雙能源小型化吸擦一體清潔機(jī)器人改進(jìn)與創(chuàng)新研究

高仰煊 楊冠群 李東

摘 要：本文對目前市場吸塵器普及調(diào)查，總結(jié)優(yōu)劣勢提出了優(yōu)化思路并加以可行性驗證。優(yōu)化現(xiàn)階段對能源的利用率，增加了光能的新型利用途徑。節(jié)約了生產(chǎn)成本，加強(qiáng)了產(chǎn)品功能性。

關(guān)鍵詞：小型化 經(jīng)濟(jì) 太陽能 新型智能

引 言

目前國內(nèi)智能吸塵器產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，但小型家用吸塵拖地一體化，運用太陽能電能雙能源智能切換的新型清潔機(jī)器人在國內(nèi)仍屬空白。 我們的設(shè)計將大型吸塵機(jī)器縮小化，同時功耗也隨之減小，使將太陽能供電使用成為可能加上水箱抹布在吸塵的同時實現(xiàn)細(xì)致擦地的功能 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會的進(jìn)步，化石能源的供不應(yīng)求，人們對能源提出越來越高的要求，尋找新能源成為當(dāng)前人類面臨的迫切課題。照射在地球上的太陽能非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽能，足以供全球人類一年能量的消耗。

1項目設(shè)計思路與應(yīng)用理念

1.1項目前景與實施意義

隨著人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展，人們的居住環(huán)境逐漸向大居室，高樓層高采光度發(fā)展 越來越大的居住空間也將耗費人們更多時間去清掃目前很多建筑采用落地式窗提高采光度為我們帶來了更多運用太陽能有利條件 我們的機(jī)器設(shè)計于寬闊少障居住空間 將原件緊湊化 空間合理化 將擦地功能加在了傳統(tǒng)的吸塵器上運用了新型一體化太陽能板 光線距離傳感器 向日葵控制器dc-ac逆變器 采用了完善的控制系統(tǒng) 實現(xiàn)了電能太陽能智能無瑕切換 并將收集到的廢棄物進(jìn)行集中放置 大大減少了誤吸物品，供能不足等清潔事故率。

1.2項目可行性研究

目前國內(nèi)大部分使用的吸塵器為大功率吸塵器1600瓦至1400瓦 中型1200至1400瓦 小型600至800瓦 可見其消耗能量不可小覷 而我們使用的N型IBC結(jié)構(gòu)的雙面電池轉(zhuǎn)化率可達(dá)22.23% N型IBC結(jié)構(gòu)的雙面電池主要由鋰電池和太陽能組件組成。通過直接置換原裝電池的方式，這種直接充電的方式能量損耗極低，效率是其他太陽能充電產(chǎn)品的2倍。

太陽能面板采用大猩猩玻璃覆蓋，采用激光切割的工藝，厚度小于1mm。陽光直射的情況下，充電速度可達(dá)每小時20%電量 這種將傳統(tǒng)太陽能板與電池相結(jié)合的技術(shù)真正摘掉了太陽能充電 “華而不實”的帽子故實驗使用其為吸塵器供能充電并達(dá)到真正實際運用效果體現(xiàn)可行。

2技術(shù)支持與理論指導(dǎo)

2.1關(guān)于電池模塊的選用

光伏電池板是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是光伏發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中儲存起來，或推動負(fù)載工作。光伏電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。

光伏電池的發(fā)電原理是利用了光生伏特效應(yīng)。它實質(zhì)上是一個大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個面，列如P型面時，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，那么P型區(qū)每吸收一個光子就產(chǎn)生一對自由電子和空穴，電子—空穴對從表面向內(nèi)迅速擴(kuò)散，在結(jié)電場的作用下，最后建立一個與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動勢。

