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北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)便攜式伸縮熱源捕蟲(chóng)器設(shè)計(jì)便攜式伸縮熱源捕蟲(chóng)器設(shè)計(jì)摘要捕蟲(chóng)器是一種物理型治理害蟲(chóng)的防治方式,為農(nóng)作物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境。本設(shè)計(jì)是一種便攜式伸縮熱源捕蟲(chóng)器,具有綠色節(jié)能環(huán)保、使用簡(jiǎn)單方便特點(diǎn),并且該設(shè)計(jì)還聯(lián)系地方實(shí)際情況,計(jì)算設(shè)計(jì)最優(yōu)的參數(shù)。本文是先是通過(guò)對(duì)害蟲(chóng)的簡(jiǎn)單分析,確定了誘惑其光源的波長(zhǎng),選擇合理且誘蟲(chóng)效果優(yōu)于目前市場(chǎng)上的類(lèi)似產(chǎn)品的LED燈作為誘蟲(chóng)工具,并且一同確定了擊殺害蟲(chóng)的方式,再是使用對(duì)比法,經(jīng)過(guò)比對(duì)各類(lèi)型的蓄電裝置,進(jìn)一步設(shè)計(jì)與計(jì)算出符合本設(shè)計(jì)工作要求的相關(guān)參數(shù),在選擇合理的裝置,在動(dòng)力裝置上,利用太陽(yáng)能作為動(dòng)力來(lái)源,對(duì)當(dāng)?shù)貧夂驙顩r進(jìn)行分析,并對(duì)太陽(yáng)能板參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,確定最優(yōu)的方案,結(jié)合以上理論數(shù)據(jù),梳理出一套捕蟲(chóng)器的流程。最后是利用建模的方式,對(duì)捕蟲(chóng)器的一個(gè)整體外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)與建模,得出本文的一個(gè)設(shè)計(jì)。物理防治一直是社會(huì)普遍認(rèn)可的一種治理方式,近年來(lái)隨著人民越來(lái)越注重生活品質(zhì),使用捕蟲(chóng)器滅蟲(chóng)逐漸替代化學(xué)藥劑滅蟲(chóng)成為農(nóng)產(chǎn)業(yè)滅蟲(chóng)的首選,本設(shè)計(jì)很好的解決了傳統(tǒng)捕蟲(chóng)器接線難的問(wèn)題,并且還進(jìn)一步優(yōu)化了外觀設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:捕蟲(chóng)器;太陽(yáng)能;LED燈;物理捕蟲(chóng)DesignofportabletelescopicheatsourceinsecttrapAbstractInsecttrapisakindofphysicalpestcontrolmethod,whichprovidesgoodgrowingenvironmentforcrops.Thisdesignisaportabletelescopicheatsourceinsecttrap,withgreenenergyconservation,environmentalprotection,simpleandconvenienttouse,andthedesignisalsoconnectedwiththelocalactualsituation,thecalculationoftheoptimaldesignparameters.Firstthisarticleisbasedonsimpleanalysisofpests,determinesthetemptationtothewavelengthofthelightsource,choosereasonableandtrapeffectisbetterthanthatofthesimilarproductsonthemarketatpresenttheLEDastraptool,anddeterminethewaytokillpests,togetheragainistheuseofcontrastmethod,throughcomparingvarioustypesofelectricstoragedevice,furtherdesignandcalculatetherelatedparameterstomeettherequirementsofthedesignwork,inthechoiceofthereasonabledevice,onpowerplant,theuseofsolarenergyaspowersources,analysisoflocalclimateconditions,anddesignandcalculationofparametersofsolarpanels,todeterminetheoptimalscheme,combiningwiththetheoreticaldataabove,Combouttheprocessofabugtrap.Finally,thepaperdesignsandmodelsawholeappearanceoftheinsecttrapbymeansofmodeling,andobtainsadesignofthispaper.Physicalpreventionandcontrolhasbeenthewidespreadrecognitionofawayofgovernance,aspeopleincreasinglypayattentiontothequalityoflifeinrecentyears,usingthebugcatchersexterminationexterminationofthepreferredalternativetochemicalpesticidesgraduallybecomeagriculture,thisdesignisverygoodtosolvethetraditionalinsecttraps,thedifficultyofwiring,andfurtheroptimizethedesignKeywords:Insecttraps;Thesolarenergy;LEDlights;Physicalinsect目錄82461緒論 緒論1.1引言在日常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不合理使用農(nóng)藥等化學(xué)藥劑,不僅在殺死害蟲(chóng)天敵的同時(shí)還會(huì)傷害到有益生物,從而造成了害蟲(chóng)更為猖獗的繁衍,而且還會(huì)污染環(huán)境和農(nóng)作物,使農(nóng)作物中農(nóng)藥殘留物超標(biāo),進(jìn)而加重危害人類(lèi)的健康?;瘜W(xué)藥劑的使用與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系緊密相連,因而,農(nóng)藥對(duì)自然環(huán)境中土壤的污染問(wèn)題尤為重要。所以對(duì)于捕殺害蟲(chóng)的方式不僅僅止于化學(xué)方式,應(yīng)該有一種更為合理以及有效的捕蟲(chóng)滅蟲(chóng)方式。物理型捕蟲(chóng)的方式也是當(dāng)前治理害蟲(chóng)的重要手段之一?,F(xiàn)在市場(chǎng)上擁有許多不同種類(lèi)的電子熒光燈,按照捕殺害蟲(chóng)對(duì)光線頻率的不同,可以分為不同的用途,有適用于公園的、農(nóng)場(chǎng)的、家用的等多種不同的燈光捕蟲(chóng)器,但是對(duì)于這些捕蟲(chóng)器大多數(shù)都是直接使用市電的,這樣加大了對(duì)電能的使用,與此同時(shí),電能大多數(shù)來(lái)源于火力或水力發(fā)電,這樣對(duì)環(huán)境造成了不少的污染。本捕蟲(chóng)器設(shè)計(jì)不僅使用了符合綠色發(fā)展的太陽(yáng)能技術(shù),而且還是利用太陽(yáng)能熒光燈的方式誘蟲(chóng),屬于物理無(wú)公害捕蟲(chóng)殺蟲(chóng)方式。太陽(yáng)能電池發(fā)電是基于光伏效應(yīng)原理,將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,充分利用太陽(yáng)輻射將其直接轉(zhuǎn)化為電能。具有永久性、清潔性和靈活性大的優(yōu)點(diǎn),是其他能源無(wú)法比擬的。1.2研究背景害蟲(chóng)防治主要分為三種:化學(xué)方式,物理方式,生物方式。而化學(xué)防治是目前最為常見(jiàn)的防止方式,它是利用殺蟲(chóng)劑等化學(xué)藥劑滅殺害蟲(chóng)的方法,其缺點(diǎn)明顯,主要表現(xiàn)在有:一些劇毒農(nóng)藥引起人畜中毒;農(nóng)藥殘留,污染環(huán)境;長(zhǎng)期使用某些農(nóng)藥,會(huì)引起害蟲(chóng)產(chǎn)生抗藥性。從而使利用化學(xué)方法捕蟲(chóng)備受質(zhì)疑。能源問(wèn)題一直是人類(lèi)較為關(guān)注的事件,不管是人們的日常生活還是工業(yè)發(fā)展,都與能源問(wèn)題緊密相連,更為確切的說(shuō)法是,人們的生存以及所有的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)都與能源的供給問(wèn)題有關(guān),即使是在開(kāi)發(fā)其他資源或利用其他資源的時(shí)候,也是利用能源提供的支持。在當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大環(huán)境下,石油、煤炭以及天然氣正在以前所未有是速度在快速消耗,促使著人們不斷提高對(duì)能源的要求,也推動(dòng)人們尋找新的能源方式,這也是目前較為嚴(yán)峻的問(wèn)題,世界上不同國(guó)家不可避免的同樣面臨著這樣的能源危機(jī)。不僅是能源消耗的問(wèn)題,傳統(tǒng)的能源給環(huán)境造成的污染以及生態(tài)系統(tǒng)受到的威脅等一些問(wèn)題同樣影響著人類(lèi)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,更為嚴(yán)重的甚至是影響人類(lèi)的正常生存,目前最明顯的就是燃料燃燒生成的二氧化碳以及硫的一些氧化物,直接導(dǎo)致了地球的溫室效應(yīng)和日常酸雨等一些情況。因此,在消耗傳統(tǒng)能源的同時(shí),需要關(guān)注和發(fā)展全球的可再生能源。所以,清潔能源應(yīng)用正成為全球的熱點(diǎn),采用水能、風(fēng)能、潮汐能以及太陽(yáng)能等一系列可再生能源來(lái)替代傳統(tǒng)能源,在這些能源當(dāng)中,太陽(yáng)能是一種無(wú)污染的清潔能源,也是地球上最為豐富的可再生能源之一,優(yōu)勢(shì)明顯,太陽(yáng)能分布廣泛,許多地方可直接使用,不會(huì)污染環(huán)境,太陽(yáng)能被認(rèn)為是全球最為理想可替代傳統(tǒng)能源的可再生能源?,F(xiàn)在市場(chǎng)上擁有許多不同種類(lèi)的電子熒光燈,按照捕殺害蟲(chóng)對(duì)光線頻率的不同,可以分為不同的用途,有適用于公園的、農(nóng)場(chǎng)的、家用的等多種不同的燈光捕蟲(chóng)器,但是對(duì)于這些捕蟲(chóng)器大多數(shù)都是直接使用市電的,這樣加大了對(duì)電能的使用,與此同時(shí),電能大多數(shù)來(lái)源于火力或水力發(fā)電,這樣對(duì)環(huán)境造成了不少的污染。現(xiàn)在已經(jīng)有一些捕蟲(chóng)器直接由太陽(yáng)能供電,這樣既方便了使用又與環(huán)境和諧共存。硅太陽(yáng)能電池一般情況下分為以下幾種:?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池以及非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池。目前在這三種類(lèi)型里,以單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為首,它的轉(zhuǎn)換效率最高,高純度的單晶硅棒是其最主要原始材料,它的優(yōu)點(diǎn)明顯,使得它成為技術(shù)發(fā)展最快的太陽(yáng)能電池之一。