[發明專利]一種內接多面體的能源自給球形裝置

有效

• 申請號: 201711297813.1
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108054822B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 張瑋;陸宏波;李欣益
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35;H02S30/10;H02S20/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 金家山

本發明公開了一種內接多面體的能源自給球體裝置。該裝置克服了已有球體裝置滾動和能源獲取相互制約的矛盾，在球體滾動過程中，內接多面體上的幾個能夠接受太陽光的面太陽電池持續發電，支撐感知環境狀況的傳感器探測單元、信息處理單元、球體驅動裝置持續工作，能夠在滾動過程中兼顧發電與環境感知探測、信號發射、球體驅動等功能。

技術領域

本發明涉及一種內接多面體的能源自給球形裝置。

背景技術

當前的無線監視監測裝置一般無法同時兼備能源自給、自主移動、目標檢測和集群協調移動等功能，現代的軍事與民用都亟需一種能夠具有上述四種功能的裝置。能源自給是指裝置自身收集外界能量并轉換成電能供自己使用而不是靠外部輸入電能或者帶周期充電的儲能電池。現實中，能源自給是造成這些器件失效或者根本無法實現的主要障礙。各種能量自給裝置中，都希望能夠利用太陽能這一自然界永恒能源作為來源轉換成電能供給移動和監測器件使用，或者儲存起來在需要使用的時候釋放出來，有效利用太陽光的根本前提是受光面永遠面對太陽，通常這一要求限制了該類裝置的移動能力、隱蔽能力等性能。在所有的幾何體中，球體具備能夠最高效接受太陽光的集合形狀，無論球體如何移動或者處于何種位置，總有面對陽光的地方。然而，太陽電池要高效工作的前提是入射太陽光的照射角度必須一致，否則會產生不均勻光照射所引起的器件發熱損毀，即熱斑效應。要將能夠把太陽光轉換成電能的太陽電池有效的貼裝在球體表面并實現高效發電并不可行，這主要因為太陽光基本是平行的，而球體表面各處的曲率并不相同，導致入射太陽光與太陽電池表面各處的夾角各不相同，這就嚴重削弱了太陽電池效率同時引起器件發熱燒毀，如圖1。

發明內容

本發明涉及一種內接多面體的可移動能源自給球體裝置，內接多面體的每個面上貼裝有將入射太陽光轉換成電能的太陽電池，該裝置克服了太陽電池與球體無法有效集成并高效發電的缺點，實現了在每個面上的太陽電池確保入射的太陽光以同樣的角度入射，同時內接多面體的支撐裝置上集成有儲能和信號處理裝置，能夠驅動信號處理和移動裝置，進而能夠保證球體在滾動前進中持續發電工作，同時由于球體的體積可以任意尺寸放大與縮小，因此該裝置可以應用在隱蔽或者體積狹小處所。

為了達到上述目的，本發明提供了一種內接多面體的可移動能源自給球體裝置，該可移動能源自給球體裝置從外向內依次包括球形罩、內接多面體和多面體支撐結構三部分。

其中，所述的球形罩本身由輕質透明塑料材料組成，該塑料材料對300-1700納米范圍內的太陽光具有高達90％以上的透過率，球形罩的外面鍍有光學膜。

其中，所述的球形罩還可以由電致變色材料組成，當需要隱蔽的時候，球體內儲存的電施加在球形罩上，使其將顏色變換到外界不易察覺的程度。

其中所述的光學膜系通常由氧化物組成，對300-1700納米范圍的太陽光具有10％的反射率，更進一步，所述的光學膜系表面有光學微結構球能夠使300-1700納米范圍的太陽光具有適當的光線偏轉，使其能夠有效聚焦在內接多面體的每個表面上的太陽電池上。

其中，所述的內接多面體通常由五角十二面體、三角二十面體等正多面體或每個面為正三角形和正方形之一的不規則多面體組成，多面體的各個表面由收集外界能量(包括太陽光或者紅外輻射能)并轉換成電能的太陽電池組成，即面太陽電池，所述的組成多面體的面太陽電池的面積與球形罩的體積之間嚴格滿足正多面體或不規則多面體的幾何關聯關系。

其中所述的面太陽電池由電池本體、柵線和匯流端組成，柵線包含環形與交叉連接兩部分，環形部分該多面體的面圖形類似，呈現從里向外的層層嵌套，交叉部分是從重心到邊中點的線，將所有的環形部分連接起來以方便太陽電池電流的收集。以三角形面為例，分別是外面的三角形套內部的小三角形，每個三角形邊的寬度與通常電池柵線的寬度一樣，兩個相鄰三角形的距離取決于電池表面的遷移率和總的電流密度，從太陽電池的重心到三條邊的中點存在三條直線鏈接，太陽電池的電流通過三角形的三個頂點的匯流端輸出。