2.1.1 N型IBC結(jié)構(gòu)的雙面電池

該電池為目前通用的新型常規(guī)太陽能電池，經(jīng)過市場磨合其價格與性能與本設(shè)計需求最為符合，N型IBC結(jié)構(gòu)的雙面電池，是N型電池中轉(zhuǎn)化效率最高的電池結(jié)構(gòu)。該電池正面沒有柵線遮擋，前表面的光學(xué)陷光效應(yīng)和表面鈍化與電池金屬化分別在電池的兩個表面，因此它們之間的相互制約因素可以不予考慮，極大地拓展了IBC電池光學(xué)和電學(xué)性能的優(yōu)化空間，電池轉(zhuǎn)化效率也得到極大的提升。

2.1.2 IBC 電池的優(yōu)勢分析

轉(zhuǎn)化效率高，平均轉(zhuǎn)化效率大于22%。2.無LID（光致衰減），更好地保障系統(tǒng)發(fā)電量，縮短投資回報期。3.正面無金屬電極遮擋，短路電流高，可以達(dá)到42mA/cm2。4.不用考慮金屬化的問題，可以對正面的光學(xué)減反和表面鈍化進(jìn)行最大限度優(yōu)化。5.正負(fù)極金屬都在背面，可以增加電極面積從而減小金屬柵線的串阻損失，同時增加光學(xué)背反射提高電流。6.良好的弱光響應(yīng)和較低的溫度系數(shù)。7.正負(fù)電極都在電池的一側(cè)，簡化組件的制作工藝。8.組件外觀均勻美觀，可廣泛運用于光伏建筑一體化。9.組件功率高，運用于屋頂面積有限的分布式市場更具優(yōu)勢。

可以看出在STC條件下，n-ibc雙面電池的正面功率可以達(dá)到5.2 W，背面功率可以達(dá)到4.7 W，電池的雙面率為90%。n-PERT雙面電池相對于單面電池的效率增益難以通過單片電池來衡量，一般將多片太陽電池采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式將電極連接起來，采用EVA、玻璃、背板等材料進(jìn)行封裝，成為組件來衡量效率的增益。雙面電池組件的正面采用玻璃+EVA 進(jìn)行封裝，背面可以采用EVA+玻璃封裝或者EVA+透明的背板進(jìn)行封裝，保證太陽光可以透過封裝材料照射到電池的背面，理論計算的雙玻組件在不同背面反射情況下的最大功率和最大電流，（b）實際的雙玻組件在不同被反射情況下相對于多晶組件水泥地面的電量輸出增益（所有的組件均南面朝向，30度傾斜安裝）

當(dāng)雙玻組件安裝的朝向、傾斜度和高度固定，雙玻組件的發(fā)電增益主要與組件背面地面的反射率有關(guān)，以一塊電性能參數(shù)如表1所示的雙玻組件為例，組件在不同背面反射情況下的最大功率和最大電流的理論計算數(shù)值如圖4（a）所示?？梢钥闯觯M件的最大輸出功率和最大電流值與背面地面的反射率正相關(guān)，隨著背面反射率的增加而增加；而且，最大輸出功率曲線和最大電流曲線增長趨勢相近，表明組件功率的提高主要得益于組件電流的提高，組件電流的提高是由于背面反射率的提高使更多的光被吸收利用。

因此，從理論和實際運用兩方面都說明了雙面電池的背面可以發(fā)電，具有提高組件輸出功率的作用。

3結(jié)論

設(shè)計的總體思路為搜索文獻(xiàn)、查閱資料、制作模型圖紙、制作模型機(jī) 、小組交流進(jìn)行太陽能板的選配、進(jìn)行光線傳感的適配性實驗、進(jìn)行水箱的加裝與供水系統(tǒng)的適配、制作適配APP8形成一體機(jī)、進(jìn)行外觀改良、總體性能適配、總結(jié)經(jīng)驗與改進(jìn)、落實產(chǎn)能化。機(jī)身輕量化研究以及適配性的融合，各組分模塊羅列與搭配光線傳感器擬采用ORAP-29044新型光線傳感器為機(jī)器提供更加精確的“眼睛”，拖地尾托及供水，擬采用上供式供水系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械式閥門選擇節(jié)約成本。綜上，降低了產(chǎn)品制造費用30%-35%，響應(yīng)了國家節(jié)能減排新戰(zhàn)略。減少了家庭勞動量。