這類(lèi)電池的制造和日常生產(chǎn)等其他相關(guān)的一些技術(shù)也是相對(duì)成熟的,所以它的一系列產(chǎn)品都廣泛的應(yīng)用在方方面面。1.3研究意義普遍的防治害蟲(chóng)的方法是化學(xué)方法,即用殺蟲(chóng)劑、農(nóng)藥等來(lái)捕殺害蟲(chóng),但是由于濫用農(nóng)藥帶來(lái)了許多問(wèn)題,例如農(nóng)藥的殘留問(wèn)題、害蟲(chóng)抗藥性問(wèn)題、環(huán)境污染問(wèn)題等,這些問(wèn)題嚴(yán)重的影響到了人類(lèi)健康發(fā)展。為符合當(dāng)前形勢(shì)下開(kāi)發(fā)利用綠色能源、發(fā)展綠色產(chǎn)品的戰(zhàn)略要求,利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換技術(shù)誘蟲(chóng)、滅蟲(chóng)的方法逐漸成為了主流發(fā)展。我們?cè)O(shè)計(jì)的捕蟲(chóng)器是利用燈光進(jìn)行引誘,高壓電網(wǎng)進(jìn)行擊殺,完全符合各類(lèi)無(wú)公害的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)要求,在這樣的基礎(chǔ)上,該捕蟲(chóng)器的使用范圍較廣,符合各種各樣的地方使用。也是一種最為綠色環(huán)保無(wú)污染的防治方式,值得大力發(fā)展一種農(nóng)產(chǎn)設(shè)備。在害蟲(chóng)防治的同時(shí)還可以避免農(nóng)藥的過(guò)度使用,以至于降低農(nóng)藥對(duì)農(nóng)地和水源的污染,節(jié)能環(huán)保,對(duì)于發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要的作用。捕蟲(chóng)器的設(shè)計(jì)主要分為幾個(gè)部分,分別是太陽(yáng)能光伏電池、控制器、蓄電池、誘蟲(chóng)光源,高壓電網(wǎng),在這幾部分中,太陽(yáng)能電池容量及蓄電池容量的選擇需要根據(jù)使用捕蟲(chóng)器場(chǎng)合的氣候環(huán)境確定的,我們根據(jù)環(huán)境需求,更合理的設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池和蓄電池的容量,以及選取最適合當(dāng)前環(huán)境的光源,優(yōu)化捕蟲(chóng)器的設(shè)計(jì),提升捕蟲(chóng)器的效率。1.4國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢(shì)1.4.1太陽(yáng)能光伏發(fā)電國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀這些年以來(lái),全球氣溫不斷上升,這是由于溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重,促使著清潔能源的發(fā)展,也使各個(gè)國(guó)家使用能源上的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,可再生能源不同程度的受到各個(gè)國(guó)家的重視,綠色節(jié)能的用電和發(fā)電方式也成為各國(guó)青睞的對(duì)象。在當(dāng)前全球所有的可再生能源類(lèi)型面前,太陽(yáng)能仍然是最為突出的,它也是未來(lái)能源構(gòu)架中最為理想的一種資源,太陽(yáng)能有著其特有的優(yōu)勢(shì),例如地域所受限制較小,可直接利用,是一種清潔無(wú)污染的自然資源,在各國(guó)中長(zhǎng)期能源戰(zhàn)略中占有重要地位。隨著科學(xué)的進(jìn)步,技術(shù)的發(fā)展,如何更為合理的使用太陽(yáng)資源逐漸成為人們熱議的問(wèn)題,即使是現(xiàn)在,太陽(yáng)能的利用率仍是較低的,盡管利用率低,但是每年太陽(yáng)輻射到地球表面的能量總還是很大,這樣一年的輻射量與100多萬(wàn)億噸煤燃燒產(chǎn)生的能量,這種天然的優(yōu)勢(shì)是其他不可再生的能源不可比擬的。在中國(guó),國(guó)土面積相對(duì)世界其他國(guó)家較大,南北緯度覆蓋范圍較廣,所以每年的太陽(yáng)能輻射總量巨大,達(dá)到約為3340-8400MJ/平方米?,F(xiàn)在利用太陽(yáng)資源的方式主要有兩種:第一種是利用光伏效應(yīng)的光生電,這種發(fā)電是不需要利用發(fā)熱過(guò)程直接把光轉(zhuǎn)化為電供人們使用,第二種是利用太陽(yáng)熱生電,這種發(fā)電是利用某一些工質(zhì)和裝置將太陽(yáng)的能量轉(zhuǎn)化為電能。光生電是目前太陽(yáng)能應(yīng)用的主要研究領(lǐng)域之一。在太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步歷史過(guò)程中,國(guó)內(nèi)的發(fā)展時(shí)機(jī)較國(guó)外的晚,自然國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)發(fā)展較國(guó)內(nèi)的成熟,國(guó)內(nèi)外在光伏技術(shù)發(fā)展這方面上存在一定的差距。早在1839年,法國(guó)科學(xué)家貝克勒發(fā)現(xiàn)光伏現(xiàn)象[1]。1879年電燈由美國(guó)的著名科學(xué)家愛(ài)迪生發(fā)明成功,從此光電的裝換成為現(xiàn)實(shí)。1905年為科學(xué)界做出重要貢獻(xiàn)的物理學(xué)家愛(ài)因斯坦利用光量子的概念解釋了光電效應(yīng),進(jìn)而成功地在理論上證實(shí)了光與電之間可轉(zhuǎn)換。1954年著名的貝爾試驗(yàn)室的科學(xué)家歷史上首次把光伏效應(yīng)應(yīng)用于實(shí)際工程,全世界的首塊單晶硅太陽(yáng)能電池就此產(chǎn)生。在這個(gè)光伏技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步的時(shí)代,太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率不斷在突破提高,實(shí)驗(yàn)室里的單晶硅電池由最開(kāi)始的6%提升到2007年時(shí)的24.7%,現(xiàn)在我們?nèi)粘J褂玫囊话戕D(zhuǎn)換效率達(dá)到16%-22%,而相比于單晶硅電池,多晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率較低一點(diǎn),但也達(dá)到了15%-18%。這些晶體硅太陽(yáng)能電的轉(zhuǎn)換效率不斷提高上升的時(shí)候,其他一些太陽(yáng)能電池技術(shù)也在不斷的發(fā)展跟進(jìn)步,例如,非晶硅太陽(yáng)能電池等也在市場(chǎng)上占有一定的比例與國(guó)外對(duì)比,1958年的時(shí)候,中國(guó)歷史上首塊的太陽(yáng)能電池研發(fā)成功,在之后的幾十年發(fā)展里,太陽(yáng)能電池的行業(yè)不斷更新與發(fā)展,逐漸形成了規(guī)模化,使得中國(guó)成為世界上最主要的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)國(guó)家,硅電池的產(chǎn)量更是驚人,在2007年中國(guó)生產(chǎn)的占全世界比例的27%,一舉成為了世界上硅電池產(chǎn)量第一的國(guó)家。雖說(shuō)如此,但是大部分的中國(guó)企業(yè)都是做出口的產(chǎn)品,甚至有的企業(yè)產(chǎn)品出口率達(dá)到98%,而且絕大部分的原始材料都是采用外國(guó)進(jìn)口的,不僅如此,在制作過(guò)程的一些技術(shù),和相關(guān)的設(shè)備都來(lái)自于國(guó)外。在2008年時(shí),據(jù)統(tǒng)計(jì)當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)大約有30家企業(yè)涉及一些原材料提純的工作,投資的項(xiàng)目也有大約30個(gè),這些企業(yè)在完全投入資金后,總計(jì)生產(chǎn)出將近7萬(wàn)噸的材料,大大超出當(dāng)時(shí)市場(chǎng)需求,一部分企業(yè)剛投入資金就面臨這供大于求的市場(chǎng)狀況,導(dǎo)致了他們投資失敗。隨著市場(chǎng)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)的光伏企業(yè)越來(lái)越多,現(xiàn)在這些企業(yè)已經(jīng)有幾百家,也不乏有在國(guó)外發(fā)展甚至在國(guó)外上市的。在這樣國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷增加的背景下,國(guó)內(nèi)的光伏企業(yè)需要發(fā)展屬于自己的技術(shù)。與此同時(shí),由于主要的光伏技術(shù)相比于國(guó)外技術(shù)存在一定的差距,因此國(guó)內(nèi)的光伏應(yīng)用相對(duì)于其他歐美國(guó)家應(yīng)用較小。總而言之,中國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)還需要不斷的研發(fā)與應(yīng)用。太陽(yáng)能電池板應(yīng)用及其廣泛,不管是用于生活實(shí)際,還是科研教育,許多不同的領(lǐng)域都涉及到。未來(lái)的目標(biāo)多集中于更高效的利用太陽(yáng)能電池板,提高將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率。并且提高太陽(yáng)能發(fā)電在其他能源發(fā)電中的占比。而我們?cè)O(shè)計(jì)的捕蟲(chóng)器就是一太陽(yáng)能作為動(dòng)力系統(tǒng),除了攜帶方便以外,也符合綠色環(huán)保的節(jié)能要求。1.4.2國(guó)內(nèi)外捕蟲(chóng)器的發(fā)展?fàn)顩r影響害蟲(chóng)過(guò)度活躍的環(huán)境因素有很多,其中最為主要是氣候條件因素,例如光照因素,溫度因素,降水因素等等。其中光照和溫度對(duì)害蟲(chóng)活動(dòng)有著重要的影響,在某種意義上講,光是所有生物不可缺少的環(huán)境因素,對(duì)于害蟲(chóng)而言,飛撲向光源的特點(diǎn)最為顯著。石蠟和乙炔燈最開(kāi)始被作為誘蟲(chóng)燈使用是發(fā)生在國(guó)外,也由此開(kāi)始了通過(guò)利用害蟲(chóng)自身特性對(duì)其進(jìn)行捕抓的歷史,在過(guò)去的時(shí)間里,國(guó)外不斷對(duì)害蟲(chóng)進(jìn)行試驗(yàn),也曾經(jīng)利用黑光燈和日光燈對(duì)一些害蟲(chóng)進(jìn)行誘惑試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)類(lèi)似這樣的防治工作,相對(duì)于國(guó)外較遲一點(diǎn),也是利用黑光燈在農(nóng)田中進(jìn)行誘惑試驗(yàn),并且防治的效果在當(dāng)時(shí)也是取得一定的成功。在此基礎(chǔ)上,1970年開(kāi)始國(guó)內(nèi)外還不斷的對(duì)昆蟲(chóng)自身特性進(jìn)行研究試驗(yàn),為以后的防止工作提供更多且更準(zhǔn)確的理論知識(shí)。目前經(jīng)常相關(guān)資料的查詢,我國(guó)現(xiàn)有的主要誘蟲(chóng)燈具有以下幾種:白熾燈:白熾燈最早被當(dāng)作預(yù)測(cè)昆蟲(chóng)使用,但是作為捕蟲(chóng)器的誘蟲(chóng)效率低。目前建議是與其他不同波長(zhǎng)的燈光組合使用,否則效果不高。黑光燈:黑光燈的原理是其燈管內(nèi)有一層熒光粉,這種粉是可以發(fā)出特殊波長(zhǎng)的,當(dāng)燈開(kāi)啟時(shí),就可發(fā)射出紫色的燈光,并且不傷害人類(lèi)。