[發(fā)明專利]一種瓦級輸出功率的激光供電接收端裝置和系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113162252A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏建國;劉偉麟;黃輝;黃鳳;鄧輝
• 申請（專利權(quán)）人: 全球能源互聯(lián)網(wǎng)歐洲研究院;全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司;國網(wǎng)山西省電力公司;國網(wǎng)山西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: H02J50/30
• 分類號: H02J50/30;H02S10/00;H02J7/34;H02J7/35;H01L31/0216;H01L31/0224;H01L31/06
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 薛異榮

一種瓦級輸出功率的激光供電接收端裝置和系統(tǒng)，激光供電接收端裝置包括：第一電壓轉(zhuǎn)換器，第一電壓轉(zhuǎn)換器適于對傳感節(jié)點進(jìn)行供電；光伏模塊，光伏模塊適于與第一電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端電學(xué)連接；超級電容儲能模塊，光伏模塊還適于對超級電容儲能模塊充電，所述超級電容儲能模塊適于與第一電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端電學(xué)連接；第一微控制器，所述第一微控制器基于所述光伏模塊和第一電壓轉(zhuǎn)換器的輸出功率以及所述超級電容儲能模塊的工作電壓，對所述光伏模塊的入射激光功率執(zhí)行回路反饋控制，且對所述超級電容儲能模塊的充放電進(jìn)行管控。所述激光供電接收端裝置在持續(xù)輸出瓦級功率情況下的長期可靠性提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光光纖供電技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種瓦級輸出功率的激光供電接收端裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光光纖供電是高壓(HV)環(huán)境中傳感節(jié)點電源的首選解決方案。選擇激光光纖供電系統(tǒng)而不是常規(guī)電源的原因是對電隔離，雷電保護(hù)，抗電火花，抗電磁干擾，減輕重量，耐腐蝕等方面的要求，因此特別適合應(yīng)用于高壓輸變電設(shè)備監(jiān)測傳感節(jié)點的安全和可靠供電中。用于高壓環(huán)境中監(jiān)測傳感應(yīng)用的激光光纖供電系統(tǒng)的負(fù)載功率要求通常在幾瓦特或幾十瓦特的范圍內(nèi)，而通過光纖傳輸?shù)墓夤β蕜t需要是負(fù)載功率的兩倍以上，比光通信中使用的光功率要高得多。

關(guān)鍵高壓設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測是早期發(fā)現(xiàn)異常和采取補(bǔ)救措施的重要手段，以確保電網(wǎng)可靠運行并避免經(jīng)濟(jì)和人員損失。激光光纖供電系統(tǒng)中的激光供電接收端裝置和傳感器節(jié)點通常被一起安裝在高電位區(qū)域，給激光光纖供電系統(tǒng)的維護(hù)和故障檢修帶來的很大的困難。因此，這對激光光纖供電系統(tǒng)的核心器件的長期可靠性提出了很高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中激光供電接收端裝置在持續(xù)輸出瓦級功率情況下的長期可靠性較差的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種瓦級輸出功率的激光供電接收端裝置，包括：第一電壓轉(zhuǎn)換器，第一電壓轉(zhuǎn)換器適于對傳感節(jié)點進(jìn)行供電；光伏模塊，所述光伏模塊適于與第一電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端電學(xué)連接；超級電容儲能模塊，所述光伏模塊還適于對超級電容儲能模塊充電，所述超級電容儲能模塊適于與第一電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端電學(xué)連接；第一微控制器，所述第一微控制器基于所述光伏模塊和第一電壓轉(zhuǎn)換器的輸出功率以及所述超級電容儲能模塊的工作電壓，對所述光伏模塊的入射激光功率執(zhí)行回路反饋控制，且對所述超級電容儲能模塊的充放電進(jìn)行管控。

可選的，所述光伏模塊包括若干個串聯(lián)的子光伏電池，光伏模塊采用垂直堆疊的多結(jié)結(jié)構(gòu)或橫向分段的多段單結(jié)結(jié)構(gòu)在單片上集成串聯(lián)的多個子光伏電池。

可選的，所述光伏模塊包括：自上至下垂直堆疊的第一子光伏電池至第M子光伏電池，M為大于2的整數(shù)；第一隧穿結(jié)至第M-1隧穿結(jié)，第j隧穿結(jié)位于第j子光伏電池與第j+1子光伏電池之間，j為大于等于1且小于等于M-1的整數(shù)。

可選的，各子光伏電池均包括半導(dǎo)體PN結(jié)，每個子光伏電池的半導(dǎo)體PN結(jié)的厚度根據(jù)設(shè)置；α(λ)是給定入射激光波長λ下的光吸收系數(shù)；t_i是第i子光伏電池的半導(dǎo)體PN結(jié)的厚度，i為大于等于1且小于等于M-1的整數(shù)；I_i是進(jìn)入第i子光伏電池的激光強(qiáng)度，I_i+1是進(jìn)入第i+1子光伏電池的激光強(qiáng)度。

可選的，M為大于等于4的整數(shù)。

可選的，第M子光伏電池中半導(dǎo)體PN結(jié)的厚度為2800納米～3200納米。

可選的，第一子光伏電池至第M子光伏電池中，每個子電池均包含自下至上層疊的背面場層、基礎(chǔ)層、發(fā)射層和窗口層，所述基礎(chǔ)層和發(fā)射層構(gòu)成半導(dǎo)體PN結(jié)，窗口層的能隙分別大于基礎(chǔ)層和發(fā)射層的能隙，背面場層的能隙分別大于基礎(chǔ)層和發(fā)射層的能隙。

可選的，半導(dǎo)體PN結(jié)的材料包括摻雜導(dǎo)電離子的砷化鎵、磷化銦或銻化鎵。