双能源小型化吸擦一体清洁机器人改进与创新研究

高仰煊 杨冠群 李东

摘 要：本文对目前市场吸尘器普及调查，总结优劣势提出了优化思路并加以可行性验证。优化现阶段对能源的利用率，增加了光能的新型利用途径。节约了生产成本，加强了产品功能性。

关键词：小型化 经济 太阳能 新型智能

引 言

目前国内智能吸尘器产业蓬勃发展，但小型家用吸尘拖地一体化，运用太阳能电能双能源智能切换的新型清洁机器人在国内仍属空白。 我们的设计将大型吸尘机器缩小化，同时功耗也随之减小，使将太阳能供电使用成为可能加上水箱抹布在吸尘的同时实现细致擦地的功能 随着经济的发展、社会的进步，化石能源的供不应求，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消耗。

1项目设计思路与应用理念

1.1项目前景与实施意义

随着人类科学技术发展，人们的居住环境逐渐向大居室，高楼层高采光度发展 越来越大的居住空间也将耗费人们更多时间去清扫目前很多建筑采用落地式窗提高采光度为我们带来了更多运用太阳能有利条件 我们的机器设计于宽阔少障居住空间 将原件紧凑化 空间合理化 将擦地功能加在了传统的吸尘器上运用了新型一体化太阳能板 光线距离传感器 向日葵控制器dc-ac逆变器 采用了完善的控制系统 实现了电能太阳能智能无瑕切换 并将收集到的废弃物进行集中放置 大大减少了误吸物品，供能不足等清洁事故率。

1.2项目可行性研究

目前国内大部分使用的吸尘器为大功率吸尘器1600瓦至1400瓦 中型1200至1400瓦 小型600至800瓦 可见其消耗能量不可小觑 而我们使用的N型IBC结构的双面电池转化率可达22.23% N型IBC结构的双面电池主要由锂电池和太阳能组件组成。通过直接置换原装电池的方式，这种直接充电的方式能量损耗极低，效率是其他太阳能充电产品的2倍。

太阳能面板采用大猩猩玻璃覆盖，采用激光切割的工艺，厚度小于1mm。阳光直射的情况下，充电速度可达每小时20%电量 这种将传统太阳能板与电池相结合的技术真正摘掉了太阳能充电 “华而不实”的帽子故实验使用其为吸尘器供能充电并达到真正实际运用效果体现可行。

2技术支持与理论指导

2.1关于电池模块的选用

光伏电池板是光伏发电系统中的核心部分，也是光伏发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中储存起来，或推动负载工作。光伏电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

光伏电池的发电原理是利用了光生伏特效应。它实质上是一个大面积的PN结，当光照射到PN结的一个面，列如P型面时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴，电子—空穴对从表面向内迅速扩散，在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。

2.1.1 N型IBC结构的双面电池

该电池为目前通用的新型常规太阳能电池，经过市场磨合其价格与性能与本设计需求最为符合，N型IBC结构的双面电池，是N型电池中转化效率最高的电池结构。该电池正面没有栅线遮挡，前表面的光学陷光效应和表面钝化与电池金属化分别在电池的两个表面，因此它们之间的相互制约因素可以不予考虑，极大地拓展了IBC电池光学和电学性能的优化空间，电池转化效率也得到极大的提升。

2.1.2 IBC 电池的优势分析

转化效率高，平均转化效率大于22%。2.无LID（光致衰减），更好地保障系统发电量，缩短投资回报期。3.正面无金属电极遮挡，短路电流高，可以达到42mA/cm2。4.不用考虑金属化的问题，可以对正面的光学减反和表面钝化进行最大限度优化。5.正负极金属都在背面，可以增加电极面积从而减小金属栅线的串阻损失，同时增加光学背反射提高电流。6.良好的弱光响应和较低的温度系数。7.正负电极都在电池的一侧，简化组件的制作工艺。8.组件外观均匀美观，可广泛运用于光伏建筑一体化。9.组件功率高，运用于屋顶面积有限的分布式市场更具优势。

可以看出在STC条件下，n-ibc双面电池的正面功率可以达到5.2 W，背面功率可以达到4.7 W，电池的双面率为90%。n-PERT雙面电池相对于单面电池的效率增益难以通过单片电池来衡量，一般将多片太阳电池采用串联或并联的方式将电极连接起来，采用EVA、玻璃、背板等材料进行封装，成为组件来衡量效率的增益。双面电池组件的正面采用玻璃+EVA 进行封装，背面可以采用EVA+玻璃封装或者EVA+透明的背板进行封装，保证太阳光可以透过封装材料照射到电池的背面，理论计算的双玻组件在不同背面反射情况下的最大功率和最大电流，（b）实际的双玻组件在不同被反射情况下相对于多晶组件水泥地面的电量输出增益（所有的组件均南面朝向，30度倾斜安装）

当双玻组件安装的朝向、倾斜度和高度固定，双玻组件的发电增益主要与组件背面地面的反射率有关，以一块电性能参数如表1所示的双玻组件为例，组件在不同背面反射情况下的最大功率和最大电流的理论计算数值如图4（a）所示。可以看出，组件的最大输出功率和最大电流值与背面地面的反射率正相关，随着背面反射率的增加而增加；而且，最大输出功率曲线和最大电流曲线增长趋势相近，表明组件功率的提高主要得益于组件电流的提高，组件电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，从理论和实际运用两方面都说明了双面电池的背面可以发电，具有提高组件输出功率的作用。

3结论

设计的总体思路为搜索文献、查阅资料、制作模型图纸、制作模型机 、小组交流进行太阳能板的选配、进行光线传感的适配性实验、进行水箱的加装与供水系统的适配、制作适配APP8形成一体机、进行外观改良、总体性能适配、总结经验与改进、落实产能化。机身轻量化研究以及适配性的融合，各组分模块罗列与搭配光线传感器拟采用ORAP-29044新型光线传感器为机器提供更加精确的“眼睛”，拖地尾托及供水，拟采用上供式供水系统进行机械式阀门选择节约成本。综上，降低了产品制造费用30%-35%，响应了国家节能减排新战略。减少了家庭劳动量。