一般情況下這種燈的外觀與其他普遍的日光燈相差不大,它顯著的特點(diǎn)是亮度小,照度也相對(duì)較小,目前此類(lèi)產(chǎn)品較為成熟,市場(chǎng)上也有不同規(guī)格提供選擇,價(jià)格也較為實(shí)惠,這類(lèi)型的燈光屬于單峰值波光,其峰值大約為365nm,但也足夠誘惑各種不同種類(lèi)的害蟲(chóng),是一種較為理想的誘蟲(chóng)光源。是最早研發(fā)成功的誘蟲(chóng)燈具。目前也是國(guó)內(nèi)外使用最為廣泛的誘蟲(chóng)燈具。高壓汞燈:高壓汞燈研發(fā)于1965年前后,它的原理是在燈管里通過(guò)氬氣和汞蒸氣的共同放電作用,從而達(dá)到同時(shí)發(fā)出兩斷不同波長(zhǎng)的燈光,分別是白光和紫光。波長(zhǎng)短的白光作用是把較為遠(yuǎn)處的害蟲(chóng)誘惑到近燈的范圍里,波長(zhǎng)長(zhǎng)的紫光作用是利用害蟲(chóng)的屬性使其飛向燈光。這類(lèi)燈有很強(qiáng)的紫外光,產(chǎn)品特性是功率普遍較大,有的甚至達(dá)到400W,實(shí)際工作范圍廣,對(duì)害蟲(chóng)有很強(qiáng)的誘惑力,缺點(diǎn)就是消耗電量大,并且還需要專(zhuān)人的管理。納米燈:納米燈同樣屬于單波長(zhǎng)光的燈,它的產(chǎn)品功率大約為25W每臺(tái),與其他燈種類(lèi)似,也是通過(guò)對(duì)害蟲(chóng)自身屬性研究而成的。總結(jié)以上燈種,我國(guó)有不同種類(lèi)的誘蟲(chóng)燈,能有效的對(duì)害蟲(chóng)進(jìn)行防治,降低使用化學(xué)藥劑的使用次數(shù),減少化學(xué)農(nóng)藥的殘留,減少環(huán)境污染,保持綠色環(huán)保的生態(tài)環(huán)境,提高農(nóng)作物的生產(chǎn)質(zhì)量,但是對(duì)于一些用電不便的地方,限制了它的使用范圍。2熱源捕蟲(chóng)器工作原理及其構(gòu)造熱源捕蟲(chóng)器,指的通過(guò)利用太陽(yáng)這個(gè)熱源對(duì)捕蟲(chóng)器進(jìn)行設(shè)計(jì),即利用太陽(yáng)能作為捕蟲(chóng)器的能量來(lái)源,再是通過(guò)燈光來(lái)引誘害蟲(chóng),進(jìn)而對(duì)害蟲(chóng)進(jìn)行捕殺。光源的選擇直接影響了捕蟲(chóng)器的捕蟲(chóng)效果。目前,市場(chǎng)上有許多不同的光源可以選擇,例如,黑光燈,白熾燈,高壓汞燈等等,不同的類(lèi)型,其對(duì)于捕蟲(chóng)器的效果也有不同,與此同時(shí)其消耗電能的效果也有較大的區(qū)別。隨著技術(shù)的發(fā)展,LED燈光技術(shù)日益進(jìn)步,當(dāng)前對(duì)于LED燈光的使用較為普遍,將其與捕蟲(chóng)器聯(lián)系一起,利用LED燈光作為捕蟲(chóng)器中誘蟲(chóng)的部分,對(duì)于減少能耗有較大的幫助。本章是介紹捕蟲(chóng)器的工作原理及主要構(gòu)造。2.1害蟲(chóng)的習(xí)性對(duì)于害蟲(chóng)治理,可以充分利用害蟲(chóng)的生活習(xí)性。比如是利用害蟲(chóng)的趨向性。昆蟲(chóng)具有多種趨向性,若是按昆蟲(chóng)刺激物的性質(zhì)可以大致分為四種,分別是趨光性、趨化性、趨溫性、趨濕性。趨光性,昆蟲(chóng)對(duì)光的趨性是其在進(jìn)化歷程中逐漸形成較為重要的趨性之一,是在對(duì)害蟲(chóng)防治方面有著特殊的重要作用,昆蟲(chóng)對(duì)光的趨性是通過(guò)其視覺(jué)器官(復(fù)眼和單眼)中的感光細(xì)胞對(duì)光波產(chǎn)生感應(yīng)而作出的趨向反應(yīng)[2]。光是眾多電磁波中的其中一種,在電池波光譜中央附近有三個(gè)重要的區(qū)域,第一個(gè)是人類(lèi)不能眼睛直接視覺(jué)到的紅外線區(qū)域,第二個(gè)是人類(lèi)眼睛能直接看見(jiàn)的可見(jiàn)光區(qū)域,第三個(gè)是屬于紫外線光區(qū)域。據(jù)研究可知,大部分的昆蟲(chóng)視覺(jué)對(duì)光的感知都是處于電磁波光譜中央附件的短光波,其波長(zhǎng)為253-700nm,這波長(zhǎng)長(zhǎng)度是屬于光譜中紫外光以及一部分紅外光的區(qū)域,這樣一來(lái),昆蟲(chóng)自身感受的視覺(jué)效果不單止能辨識(shí)色彩,與人類(lèi)相比,還能感知到人類(lèi)眼睛以外的斷波光。趨化性,趨化性主要是指當(dāng)外界環(huán)境中存在化學(xué)物質(zhì)時(shí),昆蟲(chóng)通過(guò)利用自身的嗅覺(jué)感官系統(tǒng)對(duì)其產(chǎn)生反應(yīng)的行為。趨化性在害蟲(chóng)防治中也有著重要的作用,最為常見(jiàn)的有利用酸甜的液體誘殺地老虎成蟲(chóng),用炒熟并且?guī)в邢阄兜目符熣T殺螻蛄,用酸甜的液體或者楊樹(shù)枝誘殺夜蛾類(lèi)害蟲(chóng)等。再有就是利用性引誘劑,在昆蟲(chóng)中,昆蟲(chóng)雌雄成蟲(chóng)交配一般是以雌性昆蟲(chóng)放出雌性激素作為誘惑物質(zhì),然后雄性昆蟲(chóng)通過(guò)雌性激素的氣味來(lái)尋找雌蟲(chóng),人們根據(jù)這個(gè)原理,通過(guò)一系列的研究,制造出人工合成的某種害蟲(chóng)的雌激素,并以此來(lái)誘惑雄蟲(chóng),再將之殺害,減少交配產(chǎn)卵機(jī)會(huì),減少下代蟲(chóng)口密度。趨溫性,昆蟲(chóng)自身是屬于變溫動(dòng)物,當(dāng)達(dá)到一定合適的溫度才能確保其正常的生存活動(dòng)。當(dāng)環(huán)境溫度處于合適溫度的情況下,昆蟲(chóng)的生活狀態(tài)處于相對(duì)穩(wěn)定;當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),若環(huán)境溫度低于昆蟲(chóng)適溫時(shí),其就會(huì)趨向于適宜且相對(duì)高溫的環(huán)境;若環(huán)境溫度高于昆蟲(chóng)適溫時(shí),其就會(huì)趨向于適宜且相對(duì)低溫的環(huán)境,這種就是昆蟲(chóng)的趨溫性。趨濕性,趨濕性是指昆蟲(chóng)趨向濕度的特性。最為常見(jiàn)的是當(dāng)線蟲(chóng)感知到環(huán)境濕度不足時(shí),其就停止活動(dòng),當(dāng)感知到環(huán)境濕度合適時(shí)又將開(kāi)始活動(dòng),一般情況下,可認(rèn)為干旱的環(huán)境會(huì)對(duì)害蟲(chóng)造成傷害,對(duì)其生育是不利的,特別在高溫燥熱時(shí)影響更加明顯。2.2捕蟲(chóng)器工作原理及其主要構(gòu)造2.2.1捕蟲(chóng)器的捕蟲(chóng)原理該捕蟲(chóng)器是一種通過(guò)利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為電力來(lái)源的環(huán)保節(jié)能型設(shè)計(jì),傳統(tǒng)的捕蟲(chóng)器多采用殺蟲(chóng)燈的設(shè)計(jì),并且是通過(guò)市電提供電力來(lái)源。由于采用市電的方式,這樣需要通過(guò)接線來(lái)提供電源,而此類(lèi)產(chǎn)品又多用于農(nóng)田等地方,給接電線帶來(lái)了不少的困難。捕蟲(chóng)器通過(guò)參考傳統(tǒng)的殺蟲(chóng)燈而進(jìn)行設(shè)計(jì)的,利用害蟲(chóng)的趨光特性。通過(guò)利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電,將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,并將電能存儲(chǔ)至蓄電池內(nèi)。利用電能驅(qū)動(dòng)捕蟲(chóng)器誘蟲(chóng)裝置,再通過(guò)高壓電網(wǎng)裝置將害蟲(chóng)殺害。如圖所示,捕蟲(chóng)器的基本工作原理圖。圖2.1捕蟲(chóng)器的基本工作原理2.2.2捕蟲(chóng)器的主要構(gòu)造捕蟲(chóng)器的構(gòu)造主要由以下幾個(gè)部分:太陽(yáng)能電池板、控制器、蓄電池、LED燈柱和、高壓電網(wǎng)、支架。整個(gè)捕蟲(chóng)器的工作流程是:首先是在控制器的控制下,白天利用太陽(yáng)能電池板向蓄電池進(jìn)行充電,然后到晚上時(shí),再利用蓄電池給LED燈柱通電工作。太陽(yáng)能電池板。太陽(yáng)能電池板是我們主要的設(shè)計(jì)對(duì)象,也是在該捕蟲(chóng)器中的主要部分。它的作用是通過(guò)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,并且將其產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)至蓄電池中??刂破鳌T诓断x(chóng)器中控制器也是必不可少的裝置,控制器也將太陽(yáng)能電池與蓄電池部分進(jìn)行連接的裝置。控制器的作用主要分為兩部分,一是更好的利用蓄電池。因?yàn)檠娱L(zhǎng)蓄電池的壽命必須防止對(duì)它過(guò)分充電,控制器就很好的限制了太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池的充電過(guò)度。二是具有光控、濕控等的一些功能。蓄電池。受到氣候環(huán)境的影響,太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能不穩(wěn)定,所以需要借助蓄電池來(lái)配合,以保持捕蟲(chóng)器的正常工作。對(duì)蓄電池的容量的選擇一般滿足一下幾個(gè)需求,一是能滿足LED燈柱的工作要求,二是將太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)下來(lái),以滿足氣候環(huán)境的變化。LED燈柱。這兩者是在捕蟲(chóng)器中的誘蟲(chóng)裝置,LED采用的光決定了捕蟲(chóng)器的工作效率,他們分別是利用了害蟲(chóng)的趨光性。高壓電網(wǎng)。通過(guò)誘蟲(chóng)裝置的引誘,害蟲(chóng)撲向捕蟲(chóng)器時(shí),高壓電網(wǎng)將其捕殺。支架。支架的設(shè)計(jì)以滿足該捕蟲(chóng)器的方便性。2.2.3LED燈柱的選擇LED燈柱作為捕蟲(chóng)器較為重要的誘蟲(chóng)裝置之一,很大程度上關(guān)系到捕蟲(chóng)器的誘蟲(chóng)效果,目前市場(chǎng)上的誘蟲(chóng)光源存在許多不同的類(lèi)型,使用最廣的還是黑光燈和白熾燈,但是不同光源的耗電量不一樣,誘蟲(chóng)的成效也不同,但是目前隨著照明技術(shù)的發(fā)展,LED技術(shù)日益成熟,LED燈柱有以下的一些優(yōu)勢(shì)的地方:燈光效率高,當(dāng)使用相同功率這種燈具時(shí),其能夠提供更多數(shù)量的光線,與其等價(jià)的意思是,當(dāng)需要到達(dá)相同的照度時(shí),LED燈相比于其他燈種而言,其能夠使用更低功率達(dá)到相同的效果,這就是體現(xiàn)其高效之處。工作壽命長(zhǎng),其取決于燈具的光衰程度,目前正規(guī)企業(yè)生產(chǎn)的LED燈即使使用時(shí)間達(dá)到將近數(shù)10年,但其仍能保持在與全新燈具接近的光效水平,原因在于其光衰小。所以不在故意毀壞燈具的前提下,此類(lèi)型的燈工作壽命還是相當(dāng)長(zhǎng)的。安全性能好,發(fā)光二級(jí)管也是LED燈的別稱(chēng),其是一種低壓器件,當(dāng)在公共空間里使用時(shí),它的安全特性尤為重要,其在這方面表現(xiàn)得尤為穩(wěn)定。燈具造型多,LED燈本身是由很多細(xì)小的燈珠組裝而成的,所以在生產(chǎn)時(shí)可以按照不同場(chǎng)合的需要,快速便捷的對(duì)燈組珠進(jìn)行組裝,形成不同外形的燈。節(jié)能綠色環(huán)保,LED燈不存在類(lèi)似于汞等有害化學(xué)物質(zhì),且容易回收,不危害自然環(huán)境。(6)燈光顏色種類(lèi)多,LED燈可直接發(fā)出各種各樣的燈光,紅色、黃色、藍(lán)色、綠色、紫色等等。