太陽能制冷帽的設(shè)計(jì)與研究

李 潔 唐 璐 陸瑩冉 徐夢(mèng)勇 呼格吉樂

湖州師范學(xué)院 理學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 浙江 湖州 313000

一、引言

由于溫室效應(yīng)導(dǎo)致的全球變暖,我國夏季高溫天氣頻發(fā),從而導(dǎo)致了戶外工作人員的事故頻發(fā)的危險(xiǎn)。因此,針對(duì)如何改善夏季戶外工作者的條件成為了一個(gè)關(guān)鍵重要的問題。此制冷帽可以利用太陽能發(fā)電,通過升壓板將電儲(chǔ)存到蓄電池和為半導(dǎo)體制冷器供電,解決傳統(tǒng)的制冷帽上的太陽能電池板安裝拆卸麻煩的問題,而且增加了溫控模塊,可以自調(diào)適合自己的頭部溫度,此款太陽能制冷帽可以為戶外工作者們提供一個(gè)舒適的頭部環(huán)境,經(jīng)過實(shí)測(cè),此款設(shè)計(jì)可以有效改善戶外工作者們的工作效率,具有一定的社會(huì)價(jià)值。

二、功能簡(jiǎn)介

太陽能制冷帽通過柔性太陽能電池板吸收光能并轉(zhuǎn)化為電能,然后通過電路將電能一分為二,使半導(dǎo)體制冷套件開始工作,從而達(dá)到“晴天炎熱下制冷”、“夜晚悶熱也可制冷”的效果。即解決了一系列現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問題。

三、“太陽能制冷帽”的主要結(jié)構(gòu)

圖1 “太陽能制冷帽”的實(shí)用模型圖

圖2 “太陽能制冷帽”工作流程圖

四、“太陽能制冷帽”的原理

1.太陽能電池板發(fā)電系統(tǒng)。利用了將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的原理。即利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)使電路中出現(xiàn)電流。

用將柔性太陽能電池薄膜片串聯(lián)起來連接起來,然后通過連接升壓板將電壓調(diào)制12V的輸出電壓,再用電路將輸出的電流儲(chǔ)存在蓄電池中,用作備份電流。還有一部分輸出電流用于制冷套件的工作運(yùn)行。

2.半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)。半導(dǎo)體制冷具體包括兩個(gè)半導(dǎo)體元件,其中一個(gè)為P型半導(dǎo)體元件,一個(gè)為N型半導(dǎo)體元件,當(dāng)兩個(gè)元件組合在一起,就得到了熱電偶,在將兩個(gè)半導(dǎo)體連接以后,進(jìn)行通電,在兩個(gè)元件的接觸地方會(huì)產(chǎn)生熱量的轉(zhuǎn)移,當(dāng)熱量轉(zhuǎn)移達(dá)到一定程度,就會(huì)產(chǎn)生溫度差,最終形成制冷效果。

半導(dǎo)體工作運(yùn)轉(zhuǎn)是用直流電流,它可通過改變直流電流的極性來決定同一制冷器上實(shí)現(xiàn)制冷或加熱。將制冷模塊和導(dǎo)熱模塊以及散熱裝置三者用導(dǎo)線連接起來,然后用一個(gè)溫控裝置裝在升壓板與半導(dǎo)體制冷套件之間,可自動(dòng)控制制冷器件的運(yùn)行。解決在工作過程中雙手不方便控制的情況。

五、“太陽能制冷帽”的制作方法

1.選擇一個(gè)普通的行車頭盔,長(zhǎng)30cm,寬22cm,高17cm。

2.1)太陽能電池板發(fā)電系統(tǒng)：將8片太陽能電池薄膜片串聯(lián)起來,穩(wěn)定在10V的電壓,再連接升壓板,使得輸出電壓為12V,在輸出端連接12V的蓄電池,即將富余的電流儲(chǔ)存在蓄電池中。

