TRIZ理论太阳能电池设计-solarbe文库

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TRIZ 理论太阳能电池设计一、研究目的太阳能飞机是以太阳能转化为电能作为能源的一种航空器，由于太阳能的零污染和取之不尽的优点，作为飞机的能源可大大提升飞机的续航能力，并且符合低碳经济和未来能源的发展方向。设计太阳能飞机，最主要的是能够将太阳能转化为电能。将太阳能转化为电能的设备选择太阳能电池，因为其技术相对较成熟，并且易于实现。其中一种方法是用平面太阳能电池，其转化效率在 20左右，能较容易地为飞机提供足够的电能，但因其是平面而飞机上大部分表面为曲线形，所以比较难以实现将其与飞机的完美结合。如果额外搭建平台（类似于预警机）用于安装太阳能电池，那么势必增加飞机的重量、复杂性，降低了飞机的灵活性。另一种方法是选用薄膜太阳能电池，因其质量轻、弯曲度好，能与飞机的一部分表面有效结合，故可将其作为飞机的最外蒙皮，这样克服了平面太阳能电池的不足，但此种方法的效率低（ 10左右）。要想制作出薄膜太阳能电池供电的太阳能飞机，就要在飞机上装备大量的薄膜太阳能电池，但飞机表面达不到这样的有效表面。如果用增大翼展来增加有效表面，增加的薄膜太阳能电池所产生的电能还不足以提升其所增加的材料，并且耗费较大。二、基本思路及创新点1、功能分析从 TRIZ 理论定义上来说，一个技术系统应包括三个部分两种物质和一个场（或是能量）。要解决问题，首先要明确引起问题的技术系统。在上面的问题中，引起问题的技术系统是飞机、太阳能电池和太阳能电池产生的电能。可以列出该技术系统的主要成分及相应功能，如表 1。表 1技术系统的主要组件及相应功能系统的理想解太阳能电池有足够的太阳光转化为电能，太阳能电池的转化效率较高，提供的电能足够让飞机延长续航时间，飞机的各项参数合理。2、技术矛盾分析通过上面的描述，需要找到一种解决方法太阳能电池既能提供足够的电能使飞机起飞和续航，又不增加飞机的重量和复杂性等。该系统中存在着这样的技术矛盾太阳能电池的效率（选用薄膜太阳能电池还是平面太阳能电池）与飞机的复杂性、飞机的重量及飞机的稳定性之间的矛盾。3、解决技术矛盾首先，找出问题的不确定因素，然后将这些不确定因素转化为 39个通用工程参数，使用矛盾矩阵有两个方向一个是恶化参数，即这些参数的改变在系统中是有害的；另一个是改善参数，这是要提高或者增大的参数，所以要将这些参数按恶化还是改善分成两类。最后就是把这些参数按改善还是恶化一一匹配，按矛盾矩阵找出对应的发明原理来解决问题。利用这些步骤解决飞机太阳能电池的问题。不确定因素及其通用工程参数，并且分类。如表 2表 2 不确定因素的的转化技术矛盾匹配①和③，①和④，②和③，②和④；通过 TRIZ 理论中阿奇舒勒矛盾矩阵，在交叉处得到发明原理，如表 3为阿奇舒勒矛盾一角表 3阿奇舒勒矛盾矩阵一角了上面的技术矛盾匹配，在矩阵中找到了如下表 4的发明原理。表 3阿奇舒勒矛盾矩阵一角表 4技术矛盾在矩阵中的举例表 4技术矛盾在矩阵中的举例编号对应着 TRIZ 中的 40个不同的发明原理原理 12等势原则在能场中，避免物体位置的改变。原理 17维变多维 1）将物体从一维变到二维或多维空间； 2）用多层结构代替单层结构； 3 使物体倾斜或侧向放置； 4）使用给定表面的另一面。表 4技术矛盾在矩阵中的举例原理 35物理 / 化学状态变化改变物体的物理 / 化学状态，浓度 / 密度，柔性，温度。最后通过分析这些原理，找到对该问题有用的原理并加以运用。在本次实践中，仍可选用具有较高效率的平面太阳能电池，但由于机翼是曲面的，所以利用发明原理 17中一维变多维的思路和发明原理 35中改变其物理性质的思路，将整块平面电池沿单晶硅排列方向切割成许多细长的电池条，用增透膜连接，贴在机翼上。经过这样的工艺制作的曲面太阳能电池本身具有一定的强度，可用电池直接作为机翼的复合材料层压蒙皮，这样既没有增加飞机的重量，也没有增加飞机的复杂性，而且稳定性得到了保证，电能供应也得到了保证。应用 TRIZ 理论中的矛盾矩阵和发明原理，对实际问题的 TRIZ 转换，设计出的曲面太阳能电池，其光电转换效率和平面太阳能电池一样，用增透膜代替了增透玻璃，减小了太阳能电池的重量，同时具有良好的可弯曲度，适用于小型机翼。