褚靜然 葛小樂 張含璐 常聰聰

摘 要：主題要設(shè)計(jì)一款多功能太陽能制冷傘裝置，該太陽傘的制冷裝置主要采用太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)制造冷氣，解決炎熱的夏季室外溫度過高的戶外出行問題。

關(guān)鍵詞：太陽能，太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)。

在炎熱的夏天，我們經(jīng)常會(huì)看到一些人打著太陽傘來抵擋陽光，只為尋求一方陰涼。但我們平時(shí)所用的用太陽傘主要用于免于太陽光的直接照射，阻擋紫外線，真正為我們制造的陰涼有限。當(dāng)今全球氣候變暖，導(dǎo)致氣溫普遍升高，悶熱的天氣增加人的惰性，人們懶于進(jìn)行戶外活動(dòng)，影響人的心情，因此我們提倡可以為每個(gè)人制造一個(gè)涼爽舒適的戶外環(huán)境。我們所設(shè)計(jì)的太陽能制冷傘在有效抵擋紫外線的同時(shí)，可以依托太陽能制冷系統(tǒng)制造冷氣，可謂兩全其美。

1.太陽能的利用

據(jù)有關(guān)資料表明，能源短缺已成為全球普遍關(guān)注的問題，太陽能相較于煤炭等能源來說是公認(rèn)的可再生清潔能源，綠色環(huán)保，安全可靠，使用便捷，且現(xiàn)今太陽能技術(shù)不斷向前發(fā)展，在諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，例如太陽能制冷，太陽能發(fā)電等技術(shù)已經(jīng)形成相關(guān)產(chǎn)業(yè)。太陽能的利用早已成為熱點(diǎn) 。

2.太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)原理

太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)是利用熱電制冷效應(yīng)的一種制冷方式，半導(dǎo)體制冷器的基本元件是熱電偶對(duì)，電偶對(duì)由一個(gè) N 型半導(dǎo)體元件和一個(gè) P 型半導(dǎo)體原件組成，接通直流電后，形成能量轉(zhuǎn)移，電流方向?yàn)閜-n的一端為熱端，可以放熱，電流方向?yàn)镹-P的一端形成冷端，可以吸熱；。整個(gè)太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)主要由四部分組成，即太陽能光電轉(zhuǎn)換器、數(shù)控匹配器、儲(chǔ)能設(shè)備和半導(dǎo)體制冷裝置。由太陽能光電轉(zhuǎn)換器輸出的直流電，不但可以直接供給半導(dǎo)體制冷裝置用于制冷，還可以放在儲(chǔ)能設(shè)備中儲(chǔ)存，陽光不強(qiáng)烈時(shí)仍可繼續(xù)使用。所以當(dāng)若干對(duì)熱電偶連接起來構(gòu)成熱電堆時(shí)，再借助傳熱裝置，利用熱電堆的熱端不斷散熱，并保持一定的溫度，再利用熱電堆的冷端去吸熱，產(chǎn)生低溫。而且相較于其他制冷技術(shù)來說，半導(dǎo)體制冷片安裝簡易，不需制冷劑，較環(huán)保，可對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制。

3.太陽傘設(shè)計(jì)方案

3.1太陽傘包含的器件

太陽傘、柔性太陽能電池板、半導(dǎo)體熱電制冷片、蓄電池、溫度傳感器、溫度控制器、微型顯示屏、驅(qū)動(dòng)芯片、散熱片。

3.2產(chǎn)品描述

本款產(chǎn)品設(shè)計(jì)為一款多功能三段折疊式太陽能制冷傘，該傘傘面為雙層，上層傘面覆柔性太陽能電池板，主要用于吸收太陽能。下層傘面為黑膠布或銀膠布可也隔絕紫外線，起防曬作用。該傘傘柄的頂部安裝半導(dǎo)體制冷片。該傘的傘管內(nèi)安置線路，用于連接各個(gè)器件，并置于溫度傳感器，溫度傳感器將溫度信號(hào)通過把手上的微型顯示屏顯示出來，以便于溫度的實(shí)時(shí)調(diào)控。同時(shí)，傘的把手內(nèi)安裝蓄電池，用于儲(chǔ)存太陽能。把手還需上安裝驅(qū)動(dòng)芯片、溫度傳感器、微型顯示器及調(diào)節(jié)鍵，用于顯示溫度、控制溫度。傘管及傘柄均附上絕緣涂料，防止觸電。

3.3裝置運(yùn)作

該傘主要應(yīng)用太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)，使用者在使用該時(shí)，打開開關(guān)，并使該傘至于陽光下，太陽傘傘面的柔性太陽能電池板開始吸收太陽能，太陽能光電轉(zhuǎn)換器將吸收的太陽能轉(zhuǎn)換為電能，并供給半導(dǎo)體制冷片，將傘上部氣降溫，以達(dá)到制冷目的。同時(shí)，把手上微型顯示器會(huì)顯示此時(shí)的溫度信息，使用者可及時(shí)根據(jù)具體需要調(diào)節(jié)成適宜的溫度。產(chǎn)生的多余電量進(jìn)入該傘把手中蓄電池儲(chǔ)存起來，在保證電量的充足的同時(shí)，也使得太陽傘在陰天時(shí)也可以利用平時(shí)儲(chǔ)存的電量進(jìn)行制冷。

