一種激光傳能用太陽電池板及光電轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光傳能用太陽電池板及光電轉(zhuǎn)換裝置。使用本發(fā)明能夠滿足激光無線能量傳輸光電轉(zhuǎn)換應(yīng)用的需求，實現(xiàn)高效率大功率的電能輸出。本發(fā)明利用激光光斑能量分布的特點，將太陽電池單元呈近似圓形的布置在激光光斑中，使得太陽電池單元的每一片太陽電池表面的光照強度差距最小，減少了激光光斑能量分布不均勻?qū)μ栯姵貑卧敵龉β实挠绊?，提高了太陽電池板的輸出功率；同時，能源管理單元采用二極管對并聯(lián)接入的太陽電池單元進行保護可以抑制熱斑效應(yīng)；采用最大功率跟蹤單元可以保證太陽電池板在外界激光光照強度、溫度和負載阻值變化時始終保持最大功率輸出。
【專利說明】—種激光傳能用太陽電池板及光電轉(zhuǎn)換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線能量傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種激光傳能用太陽電池板及光電轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)以太陽光作為能源，具有光強分布均勻的特點，并且太陽電池板的尺寸不受光斑大小的約束。而激光無線能量傳輸，由于激光光斑能量分布不均勻，太陽電池板形狀受激光光斑形狀約束，傳統(tǒng)的太陽電池板設(shè)計無法滿足激光無線能量傳輸光電轉(zhuǎn)換應(yīng)用需求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種激光傳能用太陽電池板及光電轉(zhuǎn)換裝置，能夠滿足激光無線能量傳輸光電轉(zhuǎn)換應(yīng)用的需求，實現(xiàn)高效率大功率的電能輸出。
[0004]本發(fā)明的激光傳能用太陽電池板，包括基板、電極和N個太陽電池單元，N≥2 ;其中，每個太陽電池單元均包括I個矩形太陽電池，矩形太陽電池數(shù)量I由負載所需電壓和每一片矩形太陽電池的電壓計算得出#個太陽電池單元由里向外呈周向拼接；太陽電池單元I在基板上以激光光斑中心為中心由里向外呈周向一圈一圈拼接在激光光斑的中央位置，太陽電池單元2的矩形太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組I的外圍，依次類推，太陽電池單元N的太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組N-1的外圍。
[0005]一種激光傳能光電轉(zhuǎn)換裝置，包括能源管理單元和太陽電池板；
[0006]其中，所述太陽電池板由基板、電極和N個太陽電池單元組成，N≥2，其中，每個太陽電池單元均包括I個矩形太陽電池，矩形太陽電池數(shù)量I由負載所需電壓和每一片矩形太陽電池的電壓計算得出#個太陽電池單元由里向外呈周向拼接；太陽電池單元I在基板上以激光光斑中心為中心由里向外呈周向一圈一圈拼接在激光光斑的中央位置，太陽電池單元2的矩形太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組I的外圍，依次類推，太陽電池單元N的太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組N-1的外圍；
[0007]能源管理單元包括多個二極管、最大功率跟蹤單元、輸入端和輸出端；其中，能源管理單元輸入端的正極通過二極管并聯(lián)合成一路連接最大功率跟蹤單元的正極，能源管理單元輸入端的地合成一路連接最大功率跟蹤單元的地；最大功率跟蹤單元的輸出端作為能源管理單元的輸出端；
[0008]I個太陽電池單元的正極和地分別連接能源管理單元的I個輸入端的正極和地。
[0009]一種激光傳能光電轉(zhuǎn)換裝置，包括能源管理單元和太陽電池板；
[0010]其中，所述太陽電池板由基板、電極和N個太陽電池單元組成，N≥2，其中，每個太陽電池單元均包括I個矩形太陽電池，矩形太陽電池數(shù)量I由負載所需電壓和每一片矩形太陽電池的電壓計算得出#個太陽電池單元由里向外呈周向拼接；太陽電池單元I在基板上以激光光斑中心為中心由里向外呈周向一圈一圈拼接在激光光斑的中央位置，太陽電池單元2的矩形太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組I的外圍，依次類推，太陽電池單元N的太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組N-1的外圍；
[0011]能源管理單元包括多個二極管、最大功率跟蹤單元、輸入端和輸出端；其中，能源管理單元輸入端的正極通過二極管并聯(lián)合成一路連接最大功率跟蹤單元的正極，能源管理單元輸入端的地合成一路連接最大功率跟蹤單元的地；最大功率跟蹤單元的輸出端作為能源管理單元的輸出端； [0012]J個太陽電池單元之間進行串聯(lián)組成太陽電池單元組，各太陽電池單元組中，太陽電池單元的正極串聯(lián)作為太陽電池單元組的正極,太陽電池單元的地合并作為太陽電池單元組的地，各太陽電池單元組包含的太陽電池單元數(shù)量相同，I個太陽電池單元組的正極和地分別連接能源管理單元的I個輸入端的正極和地；接入能源管理單元的太陽電池單元串聯(lián)數(shù)目相同。
