連，光電轉(zhuǎn)換裝置與電源管理模塊相連。激光器一的輸出光功率可以是幾瓦至幾十瓦甚至更高的能量。傳能的通道可以是有線的傳能通道(傳能光纖)，也可以是無(wú)線傳能通道(自由空間光能通道)。如果是有線連接，則傳能通道與光電轉(zhuǎn)換裝置用光纖連接器，接口為FC-FC。如果是傳能光纖，光纖可以是多模、單模石英光纖或者塑料光纖。
[0027]發(fā)電單元包括:激光器一、傳能通道、電源管理模塊。其特征在于電源管理模塊包括:匹配電路模塊、電源模塊、儲(chǔ)能模塊。匹配電路模塊后接電源模塊，電源模塊后接儲(chǔ)能模塊。阻抗匹配模塊使光伏電池的阻抗與后級(jí)電路阻抗達(dá)到匹配，保證電路正常工作；電源模塊為后級(jí)電路提供合適的電壓軌，電壓軌可以是1.8V、3.3V、5V或者其它的電壓軌；儲(chǔ)能模塊使用儲(chǔ)能器件儲(chǔ)存多余的電能量，供給功耗較大的遠(yuǎn)端器件，如攝像頭，氣體傳感器等，可以是實(shí)現(xiàn)裝置實(shí)時(shí)、持續(xù)工作。
[0028]在發(fā)電單元中，激光器一與傳能通道相連，可以是有線的連接方式，也可以是無(wú)線的連接方式。光伏電池與傳能通道相連接并產(chǎn)生光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)，分別轉(zhuǎn)換成電能量和熱能量。光伏電池與匹配電路連接，匹配電路使使光伏電池以最大電功率輸出。電源模塊與儲(chǔ)能模塊連接，并提供給遠(yuǎn)端理器單元電壓軌；遠(yuǎn)端處理單元的輸入輸出口(10 口，Input/Output輸入輸出口)掛接集熱單元的傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。遠(yuǎn)端處理單元的微控制器可以是STM32系列、MSP430系列、FPGA，DSP等單片機(jī)型號(hào)。光伏電池輸出的電能量，一部分用作傳感節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)端處理單元、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)供能，另外一部分能量由儲(chǔ)能模塊存儲(chǔ)。
[0029]圖2是本發(fā)明實(shí)施方式中所述激光供能的光-熱-電復(fù)合裝置的光伏發(fā)電原理圖，如圖所示，光伏電池產(chǎn)生光電流Iin，Iin包含直流分流和交流分量，后接一個(gè)電感L濾除交流分量；電感后級(jí)并聯(lián)一個(gè)S開(kāi)關(guān)，形成一定頻率的矩形方波；開(kāi)關(guān)后級(jí)后接一個(gè)肖特基二極(VD，d1de肖特基二極管)及一個(gè)電容C，電容C以平均電功率輸出到后級(jí)電路；電容C后接儲(chǔ)能模塊，儲(chǔ)能模塊后并聯(lián)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。匹配電路包括MTTP(Max Power PointTrance最大能量點(diǎn)跟蹤)控制模塊、PWM(Pluse Width Monitor脈沖寬度調(diào)制)驅(qū)動(dòng)電路模塊。儲(chǔ)能模塊與A/D轉(zhuǎn)換電路模塊相連，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)傳送給51單片機(jī)系統(tǒng)處理；51單片機(jī)系統(tǒng)是MTTP控制模塊15的核心，控制MTTP控制模塊使光伏電池處于最大電功率點(diǎn)。MTTP最大電功率點(diǎn)定位具體是由51單片機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的；51單片機(jī)控制系統(tǒng)控制D/A (Digital/Analog數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊)輸出模擬信號(hào)，控制后級(jí)PWM驅(qū)動(dòng)電路模塊產(chǎn)生PWM波形，從而控制S開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率。
[0030]圖3是本發(fā)明實(shí)施方式中所述激光供能的光-熱-電復(fù)合裝置的集熱單元，如圖所示，在集熱單元中，通過(guò)集熱單元保證傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)使其在低溫環(huán)境中持續(xù)工作。
[0031]集熱單元包括傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、光收發(fā)模塊、導(dǎo)熱片、遠(yuǎn)端處理單元、圓筒形腔體、保護(hù)模塊，其特征在于傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)端處理單元相連，光收發(fā)模塊與遠(yuǎn)端處理單元通過(guò)導(dǎo)線相連，光電轉(zhuǎn)換裝置與導(dǎo)熱片相連，圓筒形腔體內(nèi)在放置傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、光收發(fā)模塊、導(dǎo)熱片、遠(yuǎn)端處理單元，傳感保護(hù)模塊對(duì)六個(gè)部件器保護(hù)作用。在集熱單元中，通過(guò)集熱單元保證傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)使其在低溫環(huán)境中持續(xù)工作。傳感節(jié)點(diǎn)可以是各種類型的傳感器，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)可以是各種類型的攝像頭；導(dǎo)熱材料可以是石墨烯、銅導(dǎo)熱管、銅導(dǎo)熱片等合金材料。
