自制太陽能風扇帽

今年夏天，全國大部分地區均出現持續高溫情況，長沙自6月30日起一直被高溫炙烤，截至8月17日已連續48天最高氣溫超過35℃。

在這種高溫天氣下，要想避免中暑，應盡量減少白天外出，戶外作業時，可以使用帶電風扇的太陽帽。根據高中物理所學熱學知識，風扇能加速汗液揮發，帶走身體的熱量，達到為人體降溫的目的。

通過市場調研，我發現市面上已經存在各種各樣的風扇帽，但一般極易出現因干電池用完而導致風扇不轉的情況，同時廢棄干電池扔在室外會污染環境，極大危害生活安全。《發明與創新（中學版）》2013年第7期中雖然也提出過一種太陽能風扇帽的制作思路，但不足之處是，風扇只能在天氣晴朗時工作，而在晚上、室內、陰天、燈光照射等情況下均不能工作。

基于此，我想設計一種不僅環保高效而且可以實現室內、晚上等條件下工作的太陽能風扇帽。

一、工作原理

太陽能風扇帽工作原理是利用太陽能電池片將光能轉換為電能，同時又將電能轉化為機械能而實現電扇轉動。本設計引入可充放電的3.7V鋰電池，儲存太陽能電池白天產生的多余電能，避免因光伏電池電壓時高時低而造成風扇轉動不穩定。

本設計的材料采用市場上常見的空頂帽、太陽能電池塊、鋰電池、小馬達帶塑料風扇葉等，電路圖如圖1所示。

二、設計思路及制作

太陽能風扇帽的設計思路應把握以下幾個原則。

首先，使用安全且操作簡單。本設計把相關電路部分全部封裝，而太陽能電池需要光照，同時也易發熱，因而將太陽能電池片暴露在空氣中。

其次，攜帶需輕便。我設計的風扇帽使用了鋰電池，加上頂部安裝太陽能電池片，因而選擇材料應盡量輕且小。

最后，外觀設計應美觀實用。

制作該太陽能風扇帽所需材料有太陽能電池塊，形狀為圓形，直徑大小為135mm，電壓為5V；高轉速K30的3V帶塑料風扇小馬達；4.2V充放電鋰電池，大小為49mm×34mm×7mm。

材料準備好后，就可以開始制作了。先固定圓形太陽能電池板。由于電池板需要固定在帽子頂端，于是我剪了一塊圓形薄泡沫，用有機膠水粘到帽子內側并確保泡沫不脫落，接著把電池板放在泡沫上用膠水粘住，引出一正一負兩根線。

緊接著封裝鋰電池和帶塑料風扇的小馬達。我用杜邦線分別將鋰電池的正極接小馬達的正極（紅線），負極接負極（黑線），保證塑料風扇方向朝下，同時用一個大小合適的盒子裝好，引出兩根線。

最后是系統調試及封裝整個外觀。我在帽子前端開了一個洞，讓帶塑料風扇葉片的馬達轉軸伸向帽子下方，開口朝下。盒裝鋰電池和馬達置于帽子上方，用有機膠水粘住。兩根紅色及兩根黑線分別對接。為了美觀，杜邦線可以沿著帽子邊緣安裝到電池板附近，泡沫上除電池板外，剩余的縫隙都用膠水把備好的油紙粘上，還可以用彩筆在油紙上畫喜歡的圖案。

完成以上步驟，太陽能風扇帽就大功告成了，如圖2所示。

為了驗證本太陽能風扇帽的正確性和可行性，我采用了proteus軟件來進行半實物驗證。模擬光伏電池及鋰電池，將4.2V的電壓、小馬達和塑料電扇片用直流電機取代，仿真啟動運行，發現電機運行正常，且電壓顯示值為1.43V，表示加在電機兩端電壓還在升高，當到達最大值4.2V時將穩定轉動，從而驗證了充放電的可行性。

我設計的太陽能風扇帽有以下優點：

1.采用優質單晶硅電池板，一次投入成本可使用10年以上不出故障。

2.綠色環保，不需要更換電池。

3.在室內、晚上等無太陽光照情況下依然可以使用。

其中第三點在國內太陽能帽中至今尚無相關報道，這也是本文最大的創新點。