[0013]有益效果:
[0014]( I)本發(fā)明的太陽電池板根據(jù)激光光斑高斯能量分布進布局設(shè)計，使得太陽電池單元的每一片太陽電池表面的光照強度差距最小，減少了激光光斑能量分布不均勻?qū)μ栯姵貑卧敵龉β实挠绊?，提高了太陽電池板的輸出功率?br> [0015]( 2)本發(fā)明的激光傳能光電轉(zhuǎn)換裝置中，能源管理單元采用二極管對并聯(lián)接入的太陽電池單元進行保護可以抑制熱斑效應(yīng)；采用最大功率跟蹤單元可以保證太陽電池板在外界激光光照強度、溫度和負載阻值變化時始終保持最大功率輸出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為激光傳能用太陽電池板布局不意圖。
[0017]圖2為激光傳能光電轉(zhuǎn)換裝置組成框圖。
[0018]圖3為太陽電池單元串聯(lián)后的激光傳能光電轉(zhuǎn)換裝置組成框圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0020]本發(fā)明提供了一種激光傳能用太陽電池板，如圖1所示，包括N個太陽電池單元(N≥2)、基板和電極。其中，每個太陽電池單元的太陽電池數(shù)量相同，由8~50片矩形太陽電池串聯(lián)組成，N個太陽電池單元在基板上由里向外呈周向拼接，一圈圈地拼接成近似圓形。其中，首先根據(jù)負載所需電壓和每一片矩形太陽電池的電壓計算太陽電池單元I所需矩形太陽電池數(shù)量；然后將太陽電池單元I的矩形太陽電池以激光光斑中心為中心，呈周向連接由里向外一圈一圈拼接在激光光斑中央，成近似圓形；太陽電池單元2的矩形太陽電池呈周向連接由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組I的外圍，成近似圓形；依次類推，太陽電池單元N的太陽電池呈周向連接由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組N-1的外圍，成近似圓形；太陽電池板整體布局一般小于激光光斑并盡量布滿?；逵脕戆惭b太陽電池，并起到散熱的作用。電極由正電極和地組成，與太陽電池單元一一對應(yīng)。由于激光光斑能量具有高斯分布的特點，光斑中間能量密度高，因此將每一片太陽電池布置在據(jù)中心位置近似相等的距離上，即保證每一片太陽電池的光照強度差距最小，盡量減少激光能量分布不均對太陽電池單元輸出功率的影響。
[0021]例如圖1中太陽電池板由4組太陽電池單元組成，每個太陽電池單元分別由16片太陽電池串聯(lián)而成，各太陽電池單元中太陽電池數(shù)目相等從而讓各太陽電池單元輸出電壓相等。根據(jù)激光無線能量傳輸光斑能量高斯分布特點，太陽電池單元I的太陽電池都近似圓形地布置在能量密度最強的激光光斑中心位置，太陽電池單元2圍繞太陽電池單元I近似圓形地進行布置，太陽電池單元3圍繞太陽電池單元2近似圓形地進行布置，太陽電池單元4近似圓形地布置在太陽電池板的最外圍，太陽電池板整體布局一般小于光斑并盡量布滿。如果太陽電池單元中的太陽電池的數(shù)量不足以布置成近似整圓，那么可以布置成半圓或大半圓或者對稱布置，對稱布置可以使得接收的能量更加均勻相等。本發(fā)明的這種布局方式一方面可以減少光斑能量不均勻?qū)μ栯姵毓怆娹D(zhuǎn)換效率的影響；另一方面由于跟瞄對準過程中跟瞄精度使得光斑在太陽電池板上發(fā)生偏移，此時只有外圍一組太陽電池單元因未照射到光沒有輸出，不影響其他被照射到的太陽電池單元的輸出，降低了跟瞄精度對太陽電池板的整體輸出功率的影響。
[0022]一種采用上述太陽電池板的激光傳能光電轉(zhuǎn)換裝置，包括上述太陽電池板和能源管理單元，如圖2所示。能源管理單元是由多個二極管、最大功率跟蹤單元、輸入端和輸出端組成。其中，能源管理單元每個輸入端的正極通過二極管并聯(lián)合成一路連接最大功率跟蹤單元的正極，所有輸入端的地直接合成一路連接最大功率跟蹤單元的地；最大功率跟蹤單元的輸出端作為能源管理單元的輸出端輸出電能。二極管的作用是抑制太陽電池板的熱斑效應(yīng)，防止損毀太陽電池片；最大功率跟蹤單元的作用是能夠根據(jù)外界條件的變化(激光光照強度、溫度和負載阻值的變化)自動檢測太陽電池單元的輸出電壓和輸出電流，判斷輸出功率的大小，然后調(diào)節(jié)太陽電池單元的輸出電壓，始終保持并聯(lián)接入的太陽電池單元處于最大功率輸出狀態(tài)。太陽電池板與能源管理單元的連接方式有兩種:(I)每個太陽電池單元的正極和地分別連接能源管理單元各輸入端的正極和地；(2)太陽電池單元之間進行串聯(lián)后的正極和地分別連接能源管理單元各輸入端的正極和地，此時接入能源管理單元的太陽電池單元串聯(lián)數(shù)目必須相同。
