基于激光的无线电力传输（LWPT）技术

基于激光的无线电力传输（LWPT）技术被认为是一种相对较新的技术，可用于无人飞行器和轨道卫星等远程无线电力传输应用中。1,2LWPT系统具有两个主要组件：激光二极管（LD）和光伏（PV）阵列，如下图所示。3在任何应用中，都必须考虑系统的端到端效率。该系统效率包括LD和PV阵列的效率，因为它们负责限制已实现系统的效率。关于LWPT技术的大多数最新研究主要集中在设模拟备级技术和硬件实现上。但是，有一些研究着重于增强LD和PV阵列的效率特性，因此整个系统的系统效率特性仍然是模棱两可的。[这里是IEEE的文章]

图1：基于激光的无线电力传输（LWPT）

为了检查系统效率特性，本文中的LWPT系统被建模为光耦合DC / DC转换器，如下图所示。从图中可以清楚地看出，电流对LD的性能有直接影响，因此，理论上分析并通过实验测量了由于输入电流引起的系统效率。结论是，系统效率会受到LD输入电流的占空比的影响，这对LWPT技术领域做出了贡献。借助于不同输入电流占空比条件下发射功率与系统效率之间的关系，可以为系统控制方法提供指导。考虑到上述情况，可以通过有效利用LD和PV电池来优化系统。

图2：等效电路

系统效率特性的理论分析

劳工处的效率特征

在无线电力传输应用中，LD可以通过连续电流（CC模式）或脉冲电流（脉冲模式）供电。4下图3（顶部）显示了在CC和脉冲模式下LD的关键波形。首先，我们研究LD效率与其输入电流的关系，因为LD的性能受其输入电流的影响。从下图（下图）可以明显看出，对于相同的输出光功率，LD输入电流的占空比越小，LD的效率越高。

图3：测试测量

光伏阵列的效率特性

以脉冲模式驱动LD具有高效率的优势。因此，研究PV阵列的效率如何随连续脉冲入射光功率变化而变化的机制是很自然的。PV阵列在最大功率点的电压和电流取决于辐照度和电池温度。

在标准环境条件下，辐照度为1,000 W / m2，电池温度为25˚C。

温度升高会降低PV电池的效率。为了克服该问题，在LWPT系统中使用了冷却系统以将电池的温度保持在尽可能最低的水平。该冷却系统有助于实现PV电池的最佳性能。因此，可以得出结论，温度可以忽略。

下图显示了在不同激光脉冲占空比下效率与入射光功率的关系图。从图中可以很容易地看出，占空比越小，效率越高。因此，可以得出结论，为使PV电池在高激光强度下高效运行，应使用脉冲激光照射PV阵列。

图4：光伏效率

系统效率特征

对于LWPT系统，LD和PV阵列中的损耗是导致系统而不是其他组件的主要因素。因此，系统的效率取决于LD和PV的效率。如前所述，在专用PV电池的情况下，占空比对LD和PV阵列的效率具有相同的影响。因此，系统效率将随着占空比的降低而提高。

结论

在本文中，我们讨论并研究了LWPT系统。关于此系统的研究很少，本文已考虑了这些研究。简而言之，系统效率与LD输入电流的占空比直接相关。占空比越小，系统效率越高。因此，控制脉冲激光器的占空比是优化系统效率的关键因素。

参考文献
1基于激光的无线电力传输系统的效率评估。周伟扬，美国密歇根大学迪尔伯恩分校电气与计算机工程系

2R. Mason，“将激光功率传输到高空无人机的可行性”，兰德公司，2011年。

3D. E. Raible。“用于无线电力传输的高强度激光功率射束”，克里夫兰州立大学电气与计算机工程系硕士论文，俄亥俄州克利夫兰，2008年5月。

4周为阳和柯劲，“无线驱动不同驱动模式下激光二极管的效率评估”，IEEE Trans。电力电子，卷30，第11号，第6,237-6,244页，2015年。

5K. J. Sauer，T。Roesslor和CW Hansen，“对PVsyst中光伏模块的辐照度和温度依赖性进行建模”，IEEE Journal。光伏卷。第五卷，第1期，第152-158页，2015年。6O. Hohn，AW Walker，AW Bett和H. Helmers，“在整个温度范围内实现高效激光功率转换器工作的最佳激光波长”，应用。物理Lett。，第108，第24号，第1–9页，2016年。

编辑：hfy