[发明专利]基于双球体结构功率球式光伏接收器的激光无线能量传输系统

说明书

一种基于双球体结构功率球式光伏接收器的激光无线能量传输系统，包括激光器、发射装置、接收装置、功率球光伏接收器和电源管理模块，激光器的输出侧安置有发射装置，发射装置输出侧安置有接收装置，接收装置与用于将激光信号转化成电信号的功率球式光伏接收器连接，功率球式光伏接收器的输出端与电源管理模块连接，功率球式光伏接收器为双球体结构功率球式光伏接收器，双球体结构功率球式光伏接收器包括功率球光伏接收器、冷却球、进气止回阀、出气止回阀和气管，功率球光伏接收器上安装进气止回阀和出气止回阀，进气止回阀通过气管与冷却球的进气口连通，出气止回阀通过气管与冷却球的出气口相接。本发明光电转换效率较高、散热效果好。

技术领域

本发明属于无线能量传输系统，尤其是一种采用激光的无线能量传输系统。

背景技术

随着激光技术和太阳能电池技术的快速发展，激光在远距离能量传输技术中逐渐显示出其优势，国外开展激光无线能量传输技术研究的主要有美国、日本和德国等国家。国内针对激光无线能量传输的研究还少有报道,而且大部分的研究也还处于理论研究或初期阶段，主要针对大功率激光器、高斯光束整形、光电池光电转换效率等问题进行研究。

单个电池的输出电压通常不能满足负载工作电压的需求，通常情况下，需要通过多个电池串、并联构成光伏接收器。传统平板型光伏接收器结构简单，对跟踪精度的要求比较低。会聚型则只是增加会聚透镜，将入射激光会聚在小面积的光伏电池上。虽然提高了光照强度，降低了光伏电池的使用面积，极大地降低了成本，但总体形式还是平板式。它们都是设计用于低强度、高均匀的太阳光辐照使用，当用在高强度、非均匀激光辐照中时，每个串、并联的光伏电池收到的光功率密度不同，则将有可能造成失配损耗，降低光电转换效率，限制了系统的整体性能发挥。因此对于激光无线能量传输中使用的光伏接收器，设计过程中还必须要考虑激光光强不均匀的问题，该问题的来源主要是激光束本身能量分布的不均匀性和大气的影响。

功率球型接收器将入射激光“囚禁”在相对密闭的空腔内，通过入射激光在光伏电池表面的多次反射，实现相对均匀的光照，从而避免激光光强分布不均匀问题；并且多次反射可以重复利用没有吸收的光照，充分吸收入射辐射的能量，提高整个激光无线能量传输系统的能量输出效率。但是其结构的密闭性，在高功率激光辐照下，散热问题将变得突出，同时功率球开口大小的限制，对激光发射装置的跟踪精度要求很高。

发明内容

为了克服用于激光无线能量传输系统中的功率球型接收器的光电转换效率较低、散热困难等问题，本发明提供一种光电转换效率较高、主动散热的基于双球体结构功率球式光伏接收器的激光无线能量传输系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于双球体结构功率球式光伏接收器的激光无线能量传输系统，所述系统包括激光器、发射装置、接收装置、功率球光伏接收器和电源管理模块，所述激光器输出侧安置有发射装置，所述发射装置输出侧安置有接收装置，所述接收装置与用于将激光信号转化成电信号的功率球式光伏接收器连接，所述功率球式光伏接收器的输出端与所述电源管理模块连接，所述功率球式光伏接收器为双球体结构功率球式光伏接收器，所述双球体结构功率球式光伏接收器包括功率球光伏接收器、冷却球、进气止回阀、出气止回阀和气管，所述功率球光伏接收器上安装所述进气止回阀和出气止回阀，所述进气止回阀通过气管与所述冷却球的进气口连通，所述出气止回阀通过气管与所述冷却球的出气口相接。

进一步，所述进气止回阀、出气止回阀均为单向阀，所述单向阀包括阀体、托杆、密封圈、挡板和弹簧，所述阀体内设有供气体流过的阀孔，所述挡板上布置密封圈，所述挡板与所述阀孔配合，所述挡板可上下滑动地套装在托杆上，所述托杆固定在阀体内腔，所述挡板与弹簧的一端连接，所述弹簧的另一端固定在所述托杆的底部。