1、 潘颖萱：便携式太阳能电池板的结构设计 1便携式太阳能电池板的结构设计 （工程技术学院 机械设计制造及其自动化专业 潘颖萱）（学号：2001111024）内容摘要：近年来世界能源紧缺，促使太阳能技术飞速发展，在各个生产、生活领域得到广泛应用。从为住宅、工厂供电的大型建筑发电系统，到为手机、PDA 等电子产品充电的便携式太阳能充电器，都是太阳能技术重点发展方向。这次设计的项目是与创益科技有限公司合作，配合公司的发展需求，改良现有的太阳能电池边框，并设计新款塑料边框，开发折叠式太阳能电池。本设计总共分三个部分，用于不同的领域。第一，针对现在铝合金边框的四个连接角处过于锋利，易于伤人的缺点，设计一个
2、保护角。第二，根据现有铝合金边框的结构，设计出新型塑料边框的便携式太阳能电池。第三，针对太阳能电池板是一种板式结构，携带很不方便，尤其是需要电源功率较大时，板的面积也同步增大，大面积板的携带是困难的，甚至是不可能的。参考前面设计的单板便携式电池板，设计出两重折叠的便携式太阳能电池板。关 键 词：太阳能电池板；边框；便携式；折叠式 教师点评：该设计是在市场调研的基础上，并参考原有公司的产品，利用计算机软件设计出的太阳能电池板产品，这些产品充分体现了新的设计思路和设计方法，取得了满意的结果，受到了创益科技有限公司技术人员的好评，是一篇优秀的设计论文。（点评教师：梁莉，副教授）一、市场调研一、市场调
3、研 太阳电池应用的范围非常广，可分为下列几项:电力:大功率发电系统、家庭发电系统等。通讯:无线电力、无线通讯等。消费性电子产品:计算器、手表、电动玩具、收音机等。交通运输:汽车、船舶、交通号志、道路照明、灯塔等。农业：抽水机、灌溉等。其它：冷藏疫苗、茶叶烘焙、学校用电等。随着电子科技的快速发展，各种电子产品也是日新月异，其中通讯与信息产品，更成为人类日常生活中，不可缺少的日常用品，诸如大哥大的手机、掌上型计算机与个人数字助理(PDA)等，这些电子产品都必须要有电源供应才能发挥功能。所以结合创益公司的发展趋势，开发便携式太阳能电池具有很大的实际效益。我们的设计是修改现有边框，和参照现有的铝合金边
4、框，做出新型塑料边框，务求做到更时尚更方便携带。1太阳能电池的现有的形式 潘颖萱：便携式太阳能电池板的结构设计 2 图 1 太阳能电池产品 2根据现在的电子产品趋势，小型便携式太阳能电池板的需求越来越多。人们日常生活中，手机、PDA 等都需要电池供电，所以对这方面的需求更大了。如图 2、3、4 为新框便携式太阳能电池，可以给手机、PDA 供电。具有外形美观特别，携带方便的优秀功能。图 2 便携 PDA 太阳能充电器 图 3 便携手机太阳能充电器 潘颖萱：便携式太阳能电池板的结构设计 3图 4 多块折叠太阳能充电器 3.折叠太阳能电池板主要用于野外工作及野外活动中。随着现代通讯技术、电子技术的发
5、展，电子通讯工具及各种电器用品在野外的应用量越来越大，电源的获得与电源的补给已成为一种新的问题，如野外探险、野外考查、摄影、电视拍摄、旅游、野外地质勘测、野外军事活动等等，所使用的电器用品都需要得到电源及电源的补给。普通的电池由于容量有限，不可大量携带，且大量使用时价格昂贵。因此太阳能电池是上述这些活动中电源获取及电源补给的一种重要方式，且会越来越得到更多的使用。携带的方便性与使用的方便性，是野外活动对太阳能电池板能否得到更为广泛使用的重要关键因素。此次毕业论文尽量使这种关键问题得到了解决，因此必将能使这种应用更为广泛，销售市场也会更为扩大。图 5 折叠式电池板 图 6 折叠式电池板 二、方案
6、的提出和拟定二、方案的提出和拟定 1现有的边框分析 创益公司生产的太阳能电池，目前的铝合金边框电池板，功能一方面满足建立组装大型的发电系统，另一方面用作简易便携形式的单一发电系统。所以，设计边框过于粗糙。在铝合金连接的地方，不能圆滑过渡，边角锋利，易刮伤人。我们要设计一个包角，把锋利的角保护起来。为了最大限度利用太阳能面板，铝合金边框压在太阳能电池板上的边厚度很薄只有 1.5mm，压边宽度只有 6.5mm。铝合金边框地面没有突出支撑，不可调节太阳能电池板的角度，不利于收集太阳光。由于铝合金边框的造型简单，适用于户外组装大型发电系统。太阳能电池板尺寸为:14in48in4.5mm（宽长厚），重约
