太陽能風扇傘的設計*

林 虎，楊 健

(重慶科技學院機械與動力工程學院，重慶 401331)

太陽能風扇傘的設計*

林 虎，楊 健

(重慶科技學院機械與動力工程學院，重慶 401331)

針對夏日出行降溫消暑存在的問題，設計了一種太陽能風扇傘，該設計保持了普通傘遮陽的功能和輕便結構的特點，還可利用太陽能這種新型能源供能，達到用風扇工作降溫的功能，并且實現了將利用USB接口給手機等電子產品充電的功能。太陽能風扇傘由柔性太陽能電池、太陽傘、小風扇和控制轉換電路等組成。

柔性太陽能電池;風扇;太陽傘;手機充電;移動電源;降溫

1 引言

在全球日益變暖的大環境下，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。筆者設計的這種太陽能風扇傘，是利用夏日豐富的太陽能供能，達到使風扇工作和給手機等電子產品充電的功能。通過人性化的設計，使太陽能風扇傘在性價比和外觀等方面有一定的創新。

產品具有能源環保、免費可再生且輕便、多功能等特點，具有很好的使用前景和市場潛力［1］。

2 太陽能風扇傘的構成及原理

2.1 結構組成

所設計的太陽能風扇傘屬于新能源供能，可達到降溫、充電環保，是輕便類生活工具。如圖1，太陽能風扇傘主要由柔性太陽能電池、太陽傘、小風扇、鋰蓄電池和控制轉換電路等組成。

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

2.2 工作原理

使用時，將傘完全撐開，傘架就會卡在中桿的卡口處，將安全開關打開。當傘面受到陽光直射時，太陽能電池就會將光能轉換為電能，通過穩壓保護電路給鋰蓄電池充電，當打開手柄上的開關后，鋰電池便可以通過升壓電路使風扇工作。做應急電源時，只要將風扇的USB插頭取下，插上電子產品的USB接頭就可以為其充電［2］。

圖1 太陽能風扇傘結構及實物圖

3 設計及實現

3.1 太陽能電池選擇及封裝

為了滿足太陽能風扇傘的各種性能，柔性太陽電池可以使用價格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨和金屬片等不同材料當基板來制造，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)，目前轉換效率最高可達13%，柔性電池太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可制作成非平面構造，故其應用范圍大［3］。

根據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。通過對柔性太陽能電池的測試參數，太陽能風扇傘選擇用4塊這樣的電池串聯后進行封裝，即串聯后的開路電壓為8 V，表1為柔性太陽能電池基本參數。

表1 柔性太陽能電池基本參數

3.2 風扇與傘架的設計安裝

風扇與傘中桿的連接固定，需要根據相對運動，將電機的轉軸與中桿連接，使機身的轉動帶動葉片旋轉。如圖2，在對小風扇進行設計時，考慮到風扇葉片會對傘的收攏產生障礙，故將風扇的葉片與電機外殼通過鉸鏈連接，當小風扇未工作時，葉片自然垂下，減小風扇所占空間，便于收攏;風扇工作時，葉片由于離心力的作用升起，使風扇正常工作。

圖2 風扇的安裝圖

由于風扇需要一定的工作空間，太陽傘原有的傘架不能滿足要求，所以要對各運動副構件的長度進行修改，以增加骨架間的空間達到風扇工作所需要的空間［4］。

3.3 鋰電池的選擇及電路控制

通過對市面上鋰電池的調查，根據價格、容量和形狀等需求，選擇了18650型鋰電池，該鋰電池不像手機鋰電池那樣具有記憶性，可以隨充隨用，不爆炸、不燃燒、環保無毒、輕便。表2為鋰電池參數。

表2 鋰電池參數

太陽能電池產生的電壓、電流是隨光照強度的改變而改變的，所以對鋰電池充電時需要作穩壓和過充保護處理，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，然后對鋰電池進行恒壓充電。充電時發光二級管為紅色，充滿變為綠色，此時鋰電池的電壓可視為高于8V，認為鋰電池處于過充狀態，則繼電器常閉點斷開，常開點閉合，停止向鋰電池充電，達到過充保護功能。

鋰電池為其他負載供電時，電壓才3.7V，達不到其他負載的工作電壓，所以需要經過升壓控制電路達到5V后，才能給其他負載供電。如圖3(b)，電池向負載供電時，當鋰電池電壓低于2.75V時，認為鋰電池處于過放狀態，繼電器開關由常閉點轉到常開點，放電電路就斷開，停止向負載供電，達到過放保護功能［5］。

圖3 控制電路圖

4 總結

太陽能風扇傘經過人性化的設計，在功能方面實現了出行的降溫和電子產品的充電，在外觀和結構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保、無污染和免費再生等特點，是性價比很高的生活工具。綜上所述，太陽能風扇傘應該具有很好的使用前景和市場潛力。

［1］ 惠 晶.新能源轉換與控制技術［M］.北京:機械工業出版社，2008.

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

［3］ 馮垛生.太陽能發電原理與應用［M］.北京:化學工業出版，2007.

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

［5］ 何希才.新型集成穩壓器應用實例［M］.北京:機械工業出版，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

重慶科技學院第七屆科技創新訓練項目(2012060)

林 虎(1991－)，男，重慶人，在讀本科，研究方向:機械電子工程。