基于激光的無(wú)線電力傳輸(LWPT) 技術(shù)被認(rèn)為是一種相對(duì)較新的技術(shù)，可用于遠(yuǎn)程無(wú)線電力傳輸應(yīng)用，例如無(wú)人機(jī)和軌道衛(wèi)星。1,2LWPT 系統(tǒng)有兩個(gè)主要組件：激光二極管 (LD) 和光伏 (PV) 陣列，如下圖所示。3在任何應(yīng)用中，都必須考慮系統(tǒng)的端到端效率。該系統(tǒng)效率包括 LD 和 PV 陣列的效率，因?yàn)樗鼈儠?huì)限制所實(shí)施系統(tǒng)的效率。大多數(shù)關(guān)于 LWPT 技術(shù)的最新研究主要集中在設(shè)備級(jí)技術(shù)和硬件實(shí)現(xiàn)上。然而，有一些研究側(cè)重于增強(qiáng) LD 和 PV 陣列的效率特性，因此整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率特性仍然不明確。[給你 IEEE 文章]

圖 1：基于激光的無(wú)線電力傳輸 (LWPT)

為了仔細(xì)檢查系統(tǒng)效率特性，本文中的 LWPT 系統(tǒng)被建模為一個(gè)光耦合 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，如下圖所示。從圖中可以清楚地看出，電流對(duì) LD 的性能有直接影響，因此對(duì)輸入電流引起的系統(tǒng)效率進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)量。得出的結(jié)論是，LD輸入電流的占空比會(huì)影響系統(tǒng)效率，這對(duì)LWPT技術(shù)領(lǐng)域有一定的貢獻(xiàn)。借助不同輸入電流占空比條件下傳輸功率與系統(tǒng)效率之間的關(guān)系，可以為系統(tǒng)控制方法提供指導(dǎo)。考慮到上述情況，可以通過(guò)有效利用LD和PV電池來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)。

圖2：等效電路

系統(tǒng)效率特性的理論分析

LD的效率特性

在無(wú)線電力傳輸應(yīng)用中，LD可以由連續(xù)電流（CC模式）或脈沖電流（脈沖模式）供電。4下圖3（上）顯示了在CC和脈沖模式下LD的關(guān)鍵波形。首先，我們研究了 LD 效率與其輸入電流的關(guān)系，因?yàn)?LD 的性能受其輸入電流的影響。從下圖（下）可以看出，對(duì)于相同的輸出光功率，LD輸入電流的占空比越小，LD的效率越高。

圖 3：測(cè)試測(cè)量

光伏陣列的效率特性

以脈沖模式驅(qū)動(dòng) LD 具有高效率的優(yōu)勢(shì)。因此，研究光伏陣列的效率如何隨連續(xù)脈沖入射光功率變化的機(jī)制是很自然的。光伏陣列在最大功率點(diǎn)的電壓和電流取決于輻照度水平和電池溫度。

在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，輻照度水平為 1,000 W/m2，電池溫度為 25?C。

溫度升高會(huì)降低光伏電池的效率。為了克服這個(gè)問(wèn)題，LWPT 系統(tǒng)中使用了冷卻系統(tǒng)，以將電池溫度保持在盡可能低的水平。該冷卻系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大性能。因此，得出結(jié)論可以忽略溫度。

下圖顯示了不同激光脈沖占空比下效率與入射光功率的關(guān)系圖。從圖中可以很容易地看出，占空比越小，效率越高。因此，得出的結(jié)論是，為了在高激光強(qiáng)度下 PV 電池的有效性能，PV 陣列應(yīng)該由脈沖激光照射。

圖 4：光伏效率

系統(tǒng)的效率特性

對(duì)于 LWPT 系統(tǒng)，LD 和 PV 陣列的損耗是系統(tǒng)的主要影響因素，而不是其他組件。所以系統(tǒng)的效率是由LD和PV的效率決定的。如前所述，在專用 PV 電池的情況下，占空比對(duì) LD 和 PV 陣列的效率具有相同的影響。因此，系統(tǒng)效率將隨著占空比的降低而提高。

結(jié)論

在本文中，我們討論并研究了 LWPT 系統(tǒng)。關(guān)于該系統(tǒng)的研究很少，本文已將這些研究考慮在內(nèi)。簡(jiǎn)而言之，系統(tǒng)效率與LD輸入電流的占空比直接相關(guān)；占空比越小，系統(tǒng)效率越高。因此，控制脈沖激光器的占空比是優(yōu)化系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素。

審核編輯：郭婷