[0023]例如，圖2中能源管理單元采用二極管對太陽電池單元的正極進行合流，通過一個最大功率跟蹤單元實現(xiàn)對太陽電池板輸出功率的調(diào)節(jié)。最大功率跟蹤可以采用恒定電壓法、擾動觀察法和電導(dǎo)增量法等方法使得太陽電池板動態(tài)地工作在最大功率點上。太陽電池板的太陽電池單元將激光光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)過能源管理單元的輸入端接入后，通過二極管進行合流進入最大功率跟蹤單元，該單元根據(jù)外界激光光照強度、溫度和負載阻值的變化，自動調(diào)節(jié)太陽電池板始終工作在最大功率工作點上。
[0024]圖3中，每兩個太陽電池單元串聯(lián)組成太陽電池單元組，共由M個太陽電池單元組，各太陽電池單元組中，太陽電池單元組的正極由其中的太陽電池單元的正極串聯(lián)而成，太陽電池單元組的地由其中的太陽電池單元的地合并而成,其中，每個太陽電池單元組所包含的太陽電池單元數(shù)目一致。M個太陽電池單元組的正極和地分別連接能源管理單元各輸入端的正極和地。
[0025]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光傳能用太陽電池板，包括基板和電極，其特征在于，還包括N個太陽電池單元，N > 2 ;其中，每個太陽電池單元均包括I個矩形太陽電池，矩形太陽電池數(shù)量I由負載所需電壓和每一片矩形太陽電池的電壓計算得出；N個太陽電池單元由里向外呈周向拼接；太陽電池單元I在基板上以激光光斑中心為中心由里向外呈周向一圈一圈拼接在激光光斑的中央位置，太陽電池單元2的矩形太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組I的外圍，依次類推，太陽電池單元N的太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組N-1的外圍。
2.一種激光傳能光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括能源管理單元和太陽電池板； 其中，所述太陽電池板由基板、電極和N個太陽電池單元組成，N > 2，其中，每個太陽電池單元均包括I個矩形太陽電池，矩形太陽電池數(shù)量I由負載所需電壓和每一片矩形太陽電池的電壓計算得出#個太陽電池單元由里向外呈周向拼接；太陽電池單元I在基板上以激光光斑中心為中心由里向外呈周向一圈一圈拼接在激光光斑的中央位置，太陽電池單元2的矩形太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組I的外圍，依次類推，太陽電池單元N的太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組N-1的外圍； 能源管理單元包括多個二極管、最大功率跟蹤單元、輸入端和輸出端；其中，能源管理單元輸入端的正極通過二極管并聯(lián)合成一路連接最大功率跟蹤單元的正極，能源管理單元輸入端的地合成一路連接最大功率跟蹤單元的地；最大功率跟蹤單元的輸出端作為能源管理單元的輸出端； I個太陽電池單元的正極和地分別連接能源管理單元的I個輸入端的正極和地。
3.一種激光傳能光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括能源管理單元和太陽電池板； 其中，所述太陽電池板由基板、電極和N個太陽電池單元組成，N > 2，其中，每個太陽電池單元均包括I個矩形太陽電池，矩形太陽電池數(shù)量I由負載所需電壓和每一片矩形太陽電池的電壓計算得出#個太陽電池單元由里向外呈周向拼接；太陽電池單元I在基板上以激光光斑中心為中心由里向外呈周向一圈一圈拼接在激光光斑的中央位置，太陽電池單元2的矩形太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組I的外圍，依次類推，太陽電池單元N的太陽電池呈周向由里向外一圈一圈拼接在太陽電池組N-1的外圍； 能源管理單元包括多個二極管、最大功率跟蹤單元、輸入端和輸出端；其中，能源管理單元輸入端的正極通過二極管并聯(lián)合成一路連接最大功率跟蹤單元的正極，能源管理單元輸入端的地合成一路連接最大功率跟蹤單元的地；最大功率跟蹤單元的輸出端作為能源管理單元的輸出端； J個太陽電池單元之間進行串聯(lián)組成太陽電池單元組，各太陽電池單元組中，太陽電池單元的正極串聯(lián)作為太陽電池單元組的正極，太陽電池單元的地合并作為太陽電池單元組的地，各太陽電池單元組包含的太陽電池單元數(shù)量相同，I個太陽電池單元組的正極和地分別連接能源管理單元的I個輸入端的正極和地；接入能源管理單元的太陽電池單元串聯(lián)數(shù)目相同。
【文檔編號】H02S40/34GK103618012SQ201310641817
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】張建德, 申景詩, 吳世臣, 石德樂, 李振宇, 郭春輝, 程坤 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一三研究所