光顏色不同也等于波長(zhǎng)不同,下面是不同顏色的光各自的波長(zhǎng)范圍:橙光:580-600nm黃光:570-580nm綠光:490-570nm藍(lán)光:430-490nm紫光:380-430nm通過(guò)查閱農(nóng)業(yè)資料目前針對(duì)害蟲(chóng)的燈誘波段基本360nm-420nm之間,故可以選擇紫色(400nm)LED燈柱,目前紫光LED燈柱市場(chǎng)上多以12V或24V的為主,但由于采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電,在保持不影響捕蟲(chóng)器正常工作的前提下,需盡量節(jié)省能耗,所以采用12V,15W的紫光LED燈。如圖所示,產(chǎn)品的型號(hào)。圖2.2燈具樣式如下表,對(duì)應(yīng)上圖產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)。表2.1燈具參數(shù)品名LED紫光燈型號(hào)LED-UV003功率12W/15W外觀尺寸53mm×175mm(直徑×總長(zhǎng)度)色溫紫色材質(zhì)阻燃PTB+玻璃管電壓DC12V/24V和220V可選光譜波長(zhǎng)365nm和395nm可選使用壽命30000H使用范圍誘蟲(chóng)、驗(yàn)鈔、熒光檢測(cè)等2.2.4高壓電網(wǎng)部分設(shè)計(jì)高壓電網(wǎng)部分的原理是,通過(guò)在誘蟲(chóng)燈光四周布置數(shù)千伏的高壓電網(wǎng),當(dāng)害蟲(chóng)受到燈光的誘惑聚集后,在靠近燈光時(shí)接觸到高壓電網(wǎng),被高壓電網(wǎng)所產(chǎn)生的火花殺害,再掉落到集蟲(chóng)盤(pán)里。采用高壓電網(wǎng)擊殺害蟲(chóng)的方式效果相對(duì)較好,當(dāng)誘光燈源吸引害蟲(chóng)時(shí),害蟲(chóng)并不是直線飛向光源,而是圍繞在距光源0.3-0.5m地方環(huán)繞飛行,當(dāng)觸碰到高壓電網(wǎng)之后就會(huì)被電擊隨之掉落在接蟲(chóng)盤(pán)里。高壓電網(wǎng)式滅蟲(chóng)流程如圖所示。圖2.3高壓電網(wǎng)式滅蟲(chóng)流程如圖所示,把直接電源與逆變器連接,可以將直流電轉(zhuǎn)化為交流電,再通過(guò)連接高壓發(fā)生器,似的電網(wǎng)達(dá)到工作時(shí)的電壓,本設(shè)計(jì)是蓄電池作為直流電源。2.3本章小結(jié)本章對(duì)先是對(duì)害蟲(chóng)的習(xí)性進(jìn)行簡(jiǎn)單的了解,再是對(duì)捕蟲(chóng)器的工作原理及捕蟲(chóng)器的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行說(shuō)明,并通過(guò)利用害蟲(chóng)的習(xí)性確定了捕蟲(chóng)器的中的誘蟲(chóng)裝置,即是采用12V,15W的LED紫光燈。3捕蟲(chóng)器供能系統(tǒng)及其參數(shù)確定設(shè)計(jì)捕蟲(chóng)器的誘蟲(chóng)燈及熱源均是采用太陽(yáng)能供電,即太陽(yáng)能電池與蓄電池部分組成了供電系統(tǒng)。其容量的大小直接關(guān)系到捕蟲(chóng)器的工作時(shí)間與捕蟲(chóng)效果,而容量設(shè)計(jì)的大小與當(dāng)?shù)厥翘鞖鉅顩r有關(guān),例如光照時(shí)間等等。本設(shè)計(jì)主要是參考廣東地區(qū)的天氣狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)的,所以太陽(yáng)能電池及蓄電池的相關(guān)參數(shù)是通過(guò)參考廣東地區(qū)日照時(shí)間等相關(guān)因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.1太陽(yáng)能電池原理與特性3.1.1太陽(yáng)能電池原理半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)是太陽(yáng)能電池發(fā)電的主要工作原理,其詳細(xì)的過(guò)程是當(dāng)太陽(yáng)光照射在半導(dǎo)體上時(shí),半導(dǎo)體里的p-n結(jié)進(jìn)而直接形成新的空穴-電子對(duì),在這過(guò)程中,p-n結(jié)內(nèi)形成的電場(chǎng),以至于促使由光照產(chǎn)生的空穴流向p區(qū),由光照產(chǎn)生產(chǎn)生的電子就會(huì)流向n區(qū),當(dāng)連接好電路形成通路時(shí)就會(huì)形成電流。其中,硅作為半導(dǎo)體最為主要材料,硅的自身是不會(huì)導(dǎo)電的,但是不同種類(lèi)的雜質(zhì)摻雜到半導(dǎo)體中時(shí),即可制做形成P型與N型半導(dǎo)體,通過(guò)P型中的空穴,原因是其減少了一個(gè)帶負(fù)電的電子,與此同時(shí),相對(duì)應(yīng)的N型中增加了一個(gè)自由電子,所以就此形成了電位差,即產(chǎn)生電流。所以有太陽(yáng)照射時(shí),硅原子中的電子在光照的影響下,被激發(fā)出來(lái),從而形成電子與空穴的對(duì)流,在內(nèi)部組建的電場(chǎng)就會(huì)引導(dǎo)這些電子和空穴,N型半導(dǎo)體開(kāi)始吸引電子,P型半導(dǎo)體吸引空穴。假如在半導(dǎo)體外部利用電極連接在一起,當(dāng)連接形成一個(gè)回路的時(shí)候,太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理就是如此。接下來(lái)就以硅晶體作為例子,把硼元素?fù)诫s入硅晶體,這樣則會(huì)產(chǎn)生出空穴,N型半導(dǎo)體就此產(chǎn)生,相同的做法,把磷元素?fù)诫s入硅晶體,這樣會(huì)產(chǎn)生出自由電子,P型半導(dǎo)體也就此產(chǎn)生。如果把這兩者結(jié)合在一起,即可形成p-n結(jié)。正如上文所訴,當(dāng)受到太陽(yáng)光的照射時(shí),P型半導(dǎo)體吸引著N型半導(dǎo)體中空穴的運(yùn)動(dòng),同時(shí)發(fā)生的還有就是N型半導(dǎo)體吸引著P型半導(dǎo)體中自由電子的運(yùn)動(dòng),這樣在兩者之間就會(huì)存在電勢(shì)差,電源就此形成。圖3.1太陽(yáng)電池發(fā)電原理一個(gè)PN結(jié)所能產(chǎn)生的電勢(shì)是相對(duì)較低的,所以太陽(yáng)能電池其基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)大面積的PN結(jié),即當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量的PN結(jié)時(shí)才能產(chǎn)生我們所想要的電壓。在這個(gè)供電系統(tǒng)中,首先是太陽(yáng)光照不斷的照射在太陽(yáng)能板上,通過(guò)光能轉(zhuǎn)化為電能,再是將產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存在蓄電池里,當(dāng)捕蟲(chóng)器需要工作時(shí),電能又蓄電池提供。在這個(gè)光能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程中,轉(zhuǎn)換效率與很多因素相關(guān),例如:光照強(qiáng)度,半導(dǎo)體的材料等。3.1.2太陽(yáng)能電池種類(lèi)由于的材料不同,太陽(yáng)能電池可有有以下的一些種類(lèi):硅型、多元化合物薄膜型、聚合物多層修飾電極型、納米晶體型以及有機(jī)太陽(yáng)能電池等,當(dāng)前市場(chǎng)上發(fā)展最為成熟的、使用最為廣泛的是硅型的,也是在日常實(shí)際使用中處于最為優(yōu)先推薦的。硅電池還可以繼續(xù)細(xì)分為以下幾種:?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池以及非晶硅太陽(yáng)能電池。以下詳細(xì)了解各類(lèi)太陽(yáng)能電池。(1)單晶硅太陽(yáng)能電池。高純度的單晶硅棒是其的原始材料,此類(lèi)電池的轉(zhuǎn)換效率較其他電池最高,24.7%是實(shí)驗(yàn)室中出現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)換效率,一般大規(guī)模日常生產(chǎn)時(shí)的效率大概為15%,它的生產(chǎn)技術(shù)也最為領(lǐng)先和成熟。生產(chǎn)高性能的此類(lèi)電池最為基本的是與之相關(guān)的熱加工處理工藝以及高質(zhì)量的材料。它目前在各類(lèi)太陽(yáng)能電池中的地位仍是不可撼動(dòng)的,大規(guī)模生產(chǎn)與使用較為普遍,但它仍存在不可避免的缺點(diǎn),成本價(jià)格與其他類(lèi)型相比較高,很難大幅度的減少其成本,在這基礎(chǔ)上,為了降低生產(chǎn)成本以及節(jié)省材料,不斷尋求這類(lèi)電池的替代產(chǎn)品,所以多晶硅薄膜電池以及非晶硅薄膜電池也由此得以發(fā)展。(2)多晶硅薄膜電池。成本相對(duì)較低的襯底材料是多晶硅型的基礎(chǔ),多晶硅薄膜就是生長(zhǎng)在襯底材料之上,電池的激活層是以相對(duì)較薄的晶體硅層,這樣不但會(huì)保持晶體硅電池原有一些特性,例如它的高性能和穩(wěn)定性,效率也會(huì)比非晶體硅薄膜型的電池高,目前18%是其在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率,10%是一般大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率,它潛在的優(yōu)勢(shì)是可以大幅度降低材料的使用量,這樣生產(chǎn)成本也隨之減少。若再進(jìn)一步提高它的轉(zhuǎn)換效率,市場(chǎng)的主要地位就很可能在不久的將來(lái)是屬于多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的。(3)非晶體硅薄膜太陽(yáng)能電池。其具有很強(qiáng)的雙面性,優(yōu)點(diǎn)明顯,缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯。優(yōu)點(diǎn)是這類(lèi)電池的光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高,生產(chǎn)成本也相對(duì)較低,重量輕,特別適合大規(guī)模的生產(chǎn),具有很強(qiáng)的潛在發(fā)展前景。缺點(diǎn)是它的穩(wěn)定性相對(duì)較低,原因在于它生產(chǎn)材料引起的光電效率衰退效應(yīng),由于這明顯的缺陷,大大限制了它在日常生產(chǎn)中的使用率,假若能消除它的穩(wěn)定性問(wèn)題,再能提高它的轉(zhuǎn)換效率,這樣,非晶硅太陽(yáng)能電池也會(huì)未來(lái)廣泛發(fā)展的太陽(yáng)能電池。3.1.3太陽(yáng)能電池的伏安特性和溫度特性1.太陽(yáng)能電池伏安特性曲線圖3.2伏安特性曲線如圖所示(1)開(kāi)路電壓:在標(biāo)準(zhǔn)的條件下,即在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)1000W/m2的照射下,當(dāng)I=0時(shí),太陽(yáng)能電池所輸出的電壓值。短路電流Isc:在標(biāo)準(zhǔn)條件下,當(dāng)V=0時(shí),太陽(yáng)能電池由光電流所提供的電流值。
(2)最大輸出功率:當(dāng)LED燈在工作時(shí)達(dá)到到某一工作點(diǎn),在這時(shí),這一點(diǎn)中電壓值與電流值相乘達(dá)到一個(gè)最大值,而這個(gè)最大值稱(chēng)之為太陽(yáng)能電池的最大輸出功率。與此同時(shí)輸出的電壓和電流分別是最優(yōu)的輸出電壓和最優(yōu)的輸出電流,用Ump和Imp表示。
(3)填充因子:矩形ImpVmp與矩形IscVoc的面積比作為填充因子,表示為:
