一种多用途太阳能风扇伞的设计

孙朝阳

摘 要：本文针对人们的各种需求，设计了一种多用途太阳能风扇伞，伞面上安装太阳能柔性电池板，伞柄上设置蓄电池和USB接口，既可利用风扇降温，又可为手机充电，同时该伞可适用于白天、夜间、雨天等不同天候，具有环保、便携、安全的特点。

关键词：太阳能;风扇伞;多用途

中图分类号：TK519文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）16-0051-03

Abstract： To meet peoples needs，a multi-role solar fan umbrella was designed. Four solar flexible panels are arranged on the umbrella surface，a battery and USB are arranged on the bottom pole of the umbrella pole .The umbrella can cool the temperature with the fan and charge the mobile phone for the people. At the same time， the umbrella can be applied to different weather conditions，such as day，night，rainy day，etc，which has the characteristics of environmental protection，portability and safety.

Keywords： solar nergy;fun umbrella;multi-purpose

1 研究背景

炎炎夏日，人们通常采用遮阳伞来抵挡光照，但效果并不十分理想。同时，伴随着科技的发展和人们生活水平的提高，普通的太阳伞已不能满足需要，人们迫切需要既能遮阳避雨，又要具有降温、照明、充电等功能的多功能伞。为了给大家提供一个舒适的出行环境，笔者设计了一种多用途太阳能风扇伞，利用太阳能这种既无污染、又可再生的清洁能源，结合太阳能柔性电池板新技术，该设计既可降温、又能照明和充电，可适用于白天、夜间、雨天等不同天候，具有环保、便携、安全的特点。

2 设计方案

2.1 外观设计

本文设计的多用途太阳能风扇伞如图1所示。

2.2 工作原理

①在白天，太阳能柔性电池转换的直流电通过太阳能控制器转换成交流电，交流电通过USB插口储存在蓄电池中，最后利用电源控制开关，为风扇提供电量[1]。

②夜晚或雨天，蓄电池储存的电，通过开关控制，可以让LED灯工作。

注：1.太阳能面板;2.太阳能控制器;3.电源控制开关及硬件开关;4.蓄电池。

③当电子产品电量不足时，可以将蓄电池当作移动电源充电。

④蓄电池的电量，可以通过太阳能柔性电池收集，也可以通过电源充电[2]。

多用途太阳能风扇伞原理设计见图2。

注：1.太阳能电池板;2.控制器;3.锂电池;4.LED灯;5.风扇;6.控制开关。

2.3 理论计算

2.3.1 太阳能柔性面板。太阳能板规格：0.5W/2V/250mA（长：190mm;宽：50mm）。太阳能柔性电池共四块，采用串联方法，太阳能电池在实际测量中，每块发电量为1.3V。因此，太阳能面板正常发电总电压U=1.3×4=5.2V[3]。

2.3.2 太阳能控制器。太阳能控制器型号：3.7V-11.2V JK200小型;太阳能产生的电压输入太阳能控制器后，使电压稳定持续输出。太阳能光伏板输入/输出功率与电压匹配表如表1所示。

从表1可知，太阳能的电可以通过控制面板储存到蓄电池内。

2.3.3 蓄电池。蓄电池型号：2 200mA，5V/1A输入。根据日常情况可知，蓄电池的一般效率为70%，蓄电池的实际容量：2200×0.7=1 540mA。

2.3.4 充电电池盒。电池底盒采用18650型，5V/1A輸入;以蓄电池的最大容量为标准，算出电池充满需要的时间[T1]：2 200mA/1A=2.2h。

2.3.5 照明灯。采用5V/0.2A的LED灯，采用并联方式连接后，所需工作环境为5V/0.4A。根据要求可以使安全照明正常工作。由此算出安全照明在电池饱满状况下的工作时间[T2]：1 540mA/400mA=3.85h[4]。

2.3.6 PVC风扇。采用功率为5V/1A的小型风扇，根据风扇所需的工作环境，可以保证风扇工作。算出风扇在电池饱满的状况下工作时间[T3]：1 540mA/1A=1.54h。

3 实验测试

2019年5月7至11日，对太阳能风扇伞晴天模式下的电池蓄电能力以及蓄电池独立提供安全照明的续航时间进行测试，结果见表2所示，夜间安全照明测试如图3所示。

从表2可知，在晴天室外温度14～28℃，太阳能电池充电达到3.5h以上，即可满足45min以上的安全照明，基本满足人们短距离出行需要。

2019年5月12至15日，对太阳能风扇伞晴天模式下的电池蓄电能力以及蓄电池独立提供风扇散热的续航时间进行测试，结果见表3所示。

从表3可知，在晴天室外温度为17～29℃，太阳能电池充电达到3.5h以上，即可满足至少21min以上的连续风扇散热，对满足人们短时降温有一定作用。

4 创新点及应用

4.1 创新点

①本作品具有易携带、环保低碳、可循环利用的特点，与市场上存在的一次性锂电池风扇伞相比，不仅续航时间长，而且能减少电池引发的环境污染，且能全天候使用。

②利用柔性太阳能电池环保无污染和免费可再生的特点。

③本作品集照明、充电、风扇降温于一体，功能多，实用性强。

④本作品将柔性太阳能电池封装在伞面上，小风扇扇叶可折叠，在外观和结构上，基本保持了普通伞的美观和清洁。

4.2 应用

太阳能风扇伞集遮阳、送风、照明、移动充电功能于一体，安全可靠，环保节能，又由于大众化的价格，具有极高的性价比，可广泛应用于我国绝大多数地区，具有很好的应用前景和市场潜力。

参考文献：

[1]郑婷遥，叶思思，苏正慈，等.一种多功能太阳能伞的设计[J].电子技术，2018（3）：28-29.

[2]王玉琴，张连新.一种新型太阳伞的设计[J].工程设计研究，2015（3）：395-396。

[3]袁海朝，高宏宇，王青青.基于ZigBee的智能太阳伞[J].电脑知识与技术，2018（20）：202-204。