太阳能风扇伞的设计*

林 虎，杨 健

(重庆科技学院机械与动力工程学院，重庆 401331)

太阳能风扇伞的设计*

林 虎，杨 健

(重庆科技学院机械与动力工程学院，重庆 401331)

针对夏日出行降温消暑存在的问题，设计了一种太阳能风扇伞，该设计保持了普通伞遮阳的功能和轻便结构的特点，还可利用太阳能这种新型能源供能，达到用风扇工作降温的功能，并且实现了将利用USB接口给手机等电子产品充电的功能。太阳能风扇伞由柔性太阳能电池、太阳伞、小风扇和控制转换电路等组成。

柔性太阳能电池;风扇;太阳伞;手机充电;移动电源;降温

1 引言

在全球日益变暖的大环境下，世界各地夏日炎热难耐，太阳伞便成为了人们夏日出行的重要生活工具。目前市场上的太阳伞价格不菲，功能单一，只有遮阳的功能，不能很好的消除夏日出行给人们带来的炙热感。笔者设计的这种太阳能风扇伞，是利用夏日丰富的太阳能供能，达到使风扇工作和给手机等电子产品充电的功能。通过人性化的设计，使太阳能风扇伞在性价比和外观等方面有一定的创新。

产品具有能源环保、免费可再生且轻便、多功能等特点，具有很好的使用前景和市场潜力［1］。

2 太阳能风扇伞的构成及原理

2.1 结构组成

所设计的太阳能风扇伞属于新能源供能，可达到降温、充电环保，是轻便类生活工具。如图1，太阳能风扇伞主要由柔性太阳能电池、太阳伞、小风扇、锂蓄电池和控制转换电路等组成。

为使太阳能风扇伞轻便美观，将柔性太阳能电池封装在外伞面;小风扇安装在内伞面与伞骨架之间;控制转换电路、开关及锂蓄电池安装在伞柄中。为了安全，风扇与人之间用罩网隔离，并在伞中杆的卡口处安装一个安全开关。

2.2 工作原理

使用时，将伞完全撑开，伞架就会卡在中杆的卡口处，将安全开关打开。当伞面受到阳光直射时，太阳能电池就会将光能转换为电能，通过稳压保护电路给锂蓄电池充电，当打开手柄上的开关后，锂电池便可以通过升压电路使风扇工作。做应急电源时，只要将风扇的USB插头取下，插上电子产品的USB接头就可以为其充电［2］。

图1 太阳能风扇伞结构及实物图

3 设计及实现

3.1 太阳能电池选择及封装

为了满足太阳能风扇伞的各种性能，柔性太阳电池可以使用价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨和金属片等不同材料当基板来制造，厚度不足1 mm，因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量(厚度可低于硅晶圆太阳能电池90%以上)，目前转换效率最高可达13%，柔性电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可制作成非平面构造，故其应用范围大［3］。

根据柔性太阳能电池的可挠性，可以将柔性太阳能电池封装在太阳伞的伞布上，使伞布可以收拢裹紧。通过对柔性太阳能电池的测试参数，太阳能风扇伞选择用4块这样的电池串联后进行封装，即串联后的开路电压为8 V，表1为柔性太阳能电池基本参数。

表1 柔性太阳能电池基本参数

3.2 风扇与伞架的设计安装

风扇与伞中杆的连接固定，需要根据相对运动，将电机的转轴与中杆连接，使机身的转动带动叶片旋转。如图2，在对小风扇进行设计时，考虑到风扇叶片会对伞的收拢产生障碍，故将风扇的叶片与电机外壳通过铰链连接，当小风扇未工作时，叶片自然垂下，减小风扇所占空间，便于收拢;风扇工作时，叶片由于离心力的作用升起，使风扇正常工作。

图2 风扇的安装图

由于风扇需要一定的工作空间，太阳伞原有的伞架不能满足要求，所以要对各运动副构件的长度进行修改，以增加骨架间的空间达到风扇工作所需要的空间［4］。

3.3 锂电池的选择及电路控制

通过对市面上锂电池的调查，根据价格、容量和形状等需求，选择了18650型锂电池，该锂电池不像手机锂电池那样具有记忆性，可以随充随用，不爆炸、不燃烧、环保无毒、轻便。表2为锂电池参数。

表2 锂电池参数

太阳能电池产生的电压、电流是随光照强度的改变而改变的，所以对锂电池充电时需要作稳压和过充保护处理，如图3(a)，通过CN3082芯片的处理，电路可接受太阳能电池的电压输入为4.45～8V，然后对锂电池进行恒压充电。充电时发光二级管为红色，充满变为绿色，此时锂电池的电压可视为高于8V，认为锂电池处于过充状态，则继电器常闭点断开，常开点闭合，停止向锂电池充电，达到过充保护功能。

锂电池为其他负载供电时，电压才3.7V，达不到其他负载的工作电压，所以需要经过升压控制电路达到5V后，才能给其他负载供电。如图3(b)，电池向负载供电时，当锂电池电压低于2.75V时，认为锂电池处于过放状态，继电器开关由常闭点转到常开点，放电电路就断开，停止向负载供电，达到过放保护功能［5］。

图3 控制电路图

4 总结

太阳能风扇伞经过人性化的设计，在功能方面实现了出行的降温和电子产品的充电，在外观和结构上基本保持了普通伞的美观和轻便。充分利用了夏日充足的太阳能，在能源方面做到了环保、无污染和免费再生等特点，是性价比很高的生活工具。综上所述，太阳能风扇伞应该具有很好的使用前景和市场潜力。

［1］ 惠 晶.新能源转换与控制技术［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［2］ 王鸿明，段玉生，王艳丹.电工与电子技术［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［3］ 冯垛生.太阳能发电原理与应用［M］.北京:化学工业出版，2007.

［4］ 孙 桓，陈作模.机械原理［M］.第7版.北京:高等教育出版社，2006.

［5］ 何希才.新型集成稳压器应用实例［M］.北京:机械工业出版，2006.

Design for Solar Energy Fan Umbrella

LIN Hu，YANG Jian
(College of Mechanical and Power Engineering，Chongqing Institute of Science and Technology，Chongqing 401331 China)

Aiming at the summer cooling summer travel，a kind of solar fan umbrella is designed，the design keeps the function of ordinary umbrella shade and light structure，the characteristics of the new energy power can also use solar energy，with functions of cooling fan working，USB interface is realized to use for the the electronic products such as mobile phone charging.Solar energy fan umbrella consists of flexible solar cells，solar umbrella，small fan transformation and control circuit，etc.

flexible solar cells;fan;sun umbrellas;cell phone batteries;mobile power supply

TH133;TB122

A

1007－4414(2013)05－0120－02

2013－07－12

重庆科技学院第七届科技创新训练项目(2012060)

林 虎(1991－)，男，重庆人，在读本科，研究方向:机械电子工程。