CN108879924A - 一种激光传能接收器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光传能接收器，属于太阳能电池技术领域，其特征在于，至少包括：基板；固定于基板上的光锥，所述光锥为圆锥结构，该光锥的底面与基板固定连接，该光锥的锥角范围是70°～80°；在所述光锥的四周设置有太阳电池阵，所述太阳电池阵平铺于基板上且拼接为一个圆环结构；在所述太阳电池的四周设置有反光碗；所述反光碗为上开口大于下开口的喇叭口结构；所述反光碗的锥角范围是70°～80°。通过采用上述技术方案，激光通过大气直接照射到激光太阳电池上，不用使用光纤耦合，更适合在真空环境中使用。激光光斑可以大面积，激光功率可很大。实现远距离大功率能量传输。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种激光传能接收器。
背景技术
激光器可以发出单色光，且激光的单色光方向性好，可通过光纤，空气甚至真空进行传输。太阳电池能把太阳光转换为电以便使用，也能把单色光转换为电能。激光器和太阳电池结合起来，具有多方面的应用。用在通讯和控制方面具有绝缘性，抗干扰能力强等特点，同时随着技术的进步，可逐步实现远距离大功率能量传输。
经检索发现目前已经有这些方面的应用了。如专利名称为：输出电压为6V的GaAs激光光伏电池及其制作方法，专利号为CN201310071968.9该专利提到通过在电池中间设置一个占电池总面积六分之一的圆形电池，减少激光电池中间隔离槽的面积的方法增加对光斑中央位置高能量密度光的吸收，提高了电池的光电转换效率。专利：一种GaAs扇形单元激光电池的电极结构及其组合电池，专利号CN201420121991.4提到通过科学合理设计电极结构，减小外延层电阻增加光生载流子传输长度的方法，提高单体电池光电转换效率。这两个专利不能改善激光光斑的分布，适用于小功率信号通讯，控制和传输，且一般需通过光纤和耦合器进行激光传输，不适合大功率远距离传输能量。
为了克服上述问题，本专利提出了适合大功率远距离进行能量传输的方案。该激光传能接收器的主要应用为远距离大功率传输能量。激光器可以输出能量非常高功率密度非常大的单色激光束。激光传能接收器本质为光电转换器，接收激光器发出的光，并光能转换为电能。光电转换功能部件为太阳电池。针对某特定波长单色光，通过合理的设计，可制造出效率更高的太阳电池。通过高效激光器和高效激光传能接收器可实现远距离大功率能量传输。激光器输出的光斑一般不均匀，基本成高斯分布，中间能量密度高，边缘能量密度低。激光光束一般也很难做到规则的圆形。激光功率大，照射到激光传能接收器上，导致激光传能接收器的温度上升，温度上升会降低激光传能接收器的光电转换效率。一般的激光电池都是通过光纤耦合的方法把激光光束传输到激光电池表面。激光电池面积比较小，功率较低，主要用于控制和探测方面。
发明内容
为了克服现有的技术缺点，实现远距离大功率传输能量，本专利设计了一种激光传能接收器。该激光传能接收器与大功率激光器配合可实现远距离大功率传输能量。
本发明所采用的具体技术方案为：
一种激光传能接收器，至少包括：
基板(4)；
固定于基板(4)上的光锥(2)，所述光锥(2)为圆锥结构，该光锥(2)的底面与基板(4)固定连接，该光锥(2)的锥角范围是70°～80°；
在所述光锥(2)的四周设置有太阳电池阵(5)，所述太阳电池阵(5)平铺于基板(4)上且拼接为一个圆环结构；
在所述太阳电池阵的四周设置有反光碗(1)；所述反光碗(1)为上开口大于下开口的喇叭口结构；所述反光碗(1)的锥角范围是70°～80°。
进一步：所述光锥(2)的锥角是74.4°。
进一步，所述反光碗(1)的锥角是74.4°。
更进一步，太阳电池为砷化镓太阳电池。
本发明的优点及积极效果为：
