楊燕:太陽能充電登山服,你有沒有?
  2019-11-10

可穿戴設備是當今科技界萬眾矚目的驕子,它早在1980年代的中期,就被彪馬和阿迪達斯嘗試實驗可穿戴式科技時運用在運動鞋里了,雖說概念非常棒,但只能說太超前了,生不逢時。隨著高新科技的發展,科技產品的微型化、簡便化,加上谷歌、蘋果等高科技巨頭企業的搖旗吶喊,才讓這種可穿戴設備技術真正的家喻戶曉,被越來越多的商家所追崇。

這些高新科技企業將可穿戴設備作為大力研究并推廣的對象并不是一時興起的想法,有相關研究機構預測說:可穿戴市場的利潤到2017年可達23億美元,市場有著巨大的可盈利空間。再縱觀人們現在的社會狀態,自從20世紀五六十年代到實施計劃生育期間,世界人口空前膨脹,中國人口也在迅速增長,一直到實施計劃生育后才有所下降。

如今,人口基數最大的一批人群正在老去,中國正在進入一個老齡化最嚴重的社會,老年人的健康問題日益突出,這為老年人的可穿戴設備市場以及科技健康產業提供了廣袤的拓展空間。事實上,隨著現代人生活質量的不斷攀升,健康長壽,將是人們共同的愿望。除此之外,高科技產品也在潛移默化中影響著人們的生活,改變著人們的生活方式。現在,智能手機在短短的數年間已經變成人人都離不開的流行電子設備,可穿戴設備會不會是下一個科技流行產品呢?

答案是肯定的,尤其在智能可穿戴服裝領域,已經有不少著名品牌研發出了智能可穿戴服裝,例如:2014 年8 月,知名時裝品牌RalphLauren推出了智能緊身壓縮運動T 恤PoloTech,成為涉足可穿戴領域的又一新軍;運動大牌阿迪達斯也推出過籃球智能micoach背心;Hexoskin 品牌更是在運動傳感服裝方面走在了世界的前列,已經先后推出男女多種款式運動傳感服裝,該服裝可以向藍牙數據點傳輸實時運動數據,包括心率、步數、熱量消耗、呼吸率等指數,非常先進。

目前,智能可穿戴服裝所涉及的除了在醫療、軍事、工業等特殊領域外也更多的出現在了人們生活中的運動、健身、娛樂等領域,尤其是運動健身中出現的心率帶、傳感服、變色服等等,更是掀起了一番運動愛好者的追捧和熱潮。然而戶外健身領域同樣需要新興科技產品的帶動,戶外運動人員因路途遠、消耗多,所裝戴的設備數量與重量都有限制,越精簡的裝備,對他們的遠途跋涉來說也越方便。攜帶的電子設備電量不足是戶外登山者在登山的過程中最頭疼的事情之一,電池以及移動電源等充電設備電容有限,并且會占用一定的空間及重量,攜帶不便。針對以上問題,在前期的研究基礎上,本文設計了一款新型太陽能充電登山服,實現了登山愛好者在登山過程中對電子設備輕松充電的愿望。充電裝置與服裝很好地融合,達到了功能性與美觀性的完美統一。

1.總體系統設計

無論哪個領域的電子科技產品,都需要能源的供給。在這個能源緊缺的社會,可再生資源的開發與利用顯得尤為重要,太陽能發電便是新興可再生資源的一種,大約40分鐘照射在地球上的太陽能的能量,便足以供全球人類一年消費,它無環境污染、綠色清潔,取之不盡、用之不竭,并且沒有地域限制,具有廣闊的應用前景。本文即是基于利用太陽能資源,為解決登山愛好者的這一需求與難題,設計了一款新型太陽能充電登山服,利用光學原理轉化為電能。

