【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传能，提供了一种基于多结光伏电池的光纤传能系统及效率优化方法。
技术介绍
1、光纤传能(power over fiber，pof)技术的传能光纤采用玻璃或者石英材质，相较于传统金属线缆，光纤可靠性好，不会由于断路、雷击等而产生火花，适用于易燃易爆场合。激光在光纤中传输可以抗电磁干扰，实现高压隔离，并且有利于系统集成，适用于高压强磁环境。由于光纤的优越光电绝缘特性，pof技术的应用主要集中在复杂苛刻的环境下代替传统金属线缆供能，例如对水下传感器、雷电脉冲测量系统、高压杆塔检测模块等一些长期工作在复杂环境的传感器。
2、对比其他无线传输技术，pof技术目前整体的传输效率较低，因此限制了该项技术的应用。此外，目前pof技术主要使用单结光伏电池，单结光伏电池只能吸收一种波段的激光，限制了pof系统的输出功率与转换效率。
3、为解决上述问题，如公开号为cn107332301b的中国专利公开了一种基于效率优化的激光无线电能传输系统的能量控制方法，该专利针对于激光传能系统，通过调节半导体激光器的脉冲驱动电流占空比优化了系统的整体传输效率。但是该专利为了优化效率牺牲了部分输出功率，同时系统没有考虑到激光平均输出功率改变后光伏电池工作点也会随之变化的问题。又如公开号为cn115986961a的中国专利公开了一种带闭环控制的激光供能光电池能量转换电路及装置，该专利根据负载的需求同步调节激光器的输出，使光伏电池工作在最大效率点。但是该专利只是将激光器工作在最佳功率点，没有考虑到系统整体的效率优化，此外，电路采
4、为此，需要提出一种针对于多结光伏电池的pof系统以及整体效率提升方法，该方法在保证系统输出功率稳定的情况下，使传能系统时刻工作在最大效率，该方法对pof技术的发展与实际应用具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对上述
技术介绍
的不足，提出一种基于多结光伏电池的光纤传能系统及整体效率提升方法，在保证系统输出功率稳定的前提下，通过调节与多结光伏电池光谱匹配的多个激光器的参数，使系统工作到效率最大点，解决了目前pof系统效率低下、输出功率较低的问题。
2、为了实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，包括依次设置的激光器模块、光纤耦合模块、光纤合束器、传输光纤、光纤分束器、多结光伏电池、能量管理模块与储能模块，激光器模块采用多个波长激光器，不同波长的激光通过光纤合束器进行能量传输，能量传输至接收端后通过光纤分束器分为不同波长的激光照射在多结光伏电池上，多结光伏电池经过能量管理模块后给储能模块与负载供能。
4、上述技术方案中，所述的激光器模块由不同中心波长的半导体激光器构成，根据多结光伏电池的不同叠层的吸收波长峰值谱，从而确定激光器模块的数量与波长。
5、上述技术方案中，所述的光纤耦合模块采用光学透镜，将半导体激光器输出的能量整形后耦合进入光纤进行输出，光纤采用大芯径的多模光纤。
6、上述技术方案中，所述的光纤合束器具有多个输入接头和一个输出接头，输入接头与多个半导体激光器耦合的光纤相连，输出接头与长距离传输光纤相连。
7、上述技术方案中，所述的光纤分束器具有一个输入接头和多个输出接头，输入接头与传输光纤相连，多个输出接口通过光纤输出到多结光伏电池上，将合束后的光纤进行分束输出后传输到多结电光伏池上。
8、上述技术方案中，所述的多结光伏电池是一种串联叠层结构的光伏聚光电池，每种半导体构成一种单结子电池，由多个子电池和隧穿结构组成，每个子电池吸收不同波段的光谱，然后按带隙宽度不同串联起来，构成串联式多结光伏电池。
9、所述的多结光伏电池只有当所有子电池都吸收到对应波段的光能时，该多结光伏电池才能正常工作。
10、上述技术方案中，所述的能量管理模块包括负载匹配电路、采样模块和控制模块，所述的负载匹配电路由boost或buck电路构成，通过调节负载匹配电路的驱动电流占空比从而调节负载电路的等效阻抗，从而实现调节多结光伏电池工作点，使多结光伏电池工作在最大效率点，所述的采样模块采样多结光伏电池的输出，然后将采样数据移交给控制模块，所述的控制模块根据采样数据通过最大功率追踪算法调节负载匹配电路的占空比，最大功率追踪算法包括扰动观察法或者电导增量法。
11、上述技术方案中，所述的储能模块采用锂电池或者超级电容，对能量管理模块输出的能量进行储能。
12、本专利技术还提供了一种基于多结光伏电池的光纤传能系统的整体效率提升方法，该效率提升的方法具体步骤如下：
13、步骤1：系统初始化，根据多个ld的波长初始配置输出功率配比，此时所有ld工作在连续模式，根据负载的供能需求，调节不同波长ld的整体输出功率，使ld工作在最佳功率点，同时通过最大功率追踪算法使得多结光伏电池工作在最大效率点，其中ld表示多个半导体激光器；
14、步骤2：系统采样输出功率，判断系统输出的功率损耗是否在阈值内，通过功率损耗的范围，选择进入最优效率模式或是功率补偿模式；
15、步骤3：如果系统的输出损耗在阈值内，系统工作在最优效率模式，寻找系统的最优效率点；
16、步骤3.1、使ld工作在脉冲模式，通过改变脉冲激光的占空比调节系统的输出效率；
17、步骤3.2、当占空比调节达到效率极限时，保持占空比不变，改变不同波长ld的功率配比，调节系统的输出效率；
18、步骤3.3、使用基于扰动观察法的方法，实时调节脉冲占空比或ld的功率配比，以保持系统效率在最大效率点附近；
19、步骤4：当输出功率损耗已经超过设定的阈值时，系统进入功率补偿模式，使系统输出功率损耗保持在设定阈值内；
