一种基于温度调节光伏组件工作状态的方法技术

本发明专利技术提供一种根据光伏组件工作温度调节入射光功率密度使得光伏组件工作在最高转换效率或最大输出功率点的方法，具体步骤包括：在搭建输能系统之前对光伏电池的输出性能进行测试，得到不同环境下光伏组件工作在最佳状态时对应的工作温度，在进行远距离激光输能任务时，利用温度传感器返回光伏组件实时工作温度，并通过数据对比调节入射光功率密度使得光伏组件工作在最大输出状态。光伏组件工作在最大输出状态。光伏组件工作在最大输出状态。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度调节光伏组件工作状态的方法


[0001]本专利技术涉及激光无线能量传输领域，尤其涉及一种基于温度调节光伏组件工作状态的方法。

技术介绍

[0002]由于化石燃料引起的环境污染问题越来越严重，人们迫切地寻找可再生能源，激光无线能量传输在发射端将太阳能或电能转换为激光能量，通过空气介质或真空将能量远距离传输，在目标载体上采用光电池将激光能量转换为电能。因激光具有方向性好的特点，理论上能实现远距离大功率无线能量输送，在无人机充电等诸多领域具有广泛的应用前景。
[0003]但目前，输能系统遇到了激光功率过高而引发电池工作温度过高的问题。适当地增加入射光功率密度可以提升电池输出性能，而入射光功率密度过高，使得电池温度增加，反而抑制了光伏电池的性能，使得电池光电转换效率和输出功率下降，也就是说，不同工作环境，不同入射光功率密度，电池都有一个唯一确定的转换效率、输出功率和工作温度，随入射光功率密度增加，电池的光电转换效率和输出功率呈单峰变化趋势，实际中，应通过选择合适的入射光功率密度，得到电池的最高转换效率和最大输出功率。
[0004]在进行远距离供能时，由于环境复杂，激光在传播过程中会出现一定程度的遮挡或衰减，导致光伏电池实际接受的激光功率与输出端输出的入射光功率不符，而接收端获得的入射光功率可能无法实时测得，那么也就无法利用输出端的电信号判断光伏电池的输出是否处于最大值。当工作环境确定时，光伏电池在不同入射功率密度辐照下对应唯一的温度值和输出值，因此可利用光伏电池的工作环境与工作温度判断光伏电池的工作状态，并改变入射光功率密度使光伏电池输出最大化。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决上述问题，提出一种基于温度调节光伏组件工作状态监测方法及系统，通过监测光伏组件的工作温度为依据，判断光伏电池是否处于最高转换效率或最大输出功率点，改变输入端入射光功率密度，使得光伏电池工作在最高转换效率或最大输出功率点。所述技术方案如下：
[0006]对光伏组件输出特性进行测试，改变环境温度以及空气对流速度进行实验保证系统在多种环境下都有参考性，得到不同入射光功率密度下光伏电池的转换效率、输出功率和工作温度，尤其需要得到在不同环境温度及不同空气对流速度下，光伏电池最高转换效率和最大输出功率点对应的入射光功率密度值和电池工作温度值，并存入数据模块中。
[0007]搭建激光无线能量传输系统以及监测系统。激光无线能量传输系统包括输入端和接收端，输入端由激光器和激光器电流源组成，接收端为激光光伏电池组件。监测系统包括接收端的光伏组件监测模块以及工作环境监测模块。
[0008]接收端光伏组件监测模块和光伏组件连接，由电输出测试模块和接触式热敏电阻
制成的温度传感器组成，电输出测试模块将测得的电压和电流输出返回给数据处理模块，若电池输出电压或电流为0，则电池没有正常工作，应终止输能实验。温度传感器用于监测光伏组件的温度，并通过无线连接方式将数据返回给数据处理模块，数据处理模块首先判断光伏电池是否工作在正常温度范围内，若光伏电池工作温度超过120℃，则继续进行实验可能会损伤电池，应停止输能任务至电池温度降至正常范围内。热敏电阻作为最灵敏的温度传感器，其优点在于体积小、稳定性高、不会造成热负载，因此适用于激光输能的接收端。工作环境监测模块负责测试环境温度与空气对流速度并返回给数据处理模块数据处理模块根据工作环境监测模块的返回值，从数据模块中导出对应情况下光伏电池输出参数。
[0009]若输能系统以获得光伏电池最高光电转换效率为目的，则数据处理模块应将光伏电池最高转换效率点对应的温度值与温度传感器返回的温度值作比较，若光伏组件的温度低于最高转换效率点对应温度值，则应增加入射光功率密度值，若光伏组件的温度高于最高转换效率点对应温度值，则应降低入射光功率密度值。
[0010]若输能系统以获得光伏电池最大输出功率为目的，则数据处理模块应将光伏电池最大输出功率点对应的温度值与温度传感器返回的温度值作比较，若光伏组件的温度低于最高转换效率点对应温度值，则应增加入射光功率密度值，若光伏组件的温度高于最高转换效率点对应温度值，则应降低入射光功率密度值。
