自制太阳能风扇帽

　　今年夏天，全国大部分地区均出现持续高温情况，长沙自6 月30 日起一直被高温炙烤，截至8月17 日已连续48 天最高气温超过35℃。

　　在这种高温天气下，要想避免中暑，应尽量减少白天外出，户外作业时，可以使用带电风扇的太阳帽。根据高中物理所学热学知识，风扇能加速汗液挥发，带走身体的热量，达到为人体降温的目的。

　　通过市场调研，我发现市面上已经存在各种各样的风扇帽，但一般极易出现因干电池用完而导致风扇不转的情况，同时废弃干电池扔在室外会污染环境，极大危害生活安全。《发明与创新（中学版）》2013年第7期中虽然也提出过一种太阳能风扇帽的制作思路，但不足之处是，风扇只能在天气晴朗时工作，而在晚上、室内、阴天、灯光照射等情况下均不能工作。

　　基于此，我想设计一种不仅环保高效而且可以实现室内、晚上等条件下工作的太阳能风扇帽。

　　一、工作原理

　　太阳能风扇帽工作原理是利用太阳能电池片将光能转换为电能，同时又将电能转化为机械能而实现电扇转动。本设计引入可充放电的3.7V 锂电池，储存太阳能电池白天产生的多余电能，避免因光伏电池电压时高时低而造成风扇转动不稳定。

　　本设计的材料采用市场上常见的空顶帽、太阳能电池块、锂电池、小马达带塑料风扇叶等。

　　二、设计思路及制作

　　太阳能风扇帽的设计思路应把握以下几个原则。

　　首先，使用安全且操作简单。本设计把相关电路部分全部封装，而太阳能电池需要光照，同时也易发热，因而将太阳能电池片暴露在空气中。

　　其次，携带需轻便。我设计的风扇帽使用了锂电池，加上顶部安装太阳能电池片，因而选择材料应尽量轻且小。

　　最后，外观设计应美观实用。制作该太阳能风扇帽所需材料有太阳能电池块，形状为圆形，直径大小为135mm，电压为5V；高转速K30 的3V 带塑料风扇小马达；4.2V充放电锂电池，大小为49mm×34mm×7mm。

　　材料准备好后，就可以开始制作了。先固定圆形太阳能电池板。由于电池板需要固定在帽子顶端，于是我剪了一块圆形薄泡沫，用有机胶水粘到帽子内侧并确保泡沫不脱落，接着把电池板放在泡沫上用胶水粘住，引出一正一负两根线。

　　紧接着封装锂电池和带塑料风扇的小马达。我用杜邦线分别将锂电池的正极接小马达的正极（红线），负极接负极（黑线），保证塑料风扇方向朝下，同时用一个大小合适的盒子装好，引出两根线。

　　最后是系统调试及封装整个外观。我在帽子前端开了一个洞，让带塑料风扇叶片的马达转轴伸向帽子下方，开口朝下。盒装锂电池和马达置于帽子上方，用有机胶水粘住。两根红色及两根黑线分别对接。为了美观，杜邦线可以沿着帽子边缘安装到电池板附近，泡沫上除电池板外，剩余的缝隙都用胶水把备好的油纸粘上，还可以用彩笔在油纸上画喜欢的图案。

　　完成以上步骤，太阳能风扇帽就大功告成了。

　　为了验证本太阳能风扇帽的正确性和可行性，我采用了proteus 软件来进行半实物验证。模拟光伏电池及锂电池，将4.2V的电压、小马达和塑料电扇片用直流电机取代，仿真启动运行，发现电机运行正常，且电压显示值为1.43V，表示加在电机两端电压还在升高，当到达最大值4.2V时将稳定转动，从而验证了充放电的可行性。

　　我设计的太阳能风扇帽有以下优点：

　　1.采用优质单晶硅电池板，一次投入成本可使用10年以上不出故障。

　　2.绿色环保，不需要更换电池。

　　3.在室内、晚上等无太阳光照情况下依然可以使用。

　　其中第三点在国内太阳能帽中至今尚无相关报道，这也是本文最大的创新点。

　　文湖南省地质中学G1105班 刘宸佑

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