此登山服必須以不增加登山過程中的負擔為前提,方便穿著者使用,并且能夠很好地接受光照,使其最大程度地將太陽能轉化成電能的基礎上進行設計。

2013年,來自荷蘭奈梅亨應用科學大學的時尚設計師 Pauline van Dongen 以及Gelderland Valoriseert 公司的 Christiaan Holland 聯手推出了一件太陽能充電服,該充電服采用的是剛性太陽能電池作為其核心裝置,所以,搭配了羊毛和皮革作為衣服的主要材料,雖然1小時可以充滿普通手機一半的電量,但是,在服裝中安裝了48塊太陽能電池,服裝整體重量較重。所以,只能適合在冬季穿戴;美國服裝品牌湯米·希爾費格正在銷售一款獨特的可給手機充電的冬季外套,該外套采用的是柔性太陽能電池板,作為可拆卸部分裝飾在背部,雖然可穿性增強了很多,但在背部安裝大面積的充電板,仍然會影響著人體的活動與舒適性。這些設計雖然達到了能量的轉換,實現了將服裝做為載體為電子設備充電的功能,但忽視了實用服裝的穿著舒適性要點,不方便人體的活動。目前,在登山服領域內,尚未出現可給電子設備充電的服裝,戶外登山的電源緊缺問題還是一個缺口。 因此,本文從登山者的需求點出發,考慮采用最適用于服裝上的柔性超薄太陽能電池板作為了載體,柔性超薄太陽能電池板是未來的太陽能發展方向,大大超越了傳統的硅晶玻璃層壓或滴膠板的性能,同樣的尺寸重量只有傳統太陽能板的1/5,厚度只有原來的 1/3,這將大大推廣太陽能的應用,讓太陽能做成任意形狀或附著在任何物體表面皆成為可能。如果使用柔性太陽能電池板,它柔性程度較好,可彎曲度接近180度,并具有防水,可縫紉的優勢。

2.電路設計

電路設計主要考慮柔性超薄太陽能電池板的組裝結構,以及所達到的功率是否能供應電子設備的正常充電。同時,考慮到服裝的美觀性,應盡可能的將電池板的總面積控制在最小。

3.工藝設計

作為針對登山者特殊人群的設計,要考慮到其活動時的環境以及特殊習慣。登山者在登山過程中一般是需要背負登山包的,所以太陽能板不能被背包覆蓋,且能夠接受最大幅度的光照。考慮以上特殊需求,筆者將柔性太陽能板與面料相結合,拼接縫紉,制作成可拆卸的登山服帽子,為了獲得更大的功率,讓更多的太陽能板接受光照,設計為雙層帽子結構。帽子整體可拆卸,內層帽子的外部拼接縫紉6片柔性超薄太陽能電池板,外層帽子的內部也拼接縫紉6片柔性超薄太陽能電池板,并且,外層帽子的中間裝有拉鏈,通過拉鏈的

設計使其具有可展開成平面的功能,如圖 8 所示,這樣便可以接受更多的直線光照,更大效率地進行能量轉化。在帽子的搭扣部位,設計有 USB 接口,并且有防水布遮擋,這樣在雨天環境中也不會影響到太陽能充電服的工作。有了這款太陽能充電登山服后,登山者只要在登山過程中將內層帽子戴起,將外層帽子中間的拉鏈拉開,使其平鋪在登山者的背上或者平鋪在背包的上方,再把需要充電的電子設備與USB接口相連即可完成充電準備工作。

登山者愛好者的登山活動時間基本為天氣狀態良好的白天,且在登山過程中對手機的電量需求不大,該太陽能充電登山服可以滿足登山愛好者正常狀態下應急充電的需求。此款太陽能充電登山服,具有使用方便,轉化效率相對較高,服用性能相對較好的特點。同時,它清潔環保,充分利用了太陽能可再生資源,21世紀是綠色時代,亦稱生態時代,挖掘新的能源形式,并加以合理的利用是我們共同的奮斗目標。新技術、新材料的出現以及它們的加工、復合、整理都會使服裝出現高性能化的發展趨勢,也為服裝的發展提供了多功能化發展的趨勢。柔性太陽能板新材料比剛性太陽能板擁有更好的服用性能,能夠激發出設計人員在服裝設計上更好的創意,推動了太陽能資源在服裝上的利用進程。但是,目前電子元件與服裝面料的結合依然存在著不易調和的矛盾,能耗與性能之間的矛盾使得電池成為了瓶頸,想要更高的性能,能耗必然變大,越多的太陽能電池板才能提供更高的工作效率,但是元件與服裝結合的面積有限,設計也成為了難點。 安全、環保、健康是新時代下智能服裝的要求,如何協調電子元件與服裝設計的融合統一,如何開發體積更小、更薄,更加適用于服裝的電子元件將是我們共同期待的方向。

圖片來源:東方IC

鳴家簡介:楊燕,重慶市九三學社社員、留日博士(人類生活科學——服裝設計與工程專業)、服裝工程認證專家、教育部高等學校紡織類專業教學指導委員會服裝分委員會委員、國外博士后研究經歷,碩士、博士生導師,長江師范學院美術學院服裝設計專業教授;國際服飾美學學會會員,日本留學博士協會、服裝色彩學會會、衣服學會、家政學會會員,中國服裝設計師學會學術委員會會員、中國紡織服裝教育學會會員、中國消防學會會員、中國藝術人類學會會員、全國職業院校技能大賽中職組服裝設計與工藝賽項裁判員、重慶市社科專家、重慶科委網絡評審專家、重慶科技特派員、河北省科技獎勵評審專家、重慶涪陵區科技拔尖人才。


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