記電磁波の方向を変更したときの複数の前記電力変換モジュールにおける受電量差から、前記電磁波の分布を推定することを特徴とする宇宙太陽発電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の宇宙太陽発電システムであって、
前記電磁波の分布を用いて複数の前記電力変換モジュールの相対的なゲインを求めることを特徴とする宇宙太陽発電システム。
【請求項８】
請求項６に記載の宇宙太陽発電システムであって、
前記電磁波の分布を用いて環境減衰を推定することを特徴とする宇宙太陽発電システム。
【請求項９】
請求項１に記載の宇宙太陽発電システムであって、
地上設備は、前記電磁波の方向を変更したときの複数の前記電力変換モジュールおける相対受電量差から、故障した前記電力変換モジュールを推定することを特徴とする宇宙太陽発電システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の宇宙太陽発電システムであって、
地上設備は、前記電磁波の分布における中心部分の環境減衰が大きいとき、ビーム形状を変更することを特徴とする宇宙太陽発電システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は宇宙太陽光発電システムに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
エネルギー問題解決の一つの手段として、フェーズドアレイアンテナを用いた宇宙太陽光発電の開発が進んでいる。フェーズドアレイアンテナで効率良く送電するためには、送信ビームの中心点を地上設備の中心に合わせることが重要であり、レトロディレクティブ方式により行われる。
【０００３】
レトロディレクティブ方式では、電力を生成して受電するまでの送電により発生する誤差成分を非考慮であるため、全体システムとして発電効率を考慮したビーム送信方向の補正技術の確立が必要である。
【０００４】
レトロディレクティブ方式について、特許文献１では「電気エネルギーをマイクロ波ビームとして送信する送電システムと、該送電システムから送信されたマイクロ波ビームを受信する受電システムとを備え、前記受電システムは、前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定するビーム位置推定手段と、該位置ずれ量に関する情報を前記送電システムに送信する送信手段とを備え、前記送電システムは、前記受電システムから前記位置ずれ量に関する情報を受信し、該位置ずれ量に関する情報に基づいて前記マイクロ波ビームの送電方向を補正する電力供給システム。」とすることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００８－２５９３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１によれば、位置ずれ量に関する情報に基づいてマイクロ波ビームの送電方向を補正する技術が提案されているが、この方式では、予め設定される基準ビームパターン（基準値分布）と実ビーム強度分布が異なる場合は考慮されていないという課題があった。
【０００７】
このことから本発明においては、基準値分布との比較を行わず、受電電力を測定し、その結果を基に送信ビーム方向を調整することで、実ビーム強度分布に則ったシステム全体の発電効率向上を可能とする宇宙太陽光発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のことから本発明においては、「電力を電磁波に変換して送信する宇宙空間設備と、複数の電力変換モジュールで構成される電力変換装置で電磁波を受信して電力に変換する地上設備とを備える宇宙太陽発電システムであって、地上設備は、複数の電力変換モジュールを備える電力変換装置で計測した電力に基づいて、発電効率が向上する電磁波の方向を推定して、推定した電磁波の方向を宇宙空間設備に指令する機能を備え、宇宙空間設備は、指令された電磁波の方向に応じて、送信する電磁波の方向または形状を変更する機能を備えることを特徴とする宇宙太陽発電システム。」としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、実ビーム強度分布に則ったシステム全体の発電効率向上を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の実施例に係る宇宙太陽光発電システムの基本概念を示す図。
宇宙空間設備１と地上設備２に備えるべき制御処理機能をまとめた図。
ビーム送信方向が受電中心方向と等しい状態を示す図。
ビーム送信方向が受電中心方向からずれている状態を示す図。
実施例２における処理の考え方を示す図。
実施例２にかかる制御手法を示すフロー図。
実施例３にかかる制御手法を示すフロー図。
実施例４の考え方を説明するための図。
実施例４にかかる制御手法を示すフロー図。
実施例５の考え方を示す図。
実施例５の考え方を示す図。
実施例５にかかる制御手法を示すフロー図。
直列配置された電力変換モジュールによるモデル例を想定した図。
電力変換モジュールにおけるビーム強度を示す図。
電力分布を求めることについて説明する図。
傾きを求めることの事例を示す図。
ビーム焦点位置をｘ＝１，ｘ＝２の電力測定量から分布推定することの事例を示す図。
推定した電力分布の表を示す図。
ビーム焦点位置が中心（ｆ＝０）にあるビーム分布を示す図。
ビーム焦点位置が中心（ｆ＝０）にあるビーム分布を示す図。
焦点位置をｆ＝１，ｆ＝２と変えた時の受電分布を示す図。
焦点位置をｆ＝１，ｆ＝２と変えた時の受電量変化を示す図。
ずれた後の分布を推定することを示す図。
実施例６にかかる制御手法を示すフロー図。
モジュール２とモジュール３の電力量の例を示す図。
モジュール２とモジュール３の電力変化量の例を示す図。
各モジュールの利得の比率を求めることが出来ることを示す図。
各ビーム位置でのゲイン、受電量の具体例を示す図。
ビーム焦点位置ｘ＝１，Ｘ＝２，Ｘ－３の電力測定量から分布推定したことを示す図。
同一区間における傾き量の差から、相対的なゲインを推定したことを示す図。
相対的なゲインを推定するための処理フローを示す図。
環境減衰を推定するための処理フローを示す図。
エッジ処理が必要となる事象を説明するための図。
ビーム送信方向を調整した時の、各受電領域の相対受電量差から、故障電力変換モジュールを推定することを説明するための図。
実施例８に係る制御手法を示すフロー図。
電磁波の伝達経路上空に雨雲が存在する状態を示す図。
ビーム形状を調整する処理フロー図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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