理想情況下FF為1,實(shí)際的FF恒小于1,填充因子是直接反應(yīng)了電池的轉(zhuǎn)換效率。FF的典型值通常處于0.60-0.85,并由太陽(yáng)能電池的材料和器件結(jié)構(gòu)決定。2.光照強(qiáng)度與開(kāi)路電壓和短路電流的關(guān)系在無(wú)光照射的時(shí)候,開(kāi)路電壓為零,開(kāi)路電壓與光照強(qiáng)度的關(guān)系是,開(kāi)路電壓隨入射光強(qiáng)度增大而增大,但開(kāi)路電壓與入射光強(qiáng)度成非線性關(guān)系[3]。(2)對(duì)于短路電流,當(dāng)短路電流與入射光強(qiáng)度成線性關(guān)系,因?yàn)槿肷涔鈴?qiáng)度越大,光子越多,從而由光子激發(fā)的電子與空穴對(duì)越多,短路電流也就越大。3.太陽(yáng)能電池溫度特性曲線太陽(yáng)能電池多數(shù)是置于室外或者陽(yáng)光充沛的地方工作,而環(huán)境溫度對(duì)太陽(yáng)能電池工作時(shí)的電流電壓有一一定的影響,在光強(qiáng)一致的情況下,如圖所示,環(huán)境溫度升高,短路電流增大,斷路電壓降低。圖3.3溫度特性曲線3.2蓄電池種類(lèi)及放電原理3.2.1蓄電池種類(lèi)蓄電池的類(lèi)型有很多,可大致分為以下四種,分別是鉛酸蓄電池、UPS蓄電池、磷酸鐵鋰蓄電池、超級(jí)蓄電池。它們?cè)诓煌念I(lǐng)域里被廣泛的使用著,在汽車(chē)行業(yè)、電力系統(tǒng)等等的日常生產(chǎn)中都會(huì)使用到,它們的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)明顯,不管是在技術(shù)方面上的突破,還是這類(lèi)產(chǎn)品成本造價(jià)低廉,都確保了它在電池領(lǐng)域內(nèi)的地位,相信在短時(shí)間內(nèi),其他電池很難完全替代它的產(chǎn)品。我們當(dāng)前設(shè)計(jì)是以鉛酸蓄電池為主要的蓄能裝置,普通鉛酸蓄電池與免維護(hù)鉛酸蓄電共同組成了兩個(gè)不同的種類(lèi)。免維護(hù)電池與傳統(tǒng)蓄電池相比,具有不需添加任何液體,對(duì)接線樁頭、電線和車(chē)身腐蝕少,抗過(guò)充電能力強(qiáng),起動(dòng)電流大,電量?jī)?chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。由直觀下表對(duì)比可知,免維護(hù)優(yōu)于傳統(tǒng)電池,所以捕蟲(chóng)器設(shè)計(jì)選擇利用免維護(hù)鉛酸蓄電池。表3.1電池對(duì)比比較內(nèi)容普通鉛酸蓄電池免維護(hù)鉛酸蓄電池額定電壓1212放電深度0.750.75腐蝕性產(chǎn)品酸霧易腐蝕設(shè)備無(wú)腐蝕環(huán)境溫度/℃5-35-20-45浮充電壓比額定電壓高8%-10%比額定電壓高11%-14%浮充壽命/a8-1010-15簡(jiǎn)易性安裝復(fù)雜,體積相對(duì)較大安裝簡(jiǎn)單,體積相對(duì)較小,可水平和垂直安裝價(jià)格較低一般3.2.2蓄電池充放電原理1.蓄電池是屬于各類(lèi)型電池的其中一大類(lèi),它主要作為一種蓄電裝置,把當(dāng)前多余或者暫不使用電能儲(chǔ)存在電池中,再到合適的地方或者在合適的時(shí)機(jī)將電能釋放出來(lái)供人們使用。它的能量轉(zhuǎn)化是,把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,它工作過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,而且還是屬于循環(huán)的過(guò)程,我們的設(shè)計(jì)是以免維護(hù)鉛酸蓄電池作為供能設(shè)備,其主要的負(fù)極材料是鉛,主要的正極材料是二氧化鉛,電解質(zhì)為稀硫酸,總的化學(xué)反應(yīng)式是:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)放電時(shí),正極的反應(yīng)式為:PbO2(s)+2e-+SO42-(aq)+4H+(aq)=PbSO4(s)+2H2O(l)負(fù)極的反應(yīng)式為:Pb(s)-2e-+SO42-(aq)=PbSO4(s)充電時(shí),陰極的反應(yīng)式為:PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)陽(yáng)極的反應(yīng)式為:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+SO42-(aq)+4H+(aq)3.3太陽(yáng)能電池板及蓄電池容量設(shè)計(jì)3.3.1容量設(shè)計(jì)參數(shù)珠海市地理位置處于北回歸線以南,全年溫度較高,有較少時(shí)候有陣寒,但是冬季溫度不會(huì)太低,夏季溫度也不太高;每年的日溫差較小。珠海的每年平均溫度大約在22.6℃,一年里平均溫度最低的月份是1月,平均氣溫15.0℃,溫度最高的月份是7月,平均氣溫28.6℃。每年平均只有3天會(huì)出現(xiàn)35℃以上的高溫,氣候史上曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的最極端的氣溫是38.7℃,每年平均只有2天會(huì)出現(xiàn)5℃以下的低溫,氣候史上曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的最極端的氣溫是2.5℃。珠海市的降雨量充沛,全年有幾個(gè)降雨較多的月份,分別是4-6月、7-9月。
有歷史記錄以來(lái),年最長(zhǎng)連續(xù)降雨日數(shù)為21天,總降雨量達(dá)到162.6毫米;有歷史記錄以來(lái),日最大降雨量為620.3毫米。珠海日照時(shí)間長(zhǎng),太陽(yáng)能資源較其他一些城市充足。年平均日照時(shí)數(shù)為1876.3小時(shí),即平均每天有5.1小時(shí)日照。一年中除了2~3月因多雨霧天氣而日照較少之外,其他月份日照資源較好,其中最多的7月份平均日照時(shí)數(shù)可達(dá)7.7小時(shí)/天。捕蟲(chóng)器設(shè)計(jì)的動(dòng)力來(lái)源是利用太陽(yáng)能發(fā)電,在這過(guò)程中,發(fā)電量的多少與日照有較大的關(guān)系,所以在太陽(yáng)能電池板容量的選擇上,相比于一些日照時(shí)長(zhǎng)較短的地區(qū),可以適當(dāng)選擇容量較小的。另外,由于珠海地區(qū)連續(xù)降雨天較長(zhǎng)且降雨次數(shù)較多,在蓄電池的選擇上,需要選擇容量較大的型號(hào),以免由于電量不足而導(dǎo)致捕蟲(chóng)器無(wú)法正常工作。所以,由上述氣候條件可以確定,蓄電池容量需要在太陽(yáng)能電池板不提供電量的情況下連續(xù)工作5天,與此同時(shí),由于珠海日照時(shí)間較長(zhǎng),所以太陽(yáng)能電池板所需容量的選擇對(duì)比與其他地區(qū)較小,這樣才能更好的適應(yīng)珠海的氣候特點(diǎn),保證捕蟲(chóng)器的正常運(yùn)作。3.3.2蓄電池的容量計(jì)算綜上所訴,在珠海氣候環(huán)境的前提下,選擇電池容量時(shí),蓄電池容量計(jì)算公式如下:式3-1式中:——蓄電池容量,單位為;——捕蟲(chóng)器誘蟲(chóng)部分日均耗電量,單位為;——安全系數(shù);——最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)
;——溫度修正系數(shù);——蓄電池的放電深度。根據(jù)公式可得:捕蟲(chóng)器誘蟲(chóng)部分日均耗電量。LED紫光燈功率為15W,電壓為12V,以及控制器大約的功率為0.5W、12V,根據(jù)害蟲(chóng)的工作時(shí)間以及天黑的工作時(shí)間可確定,捕蟲(chóng)器的工作時(shí)間約為6小時(shí),控制器工作時(shí)間24小時(shí),計(jì)算如下:(2)安全系數(shù)K,為了保證蓄電池的正常工作,在相關(guān)資料的參考下,一般取值在1.1-1.4之間,本次取值為1.25。(3)最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天,根據(jù)上述氣候條件要求,本次取值為7。(4)溫度修正系數(shù),這是根據(jù)溫度變化的,一般在0℃以上取1,所以按照上述氣候描述,取值為1。(5)蓄電池的放電深度,放電深度是會(huì)影響蓄電池的使用壽命,通常鉛酸蓄電池的放電深度為0.75。結(jié)合上述的數(shù)據(jù),將各數(shù)據(jù)代入到式3-1得:故選擇容量為70的免維護(hù)鉛酸蓄電池。與此同時(shí)LED紫光燈是12V的,所以免維護(hù)鉛酸蓄電池選型如下圖所示。圖3.4蓄電池參數(shù)3.3.3太陽(yáng)能電池部分設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池板是整個(gè)捕蟲(chóng)器中提供電能的裝置,而太陽(yáng)能電池板是通過(guò)一定數(shù)量的光伏陣列組成的,如圖所示,太陽(yáng)能電池的單體、組件和陣列,單體電池是光能轉(zhuǎn)化為電能的最小單位,面積一般比較小,大概4-10cm2,其在一般情況下不可以單獨(dú)作為發(fā)電源使用,因?yàn)槠涔ぷ麟妷汉凸ぷ麟娏餍?,電壓大約在0.45-0.5V左右,電流在20-25mA/cm2,,一般情況下使用的太陽(yáng)能電池板是通過(guò)用戶的需求,再對(duì)光伏陣列進(jìn)行合適的串并聯(lián),以達(dá)到用戶的要求。當(dāng)把單體進(jìn)行串并聯(lián)之后,形成了太陽(yáng)能電池組件,它的功率足以作為小電源使用。但當(dāng)系統(tǒng)需要較大功率時(shí),需要把組件再次通過(guò)串并聯(lián)連接,形成太陽(yáng)能電池陣列,即可滿足大型系統(tǒng)使用。單體組件陣列圖3.5電池板構(gòu)件當(dāng)設(shè)計(jì)大型光伏系統(tǒng)時(shí),太陽(yáng)能電池陣列容量設(shè)計(jì)的基本想法是滿足年平均日載耗電量,通過(guò)電流和電壓串并聯(lián)關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池組件串并聯(lián)數(shù)。電池組件的串并聯(lián)數(shù)影響到電池陣列的輸出功率,當(dāng)組件串聯(lián)時(shí),是為了得到一定的電壓要求,當(dāng)組件并聯(lián)時(shí),是為了得到一定的電流要求,只有當(dāng)組件串并聯(lián)數(shù)合適時(shí),才能滿足系統(tǒng)的需要。1.太陽(yáng)能電池組件的串聯(lián)數(shù)當(dāng)把太陽(yáng)能電池組件按照一定數(shù)量串聯(lián)時(shí),即可獲得系統(tǒng)所需要的工作電壓,當(dāng)組件串聯(lián)過(guò)少時(shí),電壓比蓄電池的電壓低,陣列就無(wú)法給蓄電池進(jìn)行充電;當(dāng)組件串聯(lián)過(guò)多時(shí),輸出的電壓就可能高于蓄電池浮充電壓,但這時(shí)充電的電流并不會(huì)有明顯的增大。所以當(dāng)組件串聯(lián)數(shù)合適時(shí),才能與蓄電池的浮充電壓相匹配,才可以跟好想蓄電池充電。計(jì)算公式如下:式3-2其中——太陽(yáng)能電池陣列輸出的最小電壓;——太陽(yáng)能電池組件的最佳工作電壓;——蓄電池浮充電壓;——二極管降壓;一般情況下取0.7V;——其他因素引起的降壓。2.太陽(yáng)能電池組件的并聯(lián)數(shù)太陽(yáng)能電池組件的并聯(lián)數(shù)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載每天需要的耗電量除以單個(gè)太陽(yáng)能電池組件每天產(chǎn)生的電量,計(jì)算公式如下:式3-33.太陽(yáng)能電池陣列功率計(jì)算根據(jù)太陽(yáng)能電池組件串并聯(lián)數(shù),計(jì)算公式如下:式3-4其中——太陽(yáng)能電池陣列功率;——太陽(yáng)能電池組件的額定功率。3.3.4太陽(yáng)能電池板的選型捕蟲(chóng)器太陽(yáng)能供電系統(tǒng)屬于較小的,所以選擇太陽(yáng)能組件即可滿足系統(tǒng)要求,下面就對(duì)捕蟲(chóng)器的用電要求對(duì)太陽(yáng)能電池板的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。