为了进一步提高系统的能量利用率, 设计了一种基于智能充电控制的光纤供能系统。系统采用充电控制装置对后级负载稳定供能并灵活调控储能模块的充电方式, 实现对远端富余的能量快速存储和合理利用, 并基于反馈信号实现对系统工作状态的实时调控。实验结果表明: 所提系统在不同场景下能够根据远端的负载及器件的工作状态自动调整本地激光源的输出功率, 从而保证供能系统的安全工作; 当光供能不足时, 所储存的能量可作为备用能源对传感器件或应用设备进行紧急供能。

光伏电池作为国家“双碳战略”中的重要一环，其转化效率的提升具有重大意义。针对晶硅等太阳能电池的无效转化区域，通过全反射原理，设计、制备了微结构光增强薄膜，薄膜的微结构为周期、槽深都是80 μm的三角槽型正交光栅。对贴合薄膜样品的光伏电池组件进行测试的结果表明，三组组件的转化效率都提升了2%以上。相对其他提高光伏电池效率的方法，该方法简易、可行且有效，有望广泛用于光伏电池组件，为国家的“双碳战略”做出贡献。

根据光伏电池与环境之间的牛顿传热以及禁带宽度对温度的依赖特性, 获得光伏电池的热学与电学特性。实验研究结果表明,光伏电池的温度高于环境温度,并随着输出电压的增加呈先减小后增加的趋势, 与辐射强度呈线性递增的关系; 短路电流随着辐射强度的增加而升高, 而开路电压随着辐射强度的增加呈先增加后减小的趋势; 优化光伏电池输出电压和太阳能辐射强度可以获得最大效率。在AM 1.5G标况下,将部分辐射能输入至集热系统, 构造一个分光型光伏-热耦合系统,而该系统可以提高太阳能的利用率。

为选择合适的激光参量与光伏电池参量, 以提高激光无线能量传输(LWPT)系统的能量转换效率, 通过实验研究了LWPT系统中能量接收单元, 也即光伏电池在半导体激光照射下的输出特性。通过波长为808 nm和915 nm的激光辐照GaAs和Si光伏电池, 研究了不同激光功率密度、光伏电池温度、电池类型以及激光入射角度对光伏电池输出特性与能量转换效率的影响。实验中, 在波长为808 nm的激光功率密度从0.06 W/cm2上升至0.37 W/cm2的过程中, Si电池的最大输出功率从0.12 W上升至0.32 W, 能量转换效率从50.9%下降至21.2%; GaAs电池的最大输出功率从0.40 W上升到1.07 W, 能量转换效率从57.9%下降至23.8%。随着激光功率密度的增加, 光伏电池的输出功率先增加而后趋于饱和, 但是高功率密度激光引起的电池温升会导致其光电转换效率的下降, 所以激光功率密度的选择与光伏电池温度的控制是提高LWPT系统能量转换效率的关键因素。

为了研究激光对光伏电池辐照效应的波段性, 搭建了激光辐照下光伏电池输出特性测量平台, 采用位于波段内外的2种波长激光对3种光伏电池的辐照效应进行了实验分析。首先, 测量了光伏电池短路电流、开路电压、峰值功率、填充因子及转换效率等随激光功率和波长的变化关系。然后, 分析了激光功率和波长对光伏电池输出特性的影响规律。最后, 提出了光伏电池转换效率的优化方法。结果表明: 铟镓砷电池的转换效率高于传统的硅电池和砷化镓电池, 当激光功率为0.405 W时, 转换效率达到最大约为54.5 %, 满足空地、空空、地面等多种激光无线能量传输应用场合的重大需求。

激光无线能量传输(LWPT)技术具有传输距离长、功率密度高、转换效率高以及无需能量传输线的优势,在空间飞行器、无人机以及空间太阳能电站等方面具有潜在的应用前景。随着激光以及光伏电池技术的进一步发展,LWPT技术的可行性大大提高。介绍了LWPT技术的发展现状和趋势,分析了LWPT系统需要解决的关键技术以及激光辐照下光伏器件的响应特性,针对高功率密度、特定波长的激光专门设计并优化光电转换器件,提高光伏电池的转换效率,为LWPT技术的实际应用提供支撑。

激光无线能量传输技术具有广阔的应用前景,而光伏电池的激光辐照特性是设计激光无线能量传输系统的重要依据。针对该问题,研究了激光功率与温度对光伏电池的影响,搭建了光伏电池激光辐照特性的实验测试平台,测量并分析了光伏电池输出特性随激光强度和电池温度的变化规律。结果表明,激光辐照条件下,激光强度一定时,短路电流随温度升高而降低;温度一定时,转换效率与填充因子随激光强度的增大呈现先增大后减小的趋势。该研究可为激光无线能量传输条件下的系统设计仿真以及激光辐照下光电电池的输出特性研究提供参考。

三结砷化镓叠层电池(InGaP/GaAs/Ge)耐强光、光电转换效率高且温度特性好，是激光无线电能传输系统中光电转换组件的理想材料。基于三结砷化镓叠层电池的光谱响应曲线，以532、808和980nm三种波长激光组合入射，在保证入射总功率密度为2W/cm2的条件下，研究了三种波长入射激光的不同功率配比对其光电转换效率的影响。结果表明，在532、808和980nm三种波长入射激光功率配比为7∶8∶5时，光电转换效率最高，为33.549%。该研究对提高三结砷化镓电池的转换效率有一定的应用价值。

设计了一种专门用于对日观测成 像稳像系统的超高精度太阳敏感器。针对传统的四象限 太阳敏感器的不足，设计了一种基于十字差动式太阳硅光电池片 的探测器，以提高灵敏度和抗干扰能力。该系统在有效视场 (1°)内具有10″的低误差。