[發明專利]基于雙球體結構功率球式光伏接收器的激光無線能量傳輸系統

在審

• 申請號: 201810207349.0
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108306426A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 何鐵鋒;潘國兵;張立彬;胥芳;歐陽康;王杰
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H02J50/30
• 分類號: H02J50/30;H02S40/22;H02S40/42
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于雙球體結構功率球式光伏接收器的激光無線能量傳輸系統，包括激光器、發射裝置、接收裝置、功率球光伏接收器和電源管理模塊，激光器的輸出側安置有發射裝置，發射裝置輸出側安置有接收裝置，接收裝置與用于將激光信號轉化成電信號的功率球式光伏接收器連接，功率球式光伏接收器的輸出端與電源管理模塊連接，功率球式光伏接收器為雙球體結構功率球式光伏接收器，雙球體結構功率球式光伏接收器包括功率球光伏接收器、冷卻球、進氣止回閥、出氣止回閥和氣管，功率球光伏接收器上安裝進氣止回閥和出氣止回閥，進氣止回閥通過氣管與冷卻球的進氣口連通，出氣止回閥通過氣管與冷卻球的出氣口相接。本發明光電轉換效率較高、散熱效果好。

技術領域

本發明屬于無線能量傳輸系統，尤其是一種采用激光的無線能量傳輸系統。

背景技術

隨著激光技術和太陽能電池技術的快速發展，激光在遠距離能量傳輸技術中逐漸顯示出其優勢，國外開展激光無線能量傳輸技術研究的主要有美國、日本和德國等國家。國內針對激光無線能量傳輸的研究還少有報道,而且大部分的研究也還處于理論研究或初期階段，主要針對大功率激光器、高斯光束整形、光電池光電轉換效率等問題進行研究。

單個電池的輸出電壓通常不能滿足負載工作電壓的需求，通常情況下，需要通過多個電池串、并聯構成光伏接收器。傳統平板型光伏接收器結構簡單，對跟蹤精度的要求比較低。會聚型則只是增加會聚透鏡，將入射激光會聚在小面積的光伏電池上。雖然提高了光照強度，降低了光伏電池的使用面積，極大地降低了成本，但總體形式還是平板式。它們都是設計用于低強度、高均勻的太陽光輻照使用，當用在高強度、非均勻激光輻照中時，每個串、并聯的光伏電池收到的光功率密度不同，則將有可能造成失配損耗，降低光電轉換效率，限制了系統的整體性能發揮。因此對于激光無線能量傳輸中使用的光伏接收器，設計過程中還必須要考慮激光光強不均勻的問題，該問題的來源主要是激光束本身能量分布的不均勻性和大氣的影響。

功率球型接收器將入射激光“囚禁”在相對密閉的空腔內，通過入射激光在光伏電池表面的多次反射，實現相對均勻的光照，從而避免激光光強分布不均勻問題；并且多次反射可以重復利用沒有吸收的光照，充分吸收入射輻射的能量，提高整個激光無線能量傳輸系統的能量輸出效率。但是其結構的密閉性，在高功率激光輻照下，散熱問題將變得突出，同時功率球開口大小的限制，對激光發射裝置的跟蹤精度要求很高。

發明內容

為了克服用于激光無線能量傳輸系統中的功率球型接收器的光電轉換效率較低、散熱困難等問題，本發明提供一種光電轉換效率較高、主動散熱的基于雙球體結構功率球式光伏接收器的激光無線能量傳輸系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于雙球體結構功率球式光伏接收器的激光無線能量傳輸系統，所述系統包括激光器、發射裝置、接收裝置、功率球光伏接收器和電源管理模塊，所述激光器輸出側安置有發射裝置，所述發射裝置輸出側安置有接收裝置，所述接收裝置與用于將激光信號轉化成電信號的功率球式光伏接收器連接，所述功率球式光伏接收器的輸出端與所述電源管理模塊連接，所述功率球式光伏接收器為雙球體結構功率球式光伏接收器，所述雙球體結構功率球式光伏接收器包括功率球光伏接收器、冷卻球、進氣止回閥、出氣止回閥和氣管，所述功率球光伏接收器上安裝所述進氣止回閥和出氣止回閥，所述進氣止回閥通過氣管與所述冷卻球的進氣口連通，所述出氣止回閥通過氣管與所述冷卻球的出氣口相接。

進一步，所述進氣止回閥、出氣止回閥均為單向閥，所述單向閥包括閥體、托桿、密封圈、擋板和彈簧，所述閥體內設有供氣體流過的閥孔，所述擋板上布置密封圈，所述擋板與所述閥孔配合，所述擋板可上下滑動地套裝在托桿上，所述托桿固定在閥體內腔，所述擋板與彈簧的一端連接，所述彈簧的另一端固定在所述托桿的底部。