(1)確定平均峰值日照數(shù)。珠海地區(qū)近10年均日照總輻射量為5057.11MJ/m2,太陽(yáng)能輻射能量與峰值日照時(shí)數(shù)之間的換算系數(shù)為3.6,,則為平均峰值日照數(shù)式3-5(2)計(jì)算負(fù)載耗電量,由上節(jié)內(nèi)容可知。(3)確定太陽(yáng)能組件最佳電流太陽(yáng)能組件應(yīng)輸出的最小電流為:式3-6式中,為負(fù)載每天總耗電量,為蓄電池組件充電效率(0.80-0.90),為太陽(yáng)能電池組件表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù),通常可取0.9-0.95,為太陽(yáng)能電池組件組合損失和對(duì)最大功率點(diǎn)偏離的修正系數(shù),通??扇?.9-0.95[4]。取=0.8;=0.9;=0.9則(4)計(jì)算太陽(yáng)能陣列工作電流。式3-7——按陰雨期富余系數(shù),在此取太陽(yáng)能電池工作電流為。(5)確定蓄電池浮充電壓。12V鉛酸蓄電池的浮充電壓一般取為14V。所以(6)太陽(yáng)能電池溫度補(bǔ)償電壓。式3-8其中,T為太陽(yáng)能電池組件的最高工作溫度(45℃-60℃),T=60℃(7)計(jì)算太陽(yáng)能電池陣列工作電壓。(其中其他因素引起的降壓一般,=0.5-0.7)式3-9=14+0.6+2.4=17V(8)太陽(yáng)電池陣列輸出功率。式3-10根據(jù)、參數(shù),選擇太陽(yáng)能單晶硅電池產(chǎn)品如下圖所示。圖3.6太陽(yáng)能電池板表3.2太陽(yáng)能電池板參數(shù)型號(hào)SFM-60W單晶峰值功率(Pmax)60W峰值電壓(Vmp)18V開(kāi)路電壓(Voc)21.6V峰值電流(Imp)3.33A短路電流(Isc)3.66A太陽(yáng)能電池板工作環(huán)境-40℃to+85℃最大系統(tǒng)電壓1000VDC(IEC)/600VDC(UL)二極管6bypass測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(環(huán)境)輻照度1000W/m2太陽(yáng)能電池片單晶硅電池片數(shù)量72(6*12)外形尺寸835*540*25mm重量4.6kg玻璃3.2mm超白布紋鋼化玻璃3.4本章小結(jié)本章介紹了捕蟲(chóng)器的供能系統(tǒng),包括太陽(yáng)能電池以及蓄電池,并對(duì)他們的種類(lèi)和相關(guān)特性進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹,再結(jié)合珠海地區(qū)的氣候條件,對(duì)太陽(yáng)能電池和蓄電池的理論容量進(jìn)行計(jì)算,確定了蓄電池容量為12V/70AH,太陽(yáng)能電池板功率60W。4捕蟲(chóng)器的外觀設(shè)計(jì)及控制器選擇對(duì)于捕蟲(chóng)器而言,太陽(yáng)能電池的選擇尤為重要,除此之外,無(wú)論太陽(yáng)能電池負(fù)載的大小,太陽(yáng)能控制器也是最為基本的,。太陽(yáng)能的捕蟲(chóng)器性能的好壞,就取決于太陽(yáng)能控制器的選擇。與此同時(shí),捕蟲(chóng)器的外觀的設(shè)計(jì)也體現(xiàn)了其方便安裝與使用。4.1太陽(yáng)能控制器的選擇4.1.1太陽(yáng)能的控制系統(tǒng)太陽(yáng)能的控制系統(tǒng)是通過(guò)一個(gè)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其具體的名字是太陽(yáng)能控制器,在我們的這個(gè)設(shè)計(jì)中,其作用是在電池板、蓄電池以及燈具三者之間達(dá)到一個(gè)平衡的關(guān)系,它對(duì)蓄電池的充、放電條件加以規(guī)定和控制,并按照負(fù)載的電量需求控制太陽(yáng)能電池和蓄電池對(duì)負(fù)載的電能輸出,不僅如此,還有一個(gè)是起到控制整個(gè)捕蟲(chóng)器工作與停止的作用。4.1.2太陽(yáng)能控制器的基本功能及選擇光伏發(fā)電系統(tǒng)有并網(wǎng)的設(shè)計(jì)也有離網(wǎng)的設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)是屬于離網(wǎng)設(shè)計(jì),并不需要以是電網(wǎng)進(jìn)行連接,對(duì)這類(lèi)型的系統(tǒng),控制器最基本的功能有以下幾個(gè):防止蓄電池的過(guò)度充電,防止蓄電池的過(guò)度放電,以及對(duì)蓄電池的保護(hù)和蓄電池的溫度補(bǔ)償,防止對(duì)太陽(yáng)能電池的反充。1.防止蓄電池過(guò)度充電,當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)給蓄電池充電到電壓閾值時(shí),表示蓄電池電量已經(jīng)充足,充電過(guò)程應(yīng)立即停止,否則會(huì)損壞蓄電池。所以,應(yīng)該設(shè)置控制器,通過(guò)電壓采集和電壓對(duì)比電路,來(lái)對(duì)蓄電池進(jìn)行電壓檢測(cè),進(jìn)而來(lái)控制太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池的充電過(guò)程。2.防止蓄電池過(guò)度放電,根據(jù)蓄電池的放電特性,當(dāng)蓄電池放電到一定程度時(shí),蓄電池放電電壓開(kāi)始急劇下降,預(yù)示著蓄電池已經(jīng)開(kāi)始接近放電的結(jié)點(diǎn),應(yīng)該立即結(jié)束放電過(guò)程,否則將會(huì)給蓄電池帶來(lái)不可逆的損壞,進(jìn)而大大減少蓄電池的使用壽命。3.蓄電池的溫度補(bǔ)償,對(duì)蓄電池充電控制的最終目的,是為了在保證給蓄電池充滿點(diǎn)的情況下,盡可能的減少水分解。蓄電池在充電的過(guò)程里,發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),既氧化還原反應(yīng)以及水解反應(yīng)都與溫度有一定的關(guān)系。當(dāng)溫度較高時(shí),氧化還原反應(yīng)和水解反應(yīng)較為容易發(fā)生,其電化學(xué)電位下降,此時(shí)應(yīng)降低蓄電池充滿的閾值電壓,以防止水被分解;當(dāng)溫度較低時(shí),氧化還原反應(yīng)和水解反應(yīng)發(fā)生較為困難,其電化學(xué)反應(yīng)電位上升,相當(dāng)于提高了蓄電池充滿的閾值電壓,以確保將蓄電池被充滿的同時(shí)不發(fā)生水解反應(yīng)。4.光控和時(shí)控,光控模式下天黑后自動(dòng)開(kāi)燈,即控制器檢測(cè)到天黑后太陽(yáng)能板不發(fā)電時(shí),光源開(kāi)始工作。時(shí)控模式下指可以控制光源工作的時(shí)長(zhǎng)。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇如圖所示的太陽(yáng)能控制器圖4.1控制器4.2太陽(yáng)能捕蟲(chóng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2.1傾角優(yōu)化設(shè)計(jì)為了能使太陽(yáng)能電池組件在受到盡可能多的太陽(yáng)輻射,需要為太陽(yáng)能電池板選擇合適的傾角。參考下表可得,由于廣州與香港地區(qū)的最佳傾角都為緯度-7°,故珠海地區(qū)選擇傾角為緯度-7°比較合適。表4.1我國(guó)主要城市主要日照時(shí)間及安裝傾角城市緯度最任傾角平均曰照(小時(shí))城市緯度最任傾角平均曰照(小時(shí))北京39.80緯度+45杭州30.23緯度+33.43天津39.10緯度+54.65南昌28.67緯度+23.80哈爾濱45.68緯度+34.39福州26.08緯度+43.45沈陽(yáng)41.77緯度+14.60濟(jì)南36.68緯度+64.44長(zhǎng)春43.90緯度+14.75鄭州34.72緯度+74.04呼和浩特40.78緯度+35.57武漢30.63緯度+73.80太原37.78緯度+54.83廣州23.13緯度-73.52烏魯木齊43.78緯度+124.60長(zhǎng)沙28.20緯度+63.21西寧36.75緯度+15.45香港22.00緯度-75.32蘭州36.05緯度+84.40???0.03緯度+123.84西安3430緯度+143.59南寧22.82緯度+53.53上海31.17緯度+33.80成都30.67緯度+22.88南京32.00緯度+53.94貴陽(yáng)26.58緯度+82.86合肥31.85緯度+93.69昆明25.02緯度-84.25拉薩29.70緯度-86.70銀川38.48緯度+25.454.2.2捕蟲(chóng)器結(jié)構(gòu)示意圖捕蟲(chóng)器結(jié)構(gòu)可根據(jù)使用要求進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì),當(dāng)捕蟲(chóng)器需要固定在水泥地上時(shí),需要滿足一定的抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求,當(dāng)捕蟲(chóng)器需要滿足方便攜帶時(shí),需要滿足一定的方便性。根據(jù)不同的需求,現(xiàn)在進(jìn)行兩種不同結(jié)構(gòu)的捕蟲(chóng)器設(shè)計(jì)。如圖4-3所示,1-太陽(yáng)能電池板,2-燈具,3-高壓電網(wǎng),4-保護(hù)網(wǎng),5-接蟲(chóng)盤(pán),6-桿式支架,7-蓄電池盒,8-控制器盒。捕蟲(chóng)器的流程是,太陽(yáng)光照射在太陽(yáng)板上,與太陽(yáng)板連接的是控制器,控制器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,并把電能儲(chǔ)蓄到蓄電池中,以供LED燈以及高壓電網(wǎng)的使用。圖4-3的這種的結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)之處在于其能滿足惡劣的臺(tái)風(fēng)環(huán)境,而不至于被風(fēng)吹到,但是換個(gè)角度思考這是也是它的缺點(diǎn),原因在于人們很難移動(dòng)設(shè)備,當(dāng)設(shè)備需要到另一個(gè)工作地方時(shí),此類(lèi)問(wèn)題難以解決。圖4.2捕蟲(chóng)器1如圖4-4所示,1-太陽(yáng)能電池板,2-LED燈源,3-高壓電網(wǎng),4-保護(hù)架,5-接蟲(chóng)盤(pán),6-便攜式支架,7-伸縮繩索,8-控制器盒,9-蓄電池盒。這種捕蟲(chóng)器結(jié)構(gòu)整體的運(yùn)作流程與上述的相類(lèi)似,但其的改進(jìn)之處是它的支架結(jié)構(gòu),這種設(shè)計(jì)這優(yōu)勢(shì)之處在于它擁有方便攜帶的特性,圖中5的位置是一個(gè)可伸縮的繩索結(jié)構(gòu),可任意掛在需要其工作的地方,當(dāng)需要更換工作環(huán)境時(shí),可直接取下懸掛的繩索,對(duì)捕蟲(chóng)器進(jìn)行轉(zhuǎn)移。為了保證捕蟲(chóng)器能安全使用,特地在高壓電網(wǎng)設(shè)置了一個(gè)保護(hù)架,以此來(lái)防止使用者不小心觸碰到電網(wǎng),捕蟲(chóng)器中還有一個(gè)便捷設(shè)計(jì),當(dāng)害蟲(chóng)被電網(wǎng)擊殺掉落在接蟲(chóng)盤(pán)上,沿著盤(pán)子滑落,在盤(pán)子的下端套上集蟲(chóng)袋,可隨時(shí)拆卸更換。圖4.3捕蟲(chóng)器2為了進(jìn)一步更加直觀的了解該捕蟲(chóng)器的構(gòu)造,以下是對(duì)應(yīng)于上文所述的兩種捕蟲(chóng)器外觀的3維模型。4-5圖是立地式的設(shè)計(jì),4-6圖是便攜式的設(shè)計(jì),它們同樣采用的是以太陽(yáng)能提供動(dòng)力來(lái)源,LED燈作為誘蟲(chóng)的工具,并以高壓電網(wǎng)的形式擊殺。