多功能太阳能制冷伞

褚静然 葛小乐 张含璐 常聪聪

摘 要：主题要设计一款多功能太阳能制冷伞装置，该太阳伞的制冷装置主要采用太阳能半导体制冷技术制造冷气，解决炎热的夏季室外温度过高的户外出行问题。

关键词：太阳能，太阳能半导体制冷技术。

在炎热的夏天，我们经常会看到一些人打着太阳伞来抵挡阳光，只为寻求一方阴凉。但我们平时所用的用太阳伞主要用于免于太阳光的直接照射，阻挡紫外线，真正为我们制造的阴凉有限。当今全球气候变暖，导致气温普遍升高，闷热的天气增加人的惰性，人们懒于进行户外活动，影响人的心情，因此我们提倡可以为每个人制造一个凉爽舒适的户外环境。我们所设计的太阳能制冷伞在有效抵挡紫外线的同时，可以依托太阳能制冷系统制造冷气，可谓两全其美。

1.太阳能的利用

据有关资料表明，能源短缺已成为全球普遍关注的问题，太阳能相较于煤炭等能源来说是公认的可再生清洁能源，绿色环保，安全可靠，使用便捷，且现今太阳能技术不断向前发展，在诸多领域被广泛应用，例如太阳能制冷，太阳能发电等技术已经形成相关产业。太阳能的利用早已成为热点 。

2.太阳能半导体制冷技术原理

太阳能半导体制冷技术是利用热电制冷效应的一种制冷方式，半导体制冷器的基本元件是热电偶对，电偶对由一个 N 型半导体元件和一个 P 型半导体原件组成，接通直流电后，形成能量转移，电流方向为p-n的一端为热端，可以放热，电流方向为N-P的一端形成冷端，可以吸热；。整个太阳能半导体制冷系统主要由四部分组成，即太阳能光电转换器、数控匹配器、储能设备和半导体制冷装置。由太阳能光电转换器输出的直流电，不但可以直接供给半导体制冷装置用于制冷，还可以放在储能设备中储存，阳光不强烈时仍可继续使用。所以当若干对热电偶连接起来构成热电堆时，再借助传热装置，利用热电堆的热端不断散热，并保持一定的温度，再利用热电堆的冷端去吸热，产生低温。而且相较于其他制冷技术来说，半导体制冷片安装简易，不需制冷剂，较环保，可对温度实现精准的控制。

3.太阳伞设计方案

3.1太阳伞包含的器件

太阳伞、柔性太阳能电池板、半导体热电制冷片、蓄电池、温度传感器、温度控制器、微型显示屏、驱动芯片、散热片。

3.2产品描述

本款产品设计为一款多功能三段折叠式太阳能制冷伞，该伞伞面为双层，上层伞面覆柔性太阳能电池板，主要用于吸收太阳能。下层伞面为黑胶布或银胶布可也隔绝紫外线，起防晒作用。该伞伞柄的顶部安装半导体制冷片。该伞的伞管内安置线路，用于连接各个器件，并置于温度传感器，温度传感器将温度信号通过把手上的微型显示屏显示出来，以便于温度的实时调控。同时，伞的把手内安装蓄电池，用于储存太阳能。把手还需上安装驱动芯片、温度传感器、微型显示器及调节键，用于显示温度、控制温度。伞管及伞柄均附上绝缘涂料，防止触电。

3.3装置运作

该伞主要应用太阳能半导体制冷技术，使用者在使用该时，打开开关，并使该伞至于阳光下，太阳伞伞面的柔性太阳能电池板开始吸收太阳能，太阳能光电转换器将吸收的太阳能转换为电能，并供给半导体制冷片，将伞上部气降温，以达到制冷目的。同时，把手上微型显示器会显示此时的温度信息，使用者可及时根据具体需要调节成适宜的温度。产生的多余电量进入该伞把手中蓄电池储存起来，在保证电量的充足的同时，也使得太阳伞在阴天时也可以利用平时储存的电量进行制冷。

3.4材料选择

太阳能光电转换器选择柔性太阳能电池，柔性太阳能电池属于薄膜太阳能电池，可以制作成非平面构造，适合应用于伞面上，且重量轻，不易碎，价格较低廉，性能优良。例如国内某公司生产的柔性太阳能电池，转换效率为8-10%，整体厚度仅为1.5mm，安装在伞上不会造成负担。半导体制冷片是该伞装置的核心，经过多种型号的制冷片效果比对，选择采用TEC1-12706型号的半导体制冷片，该型号的制冷片制冷效果较适中。TEC1-12706型半导体制冷片中127表示制冷器的热电偶对数，06表示允许电流值，该型号制冷片尺寸通常为40*40*3.75mm，工作电压为15.4*0.78=12.01V，额定电流为5A，最大温差可达67℃以上，致冷功率为60-72W 功耗率大约48W，工作的温度范围 -55℃～80℃，理论上来讲其大约可使温度下降到-40℃ 。该伞的散热片采用微型散热片，尽量避免增加伞的重量。蓄电池以及其他装置同样选择更加轻便的，方便使用者携带。

3.5注意事项

安装制冷器时，应在制冷器两端均匀地涂一层薄薄的导热矽脂；整个制冷系统的制冷效果和热面的散热效果关系密切，要注意在热面利用散热片进行有效散热，冷面应最大限度地与热面进行隔离，不可直接接触，以防止热端的高温影响冷端，如果热面温度过高冷面温度将很难下降或导致电流也会有所下降，同时应注意热面温度不可超过60℃，否则将损坏制冷片；半导体制冷片的功耗是很大，应选择较大电源开关，应注意电源的波纹系数不可小于10%；半导体制冷片需轻拿轻放以避免损坏；需对制冷组件四周进行密封处理，可采用硅胶（例如704硅胶）或采环氧树脂进行密封，这樣一来可将制冷片与外界隔离，防湿防潮，延长装置寿命；制冷片的安装压力应控制在150PSI至300PSI之间，否则过低的压力将造成制冷片接触面接触不良，而过高压力，将损坏制冷片。

总结

太阳能半导体制冷技术利用太阳能，清洁无污染，无噪音，实用性强，应用范围广，装置结构简单，符合如今社会绿色环保的大趋势，即使某些方面技术都还不是很成熟，目前得不到普及，但仍有其他能源不可替代的优势。我们应该相信，在将来随着太阳能半导体制冷技术的不断发展，该技术将应用到更多领域。本款依托太阳能半导体制冷技术设计的太阳伞可行性变得可靠，人们手中的伞不再是一把普通的太阳伞，当你打开电源，即使行走在烈日下，也如同在家里享受着空调服务。

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