7、 4 公斤。这个设计就不太符合便携式的要求，所以我们要设计一个塑料边框。铝合金边框电池板，线路接口盒外露，不够美光。电池板尺寸太大，也不利于携带。2方案的提出和拟定 1)包角设计 根据上面分析，设计要从牢固性，美观性重点考虑。并增加一个可改变角度的支撑。材料采用软塑料，利用材料自身的可伸缩性，从外面包紧铝合金角。如黑板的铝合金边框包角。为了提高电池板的利用率，所以铝合金边框压住电池板的压边尽量小，只有 5.5mm，厚度只有 1.5mm。铝合金边框结构如下图，这样就导致包角难以扣住边框。我们的设计就要着重考虑包角和边框的固定问题。根据前面分析，要固定包角在边框的位置不能紧靠扣边框的结构。所以做出
8、了一下结构设计：包角内侧有两个突起小圆柱，与铝合金边框上的凹槽配合，起固定作用。只有在铝合金边框上钻两个小孔就可以解决这个问题，起了很好的固定作用。突起圆柱的直径是 2mm，厚度 1.5mm，潘颖萱：便携式太阳能电池板的结构设计 4在铝合金边框上钻孔的直径大小为 1.5mm。底面有 3 个直径为 1mm 小圆柱突起，与地面接触，减少地面与地面的大面积接触摩擦。根据塑料性能和注塑条件，选择整个包角的壁厚为 3mm，保持壁厚均匀，保证塑料的流动性。设计结构图如下：图 7 包角结构图 2)铝合金包角 此方案的设计思路不仅使包角起保护作用的功能，还起了连接铝合金边框的连接件作用。其结构如图 8。突出键
9、用于和铝合金连接，插进铝合金边框，形成过盈配合，固定和连接边框。设计参照现在边框的连接键。包角前端有一个和铝合金边框形状一样的槽，使得突出键插入铝合金边框的同时，铝合金边框也插进包角里面。包角周边设有倒角，方面铝合金插进去，形成过盈配合。这样设计既能牢固的连接，又能使表面更美观安全。插入键做成倒刺状，使得包角容易插进铝合金边框里面，而进去以后就很难从之抽出，起到很好的连接定位作用。图 8 包角和边框的连接示意图 图 9 现有连接键的连接示意图 3）整板封框设计方案 此设计是以改进原有的铝合金边框，保证太阳能电池板的密封，增加电路走线，使外形更加美观。如下图，在上边框设置槽放置太阳能电池板，并起
10、定位作用。根据塑料性能和注塑条件，选择整个包角的壁厚为 3mm，保持壁厚均匀，保证塑料的流动性。压太阳能电池板的边框宽度为5mm，以提高电池板的利用率。下边框以突起与电池板配合定位，上下边框以 4 个螺钉固定。上边框底部有圆孔以用于 LED 灯显示充电状态，边框前端开有长方形槽用作插线。潘颖萱：便携式太阳能电池板的结构设计 5 图 10 便携式太阳能电池分解 图 11 便携式组装图 在电池板输出的 12V 直流接口处加一个小电路，有防反二极管，LED 灯显示充电状态。二极管 1 使得电流只能从太阳能电池板向蓄电池流动，二极管 2 为发光二极管，当电池板有电流向蓄电池充电时，灯就会一直发亮。电路
11、图如下：3折叠式设计方案 此设计主要考虑方便携带性，把尺寸大的太阳能电池板分成两个小的，用折叠的方式收藏，节少空间，便于携带。为了达到产品配套，节省资源，这个设计我考虑用前一个便携式的设计。上边框下边框连接结构与便携式一样，也是采用螺钉连接，大致结构一样。在两边增加了手挽的槽，两半的用了圆柱转轴连接，形成荷叶式折叠。材料与生产工艺：材料采用ABS 塑料，生产也是采用注塑。图 12 折叠式太阳能电池组装图图 图 13 折叠式电池板的分解 参考文献参考文献 1 铝合金熔炼于铸造，罗启全，广东科技出版社 2 简明塑料大全，刑玉清，哈尔滨工业出版社 潘颖萱：便携式太阳能电池板的结构设计 63 常用充电器电电路与应用，王玫，机械工业出版社 4 机械设计、机械设计基础课程设计，王昆，何小柏，汪信远主编，高等教育出版社 5 铸造工艺学，王文清，李魁盛，机械工艺出版社 （指导教师 梁莉 副教授）
