太陽能制冷帽的設計與研究

李 潔 唐 璐 陸瑩冉 徐夢勇 呼格吉樂

湖州師范學院 理學院物理實驗教學示范中心 浙江 湖州 313000

一、引言

由于溫室效應導致的全球變暖,我國夏季高溫天氣頻發,從而導致了戶外工作人員的事故頻發的危險。因此,針對如何改善夏季戶外工作者的條件成為了一個關鍵重要的問題。此制冷帽可以利用太陽能發電,通過升壓板將電儲存到蓄電池和為半導體制冷器供電,解決傳統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舒適的頭部環境,經過實測,此款設計可以有效改善戶外工作者們的工作效率,具有一定的社會價值。

二、功能簡介

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

三、“太陽能制冷帽”的主要結構

圖1 “太陽能制冷帽”的實用模型圖

圖2 “太陽能制冷帽”工作流程圖

四、“太陽能制冷帽”的原理

1.太陽能電池板發電系統。利用了將太陽能轉化為電能的原理。即利用半導體的光電效應使電路中出現電流。

用將柔性太陽能電池薄膜片串聯起來連接起來,然后通過連接升壓板將電壓調制12V的輸出電壓,再用電路將輸出的電流儲存在蓄電池中,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行。

2.半導體制冷系統。半導體制冷具體包括兩個半導體元件,其中一個為P型半導體元件,一個為N型半導體元件,當兩個元件組合在一起,就得到了熱電偶,在將兩個半導體連接以后,進行通電,在兩個元件的接觸地方會產生熱量的轉移,當熱量轉移達到一定程度,就會產生溫度差,最終形成制冷效果。

半導體工作運轉是用直流電流,它可通過改變直流電流的極性來決定同一制冷器上實現制冷或加熱。將制冷模塊和導熱模塊以及散熱裝置三者用導線連接起來,然后用一個溫控裝置裝在升壓板與半導體制冷套件之間,可自動控制制冷器件的運行。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.選擇一個普通的行車頭盔,長30cm,寬22cm,高17cm。

2.1)太陽能電池板發電系統：將8片太陽能電池薄膜片串聯起來,穩定在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,即將富余的電流儲存在蓄電池中。

2)半導體制冷系統：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,之后放導冷模塊,在散熱片的另一端嵌入一個散熱風扇；在上述的升壓板的輸出端連接溫控器,將溫控器的溫度調至在25.5—30.4℃之間[1],溫控器串聯一個開關和半導體制冷套件,使得當開關打開后,溫控器在溫度允許的范圍內可使得半導體器件穩定工作。

3.連接電路。

六 、“太陽能制冷帽”的使用說明

1.安裝好后,設備處于待機狀態；

2.白日晴雨天時,戶外工作者開始準備工作,打開開關,太陽能電池板開始工作,將轉化的電能一分為二,一邊用于半導體制冷器件的使用,另一邊用于蓄電池的儲存,當頭部環境溫度超過設定的范圍時,溫控器將會斷開半導體制冷裝置,保存電量。

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

4.無需制冷時,只要將控制開關關閉即可。

七、相關拓展

由于溫室效應導致的全球變暖,我國夏季高溫天氣頻發,從而導致了戶外工作人員的事故頻發的危險。其中,馬路上的工作者們例如外賣員、環衛工人、交通警察等等,也不免會受到高溫所帶來的困擾－－－－－－中暑。因此,針對如何改善夏季戶外工作者的條件成為了一個關鍵重要的問題。

根據市場的調查,發現市場上現有的制冷帽在使用的時候仍存在一定的缺陷,現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,這就會影響佩戴者的舒適性,而且現有的制冷帽上的太陽能電池板拆卸麻煩,對于太陽能電池板的維修比較麻煩。

相比較市場上出現的制冷帽,諸多性能都不能進行有效地利用,而且發現目前市場上沒有出現一些針對職業性的制冷帽,再加之在各種創新創業的比賽中,也沒有出現針對某一職業的制冷帽。因此,我決定設計出一款專對于戶外工作者的太陽能制冷帽。根據市場上已有的制冷帽,根據戶外工作者們的工作環境和職業特色,進行改進和創新,制作出更實用和更便利的太陽能制冷帽。

對比一些已有制冷帽的設計,結合各種制冷原理的分析,從其優缺點,安全性,實用性和經濟性等角度出發,針對戶外工作的特性,我設計了此款太陽能制冷帽,此款基于半導體制冷技術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。為戶外工作者們創造了一個良好的、舒適的工作環境。且經過實測,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,具有一定的社會價值。