太陽能式室內空氣凈化器

1.1 作品背景

作為一名大學生，在我們的日常生活中，會有許多時候面臨各種異味，比如在食堂中，因為剩菜剩飯沒有及時處理，食堂中會有異味彌散在食堂當中在夏天更加明顯，這些異味對我們的用餐心情和健康都有很大影響;再比如，在冬天的教室內，因為空氣不流通，導致室內空氣污濁，不僅使人昏昏欲睡而且容易誘發集體疾病的發生。這就需要凈化室內空氣，使室內空氣質量達到良好標準，來解決室內空氣污濁引起的一系列問題。

從大數據來看，由于近年來，室內空氣污染物如粉塵（顆粒污染物）、甲醛（裝修污染）、異味（細菌污染）等各種空氣污染物對人體危害系數的逐漸升高，人們逐漸認識到室內空氣污染物的危害，同時對室內空氣質量的要求逐漸提高，空氣凈化器應運而生。

1.2產品說明

一、產品組成及作用

①、太陽能發電系統：由太陽能電池板、接線箱、蓄電池組、控制器、逆變器、配電箱、變壓器組成;

太陽能電池板：發電最核心的部分，其作用是將太陽輻射的光能轉化為電能，或在蓄電池中儲存起來，來推動負載進行工作;

蓄電池組：儲存電能;

控制器：控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用，使太陽能發電系統始終處于發電的最大功率點Pm附近，以獲得最高效率（充電控制通常采用脈沖寬度調制技術即PWM控制方式）。放電控制主要是指當電池缺電、系統故障時快速切斷開關，在溫差較大的地方，還應具備溫度補償的功能;

逆變器：按激勵方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變，由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC，為能向220VAC的電器提供電能，逆變器將蓄電池的直流電逆變成交流電，需要使用DC-AC逆變器，有時需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉換成5VDC的電能;

變壓器：變換交流電壓、電流和阻抗。

②、被動式空氣凈化器系統：由排風扇、空氣過濾器、高壓負離子發生器、收集器組成;

排風扇：風扇在機器中的作用體現在機器工作的開始和結束，開始：將污染空氣吸到機器內進行一系列凈化反應，最后：將凈化之后的空氣釋放到室內，風扇使室內空氣流動起來;

空氣過濾器：由兩層濾網組成，第一層濾網是靜電過濾網，吸附空氣中的懸浮粒子，第二層濾網是活性炭過濾器，吸收異味;

高壓負離子發生器：利用高壓放電、有選擇性地對空氣中氧原子進行電離，產生負氧離子。

收集器：收集濾網中吸附的顆粒物質。

二、工作運行

①、節能裝置：

位于房頂上的太陽能板接收到直射和斜射的光能，產生直流電，儲存在蓄電池組中，通過逆變器將直流電轉化為交流電，通過控制器的控制作用，顯示電壓大小，再通過變壓器，將其變成室內所需電壓，可連接視頻顯示系統，及時檢測各項數據的正確性。收集的電能驅動空氣凈化機工作。

②、耗能裝置：

空氣凈化器內的風扇將室內的污濁空氣吸入，使室內空氣循環流動;污染的空氣在通過空氣過濾器時進行兩次過濾，將各種污染物清除或吸附;然后經過裝在出風口的負離子發生器，負離子與空氣中的其他化合物結合，最后將已經在機器中進行一系列凈化后的清新空氣通過排風扇再次排出，以達到清潔凈化空氣的作用。

1.4 ?設計原理

1、光伏發電原理：以晶體硅為例描述光發電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結。當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了躍遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。

2、控制器：既能跟蹤調控點Pm，又能跟蹤太陽移動參數的控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。

3、理想變壓器原理：即電磁感應原理。當變壓器的原線圈接在交流電源上時，鐵心中便產生交變磁通，交變磁通用φ表示。原、副線圈中的φ是相同的，φ=φmsinωt。原、副線圈中的感應電動勢為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線圈的匝數。U1=-E1，U2=E2，其復有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，稱變壓器的變比（有效值）。可得U1/ U2=-N1/N2=-k，原、副線圈電壓的位相差為π，所以，U1/U2=N1/N2，在空載電流可以忽略的情況下，有I1/ I2=N2/N1，理想變壓器原、副線圈的功率相等P1=P2。說明理想變壓器本身無功率損耗。實際變壓器總存在損耗，其效率為η=P2/P1。電力變壓器的效率很高，可達90%以上。

4.負離子發生器原理：負離子發生器中的高壓產生直流負高壓，將空氣不斷電離，產生大量負離子在風扇的作用下形成負離子電流，高壓負離子發生器，利用高壓放電、有選擇性地對空氣中氧原子進行電離，產生負氧離子。負氧離子具有十分活潑的化學特性，它能迅速與空氣中其它化合物結合，使其形成新形態的氧化物，進而使某些氣態物質轉化為晶態物達到凈化空氣目的。

5.臭氧和負離子產生原理：模擬自然界雷電現象產生負離子和臭氧的原理，通過電子線路的作用，將輸入的低電壓升為直流和交流高電壓，由特殊的元件進行放電，使空氣電離而產生負離子和臭氧，進而產生活性氧，以改善和調節空氣，使空氣更加清新、自然。

6.臭氧強效殺菌分解原理：臭氧是人類已知的僅次于氟的第二位強氧化劑，臭氧在一定濃度下能與細菌、病毒等微生物產生生物化學氧化反應。臭氧有很高的能量，所以很不穩定，在常溫、常壓下分子結構易變，很快分解成氧和單個氧原子。單個氧具有很強的活性，對細菌、病毒等微生物有較強的氧化作用。

7、濾網原理：第一層濾網是靜電過濾網，在無紡布纖維內植入正負向永久性電荷，使布面上充滿高伏特數的強力靜電，用來吸附空氣中的懸浮粒子，使有害人體的分子在通過濾網時被吸附在濾網內，濾網清凈效率可從7%到濾心集塵95%。空氣清潔器的空氣凈化濾網內的高壓電離器使空氣中的污染物小到如細菌和病毒這樣0.01微米的微粒帶電，并被吸附在收集盤中，這樣可以阻止有害的刺激物在室內流通。第二層濾網是活性炭過濾器，吸收異味。凈化后的空氣再次回到室內。

作者簡介：崔雪超，男（1996.6—），漢族，河北石家莊人，本科在讀，研究方向：建筑環境。