【摘要】太陽(yáng)能路燈必須有較強(qiáng)的安裝適應(yīng)性和可調(diào)整性，因而設(shè)計(jì)中必須考慮地理因素對(duì)太陽(yáng)能板的影響。針對(duì)不同季節(jié)太陽(yáng)高度角的不同及一天中太陽(yáng)角度的變化，通過(guò)調(diào)整裝置實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板方向的調(diào)節(jié)，使太陽(yáng)能板達(dá)到最大的受光面積，進(jìn)一步提高的太陽(yáng)能路燈的使用效果。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能；轉(zhuǎn)向裝置；方位角

能源危機(jī)的出現(xiàn)和國(guó)家提倡的新能源建設(shè)目標(biāo)，促使人們不斷研發(fā)新的能源，太陽(yáng)能是最清潔的可再生能源。照明裝置在人們的生產(chǎn)生活中必不可少，但照明耗電量很大，尤其是公共照明的路燈，太陽(yáng)能路燈是一種利用太陽(yáng)能作為能源的照明裝置，它基本不用或少用市電，不消耗常規(guī)電能，因此這種照明裝置正在廣泛使用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。目前太陽(yáng)能板的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)水平不斷提高，但是目前市面上的太陽(yáng)能路燈均未考慮太陽(yáng)能板的受光面積對(duì)太陽(yáng)能利用效果的影響，太陽(yáng)能板設(shè)置為固定式[1][2]。本文考慮太陽(yáng)能板的受光角度，設(shè)計(jì)了一種可隨太陽(yáng)方位而調(diào)整太陽(yáng)能板迎光面的可調(diào)型太陽(yáng)能路燈機(jī)構(gòu)，以彌補(bǔ)此方面的不足，使太陽(yáng)能利用達(dá)到最佳的效果[3][4]。

一、日照對(duì)太陽(yáng)能利用效果的影響分析

太陽(yáng)能板與太陽(yáng)之間的角度是影響太陽(yáng)能板光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素，若太陽(yáng)能板一直和太陽(yáng)光照方向垂直，則太陽(yáng)能板的轉(zhuǎn)換效率更接近設(shè)計(jì)參數(shù)。

對(duì)于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，方位角以正南為0o，向東為負(fù)角度，向西為正角度。如太陽(yáng)在正東方向時(shí)，方位角為-90o，在正西方時(shí)方位角為90o。方位角決定了陽(yáng)光的入射方向，太陽(yáng)能板朝向正南（即太陽(yáng)能板垂直面與正南的夾角為0o）時(shí)，太陽(yáng)電池發(fā)電量是最大的。

在不同的季節(jié)，各個(gè)方位的日射量峰值產(chǎn)生時(shí)刻是不一樣的。如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻與發(fā)電峰值時(shí)刻一致時(shí)，方位角=（一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻-12）×15+（經(jīng)度-116o）。

參考計(jì)算當(dāng)?shù)鼐暥却_定太陽(yáng)能電池的傾斜角，可參考下述計(jì)算辦法：

我國(guó)東西跨越經(jīng)度60多度，中國(guó)南北跨越緯度60多度最東端和最西端相差5個(gè)時(shí)區(qū)。因此在我國(guó)的太陽(yáng)能路燈必須有較強(qiáng)的安裝適應(yīng)性和可調(diào)整性。

二、可調(diào)型太陽(yáng)能路燈太陽(yáng)能板調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)由太陽(yáng)能板、太陽(yáng)能電能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及燈具外殼等幾部分構(gòu)成。蓄電池一般選用密封膠體蓄電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱為“免維護(hù)電池”，有利于系統(tǒng)降低維護(hù)費(fèi)。充放電控制器具備光控、時(shí)控、過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)和反接保護(hù)等功能。本文僅考慮研究太陽(yáng)能板的發(fā)電量問(wèn)題。

1.實(shí)現(xiàn)俯仰角變換的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 俯仰角變換機(jī)構(gòu)

2.實(shí)現(xiàn)水平旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

電池板水平旋轉(zhuǎn)裝置由五部分組成：軸、錐齒輪、軸承、鍵、控制把手。通過(guò)旋轉(zhuǎn)控制把手，兩個(gè)交角90o的標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪改變傳動(dòng)方向，鍵承載扭矩，使太陽(yáng)能板轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.主體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主體有兩個(gè)燈，可雙向照明，下方有廣告牌安置點(diǎn)，亦可設(shè)置為公交報(bào)站牌或天氣通報(bào)牌。頂部為俯仰角調(diào)節(jié)裝置，往下為水平旋轉(zhuǎn)裝置。再向下為廣告牌和燈柱及固定裝置。其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 總體結(jié)構(gòu)

三、結(jié)論

本文針對(duì)現(xiàn)在太陽(yáng)能利用方面的不考慮太陽(yáng)能電池板迎光面的情況，設(shè)計(jì)了一種可以調(diào)節(jié)板面位置的裝置，此裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，太陽(yáng)能利用效率高，能為太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)安裝提供一定的參考，該裝置的設(shè)計(jì)方法也可為同類設(shè)計(jì)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]王學(xué)斌.基于單片機(jī)的太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013，24：102.

[2]曾國(guó)川.探討太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].城市建筑，2013，06：281+283.

[3]汪勇，張金明.基于最大功率點(diǎn)跟蹤策略的LED太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，04：64-66+82.

[4]廖承菌，韓莉婭，韓麗華等.太陽(yáng)能路燈用光伏組件傾角優(yōu)化的探討[J].太陽(yáng)能，2013，01：38-39.

基金項(xiàng)目：本文為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201210702083）。

作者簡(jiǎn)介：吳萬(wàn)欣（1994—），男，陜西蒲城人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。