太阳能式室内空气净化器

1.1 作品背景

作为一名大学生，在我们的日常生活中，会有许多时候面临各种异味，比如在食堂中，因为剩菜剩饭没有及时处理，食堂中会有异味弥散在食堂当中在夏天更加明显，这些异味对我们的用餐心情和健康都有很大影响;再比如，在冬天的教室内，因为空气不流通，导致室内空气污浊，不仅使人昏昏欲睡而且容易诱发集体疾病的发生。这就需要净化室内空气，使室内空气质量达到良好标准，来解决室内空气污浊引起的一系列问题。

从大数据来看，由于近年来，室内空气污染物如粉尘（颗粒污染物）、甲醛（装修污染）、异味（细菌污染）等各种空气污染物对人体危害系数的逐渐升高，人们逐渐认识到室内空气污染物的危害，同时对室内空气质量的要求逐渐提高，空气净化器应运而生。

1.2产品说明

一、产品组成及作用

①、太阳能发电系统：由太阳能电池板、接线箱、蓄电池组、控制器、逆变器、配电箱、变压器组成;

太阳能电池板：发电最核心的部分，其作用是将太阳辐射的光能转化为电能，或在蓄电池中储存起来，来推动负载进行工作;

蓄电池组：储存电能;

控制器：控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用，使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点Pm附近，以获得最高效率（充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式）。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障时快速切断开关，在温差较大的地方，还应具备温度补偿的功能;

逆变器：按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变，由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC，为能向220VAC的电器提供电能，逆变器将蓄电池的直流电逆变成交流电，需要使用DC-AC逆变器，有时需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能;

变压器：变换交流电压、电流和阻抗。

②、被动式空气净化器系统：由排风扇、空气过滤器、高压负离子发生器、收集器组成;

排风扇：风扇在机器中的作用体现在机器工作的开始和结束，开始：将污染空气吸到机器内进行一系列净化反应，最后：将净化之后的空气释放到室内，风扇使室内空气流动起来;

空气过滤器：由两层滤网组成，第一层滤网是静电过滤网，吸附空气中的悬浮粒子，第二层滤网是活性炭过滤器，吸收异味;

高压负离子发生器：利用高压放电、有选择性地对空气中氧原子进行电离，产生负氧离子。

收集器：收集滤网中吸附的颗粒物质。

二、工作运行

①、节能装置：

位于房顶上的太阳能板接收到直射和斜射的光能，产生直流电，储存在蓄电池组中，通过逆变器将直流电转化为交流电，通过控制器的控制作用，显示电压大小，再通过变压器，将其变成室内所需电压，可连接视频显示系统，及時检测各项数据的正确性。收集的电能驱动空气净化机工作。

②、耗能装置：

空气净化器内的风扇将室内的污浊空气吸入，使室内空气循环流动;污染的空气在通过空气过滤器时进行两次过滤，将各种污染物清除或吸附;然后经过装在出风口的负离子发生器，负离子与空气中的其他化合物结合，最后将已经在机器中进行一系列净化后的清新空气通过排风扇再次排出，以达到清洁净化空气的作用。

1.4  设计原理

1、光伏发电原理：以晶体硅为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

2、控制器：既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。

3、理想变压器原理：即电磁感应原理。当变压器的原线圈接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通用φ表示。原、副线圈中的φ是相同的，φ=φmsinωt。原、副线圈中的感应电动势为e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2为原、副线圈的匝数。U1=-E1，U2=E2，其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，称变压器的变比（有效值）。可得U1/ U2=-N1/N2=-k，原、副线圈电压的位相差为π，所以，U1/U2=N1/N2，在空载电流可以忽略的情况下，有I1/ I2=N2/N1，理想变压器原、副线圈的功率相等P1=P2。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗，其效率为η=P2/P1。电力变压器的效率很高，可达90%以上。

4.负离子发生器原理：负离子发生器中的高压产生直流负高压，将空气不断电离，产生大量负离子在风扇的作用下形成负离子电流，高压负离子发生器，利用高压放电、有选择性地对空气中氧原子进行电离，产生负氧离子。负氧离子具有十分活泼的化学特性，它能迅速与空气中其它化合物结合，使其形成新形态的氧化物，进而使某些气态物质转化为晶态物达到净化空气目的。

5.臭氧和负离子产生原理：模拟自然界雷电现象产生负离子和臭氧的原理，通过电子线路的作用，将输入的低电压升为直流和交流高电压，由特殊的元件进行放电，使空气电离而产生负离子和臭氧，进而产生活性氧，以改善和调节空气，使空气更加清新、自然。

6.臭氧强效杀菌分解原理：臭氧是人类已知的仅次于氟的第二位强氧化剂，臭氧在一定浓度下能与细菌、病毒等微生物产生生物化学氧化反应。臭氧有很高的能量，所以很不稳定，在常温、常压下分子结构易变，很快分解成氧和单个氧原子。单个氧具有很强的活性，对细菌、病毒等微生物有较强的氧化作用。

7、滤网原理：第一层滤网是静电过滤网，在无纺布纤维内植入正负向永久性电荷，使布面上充满高伏特数的强力静电，用来吸附空气中的悬浮粒子，使有害人体的分子在通过滤网时被吸附在滤网内，滤网清净效率可从7%到滤心集尘95%。空气清洁器的空气净化滤网内的高压电离器使空气中的污染物小到如细菌和病毒这样0.01微米的微粒带电，并被吸附在收集盘中，这样可以阻止有害的刺激物在室内流通。第二层滤网是活性炭过滤器，吸收异味。净化后的空气再次回到室内。

作者简介：崔雪超，男（1996.6—），汉族，河北石家庄人，本科在读，研究方向：建筑环境。