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太阳能智能控温发热服的研究

  • 来源:本站
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  • 作者:南耀小编
  • 发布日期:2021-11-27
  • 浏览量:261

摘 要:社会生活水平不断提高,人们对于冬季户外衣服保暖性的要求也不断提升。本项目在对国内外太阳能发热服研究现状分析后,拟利用太阳能热发电和光发电等技术制作发热服解决人们进一步的保暖需求。

关键词:太阳能利用;光热发电;智能控温


发热服冬天场景图.png

(此图与本文内容无关,仅作展示)


近年来国内外都致力于对太阳能发热服的研究,主要针对的是如何提高太阳能转换率以及选用何种更具聚光性的材料等问题。

在国外,科学家们致力于对柔性太阳能电池板的开发,不断克服传统硅基质材料厚重和柔韧性差的缺点,且致力于减轻天气对电池板吸收能量的影响。科学家 Tine Hertz 2006 年设计的发热衣 [1] 利用普通缝纫机便可将聚合物太阳能薄片缝在衣服上,电池之间通过衣服上的铜丝进行连接,衣物舒适轻薄,方便人们外出,但保暖效果有限,且太阳能转换率低;2009 年德国设计师设计的衣服 [2],利用极薄的太阳能吸热板,将太阳能高效转化为热能,热量通过传热导线均匀传到各部分,提高了太阳能转化率,但成本较高且不能手动控温和拆洗;2011 年英国研究者开发出太阳能蓄热保暖衣 [3],利用含有碳化锆的合成纤维对太阳能进行存储,转化成热能再释放,降低了太阳能发电成本,但服装舒适度较低,且不完全符合人体各项生理参数。

国内对于发热服的研究起步晚,进展慢。较早时期的发热服多由锂电池,电热丝及开关电源等组成,发热均匀,防寒保暖,但制热慢,保温效果不理想,安全性差,不易清洗;2010 年孟秀丽设计的太阳能发热衣 [4],利用软质电池板将太阳能转化为电能,并将太阳能板以镂空形式镶嵌在服装表面,以插头式将模块相连,解决了往常发热服不易拆洗的弊端,但仍需插电使用,不易在户外使用;2015 年由乔素娟发明的一种太阳能加热保暖的衣服,由电热器,太阳能电能转换器等制作而成,方便户外使用,但需随身携带电池,发热面积小,服装的保养洗涤较为麻烦,且无法实现手动控温。

综上所述,目前国内国外对于太阳能发热服的研究,都取得了一系列的成果,但仍存在着如何低成本地提高太阳能转换率,如何选用更具聚光性的材料等共性问题。


电热手套厂家.jpg

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(一)研究内容(具体结构和内容如下)

根据对国内外太阳能发热服研究现状的分析,本项目拟由衣皮和一体化衣芯两部分构成,涉及有机结合太阳能光热发电,衣芯一体化设置,衣皮特殊设计和手机外控等技术。


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(二)技术应用与介绍

1.有机结合太阳能热发电和太阳能光发电的技术。利用黑色衣料及表面的高吸热太阳能涂料,使得薄膜电池板可控制衣芯内的硅胶加热片而达到在阳光下实时发热的效果;利用柔性太阳能薄膜电池能将多余太阳能转化为电能,存储于蓄电池中,提供长期稳定的电压;衣芯中设有总开关,其中的硅胶加热片与蓄电池连接;总体的恒温过程由自动控制装置完成。

2.衣芯采用一体化设置。衣芯有五层,最外层为便于保温的带毛布料,每层间利用绝缘材料进行安全隔离,内置有由蓄电池,自动控制装置,总开关等组成的恒2.温控制系统和便于快速升温的硅胶加热带。

3.衣皮采用特殊设计。整体采用黑色化纤料,表面涂有高吸热的太阳能涂料,有柔性太阳能薄膜电池板贴合衣服表皮,且在背部和肩部具有特殊的凹槽设计,放入特制的倒锥形太阳能电池进行聚光,在所有电池板表层都覆有隔热透光安全膜保证安全。

4.手机控制功能。利用编写好程序的单片机和数字温度传感器等原件对衣芯内芯片进行控制,配合与该产品对应的手机 APP 便可轻松实现手动控制温度,除此外,APP 还增加了定位,导航等功能,方便人们的野外作业。


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(三)拟解决的关键问题

1.如何低成本收集并储存太阳能是本项目拟解决的关键问题。国内外发热衣大多使用柔性太阳能电池板,但此种电池能量转换率低,且收集太阳能的成本较高。而通过解决对电池板种类的选择和对电池板排列形态和方式的问题,将利于太阳能低成本的收集和存储。

2.如何提高衣服及太阳能板的聚光吸热性是拟解决的另一关键问题。这是保证衣服发热性能的关键,因此对衣服和太阳能板进行特殊设计将利于衣服的保温。


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三、项目的创新之处

(一)在设计理念上具有创新,符合当今提倡的利用可再生清洁能源的理念。

(二)利用太阳能柔性薄膜电池板,将太阳能光、热发电技术有机结合,既可实时发热,又可将光能转化为电能存储,以电能控制遍布全身的硅胶加热片,在无阳光的情况下也可加热保暖。这是本项目的技术创新。

(三)采用衣芯一体化设计,将控制器,蓄电池等零件置于同一平面,与绝缘体布料整合加工为衣芯固定于衣内,可随时抽出清洗,革除了传统发热服不便清洗的弊端,在衣服结构上具有创新之处。

(四)传统发热服存在适用范围窄,使用需实时插电,保热时间有限,安全性差,大多无法手动调温,且控制器携带不便易丢失等缺点,而本项目具有适用范围广,使用不受空间限制,保热时间长,可用手机进行控温,轻便安全,不易丢失等特点,克服了传统缺陷。此外,该产品配套 APP 增添了定位,导航等功能,方便人们野外作业。这些都是产品功能的创新之处。

四、结束语

综上,此种基于太阳能利用的智能控温发热服具有其特殊设计与诸多创新之处,将解决国内外此类研究中的多种问题,满足人们对于服装保暖性的更高需求;而且此技术的应用,也会对缓解资源短缺、保护生态环境等带来深远有益的影响。



文章:李九慧.基于太阳能利用的一种智能控温发热服的研究[J].中国战略新兴产业,2018:101-102.


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