2)半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)：在散熱片的拋光面上放制冷片,再在制冷片的周圍放隔熱墊片,之后放導(dǎo)冷模塊,在散熱片的另一端嵌入一個(gè)散熱風(fēng)扇；在上述的升壓板的輸出端連接溫控器,將溫控器的溫度調(diào)至在25.5—30.4℃之間[1],溫控器串聯(lián)一個(gè)開關(guān)和半導(dǎo)體制冷套件,使得當(dāng)開關(guān)打開后,溫控器在溫度允許的范圍內(nèi)可使得半導(dǎo)體器件穩(wěn)定工作。

3.連接電路。

六 、“太陽能制冷帽”的使用說明

1.安裝好后,設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)；

2.白日晴雨天時(shí),戶外工作者開始準(zhǔn)備工作,打開開關(guān),太陽能電池板開始工作,將轉(zhuǎn)化的電能一分為二,一邊用于半導(dǎo)體制冷器件的使用,另一邊用于蓄電池的儲(chǔ)存,當(dāng)頭部環(huán)境溫度超過設(shè)定的范圍時(shí),溫控器將會(huì)斷開半導(dǎo)體制冷裝置,保存電量。

3.夜晚悶熱時(shí),戶外工作者開始工作時(shí),打開開關(guān),由于沒有太陽光的照射,當(dāng)頭部的環(huán)境溫度超過溫控器的設(shè)定范圍時(shí),蓄電池給半導(dǎo)體制冷套件供電,制冷模塊開始工作。

4.無需制冷時(shí),只要將控制開關(guān)關(guān)閉即可。

七、相關(guān)拓展

由于溫室效應(yīng)導(dǎo)致的全球變暖,我國夏季高溫天氣頻發(fā),從而導(dǎo)致了戶外工作人員的事故頻發(fā)的危險(xiǎn)。其中,馬路上的工作者們例如外賣員、環(huán)衛(wèi)工人、交通警察等等,也不免會(huì)受到高溫所帶來的困擾－－－－－－中暑。因此,針對(duì)如何改善夏季戶外工作者的條件成為了一個(gè)關(guān)鍵重要的問題。

根據(jù)市場(chǎng)的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上現(xiàn)有的制冷帽在使用的時(shí)候仍存在一定的缺陷,現(xiàn)有的制冷帽雖然能起到制冷的效果,但是在使用過程中,存在制冷效率低,制冷效果差,這就會(huì)影響佩戴者的舒適性,而且現(xiàn)有的制冷帽上的太陽能電池板拆卸麻煩,對(duì)于太陽能電池板的維修比較麻煩。

相比較市場(chǎng)上出現(xiàn)的制冷帽,諸多性能都不能進(jìn)行有效地利用,而且發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)上沒有出現(xiàn)一些針對(duì)職業(yè)性的制冷帽,再加之在各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的比賽中,也沒有出現(xiàn)針對(duì)某一職業(yè)的制冷帽。因此,我決定設(shè)計(jì)出一款專對(duì)于戶外工作者的太陽能制冷帽。根據(jù)市場(chǎng)上已有的制冷帽,根據(jù)戶外工作者們的工作環(huán)境和職業(yè)特色,進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新,制作出更實(shí)用和更便利的太陽能制冷帽。

對(duì)比一些已有制冷帽的設(shè)計(jì),結(jié)合各種制冷原理的分析,從其優(yōu)缺點(diǎn),安全性,實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性等角度出發(fā),針對(duì)戶外工作的特性,我設(shè)計(jì)了此款太陽能制冷帽,此款基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的制冷帽不僅可以在炎熱的晴雨天使用,還可以在無光照條件下使用。為戶外工作者們創(chuàng)造了一個(gè)良好的、舒適的工作環(huán)境。且經(jīng)過實(shí)測(cè),此太陽能制冷帽能夠有效地改善戶外工作者們的工作效率,具有一定的社會(huì)價(jià)值。