基本信息
- 项目名称：
- 太阳能无线多功能充电器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本设计适合小型移动设备的充电需求。该设计是通过线圈间的同频共振耦合方式将太阳能转化为电能，并以无线方式传输给电池对其充电。具有以下特点：采用太阳能供电，环保节能；采用同频共振方式的无线电能传输，比一般的电磁感应式无线电能传输方式效率更高，传输距离更远，传输角度更广；产品体积小，采用无线供电，方便快捷；提供有线充电与无线充电两种选择方式；且市场上还没有类似产品，具有广阔的市场前景。
- 详细介绍：
- 本设计适合小型移动设备的充电需求，包括手机、数码相机、MP3、MP4、GPS、电子阅读器等使用锂电池的设备。该设计是通过线圈间的同频共振耦合方式将太阳能以无线方式传输给电池进行充电。其具有以下特点：采用太阳能供电，环保节能；采用同频共振方式的无线电能传输，比一般的电磁感应式无线电能传输方式效率更高，传输距离更远，传输角度更广；产品体积小，技术简单，采用无线供电，方便快捷；提供有线充电与无线充电两种选择方式；概念新，符合大多数人的迫切需求，且市场上还没有类似产品，具有广阔的市场前景。 该设计所采用的核心技术有：(1)将接收到的太阳能直流电换为交流电；(2)将电能经发射线圈和接收线圈耦合，实现电能的中短距离无线传输；(3)耦合方电路采用LC震荡电路，接收电路与发射电路震荡频率相同，且与电路频率相匹配，实现电能的自谐同频共振式无线传输;(4)输入级采用MOS场效应管构成的强推挽型功率放大电路，尽可能提高产品功率利用率。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：为小型手持移动设备（如mp3,数码相机等）提供便捷的充电解决方案。 基本思路：将太阳能电池板搜集的太阳能转换为电能，经初级逆变，送入振荡线圈，将电能发射出去，再配合接收线圈，将电能接入并经整流稳压送入用电设备，实现电能无线传输；也可以使用备用电池代替太阳能供电；发射线圈和接收线圈自谐耦合，实现电能的较短距离无线传输。 创新点：(1)采用太阳能供电，环保节能；(2)采用同频共振方式的无线电能传输，比一般的电磁感应式无线电能传输方式效率更高，传输距离更远；(3)无线充电，方便快捷；(4)提供有线充电与无线充电两种选择方式。 技术关键： (1)将接收到的太阳能直流电换为交流电；(2)将电能经发射线圈和接收线圈耦合，实现电能的短距离无线传输；(3)耦合方电路采用LC震荡电路，接收电路与发射电路震荡频率相同，且与电路频率相匹配，实现电能的自谐同频共振式无线传输。 主要技术指标：(1)太阳能电池板的电能转换效率；(2)耦合线圈的电能耦合效率；(3)电能的传输距离。
科学性、先进性
- 科学性：通常情况下，电磁辐射具有发散性，相隔较远的接收器只能接收到发射能量的极小一部分。而当接收天线的固有频率与发射端的电磁场频率一致时，就会产生共振，此时磁场耦合强度明显增强，无线电力的传输效率大幅度提高,具有可行性。从电磁理论而方，人体作为非磁性物体，暴露在强磁场环境中不会有任何风险。共振状态下磁场强度处于10^(-4)T数量级，仅相当于地磁场的强度，因此不会对人体构成危害，具有安全性。 先进性：(1)采用无线传输方式实现电能的短距离传输，并与太阳能电池相结合，使整个设计具有环保、节能等特点；(2) 采用无线同频共振式电能传输，比现在一般的电磁感应式无线电能传输方式效率更高，传输距离更远；(3) 利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性；(4) 能量传输不受空间障碍物影响；(5)采用的是无线与有线传输方式并行，可以同时为多个移动设备充电；(6)不需要接线，可以实现随时随地充电需求。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年5月29日，第四届“挑战杯”合锻股份安徽省大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。
作品所处阶段
- 实验室开发测试阶段
技术转让方式
- 一次性总算
作品可展示的形式
- 模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：在光照充足的环境下，将太阳能电池板正对光源，将电能接收端与需要充电的设备相接触，并放置在电能发射板的附近，即可充电。 技术特点：(1)该设计使用太阳能电池或普通电池为系统提供电能；（2)为了提高充电效率，本设计也提供直接连线的接口；(3)采用专用的锂电池充电管理芯片，使充电过程更加安全方便。 适应范围：本设计适合小型移动设备的充电需求。推广前景：产品概念新，结构简单，且市场上暂无相似产品，需求量大。 市场分析：截至2006年10月，我国手机用户接近4．5亿户，平均约每3个人拥有1部手机；而MP3，MP4，PSP，电子阅读器，GPS等小型电子设备也几乎成为每个时尚人士的标准配置。而这一切都对电池的电量提出了新的要求。 经济效益预测：本设计采用的电子元器件均为市场上常用电子器件，单个成本只要20元左右，如经实验室测试完成再批量生产的话，其成本还将进一步下降；本品为最新设计，对广大消费者具有很大的吸引力，在市场上本类产品一般可以卖到100元左右，更高端的可以卖到300元左右。
同类课题研究水平概述
- 1974年至1997年，美日等发达国家硅半导体光电池发电成本降低了一个数量级：从每瓦50美元降到了5美元。 在欧美一些先进国家，目前正在广泛开展应用“光电玻璃幕墙制品”，这是一种将太阳能转换硅片密封在（尤如夹层玻璃）双层钢化玻璃中，安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。 由美国国家航空和航天局与国家能源部建造的世界上第一座太阳能发电站，最近将在太空组装，不久将开始向地面供电。 在我国，太阳能的利用也一直是最热门的话题，经过多年的发展，国内在集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入2.5亿元人民币开展研究，建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明，国内目前仅建有5个（单晶硅）太阳能电池生产厂，年产量约有4.5兆瓦，工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。 19世纪90年代，尼古拉—特斯拉提出无线电力传输的构想；香港城市大学电子工程系徐树源教授在早几年曾成功研制出“无线电池充电平台”，需要产品与充电器接触，它主要利用的是近场电磁耦合的原理；2007年，美国麻省理工学院的Martin Soljacic等人在无线电能传输方面取得了新的进展，他们用两米外的一个电源“隔空”点亮了一盏60瓦的灯泡。2008年12月17日成立无线充电联盟，2010年8月31日，无线充电联盟在北京正式将Qi无线充电技术引入中国。