圖4.4捕蟲(chóng)器1模型圖4.5捕蟲(chóng)器2模型4.2.3抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)使用立地式捕蟲(chóng)器時(shí),需考慮抗風(fēng)的設(shè)計(jì),如圖所示,珠海地區(qū)臺(tái)風(fēng)現(xiàn)象較為頻繁,大部分時(shí)間最多為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴氣候,即為10~11級(jí)風(fēng)力強(qiáng)度,故選擇強(qiáng)熱帶風(fēng)暴強(qiáng)度就夠了。所以設(shè)定最大風(fēng)速V=32.6m/s。表4.2風(fēng)速和風(fēng)力對(duì)應(yīng)關(guān)系名稱(chēng)最大風(fēng)力(m/s)風(fēng)速(級(jí))名稱(chēng)最大風(fēng)力(m/s)風(fēng)速(級(jí))熱帶低壓(TD)10.8~17.16~7臺(tái)風(fēng)(TY)32.7~41.412~13熱帶風(fēng)暴(TS)2~24.48~9強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(STY)41.5~50.914~15強(qiáng)熱帶風(fēng)暴(STS)24.5~32.610~11超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)(SuperTY)>51.0≥16捕蟲(chóng)器支架一般是自立試結(jié)構(gòu),鳳荷載在支架上的作用是均勻分布的,計(jì)算時(shí)可等效為一個(gè)集中載荷,為了簡(jiǎn)化計(jì)算,以下圖為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),根據(jù)直徑不同分為1、2兩段,支架所承受的主要載荷為剪力和彎矩,各段桿的受力最大處均在根部,產(chǎn)生的載荷的原因?yàn)轼P載荷。如圖所示。圖4.6支架風(fēng)載荷計(jì)算,因風(fēng)載荷在支架上的作用是均布的,計(jì)算時(shí)可等效為一個(gè)集中載荷。風(fēng)載荷的作用產(chǎn)生彎矩,各段桿的受力最大處均在根部。該項(xiàng)目要求監(jiān)控桿抗風(fēng)能力達(dá)到32.6米/秒(11級(jí)),根據(jù)風(fēng)壓計(jì)算公式式4-1其中,-風(fēng)壓-風(fēng)速-空氣密度,在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下15℃時(shí),根據(jù)伯努利方程,風(fēng)力其中-受風(fēng)面積-支架風(fēng)載體型系數(shù),當(dāng)qD2≤0.3時(shí),=1.2,D為支架桿件外徑,當(dāng)qD2≥2時(shí),=0.6,當(dāng)0.3<qD2<2時(shí),按線性差值計(jì)算,既=[(1.2-0.6)(2-qD2)/(2-0.3)]+0.6受風(fēng)面積S1=D1L1(m2);S2=D2L2(m2)如圖所示,參考下表為各段所承受風(fēng)載荷各步驟計(jì)算過(guò)程。圖4.7公式計(jì)算根據(jù)上表計(jì)算公式,得出下表計(jì)算結(jié)果,如下表所示表4.3風(fēng)載荷相關(guān)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目I號(hào)桿項(xiàng)目II號(hào)桿桿外直徑D(mm)120桿外直徑D(mm)130桿內(nèi)直徑d(mm)110桿內(nèi)直徑d(mm)120長(zhǎng)度L(m)1.5長(zhǎng)度L(m)0.5截面積A(×10-4m2)18.005截面積A(×10-4m2)19.625抗彎截面模量W(×10-6m3)49.84抗彎截面模量W(×10-6m3)59.06風(fēng)力F(Kgf)11.57風(fēng)力F(Kgf)3.92彎矩M(Kgf.m)8.68彎矩M(Kgf.m)0.98合彎矩M合(Kgf.m)8.68合彎矩M合(Kgf.m)15.44正應(yīng)力σ(×106Kgf/m2)0.174正應(yīng)力σ(×106Kgf/m2)0.261合剪力Q(Kgf)11.57合剪力Q(Kgf)15.49剪應(yīng)力T(×106Kgf/m2)0.64剪應(yīng)力T(×106Kgf/m2)0.86綜合應(yīng)力σ(×106Kgf/m2)1.122綜合應(yīng)力σ(×106Kgf/m2)1.702支架桿件選用Q235,其拉伸強(qiáng)度極限=370MPa;剪切強(qiáng)度T,根據(jù)塑性材料的剪切強(qiáng)度為拉伸強(qiáng)度的0.6-0.8倍,因此T=250MPa。安全系數(shù)取n=1.5-2,由表4.3可見(jiàn),桿最大應(yīng)力處在下桿的根部。最大應(yīng)力=1.702MPa.[σ]==370/2=185MPa>1.702MPa。所以選用的支架桿件桿抗風(fēng)能力達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。4.2.4接蟲(chóng)盤(pán)傾斜角度力學(xué)分析優(yōu)化接蟲(chóng)盤(pán)角度分析如上文所述,當(dāng)害蟲(chóng)接觸到高壓電網(wǎng)被擊暈尚未完全擊殺時(shí),掉落到接蟲(chóng)盤(pán)里滑落的力學(xué)模型如下圖所示,可看作是一個(gè)物體沿著斜坡滑落的過(guò)程。受力分析如圖所示,因?yàn)榭烧J(rèn)為昆蟲(chóng)是只在重力作用下自由滑落。盤(pán)子的靜摩擦系數(shù)為,害蟲(chóng)的重力為mg,在接蟲(chóng)盤(pán)上的靜摩擦力為f,假如蟲(chóng)子需要正常滑落:式4-2由于:得到:而a為接蟲(chóng)盤(pán)的傾斜角度,所以傾斜角度需大于接蟲(chóng)盤(pán)材料的摩擦角,接蟲(chóng)盤(pán)一般情況下采用的是ABS工程塑料,經(jīng)查閱資料知道,工程塑料的動(dòng)摩擦系數(shù)的范圍是0.35-0.52.從而得到接蟲(chóng)盤(pán)的傾斜角角度為19.29-27.47。所以為了確保接盤(pán)的使用效果,a取35°。圖4.8受力分析(2)接盤(pán)大小如圖所示,盤(pán)子的傾斜角角度為a,d上為盤(pán)子上口的直徑,d下為盤(pán)子的下口直徑。d上越大,接蟲(chóng)的有效面積就越大,d下越小,害蟲(chóng)重新飛出來(lái)的機(jī)會(huì)就越小,但是如果h在一定的前提下,上下口直徑相差越大,傾斜角角度相對(duì)就越小,害蟲(chóng)就不易滑落。圖4.9接盤(pán)式4-3得:根據(jù)上文a=35°,參考實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù),取d上=250mm,而h的取值范圍0-100mm,結(jié)合實(shí)際,h取50mm,為了方便清理害蟲(chóng),在接蟲(chóng)盤(pán)下口采用5cm直筒型結(jié)構(gòu)。4.3應(yīng)用實(shí)例目前市面上也有許多相類(lèi)似的捕蟲(chóng)器,應(yīng)用于各個(gè)場(chǎng)合,如下圖所示,這個(gè)捕蟲(chóng)器在結(jié)構(gòu)上于本文設(shè)計(jì)的立地式捕蟲(chóng)器相似,對(duì)本文的設(shè)計(jì)有一定的實(shí)際參考價(jià)值。
它是通過(guò)設(shè)置在最上面的太陽(yáng)能板,當(dāng)在白天的時(shí)候,太陽(yáng)光照射在板子上,并將其能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換成電能,與此同時(shí),生成的電量轉(zhuǎn)移儲(chǔ)存在作為蓄電裝置的蓄電池里,隨著太陽(yáng)光逐漸變?nèi)酰刂破饔|發(fā)捕蟲(chóng)器啟動(dòng),發(fā)出紫色光的LED燈利用害蟲(chóng)的自身屬性,使其成為在農(nóng)田、果園、養(yǎng)殖場(chǎng)等地誘惑害蟲(chóng)的利器,這些地方里的害蟲(chóng)由于燈光的吸引,大部分被聚集在燈光周?chē)?,這時(shí)它們就會(huì)觸碰到包圍在燈光四周的高壓電網(wǎng),并被其擊殺。而控制器自身帶有時(shí)控的功能,由使用者控制捕蟲(chóng)器的工作時(shí)間,當(dāng)在捕蟲(chóng)器工作幾個(gè)小時(shí)之后自動(dòng)停止工作,若時(shí)間控制得當(dāng),在大約凌晨一點(diǎn)鐘之后停止工作,這時(shí)一般是某些害蟲(chóng)天敵活動(dòng)的時(shí)間,即可避免大量誘殺益蟲(chóng)的情況。再者是在安裝使用時(shí)應(yīng)注意的一些問(wèn)題,由于紫色光傳播距離不遠(yuǎn),在一些農(nóng)作物密集的地方,應(yīng)選擇相對(duì)比較空曠的地方進(jìn)行安裝,避免農(nóng)作物阻擋光線的傳播,以保證捕蟲(chóng)器工作效果。還有就是便攜式帶有伸縮效果的捕蟲(chóng)器,應(yīng)選擇合適的高度進(jìn)行懸掛,若高度低了,同樣是由于農(nóng)作物的阻擋光線的傳播,導(dǎo)致影響捕蟲(chóng)效率,若高度高了,害蟲(chóng)卻飛不上去,也會(huì)影響工作效率。現(xiàn)在有許多的茶園、魚(yú)塘、校園、小院等都采用類(lèi)似的捕蟲(chóng)器進(jìn)行害蟲(chóng)防治。由于現(xiàn)在正處于春夏季換季,日常蚊蟲(chóng)也越來(lái)越多,由圖片上直接觀察,殺蟲(chóng)效果明顯,而且眾多消費(fèi)者也肯定其作用,不僅使用方便,而且由于采用太陽(yáng)能的供電方式,可大大節(jié)省電能。
圖4.10捕蟲(chóng)器在魚(yú)塘邊應(yīng)用圖4.11捕蟲(chóng)器在茶園地應(yīng)用圖4.12捕蟲(chóng)器夜間應(yīng)用5結(jié)論與展望5.1全文總結(jié)本課題研究了一種新型的太陽(yáng)能捕蟲(chóng)裝置。隨著社會(huì)的發(fā)展,人們的生活水平越來(lái)越高,人們開(kāi)始越來(lái)越注重食品的安全。當(dāng)前農(nóng)業(yè)上主要的農(nóng)作物防治方式是利用化學(xué)藥劑,即農(nóng)藥,再是利用物理防治,化學(xué)藥劑的缺點(diǎn)是在于對(duì)環(huán)境破壞的同時(shí),也會(huì)把化學(xué)藥劑殘留在農(nóng)作物上,以至于影響人們的身體健康,特別是會(huì)影響幼小的嬰兒,嚴(yán)重的還有可能會(huì)出現(xiàn)畸形,所以社會(huì)一直在倡導(dǎo)無(wú)公害,綠色環(huán)保的健康生活方式,進(jìn)而物理防治越來(lái)越重要。通過(guò)查閱各種文獻(xiàn)資料,設(shè)計(jì)出一種便攜式伸縮熱源捕蟲(chóng)器。查閱大量關(guān)于捕蟲(chóng)器以及其作用效果的資料,翻查了國(guó)內(nèi)已有的一些捕蟲(chóng)器,了解其組成,捕蟲(chóng)原理以及工作效果。對(duì)捕蟲(chóng)器主要誘蟲(chóng)的組成部分進(jìn)行分析,通過(guò)對(duì)比市場(chǎng)上的誘蟲(chóng)的比較,確定選擇以LED燈為作為誘蟲(chóng)的光源,并且經(jīng)查閱害蟲(chóng)的生活習(xí)性,進(jìn)一步確定了以紫色的LED燈為誘蟲(chóng)光源。不同地域的光照時(shí)間有較大的差異,以珠海的日照時(shí)間為基礎(chǔ),對(duì)捕蟲(chóng)器的太陽(yáng)能電池以及蓄電池進(jìn)行容量設(shè)計(jì),并且確定了其參數(shù)。對(duì)捕蟲(chóng)器裝置進(jìn)行流程的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì),通過(guò)CAD簡(jiǎn)要的設(shè)計(jì)出其主要的簡(jiǎn)圖,以及結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。對(duì)設(shè)計(jì)完成后的主要裝置進(jìn)行選型和整理計(jì)算數(shù)據(jù),使得整體設(shè)計(jì)更加合理和完整。5.2設(shè)計(jì)展望由于此次是本人的第一次設(shè)計(jì),以及在技術(shù)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)有所欠缺的情況下,本文存在著許多瑕疵和不足的地方,但是我對(duì)本次設(shè)計(jì)裝置還是存在著很多的展望。