创意太阳能背包的理论基础研究

龙源期刊网创意太阳能背包的理论基础研究作者：李朝开邓洪亮刘磊林娜来源：《财讯》2018年第02期太阳能光伏发电理论基础背包全球资源正在逐步走向匮乏之路，但是人们生活生产中的能源需求仍在不断地增长，为了缓解或者寻求解决二者之间日益凸显的矛盾，大众对作为绿色清洁能源的太阳能倍加青睐、越来越多的关注和研究，光伏发电是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电装置。根据IHSMarkit发表的光伏市场需求，跟踪分析表明：2016年全球太阳能光伏装机量达77GW。2004年全球太阳能光伏累计装机量3.7Gw。2016全球太阳能光伏累计装机容量则达到313GW。20042016全球太阳能光伏累计装机量年均复合增长率达44.75%。国内外研究状况简析我国自2009年开始实施“金太阳示范工程”以来，光伏产品规模化应用带动了国内太阳能发电的商业化进程和技术进步。同时，国家开始出台了一系列的扶持光伏发展的政策，近些年国内光伏市场发展势态良好。还有，国家适时对光伏行业设定准入门槛，鼓励企业的创新、淘汰落后产能，加大了扶持光伏行业的龙头企业的力度。在国外，20世纪80年代以来太阳能光伏发电产业迅猛发展，可以说是世界上增长最快的高新技术产业之一。2004年，世界太阳能光伏发电装机总容量达到964.9MW。2006年底，世界太阳能光伏发电装机总容量达到4961.69Mw。至此，太阳能光伏发电已经商品化、实用化。太阳能光伏的电池种类主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、聚光电池、带状硅电池及薄膜电池等几类。同时，在太阳能光伏发电生产生活实用化的过程中，光伏电池的光电转化效率也在不断提高。目前，国外光伏发电产业的总量可以说是巨大的，约占世界光伏发电量的80%。今后光伏发电系统的发展方向主要是低成本、高效率、长寿命、实用美观等。专家们的预测是：太阳能光伏发电产业发展到2050年，其发电量中将占发电总量13-15%。《创意太阳能背包》实验研究拟达成的预期目的、内容和拟解决的相关问题大致如下。（1）项目实验研究拟达成的预期目的：第一，让学生了解当今太阳能源系统的发展近况，了解国内外太阳能光伏发电产业的研究简况；第二，探讨和研究无污染的太阳能储能系统及原理，产品的简单设计、验证原理实验等；第三，培养学生运用所学知识于生产生活实践，和激化学生的探究和解决实际问题的能力。（2）项目研究的主要内容：研究本项目，我们将设计一款环保节能、适于大众远足出游的生活实际需要、新颖时尚的太阳能背包。书包的面料优先考虑防水面料，而颜色会选取蓝黑色、灰色为主调。这样可以更好的搭配太阳能板的颜色，显得更加时尚，书包的规格初步采用30cm*16cm*44cm。我们初步将选用型号为SFM25的单晶硅太阳能板，由若干个太阳能电池片龙源期刊网按一定方式组装在一块板上的组装件。目前，最主要的光伏材料是晶体硅材料，包括多晶硅和单晶硅。据统计，其市场的占有率约在90%以上，同时也可以说在今后相当长的一段时期内，晶体硅材料也依然是太阳能电池的主流材料。对于多晶硅的需求，主要来源于半导体和太阳能电池。按照不同的纯度要求，一般可分为电子级和太阳能级。有大量专家预测，到二十一世纪前半期，太阳能光伏产业将超过核电、并将成为最重要的基础能源之一。它具有较高的积发电量，转换率可高达18.3%，据数据显示，此型号太阳能板性能比较稳定，具有质量轻、超薄、可弯曲、使用范围广等特点。相对应的薄膜太阳能电池技术也属于新一代太阳能电池技术，它具有绿色环保、零污染、低成本、平均发电量高、弱光响应好等优势。从成本上讲，材料制作简便，节约电耗。并且联机已经在串联电池制造时内建，由此不会有内部电路短路问题。考虑到美观问题，我们的太阳能板的规格将会占用书包的1/3。装太阳能板的外层面料选用较硬材质，其目的是为了更好的保护太阳能板。USB接口可以镶嵌在书包上，外层用防水面料包裹，以及可装卸的太阳能板。储电器使用500000MAH移动电路板与14500MA的多节锂电池组成，还增加了过充过放的保护功能，延长了使用寿命，也增加了安全性。（3）本项目拟解决的主要技术问题：本项目拟解决的关键技术是：设计、实验测试出各种性能参数：如额定电压，功率，最大输出功率，工作时长，性价比，寿命，质量，充电快慢等。