太阳能清洁除尘车(说明书)_清扫车使用说明书

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太阳能环保除尘车设计说明书

设计者:张鑫 宗有杰 张富明 陈克松

指导老师: 李金平

（兰州理工大学 土木工程学院 机电工程学院 甘肃省兰州市 邮编：730050）联系 人：宗有杰

联系方式：*** 邮箱:1716266062@qq.com 摘 要:该作品是在除尘车顶棚放置合适面积的硅光电池板，利用太阳能通过硅光电池板发电，它将会产生直流电。将产生的直流电通过一个放大装置来放大，以至于提高直流电的电压。然后将放大后的直流电用作以下三个用途：①先将放大后的电流传输到传动轴，利用传动轴、刷子与皮带的协同合作将体积较大的垃圾移入回收仓中。②用作除去细小灰尘。因为灰尘是带有静电的，即正负电荷，将放大后的电流加于多个体积较小的电容器上，将电容器至于皮带上，通过电刷使电容器带上不同电性的电荷，利用传动轴和皮带吸附小颗粒灰尘，然后利用一个振动装置将小颗粒灰尘移到回收仓。③将产生的电流蓄积到蓄电池中用作除尘机的动力以及其他方面的用途（这种情况是在太阳能充足的条件下）。关键词：太阳能 硅光电池板 放大直流电 静电 灰尘 吸附

1研制背景及意义

能源问题已成为当今世界备受关注的问题。伴随着经济的发展，我国面临着日益突出的能源挑战。我国能源资源十分有限，化石能源储量远低于世界平均水平，大约只有世界总储量的10%，已成为仅次于美国的世界第二大能源生产国和消费国。

另一方面，我国幅员辽阔，太阳能资源丰富，太阳能利用条件较好的地方占国土面积的2/3以上。但是近年来沙城暴、雾霾等一些天气在一些城市多次出现，灰尘逐渐在我们的日常生活中多次出现，严重影响了我们的日常生活和身体健康。

而且太阳能已经被用在了我们日常生活中的许多方面，目前主要应用于太阳能热水器、太阳能发电站、太阳能供暖等场所等。因此利用太阳来更好地吸附灰尘降低了空气中小颗粒的含量，更加有利于净化环境。2作品介绍

本作品通过对太阳能和灰尘特性的充分利用，将地面上的灰尘和细小颗粒物在不需要外界能源的前提下除去，同时如果在太阳照射充足的情况下，利用太阳能还可以为除尘车提供动力。而且除尘车利用太阳能提供的电能可以用来除去体积较大的各种垃圾。因此充分利用外界能源为现有装置和设备提供能量，达到预期的效果。

现有的除尘设备是需要化石燃料提供动力，而且还会对环境产生污染，对体积较大的垃圾可以进行清除，但是对于体积较小的颗粒物不能彻底有效的清除。

为解决以上问题，我们设计了太阳能除尘车以太阳热能为能源，驱动传动轴带动皮带，不需要化石燃料，不消耗其他能源；大大降低了成本。这样不但除去了灰尘，净化了空气，而且还有效的利用了太阳能。

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图一太阳能环保除尘车总体示意图

1、清洁毛刷

2、传送带

3、灰尘起电及传送带

4、大垃圾储存仓

5、振荡器

6、灰尘储存仓

7、变压模块

8、蓄电池

9、硅光电池板方案设计

3.1太阳能发电系统

太阳能发电系统是整个装置的动力系统—电动机所需要的机械能就是来源于这个系统，而且灰尘吸引器的电能也由它提供，由太阳能硅光电池板、蓄电池、变压模块组成。3.2 大体积垃圾清扫系统

大体积垃圾清扫系统由清扫装置和运输装置组成。其中清扫装置由毛刷和电机组成。毛刷上的毛由长条状的弹性适中的塑料片和较长的柔软布条组成。长条状的塑料片可以将大件的垃圾进行扫动，如塑料瓶、大纸团等。塑料片之间形成角度，可以将垃圾进行收拢、集中。较长的柔软布条可以将剩下的较小的垃圾，如纸片、塑料袋等进行清扫，同时可以将路上的灰尘向后扬起，以便后面的除尘装置进行吸收。毛刷尾部装有传送带，以便将扫来的垃圾进行运输及回收。大垃圾清扫系统结构如图2所示

2134图2大体积垃圾清洁系统示意图

1、毛刷

2、传送带

3、长条状塑料片

4、柔软布条

3.3 灰尘清扫系统

灰尘清除系统安装在大垃圾清除系统后面。主要是为了清除上一步工作所扬起的灰尘，以达到彻底消除车道浮尘的目的。其主要的工作原理是利用电晕放电使得灰尘及其他污染悬浮物带电，吸附在极板上，然后加以清除。其中起电以及吸附装置为安置在车底的带有极板的传送带。在传送带尾部有振荡器，以便将灰尘震下，加以回收。如图3所示。

