ОПТОПАРА Российский патент 2017 года по МПК H01L31/00 G02B27/00 

Изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую.

Известна резистивная оптопара, состоящая из источника света, фотопреобразователя и корпуса, между которыми имеется оптическая связь и обеспечена электрическая изоляция. В качестве фотопреобразователя в этой оптопаре используется фоторезистор или полупроводниковый резистор. Источником света в резистивной оптопаре может служить сверхминиатюрная лампочка накаливания (Иванов В.И. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник / В.И. Иванов, А.И. Аксенов, A.M. Юшин - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатоиздат, 1989. - 448 с., с. 309.

Это устройство обладает низкой выходной мощностью из-за использования источника света с малой мощностью и фотопреобразователя, рассчитанного на преобразования светового излучения малой мощности и низкой электрической прочностью из-за малого расстояния между источником света и фотопреобразователем.

Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей оптопары путем увеличения ее мощности и оптической прочности.

Задача, на решение которой направлено техническое решение, достигается тем, что в оптопаре, содержащей источник света, фотопреобразователь, корпус, в качестве источника света использована шаровая ксеноновая лампа, в качестве фотопреобразователя использована батарея солнечных элементов, дополнительно введены линза, полый изолятор, сферическая отражающая поверхность, зеркало, еще один корпус, один из корпусов имеет форму сферы, а другой имеет форму цилиндра, оба корпуса имеют отверстия в боковой поверхности в виде кругов и соединены между собой с помощью полого изолятора, в центре сферического корпуса расположена шаровая ксеноновая лампа, в торце полого изолятора, обращенного к шаровой ксеноновой лампе, расположена линза, в одном торце цилиндрического корпуса расположена сферическая отражающая поверхность, а во втором торце батарея солнечных элементов, ось полого изолятора совпадает с осями сферического корпуса и шаровой ксеноновой лампы и перпендикулярна оси цилиндрического корпуса, совпадающей с осями сферической отражающей поверхности и батареи солнечных элементов, на пересечении осей расположено поворотное зеркало, обращенное к сферической отражающей поверхности, внутренние поверхности полого изолятора, сферического и цилиндрического корпусов имеют зеркальное покрытие, шаровая ксеноновая лампа, батарея солнечных элементов оптически связаны между собой через линзу, поворотное зеркало и сферическую отражающую поверхность.

На чертеже показана предлагаемая оптопара.

Она содержит шаровую ксеноновую лампу 1; сферический корпус 2; линзу 3; полый изолятор 4; сферическую зеркально отражающую поверхность 5; поворотное зеркало 6; цилиндрический корпус 7; батарею солнечных элементов 8. Оба корпуса 2 и 7 имеют отверстия в боковой поверхности в виде кругов и соединенных между собой с помощью полого изолятора 4. Шаровая ксеноновая лампа 1 расположена в центре сферического корпуса 2. В торце полого изолятора 4, обращенного к шаровой ксеноновой лампе 1, расположена линза 3. В одном торце цилиндрического корпуса 7 расположена сферическая отражающая поверхность 5, а во втором торце батарея солнечных элементов 8. Ось полого изолятора 4 совпадает с осями сферического корпуса 2 и шаровой ксеноновой лампы 1 и перпендикулярна оси цилиндрического корпуса 7, совпадающей с осями сферической отражающей поверхности 5 и батарее солнечных элементов 8, и на их пересечении расположено поворотное зеркало 6, обращенное к сферической зеркальной отражающей поверхности 5. Внутренние поверхности полого изолятора 4, обоих корпусов 2 и 7 имеют зеркальное покрытие, шаровая ксеноновая лампа 1, батарея солнечных элементов 8 оптически связаны между собой через линзу 3, поворотное зеркало 6 и сферическую отражающую поверхность 5.

Стрелками показан ход световых лучей.

При отсутствии напряжения на шаровой ксеноновой лампе 1 электрический ток на выходе батареи солнечных элементов 8 отсутствует.

При поступлении электрического тока на шаровую ксеноновую лампу 1 оптическое излучение от нее поступает на батарею фотоэлементов 8. В батарее солнечных элементов 8 световое излучение преобразовывается в электрический ток и через выводы батареи солнечных элементов передается далее потребителю.

Увеличение оптической прочности оптопары достигается за счет того, что благодаря предлагаемой конструкции оптопары увеличивается расстояние между источником излучения, в качестве которого используется шаровая ксеноновая лампа 1, и ее фотопреобразователем, в качестве которого используется батарея солнечных элементов 8.

