太阳能制冷帽的设计与研究

李 洁 唐 璐 陆莹冉 徐梦勇 呼格吉乐

湖州师范学院 理学院物理实验教学示范中心 浙江 湖州 313000

一、引言

由于温室效应导致的全球变暖,我国夏季高温天气频发,从而导致了户外工作人员的事故频发的危险。因此,针对如何改善夏季户外工作者的条件成为了一个关键重要的问题。此制冷帽可以利用太阳能发电,通过升压板将电储存到蓄电池和为半导体制冷器供电,解决传统的制冷帽上的太阳能电池板安装拆卸麻烦的问题,而且增加了温控模块,可以自调适合自己的头部温度,此款太阳能制冷帽可以为户外工作者们提供一个舒适的头部环境,经过实测,此款设计可以有效改善户外工作者们的工作效率,具有一定的社会价值。

二、功能简介

太阳能制冷帽通过柔性太阳能电池板吸收光能并转化为电能,然后通过电路将电能一分为二,使半导体制冷套件开始工作,从而达到“晴天炎热下制冷”、“夜晚闷热也可制冷”的效果。即解决了一系列现实生活中的实际问题。

三、“太阳能制冷帽”的主要结构

图1 “太阳能制冷帽”的实用模型图

图2 “太阳能制冷帽”工作流程图

四、“太阳能制冷帽”的原理

1.太阳能电池板发电系统。利用了将太阳能转化为电能的原理。即利用半导体的光电效应使电路中出现电流。

用将柔性太阳能电池薄膜片串联起来连接起来,然后通过连接升压板将电压调制12V的输出电压,再用电路将输出的电流储存在蓄电池中,用作备份电流。还有一部分输出电流用于制冷套件的工作运行。

2.半导体制冷系统。半导体制冷具体包括两个半导体元件,其中一个为P型半导体元件,一个为N型半导体元件,当两个元件组合在一起,就得到了热电偶,在将两个半导体连接以后,进行通电,在两个元件的接触地方会产生热量的转移,当热量转移达到一定程度,就会产生温度差,最终形成制冷效果。

半导体工作运转是用直流电流,它可通过改变直流电流的极性来决定同一制冷器上实现制冷或加热。将制冷模块和导热模块以及散热装置三者用导线连接起来,然后用一个温控装置装在升压板与半导体制冷套件之间,可自动控制制冷器件的运行。解决在工作过程中双手不方便控制的情况。

五、“太阳能制冷帽”的制作方法

1.选择一个普通的行车头盔,长30cm,宽22cm,高17cm。

2.1)太阳能电池板发电系统：将8片太阳能电池薄膜片串联起来,稳定在10V的电压,再连接升压板,使得输出电压为12V,在输出端连接12V的蓄电池,即将富余的电流储存在蓄电池中。

2)半导体制冷系统：在散热片的抛光面上放制冷片,再在制冷片的周围放隔热垫片,之后放导冷模块,在散热片的另一端嵌入一个散热风扇；在上述的升压板的输出端连接温控器,将温控器的温度调至在25.5—30.4℃之间[1],温控器串联一个开关和半导体制冷套件,使得当开关打开后,温控器在温度允许的范围内可使得半导体器件稳定工作。

3.连接电路。

六 、“太阳能制冷帽”的使用说明

1.安装好后,设备处于待机状态；

2.白日晴雨天时,户外工作者开始准备工作,打开开关,太阳能电池板开始工作,将转化的电能一分为二,一边用于半导体制冷器件的使用,另一边用于蓄电池的储存,当头部环境温度超过设定的范围时,温控器将会断开半导体制冷装置,保存电量。

3.夜晚闷热时,户外工作者开始工作时,打开开关,由于没有太阳光的照射,当头部的环境温度超过温控器的设定范围时,蓄电池给半导体制冷套件供电,制冷模块开始工作。

4.无需制冷时,只要将控制开关关闭即可。

七、相关拓展

由于温室效应导致的全球变暖,我国夏季高温天气频发,从而导致了户外工作人员的事故频发的危险。其中,马路上的工作者们例如外卖员、环卫工人、交通警察等等,也不免会受到高温所带来的困扰－－－－－－中暑。因此,针对如何改善夏季户外工作者的条件成为了一个关键重要的问题。

根据市场的调查,发现市场上现有的制冷帽在使用的时候仍存在一定的缺陷,现有的制冷帽虽然能起到制冷的效果,但是在使用过程中,存在制冷效率低,制冷效果差,这就会影响佩戴者的舒适性,而且现有的制冷帽上的太阳能电池板拆卸麻烦,对于太阳能电池板的维修比较麻烦。

相比较市场上出现的制冷帽,诸多性能都不能进行有效地利用,而且发现目前市场上没有出现一些针对职业性的制冷帽,再加之在各种创新创业的比赛中,也没有出现针对某一职业的制冷帽。因此,我决定设计出一款专对于户外工作者的太阳能制冷帽。根据市场上已有的制冷帽,根据户外工作者们的工作环境和职业特色,进行改进和创新,制作出更实用和更便利的太阳能制冷帽。

对比一些已有制冷帽的设计,结合各种制冷原理的分析,从其优缺点,安全性,实用性和经济性等角度出发,针对户外工作的特性,我设计了此款太阳能制冷帽,此款基于半导体制冷技术的制冷帽不仅可以在炎热的晴雨天使用,还可以在无光照条件下使用。为户外工作者们创造了一个良好的、舒适的工作环境。且经过实测,此太阳能制冷帽能够有效地改善户外工作者们的工作效率,具有一定的社会价值。