期望能设计出一款时尚美观，物廉价美的高效的太阳能背包，材料制作简便、绿色环保、节约电耗、适合大众远足出游等生活实际所需。这是本项目研究最基础的内容，也是关键一环。在完成创意太阳能背包的原理理论研究、期望产品的设计及产品实际论证后，需要解决的就是本项目研究产品的市场推广问题：我们利用现有的大学生创业平台，创立自己的微信公众平台，微信商城，同时利用学校各大官方以及个人微信公众平台进行宣传推广。所能创造的市场价值的预测：以邵阳学院为例，我们对邵阳学院在读的2万名学生进行了问卷调查，若我们的书包售价为120元左右，有80%的学生愿意购买我们的背包，假设一个背包的纯利润是20元，假设这80%的学生里面有10%学生购买我们的背包则我们创造的市场价值为32000元。本项目相关研究知识的积累我们通过专业知识学习和查阅大量资料，对光伏发电有了初步的认识。光伏发电系统的构成如下：太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜、太阳跟踪控制系统等设备系统化组成。一般来说，以太阳能发电有光-热-电、光-电两种方式。通过利用太阳辐射产生的热能发电，即光-热-电。利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，即光-电直接转换；太阳能电池即其基本装置。太阳能电池，是一种由于光生伏特效应原理，将太阳光能直接转化为电能的器件。太阳能电池可以说是一个半导体光电二极管。每当光电二极管上照射有太阳光时，光电二极管可以将把太阳的光能转变成电能，产生电流。自然串联或并联许多个电池构成的太阳能电池方阵，就将有比较大的输出功率。目前，提高转换效率、改良电池组概念、有效地减少资源消耗、制造自动化等是晶体硅光伏组件存在的主要挑战。在早期的非晶硅单结电池的基础龙源期刊网上，由非晶硅制成的薄膜太阳能电池发展了串联和三联的非晶硅电池结构。同时，将单晶硅和多晶硅薄膜结合在一起，这样就形成了能达到更高效率的微晶硅。现如今，相对较少使用硅原料就可以相应降低产业项目成本，较高自动化程度可以达到提高生产效率的目的，在高温气候或环境下能让使用性能能维持良好，还降低了对高温的敏感度；这些均是薄膜太阳能电池技术在生产生活实践中体现出来的主要优点。本项目的创新点和特色（1）创新点：一是，利用太阳能作为驱动能源从而达到绿色环保、节能的目的；二是，应用范围广，尤其是适合于远游出行的应急使用；三是，年轻大学生消费群体，可以起到很好的示范带动作用。（2）特色：一是，方便、便捷；二是，环保、节约能源；三是，外型时尚，携带方便。本项目的技术路线及预期成果光伏发电产业按照电池技术路线一般可以分为晶体硅太阳能电池、聚光光伏电池和薄膜太阳能电池。我们本项目的研究期望以晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池的技术路线为主。相对聚光光伏电池这条路线来说，项目所涉及的两条路线使用较为广泛，技术比较成熟，选择性更高。如今，光伏组件的绝大多数是硅基晶片。据调查报告显示，直到2020年晶体硅光伏组件将持续占据光伏技术主流，市场份额也将期望超过百分之五十。这些主要原因就是依赖于晶体硅光伏组件的以下特性：可靠性的技术、丰富的原料储备以及长寿命等。提高转换效率、改良电池组概念、有效地减少资源消耗、制造自动化等是晶体硅光伏组件存在的主要挑战。现今，单晶硅和多晶硅是电池组件所采用硅材料的两种主要形式。有数据显示，目前市面上的单晶硅电池组件的最高转换效率可达到百分之十四至百分之二十；预计到2020年，其转换效率将可能会达到百分之二十三至百分之二十五；多晶硅电池组件虽然原子结构更加无序转换效率低于单晶硅，但是相对更低的成本让其使用非常广泛，预计在今后一段时间内其效率将可能达到百分之二十一。在早期的非晶硅单结电池的基础上，由非晶硅制成的薄膜太阳能电池发展了串联和三联的非晶硅电池结构。同时，将单晶硅和多晶硅薄膜结合在一起，这样就形成了能达到更高效率的微晶硅。在ⅡⅥ族化合物半导体领域发展了其他的薄膜技术，包括CdTe、CIGS。这些知识对本项目的研究是至关重要的，也是本项目研究和产品设计实践过程中寻求和解决的至关重要的技术问题的理论基础。我们将在当今研究成果和生产的产品设计的基础上，根据研究原理知识和本项目产品设计理念，利用太阳能作为驱动能源，研究和设计出简便、环保节能的适于人们远足出游的应急使用的生活必需品。