Увеличение выходной мощности оптопары достигается использования в ее составе в качестве источника излучения шаровой ксеноновой лампы 1, а в качестве фотопреобразователя батареи солнечных элементов 8.

При мощности шаровой ксеноновой лампы 150 Вт, при КПД преобразовании излучения лампы солнечными элементами ~70% мощность электрического тока на выходе оптопара может ~90 Вт с учетом потерь, возникающих при передаче оптического излучения от шаровой ксеноновой лампа к батарее солнечных элементов. Для этого в качестве солнечных элементов, прежде всего, могут быть использованы многослойные структуры, обеспечивающие каскадное преобразование оптического излучения. Для этих целей могут быть использованы трех- и четырехкомпонентные соединения элементов III и V групп периодической системы. Кроме того, могут быть использованы гетероструктуры с вариозной базой, когда на выходе создается широкозонное окно, соответствующее максимальной ширине спектра преобразовываемого излучения, а база имеет переменное по глубине значение (благодаря плавному изменению состава, уменьшающегося по мере углубления). Такие структуры можно получить, используя двойные, тройные и четвертные соединения на базе компонент, входящих в состав [Кирин И.Г. Потери энергии в источниках вторичного электропитания с системами гальванической развязки «Источник оптического излучения - фотоэлектрический преобразователь» / Кирин И.Г. // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2014. N 4. - С. 153-157].

Таким образом, по сравнению с прототипом заявленная оптопара обладает более высокой выходной мощностью и более высокой электрической прочностью.

Изобретение относится к области к технике преобразования световой энергии в электрическую и предназначено для преобразования световой энергии в электрическую. Заявленная оптопара содержит источник света, фотопреобразователь и корпус. В качестве источника света использована шаровая ксеноновая лампа, а в качестве фотопреобразователя использована батарея солнечных элементов. Дополнительно введены линза, полый изолятор, сферическая отражающая поверхность, зеркало, еще один корпус. При этом один из корпусов имеет форму сферы, а другой имеет форму цилиндра, причем оба корпуса имеют отверстия в боковой поверхности в виде кругов и соединены между собой с помощью полого изолятора. В центре сферического корпуса расположена шаровая ксеноновая лампа, а в торце полого изолятора, обращенного к шаровой ксеноновой лампе, расположена линза. В одном торце цилиндрического корпуса расположена сферическая отражающая поверхность, а во втором торце – батарея солнечных элементов, причем ось полого изолятора совпадает с осями сферического корпуса и шаровой ксеноновой лампы и перпендикулярна оси цилиндрического корпуса, совпадающей с осями сферической отражающей поверхности и батареи солнечных элементов. На пересечении осей расположено поворотное зеркало, обращенное к сферической отражающей поверхности, внутренние поверхности полого изолятора, сферического и цилиндрического корпусов имеют зеркальное покрытие, а шаровая ксеноновая лампа, батарея солнечных элементов оптически связаны между собой через линзу, поворотное зеркало и сферическую отражающую поверхность. Технический результат - расширение технологических возможностей оптопары. 1 ил.

Оптопара, содержащая источник света, фотопреобразователь, корпус, отличающаяся тем, что в качестве источника света использована шаровая ксеноновая лампа, в качестве фотопреобразователя использована батарея солнечных элементов, дополнительно введены линза, полый изолятор, сферическая отражающая поверхность, зеркало, еще один корпус, один из корпусов имеет форму сферы, а другой имеет форму цилиндра, оба корпуса имеют отверстия в боковой поверхности в виде кругов и соединены между собой с помощью полого изолятора, в центре сферического корпуса расположена шаровая ксеноновая лампа, в торце полого изолятора, обращенного к шаровой ксеноновой лампе, расположена линза, в одном торце цилиндрического корпуса расположена сферическая отражающая поверхность, а во втором торце - батарея солнечных элементов, ось полого изолятора совпадает с осями сферического корпуса и шаровой ксеноновой лампы и перпендикулярна оси цилиндрического корпуса, совпадающей с осями сферической отражающей поверхности и батареи солнечных элементов, на пересечении осей расположено поворотное зеркало, обращенное к сферической отражающей поверхности, внутренние поверхности полого изолятора, сферического и цилиндрического корпусов имеют зеркальное покрытие, шаровая ксеноновая лампа, батарея солнечных элементов оптически связаны между собой через линзу, поворотное зеркало и сферическую отражающую поверхность.