[0011]本专利技术利用温度对光伏组件工作状态进行判断，解决了激光输能系统中因接收端接受的激光功率密度无法确定而导致无法判断光伏组件工作状态的难题，且温度、入射光功率密度以及电池输出参数具有一一对应的关系，因此将温度作为判断光伏组件工作状态的依据是可靠的。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对构成本专利技术的说明书附图作简单地介绍，以便于对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对实施例的比例限定。
[0013]图1为本专利技术实施例提供的利用温度调节电池工作状态流程图；
[0014]图2为本专利技术实施例提供的光伏组件在不同入射光功率密度、不同温度下的输出效率示意图；
[0015]图3为本专利技术实施例提供的光伏组件在不同入射光功率密度、不同温度下的输出功率示意图；
[0016]图4为本专利技术实施例提供的光伏组件在空气自然对流情况下，随入射光功率密度变化电池输出效率、功率和电池工作温度示意图；
[0017]图5为本专利技术实施例的结构示意图；
[0018]图6为本专利技术实施例提供的光伏组件接收端结构示意图；
[0019]图7为本专利技术实施例提供的输出端结构示意图；
[0020]1‑
电信号采集单元，2
‑
温度传感器，3
‑
工作环境监测模块，4
‑
激光器，5
‑
电流源，6
‑
数据处理模块。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]本实施例提供一种单结GaAs光伏电池在不同入射光功率密度、不同温度下的光电转换效率和最大输出功率值，如图2和图3所示为保证电池处于空气自然对流的状态时获得测试数据。
[0023]保证光伏电池表面温度不变时，入射光功率密度越高，电池的光电转换效率和最大输出功率也越高；保证光伏电池入射光功率密度不变时，光伏电池工作温度越低，电池的光电转换效率和最大输出功率也越高。该结论适用于绝大部分半导体激光电池。
[0024]在一些实施例中，常选用三结、六结激光电池作为光伏组件的基本单元，多结电池输出电流、电压值相较于单结电池较高。
[0025]在一些实施例中，为满足负载高电压、大功率的需求，常将多个电池片串并联连接后组成光伏电池阵列为负载供电，一般情况下，电池阵列连接的电池片数量越多，整个光伏组件输出电功率也越大。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于温度调节光伏组件工作状态的方法，其特征在于，所述方法首先需得到光伏组件在不同环境温度、不同空气对流速度条件下，输出最高光电转换效率或者最大输出功率时对应的工作温度值，在进行输能任务时，即可由温度传感器测得的光伏组件工作温度来判断光伏组件是否工作在最大输出状态，并以温度为依据调节激光功率密度使得光伏组件输出最大化。2.根据权利要求1所述的一种光伏组件的工作状态监测方法，其特征在于，系统对各种环境都具有普遍适用性，主要步骤为：第一步，对光伏组件输出特性进行测试，改变环境温度以及空气对流速度进行实验保证系统在多种环境下都具有参考性，得到不同入射光功率密度下光伏电池的转换效率、输出功率和工作温度，尤其需要得到在不同环境温度及不同空气对流速度下，光伏电池最高转换效率和最大输出功率点对应的入射光功率密度值和电池工作温度值，并存入数据模块中；第二步，搭建激光无线能量传输系统以及监测系统，激光无线能量传输系统包括输入端和接收端，输入端由激光器和激光器电流源组成，接收端为激光光伏电池组件，监测系统包括接收端的光伏组件监测模块以及工作环境监测模块；第三步，接收端光伏组件监测模块和光伏组件连接，由电输出测试模块和接触式热敏电阻制成的温度传感器组成，电输出测试模块将测得的电压和电流输出返回给数据处理模块，若电池输出电压或电流为0，则电池没有正常工作，应终止输能实验，温度传感器用于监测光伏组件的温度，并通过无线连接方式将数据返回给数据处理模块，数据处理模块首先判断光伏电池是否工作在正常温度范围内，若光伏电池工作温度超过120℃，则继续进行实验可能会损伤电池，应停止输能任务至电池温度降至正常范围内，热敏电阻作为最灵敏的温度传感器，其优点在于体积小、稳定性高、不会造成热负载，因此适用于激光输能的接收端，工作环境监测模块负责测试环境温度与空气对流速度并返回给数据处理模块数据处理模块根据工作环境监测模块的返回值...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨火木，牛瑞君，邓国亮，王俊，苟于单，杨擎东，汪浩，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：