一种激光无线能量传输高效复合能量接收装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光无线能量传输复合能量接收装置，该装置采用分光机构利用激光与太阳光入射角度的不同，将二者分别投射在激光光电转换器和太阳光光电转换器上，产生电能；使用半导体温差电池一侧连接激光光电转换器和太阳光光电转换器，另一侧与热传导板固连；采用热传导板置于自然循环水中，由水热回收器回收水热获得热能并进行输出；热能回收器连接半导体温差电池的两端，由半导体温差电池上获取电能并输入至电源管理器；电源管理器连接激光光电转换器和太阳光光电转换器，获取二者产生的电能；电源管理器将所获得的电能进行输出。该装置能够实现对日光、激光的光和热的复合接收，拓展了能量来源和种类，从而获得更大的转换效率和输出功率。

【技术实现步骤摘要】
一种激光无线能量传输高效复合能量接收装置
本专利技术属于高精密光机电产品使用
，具体涉及一种激光无线能量传输高效复合能量接收装置，可以用于模块化航天器、空间太阳能电站、太空电梯以及地外驻留平台等激光无线能量传输领域，实现对日光、激光的光电和热电转换，从而获得更高的传输效率和输出能量。
技术介绍
无线能量传输(WPT)技术是指在不使用能源输送线情况下，对特定环境下的目标设备提供能源支持的能量传输技术。实现远距离无线能来那个传输的方式有微波、激光等方式，其中激光无线能量传输则是以激光作为能量载体，在接收端利用光电转换进行能量的接收和获取。相比于微波无线能量传输系统，激光无线能量传输系统具有重量轻、体积小、传输距离远、效率高、无电池干扰和可分布式应用的优点，成为无限能量传输领域的新宠。日本、美国、欧洲等国家和地区的研究机构已经全面展开了对该领域的研究工作，计划在对无人机、太空电站及宇宙探测领域进行应用。传统激光无线能量传输系统其原理是利用激光作为能量载体，对受能端进行远距离、大功率密度光束照射，而在能量接收端则是利用光电池对接收的能量激光束进行光电转换，并最终获得电能。无论是平铺式光电池布局，还是聚光式光电池布局，针对传统激光无线能量传输系统的改进都是围绕如何实现更高的激光-电能转换效率开展，由于其能量来源固定，获得的输出能量也有限制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种激光无线能量传输高效复合能量接收装置，能够实现对日光、激光的光和热的复合接收，拓展了能量来源和种类，从而获得更大的转换效率和输出功率。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为；该装置由光学系统、半导体温差电池、热传导板、水热回收器、热能回收器以及电源管理器组成；光学系统包括分光机构、激光光电转换器和太阳光光电转换器，分光机构利用激光与太阳光入射角度的不同，将二者分别投射在激光光电转换器和太阳光光电转换器上，产生电能；半导体温差电池一侧连接激光光电转换器和太阳光光电转换器，另一侧与热传导板固连；热传导板置于自然循环水中，由水热回收器回收水热获得热能并进行输出；热能回收器连接半导体温差电池的两端，由半导体温差电池上获取电能并输入至电源管理器；电源管理器连接激光光电转换器和太阳光光电转换器，获取二者产生的电能；电源管理器将所获得的电能进行输出。进一步地，分光机构为线形菲涅尔透镜或者柱形几何聚焦透镜，激光光电转换器和太阳光光电转换器分别为激光电池阵和太阳光电池阵，则光学系统还包括用于支撑线形菲涅尔透镜的支架、激光接收天线和太阳能跟踪器；线形菲涅尔透镜为矩形结构，其支架为上端开口的长方体空腔，空腔深度等于线形菲涅尔透镜的焦距，支架的上端开口处形状与线形菲涅尔透镜相匹配，线形菲涅尔透镜接收面朝外覆盖于支架的上端开口处；支架的内底面置有位置可调的激光电池阵和太阳光电池阵以及激光接收天线，激光电池阵和太阳光电池阵均为一列，列向沿线形菲涅尔透镜的线形方向；激光接收天线和太阳能跟踪器固连于支架的内底面，其中激光接收天线的接收法线垂直于线形菲涅尔透镜；当激光与太阳光同时入射时，调整线形菲涅尔透镜及其支架，以光束跟踪的方法，使得固连于支架内表面的激光接收天线的接收法线指向激光入射方向，将激光电池阵的位置调整至与激光聚焦形成的线条重合；在激光入射方向确定的情况下，采用太阳能跟踪器定位太阳光聚焦形成的线条，调整太阳光电池阵的位置，直至至该太阳光电池阵的位置与太阳光聚焦形成的线条重合。再进一步地，激光电池阵采用单结GaAs电池串联而成；太阳光电池阵采用三结GaAs电池串联而成。更进一步地，分光机构为抛物面反射镜。有益效果：本专利技术激光输入光能被如传统激光无线能量传输装置一样，被激光电池的光电转换，获得传输电能；入射太阳光被聚焦在太阳能电池上，经光电转换后获得电能；聚焦后激光和日光的热能被半导体热电回收，获得电能；剩余的热能被以热水的形式进行回收，增加系统的能量利用效率；采用以上方式，可以获得激光-电能、日光-电能、热能-电能以及热能-热水等各来源的能量，相对于传统激光无线能量传输系统只能获得激光-电能系统，将具有更高输出能量和传输效率。