TRIZ理論太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)

TRIZ理論太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)一、研究目的：太陽(yáng)能飛機(jī)是以太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能作為能源的一種航空器，由于太陽(yáng)能的零污染和取之不盡的優(yōu)點(diǎn)，作為飛機(jī)的能源可大大提升飛機(jī)的續(xù)航能力，并且符合低碳經(jīng)濟(jì)和未來(lái)能源的開(kāi)展方向。設(shè)計(jì)太陽(yáng)能飛機(jī)，最主要的是能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備選擇太陽(yáng)能電池，因?yàn)槠浼夹g(shù)相對(duì)較成熟，并且易于實(shí)現(xiàn)。其中一種方法是用平面太陽(yáng)能電池，其轉(zhuǎn)化效率在20%左右，能較容易地為飛機(jī)提供足夠的電能，但因其是平面而飛機(jī)上大局部外表為曲線形，所以比擬難以實(shí)現(xiàn)將其與飛機(jī)的完美結(jié)合。如果額外搭建平臺(tái)〔類(lèi)似于預(yù)警機(jī)〕用于安裝太陽(yáng)能電池，那么勢(shì)必增加飛機(jī)的重量、復(fù)雜性，降低了飛機(jī)的靈活性。另一種方法是選用薄膜太陽(yáng)能電池，因其質(zhì)量輕、彎曲度好，能與飛機(jī)的一局部外表有效結(jié)合，故可將其作為飛機(jī)的最外蒙皮，這樣克服了平面太陽(yáng)能電池的缺乏，但此種方法的效率低〔10%左右〕。要想制作出薄膜太陽(yáng)能電池供電的太陽(yáng)能飛機(jī)，就要在飛機(jī)上裝備大量的薄膜太陽(yáng)能電池，但飛機(jī)外表達(dá)不到這樣的有效外表。如果用增大翼展來(lái)增加有效外表，增加的薄膜太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的電能還缺乏以提升其所增加的材料，并且消耗較大。二、根本思路及創(chuàng)新點(diǎn)1、功能分析從TRIZ理論定義上來(lái)說(shuō)，一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)包括三個(gè)局部：兩種物質(zhì)和一個(gè)場(chǎng)〔或是能量〕。要解決問(wèn)題，首先要明確引起問(wèn)題的技術(shù)系統(tǒng)。在上面的問(wèn)題中，引起問(wèn)題的技術(shù)系統(tǒng)是飛機(jī)、太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電能?？梢粤谐鲈摷夹g(shù)系統(tǒng)的主要成分及相應(yīng)功能，如表1。表1技術(shù)系統(tǒng)的主要組件及相應(yīng)功能系統(tǒng)的理想解：太陽(yáng)能電池有足夠的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率較高，提供的電能足夠讓飛機(jī)延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間，飛機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)合理。2、技術(shù)矛盾分析通過(guò)上面的描述，需要找到一種解決方法：太陽(yáng)能電池既能提供足夠的電能使飛機(jī)起飛和續(xù)航，又不增加飛機(jī)的重量和復(fù)雜性等。該系統(tǒng)中存在著這樣的技術(shù)矛盾：太陽(yáng)能電池的效率〔選用薄膜太陽(yáng)能電池還是平面太陽(yáng)能電池〕與飛機(jī)的復(fù)雜性、飛機(jī)的重量及飛機(jī)的穩(wěn)定性之間的矛盾。3、解決技術(shù)矛盾首先，找出問(wèn)題的不確定因素，然后將這些不確定因素轉(zhuǎn)化為39個(gè)通用工程參數(shù)，使用矛盾矩陣有兩個(gè)方向：一個(gè)是惡化參數(shù)，即這些參數(shù)的改變?cè)谙到y(tǒng)中是有害的；另一個(gè)是改善參數(shù)，這是要提高或者增大的參數(shù)，所以要將這些參數(shù)按惡化還是改善分成兩類(lèi)。最后就是把這些參數(shù)按改善還是惡化一一匹配，按矛盾矩陣找出對(duì)應(yīng)的創(chuàng)造原理來(lái)解決問(wèn)題。利用這些步驟解決飛機(jī)太陽(yáng)能電池的問(wèn)題。不確定因素及其通用工程參數(shù)，并且分類(lèi)。如表2表2不確定因素的的轉(zhuǎn)化技術(shù)矛盾匹配：①和③，①和④，②和③，②和④；通過(guò)TRIZ理論中阿奇舒勒矛盾矩陣，在交叉處得到創(chuàng)造原理，如表3為阿奇舒勒矛盾一角表3阿奇舒勒矛盾矩陣一角了上面的技術(shù)矛盾匹配，在矩陣中找到了如下表4的創(chuàng)造原理。表3阿奇舒勒矛盾矩陣一角表4技術(shù)矛盾在矩陣中的舉例表4技術(shù)矛盾在矩陣中的舉例編號(hào)對(duì)應(yīng)著TRIZ中的40個(gè)不同的創(chuàng)造原理：原理12—等勢(shì)原那么：在能場(chǎng)中，防止物體位置的改變。原理17—維變多維：1〕將物體從一維變到二維或多維空間；2〕用多層結(jié)構(gòu)代替單層結(jié)構(gòu)；3)使物體傾斜或側(cè)向放置；4〕使用給定外表的另一面。表4技術(shù)矛盾在矩陣中的舉例原理35—物理/化學(xué)狀態(tài)變化：改變物體的物理/化學(xué)狀態(tài)，濃度/密度，柔性，溫度。最后通過(guò)分析這些原理，找到對(duì)該問(wèn)題有用的原理并加以運(yùn)用。在本次實(shí)踐中，仍可選用具有較高效率的平面太陽(yáng)能電池，但由于機(jī)翼是曲面的，所以利用創(chuàng)造原理17中一維變多維的思路和創(chuàng)造原理35中改變其物理性質(zhì)的思路，將整塊平面電池沿單晶硅排列方向切割成許多細(xì)長(zhǎng)的電池條，用增透膜連接，貼在機(jī)翼上。經(jīng)過(guò)這樣的工藝制作的曲面太陽(yáng)能電池本身具有一定的強(qiáng)度，可用電池直接作為機(jī)翼的復(fù)合材料層壓蒙皮，這樣既沒(méi)有增加飛機(jī)的重量，也沒(méi)有增加飛機(jī)的復(fù)雜性，而且穩(wěn)定性得到了保證，電能供給也得到了保證。應(yīng)用TRIZ理論中的矛盾矩陣和創(chuàng)造原理，對(duì)