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今年夏天,全国大部分地区均出现持续高温情况,长沙自6月30日起一直被高温炙烤,截至8月17日已连续48天最高气温超过35℃。
在这种高温天气下,要想避免中暑,应尽量减少白天外出,户外作业时,可以使用带电风扇的太阳帽。根据高中物理所学热学知识,风扇能加速汗液挥发,带走身体的热量,达到为人体降温的目的。
通过市场调研,我发现市面上已经存在各种各样的风扇帽,但一般极易出现因干电池用完而导致风扇不转的情况,同时废弃干电池扔在室外会污染环境,极大危害生活安全。《发明与创新(中学版)》2013年第7期中虽然也提出过一种太阳能风扇帽的制作思路,但不足之处是,风扇只能在天气晴朗时工作,而在晚上、室内、阴天、灯光照射等情况下均不能工作。
基于此,我想设计一种不仅环保高效而且可以实现室内、晚上等条件下工作的太阳能风扇帽。
一、工作原理
太阳能风扇帽工作原理是利用太阳能电池片将光能转换为电能,同时又将电能转化为机械能而实现电扇转动。本设计引入可充放电的3.7V锂电池,储存太阳能电池白天产生的多余电能,避免因光伏电池电压时高时低而造成风扇转动不稳定。
本设计的材料采用市场上常见的空顶帽、太阳能电池块、锂电池、小马达带塑料风扇叶等,电路图如图1所示。
二、设计思路及制作
太阳能风扇帽的设计思路应把握以下几个原则。
首先,使用安全且操作简单。本设计把相关电路部分全部封装,而太阳能电池需要光照,同时也易发热,因而将太阳能电池片暴露在空气中。
其次,携带需轻便。我设计的风扇帽使用了锂电池,加上顶部安装太阳能电池片,因而选择材料应尽量轻且小。
最后,外观设计应美观实用。
制作该太阳能风扇帽所需材料有太阳能电池块,形状为圆形,直径大小为135mm,电压为5V;高转速K30的3V带塑料风扇小马达;4.2V充放电锂电池,大小为49mm×34mm×7mm。
材料准备好后,就可以开始制作了。先固定圆形太阳能电池板。由于电池板需要固定在帽子顶端,于是我剪了一块圆形薄泡沫,用有机胶水粘到帽子内侧并确保泡沫不脱落,接着把电池板放在泡沫上用胶水粘住,引出一正一负两根线。
紧接着封装锂电池和带塑料风扇的小马达。我用杜邦线分别将锂电池的正极接小马达的正极(红线),负极接负极(黑线),保证塑料风扇方向朝下,同时用一个大小合适的盒子装好,引出两根线。
最后是系统调试及封装整个外观。我在帽子前端开了一个洞,让带塑料风扇叶片的马达转轴伸向帽子下方,开口朝下。盒装锂电池和马达置于帽子上方,用有机胶水粘住。两根红色及两根黑线分别对接。为了美观,杜邦线可以沿着帽子边缘安装到电池板附近,泡沫上除电池板外,剩余的缝隙都用胶水把备好的油纸粘上,还可以用彩笔在油纸上画喜欢的图案。
完成以上步骤,太阳能风扇帽就大功告成了,如图2所示。
为了验证本太阳能风扇帽的正确性和可行性,我采用了proteus软件来进行半实物验证。模拟光伏电池及锂电池,将4.2V的电压、小马达和塑料电扇片用直流电机取代,仿真启动运行,发现电机运行正常,且电压显示值为1.43V,表示加在电机两端电压还在升高,当到达最大值4.2V时将稳定转动,从而验证了充放电的可行性。
我设计的太阳能风扇帽有以下优点:
1.采用优质单晶硅电池板,一次投入成本可使用10年以上不出故障。
2.绿色环保,不需要更换电池。