或許本次的的設(shè)計(jì)裝置有很多不足,但是我對(duì)其整體思路還是很有期待,再當(dāng)今社會(huì)能源日益枯竭的時(shí)候,太陽(yáng)能作為其可再生能源的主要代表,我們?nèi)祟?lèi)對(duì)其開(kāi)發(fā)只會(huì)繼續(xù)加強(qiáng),而在對(duì)生活品質(zhì)不斷追求的人們來(lái)說(shuō),捕蟲(chóng)器的發(fā)展前景非常樂(lè)觀,與太陽(yáng)能相結(jié)合的捕蟲(chóng)器,是值得有所期待的。所以本次設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)有一下幾點(diǎn):(1)太陽(yáng)能作為可再生的清潔能源,作為本次的裝置主要能源來(lái)源,有著很大的能源優(yōu)勢(shì),同時(shí)結(jié)合捕蟲(chóng)器裝置,近年來(lái)的捕蟲(chóng)器裝置需求日益增加,可以說(shuō)是兩大優(yōu)勢(shì)結(jié)合。(2)目前捕蟲(chóng)器需求量漸漸增多,很多偏遠(yuǎn)由于難以在農(nóng)地里利用市電系統(tǒng),其主要原因就是很多時(shí)候在農(nóng)地接線至市電,以至于很難利用市場(chǎng)上大部分的捕蟲(chóng)器,但是我們的捕蟲(chóng)器裝置采用的是太陽(yáng)能供電,所以在這方面有很大的優(yōu)勢(shì)。(3)市面上許多的捕蟲(chóng)器裝置質(zhì)量技術(shù)參次不齊,而且又各種各樣的規(guī)格,我們要在國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的情況下進(jìn)行技術(shù)革新,讓可行的技術(shù)盡可能完善。綜上所述,雖然在整體技術(shù)還不完善,但是其本身的設(shè)計(jì)思路有著很大的可行性。參考文獻(xiàn)[1]丘燕.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J].數(shù)字化用戶,2014.05:26.[2]孟慶國(guó),鄧春海,冀寶贏,劉素萍.利用害蟲(chóng)的趨性進(jìn)行防治[J].食用菌,1999(06):37.[3]王玉清,任新成.光照強(qiáng)度對(duì)太陽(yáng)能電池特性影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].大學(xué)物理,2017,36(03):32-35+39.[4]鞠振河.太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].可再生能源,2007(05):79-83.[5]純胄,楊捷.害蟲(chóng)趨光性及其應(yīng)用技術(shù)的研究進(jìn)展[J].華東昆蟲(chóng)學(xué)報(bào),2007(02):131-135.[6]曹寶劍.兩種太陽(yáng)能誘蟲(chóng)燈下稻田昆蟲(chóng)群落和主要種數(shù)量動(dòng)態(tài)的比較[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.[7]曹家郝.一種智能太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].貴州大學(xué),2018.[8]林蜀云.太陽(yáng)能LED殺蟲(chóng)燈的研制[D].貴州大學(xué),2015.[9]林閩,姚白云,張艷紅,熱孜望.太陽(yáng)能LED殺蟲(chóng)燈的研究[J].可再生能源,2007(03):79-80.[10]李正鵬,羅倩倩.太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].湖南農(nóng)機(jī),2012,39(11):65+67.[11]許金花,徐艷琴.珠海地區(qū)太陽(yáng)能資源特征分析[J].建筑節(jié)能,2016,44(07):26-28.[12]梁富浩.太陽(yáng)能殺蟲(chóng)裝置的研究與開(kāi)發(fā)[D].天津大學(xué),2007.[13]郭湘君,秦曼華.光伏陣列太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈控制方法[J].輕工機(jī)械,2010,28(05):66-68+72.[14]何志敏,劉銀春.太陽(yáng)能LED殺蟲(chóng)燈的應(yīng)用探討[J].福建農(nóng)機(jī),2009(03):42-44.[15]王曉飛.淺析從化學(xué)防治到物理防治的轉(zhuǎn)變——關(guān)于太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈的應(yīng)用[J].科技資訊,2015,13(33):226-227.[16]涂海華,鄺先飛,毛宇,李萍.雙波段LED太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈對(duì)茶園害蟲(chóng)的控制作用研究[J].中國(guó)植保導(dǎo)刊,2018,38(10):53-57.[17]崔圣艷.新型太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈在山西林業(yè)上的應(yīng)用[J].新農(nóng)業(yè),2018(19):27-28.[18]梁莉莉.太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈對(duì)水稻害蟲(chóng)的試驗(yàn)研究及效果評(píng)價(jià)[J].河南農(nóng)業(yè),2018(28):32.[19]邱恒云.太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈在不同作物田中的應(yīng)用效果研究[J].南方農(nóng)機(jī),2018,49(02):31-32.[20]潘洪生,李國(guó)平,李耀發(fā),陸宴輝.太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈對(duì)盲蝽成蟲(chóng)的誘殺效果[J].中國(guó)植保導(dǎo)刊,2017,37(12):60-62.[21]王衛(wèi)斌,陳瑞琴,彭世龍.太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈防治園林害蟲(chóng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東林業(yè)科技,2017,47(01):54-57.[22]云天海,張磊.太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈對(duì)蔬菜害蟲(chóng)的誘殺效果[J].北方園藝,2016(18):118-121.附錄附錄一外文文獻(xiàn)及翻譯ResearchofLEDsolarinsecticideslamp1.AnoverviewofLEDsolarinsecticideslampIntegrationofsolarspectrumfrequencyconversioninsecticideslamp,isanapplicationofhighandnewtechnologytoimprovenowhasaboobyiswidermoreenergyconservationandenvironmentalprotectionofsolarinsecticideslamp.Usingpestphototaxisandthesensitivityofthevariationoflighttrapsininsectpests.Soakusingsolarpanelstoconvertenergyasintelligentsolarjoinslampmadeofsystempowersupplysystem.Integrationofsolarspectrumfrequencyinsecticideslampcanbewidelyusedinagriculture,forestry,vegetable,tobacco,storage,liquorbrewing,gardens,orchards,urbangreening,aquacultureandsoon,theviolationofcottonbollworminparticularareas.Canbetrapsinagriculture,forestry,fruit,vegetablesandotherinsectpests.Dependingonthetest,adayonaverageperlamptrapsinpestthousandsofhead,thepeakoftensofthousandsofhead.Reducethenumberofovumaround70%.Trapsinadult,theeffectsignificantly,duetotheintegrationofsolarspectrumfrequencyinsecticideslampwillbepestsdirectlywhoensnaredintheadultstage,ratherthanthemainpesticideskilllarvae,greatlyimprovingthecontroleffect.Whileavoidingtheoccurrenceofthepestresistanceandsprayingpesticidesoninsectpestsofmanslaughter,someusersreflectafterhanginglamplastyear,thisyearthepestsinthefieldareveryfew,butnotthelightsupthenextvillage,thefieldpestinfestation.Protectionofnaturalenemy,maintainingtheecologicalbalance,accordingtothetest,theintegrationofsolarspectrumfrequencyinsecticideslampgoodratioof1:97.6,62.4%lowerthanthehighpressuremercurylamp(1:36.7),showthatintegrationofsolarspectrumfrequencyinsecticideslampsmalldamageofinsectpests,totrapinsectpestsofspecificityisstrong.Integrationofsolarspectrumfrequencyinsecticideslamptolureoflivewormeggscanbekept,asthehost,letbackonthefieldafterwaspparasitic,lettheenemyasafeed,isadvantageoustothefieldofnaturalenemyspeciesgrowth,maintaintheecologicalbalance.Reducethepollutionoftheenvironment,reducepesticideresidues,integrationofsolarspectrumfrequencyinsecticideslampisbyphysicalmethodofluringinsects,comparedwiththeconventionalmanagement,eachcroptoreducedruguse2-3timesgreatlyreducedpesticideuse,reducethepesticideresidue,improveproductquality,reducethepollutiontotheenvironment,toavoidhumanandanimalpoisoningeventsfrequentlyoccur,suitablefortheproductionofpollution-freeproducts.Willnotmakeanypeststobecomeresistanttotreatment,areabletobebeforetheharmofcroppestsculling.Hasgoodecologicalbenefitandsoc
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