[0032]所述保護(hù)模塊包括PCB隔熱層、電絕緣層、防凍層、氟化液，其特征在與光收發(fā)模塊與PCB隔熱層相連，電絕緣層包裹在導(dǎo)熱片的外面，防凍層包裹在電絕緣層的外側(cè)，氟化液填充于圓筒形腔體內(nèi)部，對(duì)內(nèi)部的傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、光收發(fā)模塊、導(dǎo)熱片、遠(yuǎn)端處理單元進(jìn)行保護(hù)。防凍材料可以是各種表面不易積水的防凍劑。防止裝置收到冰凍的危害；整個(gè)裝置做好密封性保護(hù)。
[0033]圖4是本發(fā)明實(shí)施方式中所述激光器光源自由空間光聚焦的示意圖，如圖所示，圖4中，激光器一、激光器二、激光器三的波長(zhǎng)可以是650nm、980nm、1530nm，這三束光通過(guò)波長(zhǎng)合束器，再經(jīng)過(guò)聚光透鏡一合束成一束光自由空間對(duì)準(zhǔn)照射到光伏電池上。采用此方式可以提高光能量，從而提高裝置最終的電能量。
[0034]如圖5所示，本發(fā)明所述裝置的供能方式也可以采用激光器光源混合合束技術(shù)，激光器二，激光器三、激光器四自由空間照射到半波片進(jìn)行濾波，再經(jīng)過(guò)空間合束器30進(jìn)行合束成一束光，經(jīng)過(guò)空間耦合器進(jìn)行空間光耦合，最后通過(guò)聚焦透鏡二進(jìn)行聚焦，從而耦合到傳能通道(此處是傳能光纖)中。采用此種方式可以提高光能量，從而提高裝置最終的電能量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于激光供能技術(shù)的光-熱-電復(fù)合裝置，包括發(fā)電單元、集熱單元以及光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于發(fā)電單元通過(guò)光電轉(zhuǎn)換裝置與集熱單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光供能技術(shù)的光-熱-電復(fù)合裝置，其特征在于所述的發(fā)電單元包括激光器一、傳能通道、電源管理模塊，其特征在于激光器一與傳能通道相連，傳能通道與光電轉(zhuǎn)換裝置相連，光電轉(zhuǎn)換裝置與電源管理模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于激光供能技術(shù)的光-熱-電復(fù)合裝置，其特征在于所述的電源管理模塊包括匹配電路模塊、電源模塊、儲(chǔ)能模塊，其特征在于光電轉(zhuǎn)換裝置與匹配電路模塊相連，匹配電路后接電源模塊，電源模塊后接儲(chǔ)能模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種基于激光供能技術(shù)的光-熱-電復(fù)合裝置，其特征在于所述集熱單元包括傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、光收發(fā)模塊、導(dǎo)熱片、遠(yuǎn)端處理單元、圓筒形腔體、保護(hù)模塊，其特征在于傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)端處理單元相連，光收發(fā)模塊與遠(yuǎn)端處理單元通過(guò)導(dǎo)線相連，光電轉(zhuǎn)換裝置與導(dǎo)熱片相連，圓筒形腔體內(nèi)在放置傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、光收發(fā)模塊、導(dǎo)熱片、遠(yuǎn)端處理單元，傳感保護(hù)模塊對(duì)六個(gè)部件器保護(hù)作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于激光供能技術(shù)的光-熱-電復(fù)合裝置，其特征在于所述保護(hù)模塊包括PCB隔熱層、電絕緣層、防凍層、氟化液，其特征在與遠(yuǎn)端處理單元與PCB隔熱層相連，光收發(fā)模塊放在光電轉(zhuǎn)換裝置旁邊，電絕緣層包裹整個(gè)圓筒形腔體外側(cè)，防凍層包裹在電絕緣層的外側(cè)，氟化液填充于圓筒形腔體內(nèi)部，對(duì)內(nèi)部的傳感節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、光收發(fā)模塊、導(dǎo)熱片、遠(yuǎn)端處理單元進(jìn)行保護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光供能技術(shù)的光-熱-電復(fù)合裝置，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換裝置是光伏電池，該光伏電池可以是砷化鎵光伏電池、聚光型光伏電池，也可以是通用型光電器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光供能技術(shù)的光-熱-電復(fù)合裝置，其特征在于所述傳能通道為傳能光纖或者為自由空間光能通道。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于激光供能技術(shù)的光-熱-電復(fù)合裝置，包括發(fā)電單元、集熱單元以及光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于發(fā)電單元通過(guò)光電轉(zhuǎn)換裝置與集熱單元相連。本發(fā)明是基于激光供能技術(shù)的光-熱-電裝置，解決了高壓電力線上電源無(wú)法持續(xù)工作、穩(wěn)定性不好、受電磁干擾等問(wèn)題。本裝置中由于光伏電池的轉(zhuǎn)換效率高(最高可達(dá)到40％以上),具有較好的溫度特性、抗輻射特性、較低的發(fā)電成本，從而保證了設(shè)備持續(xù)、穩(wěn)定的工作。
【IPC分類】H02S40-00, H02S40-44, H02S40-22, H02S40-30
【公開(kāi)號(hào)】CN104617864
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510051253
【發(fā)明人】王瑾, 尹龍, 萬(wàn)洪丹, 嚴(yán)靖, 高晨, 蔣建
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日