[发明专利]一种瓦级输出功率的激光供电接收端装置和系统

说明书

一种瓦级输出功率的激光供电接收端装置和系统，激光供电接收端装置包括：第一电压转换器，第一电压转换器适于对传感节点进行供电；光伏模块，光伏模块适于与第一电压转换器的输入端电学连接；超级电容储能模块，光伏模块还适于对超级电容储能模块充电，所述超级电容储能模块适于与第一电压转换器的输入端电学连接；第一微控制器，所述第一微控制器基于所述光伏模块和第一电压转换器的输出功率以及所述超级电容储能模块的工作电压，对所述光伏模块的入射激光功率执行回路反馈控制，且对所述超级电容储能模块的充放电进行管控。所述激光供电接收端装置在持续输出瓦级功率情况下的长期可靠性提高。

技术领域

本发明涉及激光光纤供电技术领域，本发明涉及一种瓦级输出功率的激光供电接收端装置和系统。

背景技术

激光光纤供电是高压(HV)环境中传感节点电源的首选解决方案。选择激光光纤供电系统而不是常规电源的原因是对电隔离，雷电保护，抗电火花，抗电磁干扰，减轻重量，耐腐蚀等方面的要求，因此特别适合应用于高压输变电设备监测传感节点的安全和可靠供电中。用于高压环境中监测传感应用的激光光纤供电系统的负载功率要求通常在几瓦特或几十瓦特的范围内，而通过光纤传输的光功率则需要是负载功率的两倍以上，比光通信中使用的光功率要高得多。

关键高压设备状态的在线监测是早期发现异常和采取补救措施的重要手段，以确保电网可靠运行并避免经济和人员损失。激光光纤供电系统中的激光供电接收端装置和传感器节点通常被一起安装在高电位区域，给激光光纤供电系统的维护和故障检修带来的很大的困难。因此，这对激光光纤供电系统的核心器件的长期可靠性提出了很高的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中激光供电接收端装置在持续输出瓦级功率情况下的长期可靠性较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种瓦级输出功率的激光供电接收端装置，包括：第一电压转换器，第一电压转换器适于对传感节点进行供电；光伏模块，所述光伏模块适于与第一电压转换器的输入端电学连接；超级电容储能模块，所述光伏模块还适于对超级电容储能模块充电，所述超级电容储能模块适于与第一电压转换器的输入端电学连接；第一微控制器，所述第一微控制器基于所述光伏模块和第一电压转换器的输出功率以及所述超级电容储能模块的工作电压，对所述光伏模块的入射激光功率执行回路反馈控制，且对所述超级电容储能模块的充放电进行管控。

可选的，所述光伏模块包括若干个串联的子光伏电池，光伏模块采用垂直堆叠的多结结构或横向分段的多段单结结构在单片上集成串联的多个子光伏电池。

可选的，所述光伏模块包括：自上至下垂直堆叠的第一子光伏电池至第M子光伏电池，M为大于2的整数；第一隧穿结至第M-1隧穿结，第j隧穿结位于第j子光伏电池与第j+1子光伏电池之间，j为大于等于1且小于等于M-1的整数。

可选的，各子光伏电池均包括半导体PN结，每个子光伏电池的半导体PN结的厚度根据设置；α(λ)是给定入射激光波长λ下的光吸收系数；t_i是第i子光伏电池的半导体PN结的厚度，i为大于等于1且小于等于M-1的整数；I_i是进入第i子光伏电池的激光强度，I_i+1是进入第i+1子光伏电池的激光强度。

可选的，M为大于等于4的整数。

可选的，第M子光伏电池中半导体PN结的厚度为2800纳米～3200纳米。

可选的，第一子光伏电池至第M子光伏电池中，每个子电池均包含自下至上层叠的背面场层、基础层、发射层和窗口层，所述基础层和发射层构成半导体PN结，窗口层的能隙分别大于基础层和发射层的能隙，背面场层的能隙分别大于基础层和发射层的能隙。

可选的，半导体PN结的材料包括掺杂导电离子的砷化镓、磷化铟或锑化镓。