图3灰尘清洁系统设计示意图

1、传送带

2、起电极板

3、弹簧

4、振动器

3.4能量转化与利用

太阳能通过车顶的硅光电池板转化为电能，经由升压模块进行升压处理，带动毛刷及传送带的运作，对起电极板充电，将电能转化为机械能，同时将多余的电能储存到蓄电池中为汽车提供其他方面之用，例如车灯等。该设计还利用了电晕放电现象（高压极板之间空气在电场作用下电离，空气粒子使悬浮的灰尘感电，在电场力作用下使灰尘吸附在极板上）。4理论计算

4.1硅光电池发电

1.硅光电池的照度特性 硅光电池是属于一种有PN结的单结光电池．它由半导体硅中渗入一定的微量杂质而制成．当光照射在PN结上时，由光子所产生的电子与空穴将分别向 P区和N区集结，使PN结两端产生光生电动势．这一现象称为光伏效应．

（1）硅光电池的短路电流与照度关系 当光照射硅光电池时，将产生一个由N区流向P区的光生电流IPh，同时由于PN结二极管的特性，存在正向二极管管电流 ID，此电流方向从P区到N区，与光生电流相反，因此实际获得电流I为 I=Iph-ID=Iph-I0[exp(qv/nkBT)-1]

(1)式中V为结电压，I0为二极管反向饱和电流，I Ph是与入射光的强度成正比的光生电流，其比例系数与负载电阻大小以及硅光电池的结构和材料特性有关．n为理想系数，是表示PN结特性的参数，通常在1-2之间，q为电子电荷，kB为波尔茨曼常数，T为绝对温度．在一定照度下，当光电池被短路（负载电阻为零），V = 0，由（1）式可得到短路电流 Isc=Iph

(2)硅光电池短路电流与照度特性见图 1．

（2）硅光电池的开路电压与照度关系 当硅光电池的输出端开路时，I = 0，由（1）与（2）式可得开路电压

Vco=nkBT/qIn(Isc/I0+1)硅光电池开路电压与照度特性见图 1．

(3)

1.硅光电池强度（光度）特性;实验数据如下表

根据表中数据在Origin中作图如下：

从图中可以看出，硅光电池的短路电流和光照强度呈线性关系，随着光照增大，短路电流增大。短路时负载为0，短路电流等于光生电流，说明光生电流的大小和照度呈正比。同时还能够发现硅光电池的开路电压也随光照强度的增大而增大，但是照度越强，改变量越小。

通过上面硅光电池的原理以及在相应光照强度下输出的电流电压值，可以通过电路传送到汽车底部的金属板上，通过正负相间的极性来吸附地面上的灰尘等小颗粒垃圾，然后通过传送带传送到垃圾箱体中，而汽车上的太阳能电池板是由许多独立的硅片被组合，形成太阳能电池方阵，其有效面积为8平方米,太阳光照射到电池板每平方米电池上的辐射功率为1千瓦,在晴天,电池对太阳时产生的电压为120伏,并对车上的电动机提供10A的电流，因此为形成汽车底部金属板形成正负极性提供的可靠地条件。4.2升压模块

通过升压模块将太阳能电池板所产生的电压放大到吸附灰尘及小颗粒所需的电压，然后发挥升高后电压的作用（可以将电压升高为原来的2到4倍）。

5创新点

1、利用电晕起电的方法使灰尘带电。

2、将太阳能转化为电能，3、利用灰尘等小颗粒带有静电的特性来对其进行较大程度的吸附。

4、通过直流电升压模块将电压升高，达到更广泛的利用。

5、将大小垃圾分类收集。6前景展望

太阳能利用技术是当今能源领域的热点和前沿。太阳能光伏发电是目前比较成熟的技术，具有安全可靠、无噪音、无污染、能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、建站周期短、无需架设输电线路、可以方便地与建筑物相结合等优点，是常规发电和其它发电方式所不及的。利用太阳能清洁环境，取之于自然，用之于自然，在未来的发展中，具有很好的经济效益与市场前景，同时满足能源与社会的可持续发展。

参考文献

[1] 李钟实编著.太阳能光伏发电系统.人民邮电出版社.2010.1 [2] 冯垛生等编著.太阳能发电技术与应用.人民邮电出版社.2009.9 [3] 赵争铭等编著.太阳能光伏发电及其应用.科学出版社.2006.