太陽能風(fēng)扇傘的設(shè)計(jì)*

林 虎，楊 健

(重慶科技學(xué)院機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，重慶 401331)

太陽能風(fēng)扇傘的設(shè)計(jì)*

林 虎，楊 健

(重慶科技學(xué)院機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，重慶 401331)

針對(duì)夏日出行降溫消暑存在的問題，設(shè)計(jì)了一種太陽能風(fēng)扇傘，該設(shè)計(jì)保持了普通傘遮陽的功能和輕便結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，還可利用太陽能這種新型能源供能，達(dá)到用風(fēng)扇工作降溫的功能，并且實(shí)現(xiàn)了將利用USB接口給手機(jī)等電子產(chǎn)品充電的功能。太陽能風(fēng)扇傘由柔性太陽能電池、太陽傘、小風(fēng)扇和控制轉(zhuǎn)換電路等組成。

柔性太陽能電池;風(fēng)扇;太陽傘;手機(jī)充電;移動(dòng)電源;降溫

1 引言

在全球日益變暖的大環(huán)境下，世界各地夏日炎熱難耐，太陽傘便成為了人們夏日出行的重要生活工具。目前市場上的太陽傘價(jià)格不菲，功能單一，只有遮陽的功能，不能很好的消除夏日出行給人們帶來的炙熱感。筆者設(shè)計(jì)的這種太陽能風(fēng)扇傘，是利用夏日豐富的太陽能供能，達(dá)到使風(fēng)扇工作和給手機(jī)等電子產(chǎn)品充電的功能。通過人性化的設(shè)計(jì)，使太陽能風(fēng)扇傘在性價(jià)比和外觀等方面有一定的創(chuàng)新。

產(chǎn)品具有能源環(huán)保、免費(fèi)可再生且輕便、多功能等特點(diǎn)，具有很好的使用前景和市場潛力［1］。

2 太陽能風(fēng)扇傘的構(gòu)成及原理

2.1 結(jié)構(gòu)組成

所設(shè)計(jì)的太陽能風(fēng)扇傘屬于新能源供能，可達(dá)到降溫、充電環(huán)保，是輕便類生活工具。如圖1，太陽能風(fēng)扇傘主要由柔性太陽能電池、太陽傘、小風(fēng)扇、鋰蓄電池和控制轉(zhuǎn)換電路等組成。

為使太陽能風(fēng)扇傘輕便美觀，將柔性太陽能電池封裝在外傘面;小風(fēng)扇安裝在內(nèi)傘面與傘骨架之間;控制轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)及鋰蓄電池安裝在傘柄中。為了安全，風(fēng)扇與人之間用罩網(wǎng)隔離，并在傘中桿的卡口處安裝一個(gè)安全開關(guān)。

2.2 工作原理

使用時(shí)，將傘完全撐開，傘架就會(huì)卡在中桿的卡口處，將安全開關(guān)打開。當(dāng)傘面受到陽光直射時(shí)，太陽能電池就會(huì)將光能轉(zhuǎn)換為電能，通過穩(wěn)壓保護(hù)電路給鋰蓄電池充電，當(dāng)打開手柄上的開關(guān)后，鋰電池便可以通過升壓電路使風(fēng)扇工作。做應(yīng)急電源時(shí)，只要將風(fēng)扇的USB插頭取下，插上電子產(chǎn)品的USB接頭就可以為其充電［2］。

圖1 太陽能風(fēng)扇傘結(jié)構(gòu)及實(shí)物圖

3 設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.1 太陽能電池選擇及封裝

為了滿足太陽能風(fēng)扇傘的各種性能，柔性太陽電池可以使用價(jià)格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨和金屬片等不同材料當(dāng)基板來制造，厚度不足1 mm，因此在同一受光面積之下可較硅晶圓太陽能電池大幅減少原料的用量(厚度可低于硅晶圓太陽能電池90%以上)，目前轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)13%，柔性電池太陽電池除了平面之外，也因?yàn)榫哂锌蓳闲钥芍谱鞒煞瞧矫鏄?gòu)造，故其應(yīng)用范圍大［3］。

根據(jù)柔性太陽能電池的可撓性，可以將柔性太陽能電池封裝在太陽傘的傘布上，使傘布可以收攏裹緊。通過對(duì)柔性太陽能電池的測試參數(shù)，太陽能風(fēng)扇傘選擇用4塊這樣的電池串聯(lián)后進(jìn)行封裝，即串聯(lián)后的開路電壓為8 V，表1為柔性太陽能電池基本參數(shù)。

表1 柔性太陽能電池基本參數(shù)

