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激光功率傳輸包括激光源通過自由空間(功率輻照PB)或光纖電纜(光纖傳輸功率PoF)向光伏接收器傳輸功率。光伏接收器包括光伏電池或光伏電池陣列，通過優(yōu)化設計將特殊激光波長轉(zhuǎn)換成高效率(30%，最高達50%)的電能。一些用途包括遠程啟動無人駕駛飛機(UAVs)、機器人設備、危險環(huán)境或遠程遙感器應用。
MH GoPower (MHGP)生產(chǎn)的高性能硅基垂直多結(jié)(VMJ)光伏電池可以實現(xiàn)高瓦激光功率輸出。VMJ光伏電池的3D設計在高瓦激光功率傳輸期間通過使用硅的整體性質(zhì)控制熱度，包括散熱翅片集成在設備上。本文我們探討了自由空間PB和PoF的應用和價值定位，并概述了高性能VMJ光伏電池的技術(shù)。
與電池提供動力相比，自由空間PB的優(yōu)勢包括增加運行時間、縮短或消除再充電事故、有潛力減少重量。無人機的飛行時間理論上可以延長至無限期限，只要功率輻照在無人機的光伏接收器上并轉(zhuǎn)換為電力超過實際動力使用量。通過延長飛行時間，就可以減少著陸再充電對操作敏感性和技術(shù)風險調(diào)遣的需求。此外，如果演唱飛行時間是必要的，寧愿連接附加電池也不愿增加無人機的重量，可以部署一塊超輕光伏接收器來實現(xiàn)延長持續(xù)時間的要求，這也可能允許更多的有效荷載能力。
光纖傳輸功率比電纜傳輸有幾個優(yōu)勢：通過電纜輸送功率更容易受到RF和磁場的干擾，會引發(fā)電涌或信號異常現(xiàn)象進而損壞設備造成系統(tǒng)不可靠。此外，銅線為避免雷擊采取接地路徑會誘導高電壓或絕緣性差的環(huán)境下的電火花。而激光傳輸就不會遇到上述問題。
受益于這些優(yōu)點的應用例子包括傳感器及在危險環(huán)境下運作的設備，還有暴露在惡劣天氣下的設備，如室外視頻監(jiān)視攝像機等，以及要求噪聲管抗擾的設備(醫(yī)療監(jiān)控設備和軍事應用)。
激光功率傳輸應用主要受到系統(tǒng)成本的限制，這些成本是按照每輸送一瓦電力的成本來計算的，縮小器件尺寸和提高效率推動了激光系統(tǒng)每瓦電力成本的大幅下降，預計還會繼續(xù)下降。然而，激光器只是激光功率傳輸解決方案成本構(gòu)成的一部分，其他的關(guān)鍵器件還包括光纖(PoF需要)、光學器件和PV接收器(單元陣列)子系統(tǒng)。
對于PoF系統(tǒng)，光學器件是整個系統(tǒng)成本的一小部分。然而，對于自由空間PB，聚焦光學器件成本隨著應用距離的增加而增加，鑒于透鏡尺寸的增大。因此，光學器件的成本能夠支配自由空間PB系統(tǒng)的成本，這也成為限制其應用范圍的主要因素，幾公里范圍的應用在經(jīng)濟成本和技術(shù)層面都是可行的。同樣地，對于PoF應用， 光纖成本支配遠距離傳輸?shù)某杀荆ǔＪ菐坠镆陨舷拗茖嶋H應用。
最后，PV接收器功率密度在激光功率傳輸解決方案的可行性方面起到顯著因素。為了最終降低系統(tǒng)成本，需要更高的接收功率密度，可以通過以下兩種方式實現(xiàn)：1) 提高激光器的功率，從而增加PV接收器上的光強度；2) 提高PV接收器的接收效率。
在第一種情況下，增加激光器的功率可以將每瓦增加成本降到一個點，例如，在自由空間UAV應用中，追蹤硬件和軟件、激光器安裝硬件、光學器件、UAV和接收器的尺寸都是固定的，因此增加激光器的功率不會抬高這些系統(tǒng)的成本。事實上，這可能意味著需要更小尺寸的電池來進一步降低因增加額外功率而造成的成本提高。因此，只要PV接收器在提高激光強度時表現(xiàn)良好并且可以很好控制熱量，提高激光光源的功率就是有利的。
在第二種情況下，改善PV接收器效率會使給定PV接收器輸出更多功率并使系統(tǒng)成本平衡，或者說，這種情況允許使用較低功率和較低成本的激光系統(tǒng)。更高效PV接收器意味著有較少能量浪費耗散，結(jié)果是電池可以操控冷卻器(正性能反饋環(huán))或者使用較輕重量散熱器降低成本。高效PV接受器的另外一個優(yōu)勢是可以提高整個系統(tǒng)的效率，這對于有些應用來講在成本和操作方面都是很重要的。
方圓激光
2015-1221 |
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