3.在室内、晚上等无太阳光照情况下依然可以使用。
其中第三点在国内太阳能帽中至今尚无相关报道,这也是本文最大的创新点。
在这种高温天气下,要想避免中暑,应尽量减少白天外出,户外作业时,可以使用带电风扇的太阳帽。根据高中物理所学热学知识,风扇能加速汗液挥发,带走身体的热量,达到为人体降温的目的。
通过市场调研,我发现市面上已经存在各种各样的风扇帽,但一般极易出现因干电池用完而导致风扇不转的情况,同时废弃干电池扔在室外会污染环境,极大危害生活安全。《发明与创新(中学版)》2013年第7期中虽然也提出过一种太阳能风扇帽的制作思路,但不足之处是,风扇只能在天气晴朗时工作,而在晚上、室内、阴天、灯光照射等情况下均不能工作。
基于此,我想设计一种不仅环保高效而且可以实现室内、晚上等条件下工作的太阳能风扇帽。
一、工作原理
太阳能风扇帽工作原理是利用太阳能电池片将光能转换为电能,同时又将电能转化为机械能而实现电扇转动。本设计引入可充放电的3.7V锂电池,储存太阳能电池白天产生的多余电能,避免因光伏电池电压时高时低而造成风扇转动不稳定。
本设计的材料采用市场上常见的空顶帽、太阳能电池块、锂电池、小马达带塑料风扇叶等,电路图如图1所示。
二、设计思路及制作
太阳能风扇帽的设计思路应把握以下几个原则。
首先,使用安全且操作简单。本设计把相关电路部分全部封装,而太阳能电池需要光照,同时也易发热,因而将太阳能电池片暴露在空气中。
其次,携带需轻便。我设计的风扇帽使用了锂电池,加上顶部安装太阳能电池片,因而选择材料应尽量轻且小。
最后,外观设计应美观实用。
制作该太阳能风扇帽所需材料有太阳能电池块,形状为圆形,直径大小为135mm,电压为5V;高转速K30的3V带塑料风扇小马达;4.2V充放电锂电池,大小为49mm×34mm×7mm。
材料准备好后,就可以开始制作了。先固定圆形太阳能电池板。由于电池板需要固定在帽子顶端,于是我剪了一块圆形薄泡沫,用有机胶水粘到帽子内侧并确保泡沫不脱落,接着把电池板放在泡沫上用胶水粘住,引出一正一负两根线。
紧接着封装锂电池和带塑料风扇的小马达。我用杜邦线分别将锂电池的正极接小马达的正极(红线),负极接负极(黑线),保证塑料风扇方向朝下,同时用一个大小合适的盒子装好,引出两根线。
最后是系统调试及封装整个外观。我在帽子前端开了一个洞,让带塑料风扇叶片的马达转轴伸向帽子下方,开口朝下。盒装锂电池和马达置于帽子上方,用有机胶水粘住。两根红色及两根黑线分别对接。为了美观,杜邦线可以沿着帽子边缘安装到电池板附近,泡沫上除电池板外,剩余的缝隙都用胶水把备好的油纸粘上,还可以用彩笔在油纸上画喜欢的图案。
完成以上步骤,太阳能风扇帽就大功告成了,如图2所示。
为了验证本太阳能风扇帽的正确性和可行性,我采用了proteus软件来进行半实物验证。模拟光伏电池及锂电池,将4.2V的电压、小马达和塑料电扇片用直流电机取代,仿真启动运行,发现电机运行正常,且电压显示值为1.43V,表示加在电机两端电压还在升高,当到达最大值4.2V时将稳定转动,从而验证了充放电的可行性。
我设计的太阳能风扇帽有以下优点:
1.采用优质单晶硅电池板,一次投入成本可使用10年以上不出故障。
2.绿色环保,不需要更换电池。
3.在室内、晚上等无太阳光照情况下依然可以使用。
其中第三点在国内太阳能帽中至今尚无相关报道,这也是本文最大的创新点。