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)，可用于無(wú)人駕駛飛行器和軌道衛(wèi)星等遠(yuǎn)程無(wú)線電力傳輸應(yīng)用。LWPT 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。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)樗鼈冐?fù)責(zé)限制已實(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，也有一些研究側(cè)重于提高 LD 和 PV 陣列的效率特性，因此整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率特性仍然是模棱兩可的。

為了考察系統(tǒng)效率特性，本文將 LWPT 系統(tǒng)建模為光耦合 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)。

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。下圖（上）顯示了 LD 在 CC 和脈沖模式下的關(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，在相同的輸出光功率下，LD輸入電流的占空比越小，LD的效率越高。

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，輻照度為 1,000 W/m ²，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，在 LWPT 系統(tǒng)中使用了冷卻系統(tǒng)，以將電池的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，得出的結(jié)論是溫度可以忽略不計(jì)。

下圖顯示了激光脈沖在不同占空比下的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，效率就越高。因此，得出的結(jié)論是，為了在高激光強(qiáng)度下有效地發(fā)揮光伏電池的性能，光伏陣列應(yīng)由脈沖激光照射。

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) L??D 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，本文考慮了這些研究。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)的效率就越高。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：劉清