一种激光无线能量传输高效复合能量接收装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高精密光机电产品使用技术领域，具体设及一种激光无线能量传输高 效复合能量接收装置，可W用于模块化航天器、空间太阳能电站、太空电梯W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。
【背景技术】
[0002] 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W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。
[0003] 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。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明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。
[0005] 为了达到上述目的，本发明的技术方案为；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W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。
[0006] 进一步地，分光机构为线型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型 菲涅尔透镜的支架、激光接收天线和太阳能跟踪器；线型菲涅尔透镜为矩形结构，其支架为 上端开口的长方体空腔，空腔深度等于线型菲涅尔透镜的焦距，支架的上端开口处形状与 线型菲涅尔透镜相匹配，线型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W及激光接收天线，激光电池阵和太阳光 电池阵均为一列，列向沿线型菲涅尔透镜的线型方向；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型菲涅尔透镜；当激光与太阳光 同时入射时，调整线型菲涅尔透镜及其支架，W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。
[0007] 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S结 GaAs电池串联而成。
[000引更进一步地，分光机构为抛物面反射镜。
[0009] 有益效果：
[0010] 本发明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W热水的形式进行回收，增加 系统的能量利用效率；采用W上方式，可W获得激光-电能、日光-电能、热能-电能化及热 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】
[0011] 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、线型菲涅尔透镜；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、线型菲涅尔透镜的支架；11、 外支架；
[0012] 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；
[0013] 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；
[0014] 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；
[0015] 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】
[0016] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0017] 实施例1、
[0018] 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W及电源管理器组成。
[0019] 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W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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 实施例2、
[0025]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，W分光机构为线型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， 图中包括线型菲涅尔透镜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、线型菲涅尔透镜的支架10和外支 架11。
[0026] 其中如图2所示，线型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型菲涅尔透镜的焦距，支架的上端开口处形状与线型菲涅 尔透镜相匹配，线型菲涅尔透镜接收面朝外覆盖于支架的上端开口处。
[0027]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W及激光接收天线，激 光电池阵和太阳光电池阵均为一列，列向沿线型菲涅尔透镜的线型方向；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S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W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W沿垂直线型的方向运 动。
[002引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 线垂直于线型菲涅尔透镜；当激光与太阳光同时入射时，调整线型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