本发明提供了一种激光传能接收器，通过光锥和反光碗改善照射到太阳电池的上的光斑的均匀性，增加激光的利用率，与特定形状太阳电池(本专利采用的是多块扇形太阳电池拼接为一个圆环形的太阳能电池阵)相匹配，提高这个激光传能接收器的光电转换效率。本专利不需要光纤等专门传输线路，节省了光纤耦合器等装置。激光发射的大面积激光，穿过空气直接照射到激光传能接收器表面，基板的作用机械支撑、电气连接和散热，材料一般为机械强度高，耐高温，散热快的材料。光锥位于基板上表面中间位置。光锥的主要作用为把激光光斑中央高能的光反射到周边的太阳电池表面，与光斑边缘较弱激光叠加，提高激光的利用率和太阳电池上光斑的均匀性。光锥需根据太阳电池的形状进行合理设置，保证光斑中央的光能反射到周边的太阳电池上。光锥材料一般为比重小，反射率高，散热性能好的材料。激光太阳电池外围设计反光碗，把激光光斑边缘的不规则的弱光光反射到激光太阳电池上，提高光的强度和利用率。反光碗材料一般为比重小，反射率高，散热性能好的材料。
1、激光通过大气直接照射到激光太阳电池上，不用使用光纤耦合，更适合在真空环境中使用。
2、激光光斑可以大面积，激光功率可很大。
3、实现远距离大功率能量传输。
附图说明
图1是本发明实施例的结构图；
图2是本发明实施例的仰视图；
图3是本发明实施例的俯视图；
图4是本发明实施例图3的A-A剖视图。
其中：1、反光碗；2、光锥；3、紧固件；4、基板；5、太阳电池阵。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
请参阅图1至图4：一种激光传能接收器，包括：
基板4；基板4上焊接有正负电极焊点，太阳电池阵的正负极分别与正负电极焊点连接；
固定于基板4上的光锥2，所述光锥2为圆锥结构，该光锥2的底面与基板4固定连接，该光锥2的锥角范围是70°～80°；
在所述光锥2的四周设置有太阳电池阵5，所述太阳电池阵5平铺于基板4上且拼接为一个圆环结构；
在所述太阳电池阵的四周设置有反光碗1；所述反光碗1为上开口大于下开口的喇叭口结构；所述反光碗1的锥角范围是70°～80°。
所述光锥2的锥角是74.4°。
所述反光碗1的锥角是74.4°。
太阳电池阵5由多块太阳电池拼接而成，太阳电池为砷化镓太阳电池。
该激光传能接收器。针对激光波长808nm，传输距离10m，激光光斑直径100mm设计，光电转换效率为35％。光锥的作用是把激光光斑中央部分的光反射到周边的基板材质为铝，铝有很好的散热性能，易于散热降低激光传能接收器的温度。外形尺寸150mm×150mm×5mm。基板上表面设计了16个扇形焊点，焊点表面镀金，用于放置扇形砷化镓太阳电池。扇形砷化镓太阳电池下电极通过回流焊的方式与基板焊点焊接在一起。扇形砷化镓太阳电池两端各设计一个上电极，每个上电极都与焊点通过银互连条与基板焊接连接。通过这种方式实现减少串联电阻，快速散热。16个单体扇形砷化镓太阳电池为串联。光锥材质为铝，表面抛光镀金。对808nm激光的反射率99％。光锥底面直径42mm，高75mm，锥表面与底面夹角74.4度。高反射率铝材质光锥把激光光斑中央高能光束都反射到扇形砷化镓电池上，把激光传能接收器的热量尽快散发掉，降低激光传能接收器的温度，提高激光传能接收器的光电转换效率。反射碗为铝，内表面抛光镀金，对808nm光反射率为99％。反光碗内径92mm，外径124mm，高40mm，内表面与底面的夹角为74.4度。把超出扇形砷化镓太阳电池覆盖区域的光反射到激光太阳电池上，增加激光利用率，同时把激光传能接收器的热量尽快散发掉，降低激光传能接收器的温度，提高激光传能接收器的光电转换效率。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种激光传能接收器，其特征在于，至少包括：
基板(4)；
固定于基板(4)上的光锥(2)，所述光锥(2)为圆锥结构，该光锥(2)的底面与基板(4)固定连接，该光锥(2)的锥角范围是70°～80°；
在所述光锥(2)的四周设置有太阳电池阵(5)，所述太阳电池阵(5)平铺于基板(4)上且拼接为一个圆环结构；
在所述太阳电池阵的四周设置有反光碗(1)；所述反光碗(1)为上开口大于下开口的喇叭口结构；所述反光碗(1)的锥角范围是70°～80°。
2.根据权利要求1所述的激光传能接收器，其特征在于，所述光锥(2)的锥角是74.4°。
3.根据权利要求1所述的激光传能接收器，其特征在于，所述反光碗(1)的锥角是74.4°。
4.根据权利要求1-3任一项所述的激光传能接收器，其特征在于，太阳电池为砷化镓太阳电池。
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