基于激光的無線電力傳輸（LWPT）技術被認為是一種相對較新的技術，可用于無人飛行器和軌道衛星等遠程無線電力傳輸應用中。1,2LWPT系統具有兩個主要組件：激光二極管（LD）和光伏（PV）陣列，如下圖所示。3在任何應用中，都必須考慮系統的端到端效率。該系統效率包括LD和PV陣列的效率，因為它們負責限制已實現系統的效率。關于LWPT技術的大多數最新研究主要集中在設模擬備級技術和硬件實現上。但是，有一些研究著重于增強LD和PV陣列的效率特性，因此整個系統的系統效率特性仍然是模棱兩可的。[這里是IEEE的文章]

圖1：基于激光的無線電力傳輸（LWPT）

為了檢查系統效率特性，本文中的LWPT系統被建模為光耦合DC / DC轉換器，如下圖所示。從圖中可以清楚地看出，電流對LD的性能有直接影響，因此，理論上分析并通過實驗測量了由于輸入電流引起的系統效率。結論是，系統效率會受到LD輸入電流的占空比的影響，這對LWPT技術領域做出了貢獻。借助于不同輸入電流占空比條件下發射功率與系統效率之間的關系，可以為系統控制方法提供指導。考慮到上述情況，可以通過有效利用LD和PV電池來優化系統。

圖2：等效電路

系統效率特性的理論分析

勞工處的效率特征

在無線電力傳輸應用中，LD可以通過連續電流（CC模式）或脈沖電流（脈沖模式）供電。4下圖3（頂部）顯示了在CC和脈沖模式下LD的關鍵波形。首先，我們研究LD效率與其輸入電流的關系，因為LD的性能受其輸入電流的影響。從下圖（下圖）可以明顯看出，對于相同的輸出光功率，LD輸入電流的占空比越小，LD的效率越高。

圖3：測試測量

光伏陣列的效率特性

以脈沖模式驅動LD具有高效率的優勢。因此，研究PV陣列的效率如何隨連續脈沖入射光功率變化而變化的機制是很自然的。PV陣列在最大功率點的電壓和電流取決于輻照度和電池溫度。

在標準環境條件下，輻照度為1,000 W / m2，電池溫度為25?C。

溫度升高會降低PV電池的效率。為了克服該問題，在LWPT系統中使用了冷卻系統以將電池的溫度保持在盡可能最低的水平。該冷卻系統有助于實現PV電池的最佳性能。因此，可以得出結論，溫度可以忽略。

下圖顯示了在不同激光脈沖占空比下效率與入射光功率的關系圖。從圖中可以很容易地看出，占空比越小，效率越高。因此，可以得出結論，為使PV電池在高激光強度下高效運行，應使用脈沖激光照射PV陣列。

圖4：光伏效率

系統效率特征

對于LWPT系統，LD和PV陣列中的損耗是導致系統而不是其他組件的主要因素。因此，系統的效率取決于LD和PV的效率。如前所述，在專用PV電池的情況下，占空比對LD和PV陣列的效率具有相同的影響。因此，系統效率將隨著占空比的降低而提高。

結論

在本文中，我們討論并研究了LWPT系統。關于此系統的研究很少，本文已考慮了這些研究。簡而言之，系統效率與LD輸入電流的占空比直接相關。占空比越小，系統效率越高。因此，控制脈沖激光器的占空比是優化系統效率的關鍵因素。

參考文獻
1基于激光的無線電力傳輸系統的效率評估。周偉揚，美國密歇根大學迪爾伯恩分校電氣與計算機工程系

2R. Mason，“將激光功率傳輸到高空無人機的可行性”，蘭德公司，2011年。

3D. E. Raible。“用于無線電力傳輸的高強度激光功率射束”，克里夫蘭州立大學電氣與計算機工程系碩士論文，俄亥俄州克利夫蘭，2008年5月。

4周為陽和柯勁，“無線驅動不同驅動模式下激光二極管的效率評估”，IEEE Trans。電力電子，卷30，第11號，第6,237-6,244頁，2015年。

5K. J. Sauer，T。Roesslor和CW Hansen，“對PVsyst中光伏模塊的輻照度和溫度依賴性進行建模”，IEEE Journal。光伏卷。第五卷，第1期，第152-158頁，2015年。6O. Hohn，AW Walker，AW Bett和H. Helmers，“在整個溫度范圍內實現高效激光功率轉換器工作的最佳激光波長”，應用。物理Lett。，第108，第24號，第1–9頁，2016年。

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