一种激光无线输能和飞轮储能的混合蓄电系统的制作方法
【专利说明】
所属技术领域
[0001]本发明涉及一种光学无线输送能量、机械贮存电能的技术。
【背景技术】
[0002]飞轮储能是指利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成动能储存起来，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式，其作为新型的能量存储方式受到青睐，具有一系列国际国内专利，如专利200510027925、专利CN1333144、专利201220055658等都对一些基本飞轮储能系统的机械结构进行了保护，但是同其他形式的蓄电装置相同，飞轮储能首先需要外加电源使其内部飞轮高速旋转，也就是传统的充电过程。此外，由于飞轮储能方式本身能量密度不高，如停止充电，自放电率较高，因此，在没有固定电源供给的环境下，如交通工具或野外作业设备等，一般结合光伏发电的方式混合使用，如专利201120354920。但是，由于光伏发电的主体部分即太阳能电池板只对一定光波段的转化效率较高，而自然光具有光波段较宽，方向性差、能量传输接收效率低等缺点，传统光伏供电的效率不能很好的满足飞轮储能的功率效率要求。
【发明内容】
[0003]本发明旨在克服现有技术的上述不足，提供一种无电源、高效率的混合无线输能和储能装置。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0004]一种激光无线输能和飞轮储能的混合蓄电系统，包括能量的发射端和能量的接收端，其特征在于，
[0005]能量的发射端，包括用于将再生能源转换成电能的能量转换装置、激光驱动电路和激光器，由能量转换装置产生的电能，通过激光驱动电路驱动激光器输出激光，所述的激光器为能够发射400-700nm中波长激光的可调谐染料激光器；
[0006]在能量的发射端和接收端之间设置有根据两者间距设计的激光扩束装置，用于对激光器所输出的激光进行整形，将输出光斑扩大，使其能均匀覆盖到接收端的太阳能电池阵列(2)，所述的太阳能电池阵列⑵选用对400-700nm中波长的光吸收效率高的太阳能电池阵列；
[0007]能量的接收端包括太阳能电池阵列(2)和飞轮储能模块，太阳能电池阵列用于将光束转化储存成电能，通过外围电路为飞轮储能装置充电，实现能量的存储。
[0008]所述的能量转换装置可以为太阳能电池阵列⑴和风能发电模块中的一种或两种。
[0009]本发明的有益效果是:
[0010]首先，选用的太阳能电池2对中波长的光吸收效率高，故采用中波长波段输出的激光作为无线能量的载体，使得输能过程能量传输方向性好，能量集中，平行度好，充电效率高，更适合飞轮储能装置的无线充电需求。
[0011]其次，系统利用自然能源发电，使用太阳能电池接收和储存能量，实现了整体的无电源化，更加节能环保。
[0012]同时，将激光空间输能技术应用到接收端飞轮储能上，不需要电源，能够实现无限次充放电；结构简单，稳定性好，使用寿命长。
[0013]最后，在激光传输过程中，使用空间扩束装置来调整光束，降低了传输损耗，改变光束的方向，使光束均匀覆盖在接收端太阳能电池板上，能量利用率提高，提高了系统的灵敏度，使系统环境适应性增强。
【附图说明】
[0014]附图1激光无线输能、飞轮储能混合蓄电系统框图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图实例对本发明做进一步说明。
[0016]如图1所示，本发明提及的激光空间输能技术的核心器件是图中的激光器和激光扩束装置。系统使用太阳能电池阵列储电，作为飞轮存储模块的电源，是实现系统无电源化的重点。
[0017]本发明选用对中波长的光(400_700nm)光谱响应较好的太阳能板作为太阳能电池阵列2，激光器选用应用广泛且能够发射对应波段的可调谐染料激光器。
[0018]已知激光具有能量集中，方向性好的优点，所以在接收端太阳能电池2前，根据激光器与电池阵列2的距离和位置，设计合适的光学透镜组合(即激光扩束装置)。
[0019]太阳能电池阵列I吸收特定波段光线，经过光电二极管把太阳能变成电能；风力发电模块接收风能，将风能通过机械原理转换为电能，实现第一次光-电或风-电转换，转换的电能作为激光器驱动电路的电源，驱动激光器发射激光；
[0020]经过空间扩束装置对激光进行整形，将输出光斑扩大，均匀覆盖太阳能电池阵列2，实现第二次光-电转换；太阳能电池阵列2接收传输光束并转化成电能，通过外围电路为飞轮储能装置充电，实现能量的存储。整套系统设计结构简单，适合交通工具的蓄电或野外设备的备电需求，具有较好而广泛的应用前景。
【主权项】
1.一种激光无线输能和飞轮储能的混合蓄电系统，包括能量的发射端和能量的接收端，其特征在于， 能量的发射端，包括用于将再生能源转换成电能的能量转换装置、激光驱动电路和激光器，由能量转换装置产生的电能，通过激光驱动电路驱动激光器输出激光，所述的激光器为能够发射400-700nm中波长激光的可调谐染料激光器； 在能量的发射端和接收端之间设置有根据两者间距设计的激光扩束装置，用于对激光器所输出的激光进行整形，将输出光斑扩大，使其能均匀覆盖到接收端的太阳能电池阵列(2)，所述的太阳能电池阵列⑵选用对400-700nm中波长的光吸收效率高的太阳能电池阵列； 能量的接收端包括太阳能电池阵列⑵和飞轮储能模块，太阳能电池阵列用于将光束转化储存成电能，通过外围电路为飞轮储能装置充电，实现能量的存储。
2.根据权利要求1所述的混合蓄电系统，其特征在于，所述的能量转换装置为太阳能电池阵列(I)和风能发电模块中的一种或两种。
【专利摘要】本发明涉及一种激光无线输能和飞轮储能的混合蓄电系统，包括能量的发射端和能量的接收端，能量的发射端，包括用于将再生能源转换成电能的能量转换装置、激光驱动电路和激光器，由能量转换装置产生的电能，通过激光驱动电路驱动激光器输出激光，所述的激光器为可调谐染料激光器；在能量的发射端和接收端之间设置有根据两者间距设计的激光扩束装置，用于对激光器所输出的激光进行整形，将输出光斑扩大，使其能均匀覆盖到接收端的太阳能电池阵列(2)；能量的接收端包括太阳能电池阵列(1)和飞轮储能模块，本发明具有高效率的特点。
【IPC分类】H02J17-00, H02K7-02, H02S10-20
【公开号】CN104868827
【申请号】CN201510262631
【发明人】吕辰刚, 刘影, 李本萍, 郭玺, 任畅
【申请人】天津大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月21日