20、步骤4.1、保持ld驱动脉冲占空比与输出功率配比不变，调整ld的整体平均输出光功率；
21、步骤4.2、根据ld的平均输出光功率，调节多结光伏电池的工作点，使其工作在最大效率点；
22、步骤5：跳回到步骤2，继续判断输出损耗是否超过阈值，选择对应的工作模式，pof系统在其效率最大值点附近进行动态的扰动，能够实时的追踪到系统的效率最大点。
23、因为本专利技术采用上述技术手段，因此具备以下有益效果：
24、(1)本方案提出了一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，系统使用多结光伏电池，有更高的输出功率与转换效率，所使用的半导体激光器与多结光伏电池的子电池光谱匹配，实现基于多结光伏电池的pof系统的能量传输。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，包括依次设置的激光器模块、光纤耦合模块、光纤合束器、传输光纤、光纤分束器、多结光伏电池、能量管理模块与储能模块，激光器模块采用多个波长激光器，不同波长的激光通过光纤合束器进行能量传输，能量传输至接收端后通过光纤分束器为不同波长的激光照射在多结光伏电池上，多结光伏电池经过能量管理模块后给储能模块与负载供能。
2.根据权利要求1所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，所述的激光器模块由不同中心波长的半导体激光器构成，根据多结光伏电池的不同叠层的吸收波长峰值谱，确定激光器模块的数量与波长。
3.根据权利要求1所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，所述的光纤耦合模块采用光学透镜，将半导体激光器输出的能量整形后耦合进入光纤进行输出，光纤采用大芯径的多模光纤。
4.根据权利要求2所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，所述的光纤合束器具有多个输入接头和一个输出接头，输入接头与多个半导体激光器耦合的光纤相连，输出接头与长距离传输光纤相连。
5.根据权利
6.根据权利要求1所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，所述的多结光伏电池是一种串联叠层结构的光伏聚光电池，每种半导体材料构成一种单结子电池，由多个子电池和隧穿结构组成，每个子电池吸收不同波段的光谱，然后按带隙宽度不同串联起来，构成串联式多结光伏电池；
7.根据权利要求1所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，所述的能量管理模块包括负载匹配电路、采样模块和控制模块，所述的负载匹配电路由boost或buck电路构成，通过调节负载匹配电路的驱动电流占空比从而调节负载电路的等效阻抗，从而实现调节多结光伏电池工作点，使多结光伏电池工作在最大效率点，所述的采样模块采样多结光伏电池的输出，然后将采样数据移交给控制模块，所述的控制模块根据采样数据通过最大功率追踪算法调节负载匹配电路的占空比，最大功率追踪算法包括扰动观察法或者电导增量法。
8.根据权利要求1所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，所述的储能模块采用锂电池或者超级电容，对能量管理模块输出的能量进行储能。
9.一种如权利要求1-8任一所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统的整体效率提升方法，该效率提升的方法具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，包括依次设置的激光器模块、光纤耦合模块、光纤合束器、传输光纤、光纤分束器、多结光伏电池、能量管理模块与储能模块，激光器模块采用多个波长激光器，不同波长的激光通过光纤合束器进行能量传输，能量传输至接收端后通过光纤分束器为不同波长的激光照射在多结光伏电池上，多结光伏电池经过能量管理模块后给储能模块与负载供能。
2.根据权利要求1所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，所述的激光器模块由不同中心波长的半导体激光器构成，根据多结光伏电池的不同叠层的吸收波长峰值谱，确定激光器模块的数量与波长。
3.根据权利要求1所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，所述的光纤耦合模块采用光学透镜，将半导体激光器输出的能量整形后耦合进入光纤进行输出，光纤采用大芯径的多模光纤。
4.根据权利要求2所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，所述的光纤合束器具有多个输入接头和一个输出接头，输入接头与多个半导体激光器耦合的光纤相连，输出接头与长距离传输光纤相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于多结光伏电池的光纤传能系统，其特征在于，所述的光纤分束器具有一个输入接头和多个输出接头，输入接头与传输光纤相连，多个输出接口通过光纤输...
【专利技术属性】
技术研发人员：麦瑞坤，舒禹锟，邓先钦，陈川，陈阳，高凯，张伟，荆锐，吴秀海，沈乐宇，李骏，朱煦然，彭伟，蒙延宗，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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