3.4材料選擇

太陽能光電轉(zhuǎn)換器選擇柔性太陽能電池，柔性太陽能電池屬于薄膜太陽能電池，可以制作成非平面構(gòu)造，適合應(yīng)用于傘面上，且重量輕，不易碎，價(jià)格較低廉，性能優(yōu)良。例如國內(nèi)某公司生產(chǎn)的柔性太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率為8-10%，整體厚度僅為1.5mm，安裝在傘上不會(huì)造成負(fù)擔(dān)。半導(dǎo)體制冷片是該傘裝置的核心，經(jīng)過多種型號(hào)的制冷片效果比對(duì)，選擇采用TEC1-12706型號(hào)的半導(dǎo)體制冷片，該型號(hào)的制冷片制冷效果較適中。TEC1-12706型半導(dǎo)體制冷片中127表示制冷器的熱電偶對(duì)數(shù)，06表示允許電流值，該型號(hào)制冷片尺寸通常為40*40*3.75mm，工作電壓為15.4*0.78=12.01V，額定電流為5A，最大溫差可達(dá)67℃以上，致冷功率為60-72W 功耗率大約48W，工作的溫度范圍 -55℃～80℃，理論上來講其大約可使溫度下降到-40℃ 。該傘的散熱片采用微型散熱片，盡量避免增加傘的重量。蓄電池以及其他裝置同樣選擇更加輕便的，方便使用者攜帶。

3.5注意事項(xiàng)

安裝制冷器時(shí)，應(yīng)在制冷器兩端均勻地涂一層薄薄的導(dǎo)熱矽脂；整個(gè)制冷系統(tǒng)的制冷效果和熱面的散熱效果關(guān)系密切，要注意在熱面利用散熱片進(jìn)行有效散熱，冷面應(yīng)最大限度地與熱面進(jìn)行隔離，不可直接接觸，以防止熱端的高溫影響冷端，如果熱面溫度過高冷面溫度將很難下降或?qū)е码娏饕矔?huì)有所下降，同時(shí)應(yīng)注意熱面溫度不可超過60℃，否則將損壞制冷片；半導(dǎo)體制冷片的功耗是很大，應(yīng)選擇較大電源開關(guān)，應(yīng)注意電源的波紋系數(shù)不可小于10%；半導(dǎo)體制冷片需輕拿輕放以避免損壞；需對(duì)制冷組件四周進(jìn)行密封處理，可采用硅膠（例如704硅膠）或采環(huán)氧樹脂進(jìn)行密封，這樣一來可將制冷片與外界隔離，防濕防潮，延長裝置壽命；制冷片的安裝壓力應(yīng)控制在150PSI至300PSI之間，否則過低的壓力將造成制冷片接觸面接觸不良，而過高壓力，將損壞制冷片。

總結(jié)

太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)利用太陽能，清潔無污染，無噪音，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，裝置結(jié)構(gòu)簡單，符合如今社會(huì)綠色環(huán)保的大趨勢，即使某些方面技術(shù)都還不是很成熟，目前得不到普及，但仍有其他能源不可替代的優(yōu)勢。我們應(yīng)該相信，在將來隨著太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)將應(yīng)用到更多領(lǐng)域。本款依托太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)設(shè)計(jì)的太陽傘可行性變得可靠，人們手中的傘不再是一把普通的太陽傘，當(dāng)你打開電源，即使行走在烈日下，也如同在家里享受著空調(diào)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅斌， 代彥軍，太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)的發(fā)展和前景，可再生能源，2006-02-15

[2] 王瑩，龐云鳳， 殷剛太陽能半導(dǎo)體制冷性能改進(jìn)的技術(shù)策略，節(jié)能技術(shù)，2010-01-26

[3] 張輝，汪美紅， 吳宏，李建新，太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的探討，寧波節(jié)能2009-06-15

[4] 張輝，汪美紅，吳宏，李建新， 太陽能半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的探討，能源研究與利用，2008-10-15

[5] 楊妮，太陽能半導(dǎo)體制冷技術(shù)的發(fā)展和前景，黑龍江科技信息，2016-02-25

[6] 華舟萍，姚建新，馬樂，康彥青，太陽能半導(dǎo)體制冷的研究，第一屆中國（西安）采暖通風(fēng)、制冷空調(diào)節(jié)能減排技術(shù)研討會(huì)論文集，2009-09-18

[7] 尹紀(jì)欣，朱長軍，太陽能的利用及其發(fā)展趨勢，新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009-02-15

[8] 謝建全，常用CPU散熱方式及散熱性能分析，電腦知識(shí)與技術(shù)，2005-06-27

[9] 楊廣華，李玉蘭，王彩鳳，高鐵成基于LED照明燈具的散熱片設(shè)計(jì)與分析電子與封裝，2010-01-20