3.2 風(fēng)扇與傘架的設(shè)計(jì)安裝

風(fēng)扇與傘中桿的連接固定，需要根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與中桿連接，使機(jī)身的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。如圖2，在對(duì)小風(fēng)扇進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到風(fēng)扇葉片會(huì)對(duì)傘的收攏產(chǎn)生障礙，故將風(fēng)扇的葉片與電機(jī)外殼通過鉸鏈連接，當(dāng)小風(fēng)扇未工作時(shí)，葉片自然垂下，減小風(fēng)扇所占空間，便于收攏;風(fēng)扇工作時(shí)，葉片由于離心力的作用升起，使風(fēng)扇正常工作。

圖2 風(fēng)扇的安裝圖

由于風(fēng)扇需要一定的工作空間，太陽傘原有的傘架不能滿足要求，所以要對(duì)各運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件的長度進(jìn)行修改，以增加骨架間的空間達(dá)到風(fēng)扇工作所需要的空間［4］。

3.3 鋰電池的選擇及電路控制

通過對(duì)市面上鋰電池的調(diào)查，根據(jù)價(jià)格、容量和形狀等需求，選擇了18650型鋰電池，該鋰電池不像手機(jī)鋰電池那樣具有記憶性，可以隨充隨用，不爆炸、不燃燒、環(huán)保無毒、輕便。表2為鋰電池參數(shù)。

表2 鋰電池參數(shù)

太陽能電池產(chǎn)生的電壓、電流是隨光照強(qiáng)度的改變而改變的，所以對(duì)鋰電池充電時(shí)需要作穩(wěn)壓和過充保護(hù)處理，如圖3(a)，通過CN3082芯片的處理，電路可接受太陽能電池的電壓輸入為4.45～8V，然后對(duì)鋰電池進(jìn)行恒壓充電。充電時(shí)發(fā)光二級(jí)管為紅色，充滿變?yōu)榫G色，此時(shí)鋰電池的電壓可視為高于8V，認(rèn)為鋰電池處于過充狀態(tài)，則繼電器常閉點(diǎn)斷開，常開點(diǎn)閉合，停止向鋰電池充電，達(dá)到過充保護(hù)功能。

鋰電池為其他負(fù)載供電時(shí)，電壓才3.7V，達(dá)不到其他負(fù)載的工作電壓，所以需要經(jīng)過升壓控制電路達(dá)到5V后，才能給其他負(fù)載供電。如圖3(b)，電池向負(fù)載供電時(shí)，當(dāng)鋰電池電壓低于2.75V時(shí)，認(rèn)為鋰電池處于過放狀態(tài)，繼電器開關(guān)由常閉點(diǎn)轉(zhuǎn)到常開點(diǎn)，放電電路就斷開，停止向負(fù)載供電，達(dá)到過放保護(hù)功能［5］。

圖3 控制電路圖

4 總結(jié)

太陽能風(fēng)扇傘經(jīng)過人性化的設(shè)計(jì)，在功能方面實(shí)現(xiàn)了出行的降溫和電子產(chǎn)品的充電，在外觀和結(jié)構(gòu)上基本保持了普通傘的美觀和輕便。充分利用了夏日充足的太陽能，在能源方面做到了環(huán)保、無污染和免費(fèi)再生等特點(diǎn)，是性價(jià)比很高的生活工具。綜上所述，太陽能風(fēng)扇傘應(yīng)該具有很好的使用前景和市場潛力。

［1］ 惠 晶.新能源轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［2］ 王鴻明，段玉生，王艷丹.電工與電子技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［3］ 馮垛生.太陽能發(fā)電原理與應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版，2007.

［4］ 孫 桓，陳作模.機(jī)械原理［M］.第7版.北京:高等教育出版社，2006.

［5］ 何希才.新型集成穩(wěn)壓器應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版，2006.

Design for Solar Energy Fan Umbrella

LIN Hu，YANG Jian
(College of Mechanical and Power Engineering，Chongqing Institute of Science and Technology，Chongqing 401331 China)

Aiming at the summer cooling summer travel，a kind of solar fan umbrella is designed，the design keeps the function of ordinary umbrella shade and light structure，the characteristics of the new energy power can also use solar energy，with functions of cooling fan working，USB interface is realized to use for the the electronic products such as mobile phone charging.Solar energy fan umbrella consists of flexible solar cells，solar umbrella，small fan transformation and control circuit，etc.

flexible solar cells;fan;sun umbrellas;cell phone batteries;mobile power supply

TH133;TB122

A

1007－4414(2013)05－0120－02

2013－07－12

重慶科技學(xué)院第七屆科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(2012060)

林 虎(1991－)，男，重慶人，在讀本科，研究方向:機(jī)械電子工程。