附图说明图1—实施例2中的激光无线能量传输装置高效复合能量接收装置结构图；其中1、线形菲涅尔透镜；2、激光电池阵；3、太阳光电池阵；4、接收天线；5、热传导板；6、半导体温差电池；7、水热回收器；8、热能回收器；9、电源管理器；10、线形菲涅尔透镜的支架；11、外支架；图2—实施例2中提出的基于菲涅尔透镜的复合能量获取装置；图3—实施例2中提出的激光电池阵和太阳光电池阵排布图；图4—实施例2中所提供的能量接收装置中能量传输各个环节的效率；图5—实施例3中提出的基于抛物面反射镜的光学系统分光原理图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。实施例1、本实施例所提供的一种激光无线能量传输高效复合能量接收装置，由光学系统、半导体温差电池、热传导板、水热回收器、热能回收器以及电源管理器组成。光学系统包括分光机构、激光光电转换器和太阳光光电转换器，分光机构利用激光与太阳光入射角度的不同，将二者分别投射在激光光电转换器和太阳光光电转换器上，产生电能；本实施例中上述分光机构可以采用透镜聚焦原理区分激光与太阳光，也可通过反射镜折射原理区分激光与太阳光。半导体温差电池一端固连在支架的外底面，另一端与热传导板固连。热传导板置于自然循环水中，由水热回收器回收水热获得热能并进行输出。热能回收器连接半导体温差电池的两端，由半导体温差电池上获取电能并输入至电源管理器。电源管理器连接激光光电转换器和太阳光光电转换器，获取二者产生的电能；电源管理器将所获得的电能进行输出。实施例2、本实施例针对上述实施例1给出的一种激光无线能量传输高效复合能量接收装置，以分光机构为线形菲涅尔透镜为例对该装置的结构进行详细描述，其结构如图1所示，图中包括线形菲涅尔透镜1、激光电池阵2、太阳光电池阵3、接收天线4、热传导板5、半导体温差电池6、水热回收器7、热能回收器8、电源管理器9、线形菲涅尔透镜的支架10和外支架11。其中如图2所示，线形菲涅尔透镜为矩形结构，其支架为上端开口的长方体空腔，支架的上下端之间的距离等于线形菲涅尔透镜的焦距，支架的上端开口处形状与线形菲涅尔透镜相匹配，线形菲涅尔透镜接收面朝外覆盖于支架的上端开口处。支架的内底面置有位置可调的激光电池阵和太阳光电池阵以及激光接收天线，激光电池阵和太阳光电池阵均为一列，列向沿线形菲涅尔透镜的线形方向；如图3所示。本实施例中，激光电池阵采用单结GaAs电池串联而成；太阳光电池阵采用三结GaAs电池串联而成。为了实现激光电池阵和太阳光电池阵的位置可调，本实施例中可以将激光电池阵和太阳光电池阵整体作为一个长条，并在长条两端加滑轨，使得长条可以沿垂直线形的方向运动。激光接收天线和太阳能跟踪器固连于支架的内底面，其中激光接收天线的接收法线垂直于线形菲涅尔透镜；当激光与太阳光同时入射时，调整线形菲涅尔透镜及其支架，使得固连于支架内表面的激光接收天线的接收法线指向激光入射方向，将激光电池阵的位置调整至与激光聚焦形成的线条重合；在激光入射方向确定的情况下，采用太阳能跟踪器驱动太阳光电池阵进行自适应位置调整，直至该太阳光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光无线能量传输复合能量接收装置，其特征在于，该装置由光学系统、半导体温差电池、热传导板、水热回收器、热能回收器以及电源管理器组成；所述光学系统包括分光机构、激光光电转换器和太阳光光电转换器，所述分光机构利用激光与太阳光入射角度的不同，将二者分别投射在激光光电转换器和太阳光光电转换器上，产生电能；所述半导体温差电池一侧连接激光光电转换器和太阳光光电转换器，另一侧与所述热传导板固连；所述热传导板置于自然循环水中，由所述水热回收器回收水热获得热能并进行输出；所述热能回收器连接所述半导体温差电池的两端，由所述半导体温差电池上获取电能并输入至所述电源管理器；所述电源管理器连接所述激光光电转换器和太阳光光电转换器，获取二者产生的电能；电源管理器将所获得的电能进行输出。

【技术特征摘要】
2014.12.19 CN 20141080554071.一种激光无线能量传输复合能量接收装置，其特征在于，该装置由光学系统、半导体温差电池、热传导板、水热回收器、热能回收器以及电源管理器组成；所述光学系统包括分光机构、激光光电转换器和太阳光光电转换器，所述分光机构利用激光与太阳光入射角度的不同，将二者分别投射在激光光电转换器和太阳光光电转换器上，产生电能；所述半导体温差电池一侧连接激光光电转换器和太阳光光电转换器，另一侧与所述热传导板固连；所述热传导板置于自然循环水中，由所述水热回收器回收水热获得热能并进行输出；所述热能回收器连接所述半导体温差电池的两端，由所述半导体温差电池上获取电能并输入至所述电源管理器；所述电源管理器连接所述激光光电转换器和太阳光光电转换器，获取二者产生的电能；电源管理器将所获得的电能进行输出。2.如权利要求1所述的一种激光无线能量传输复合能量接收装置，其特征在于，所述分光机构为线形菲涅尔透镜或者柱形几何聚焦透镜，所述激光光电转换器和太阳光光电转换器分别为激光电池阵和太阳光电池阵，则所述光学系统还包括用于支撑所述线形菲涅尔透镜的支架、激光接收天线和太阳能跟踪器；所述线形菲涅尔透镜为矩形结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴世臣，石德乐，申景诗，马宗峰，李振宇，蔡卓燃，张建德，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37