德州學院機電工程學院 李博文 王志坤 孫如軍

雙節(jié)能路燈能夠利用太陽能和雨水進行發(fā)電，解決了因雨天而不能靠太陽能發(fā)電的弊端，太陽光跟蹤系統(tǒng)隨時捕捉最有利的角度，提高了太陽能利用率，節(jié)約資源，保護了環(huán)境，具有節(jié)能減排的實質性技術特點。

1.雙節(jié)能路燈研制背景

現有的路燈大多靠太陽能電池板發(fā)電，不僅利用太陽能的效率低，而且每當下雨時路燈就不能自行發(fā)電。為解決這兩個問題，雙節(jié)能路燈特在太陽能電池板的基礎上增加了一個反光裝置，即在自動跟蹤太陽光的情況下，能夠反射電池板周圍的太陽光，更高效率的利用了太陽能。此外，在下雨時該路燈還能最大限度的收集雨水，進而在雨天還可以利用雨水發(fā)電。

圖1

2.雙節(jié)能路燈的設計與展示

(1)整體展示：一個塑料制的圓臺反光裝置，將圓形的電池板鑲嵌在圓臺反光裝置內，電池板與圓臺反光裝置的底面平行，電池板的正面對著圓臺反光裝置的廣口，在圓臺反光裝置的廣口到電池板之間的圓臺反光裝置內壁貼上反光錫紙，根據光的反射原理使照射在圓臺反光裝置內壁的陽光能夠充足反射到電池板上。同時該裝置還能夠收集雨水，即在電池板的下端安置一個水箱，水箱的底部連接有流水管道，在管道的底部放置水輪和發(fā)電機，利用雨水的重力作用和自由落體運動使其帶動發(fā)電機運行，以達到利用雨水發(fā)電的功能，如圖1所示。

(2)電器控制：光敏控制模塊步進電機，實現太陽光跟蹤；利用雨水收集模塊控制步進電機，保證下雨時電池板能保持水平，最大限度的收集雨水；光敏控制模塊控制路燈在陰天和天黑時自動啟動。

(3)圓臺反射裝置和雨水收集裝置：圓臺反光裝置的斜面與電池板的平面的夾角為120度，反光裝置的高為10厘米，保證了垂直陽光照射時，反射光都能照在太陽能電池板上。有太陽光時，由于太陽光跟蹤系統(tǒng)，保證太陽能電池板的周圍的陽光始終反射到電池板上。當下雨時，由單片機控制步進電機運行，使太陽能圓臺反光裝置水平放置，這樣圓臺反光裝置就變成了雨水收集裝置，進而將雨水儲存到水箱，利用雨水的勢能為發(fā)電機發(fā)電做準備。

(4)水箱及路燈：水箱設計成一個回字形，有支撐架支撐，使水箱有水時可以受力平衡。水箱下部連接一個水管，在水箱側面設有一個浮標，當水位達到一定高度時，由于浮標的浮力作用，連桿打開水管開關，從水管流下的水帶動發(fā)電機發(fā)電。我們把路燈安在水箱下面，路燈由光敏電阻模塊控制，當天色變暗時，路燈自動打開。

3.發(fā)電模塊工作原理

當有陽光時，電池板能夠跟蹤太陽光，保證陽光始終垂直電池板，并且圓臺反光裝置可以使周圍的太陽光都能反射到電池板上，更高效率的利用太陽能。當遇到陰雨天或晚上時，利用光敏二極管結合單片機控制系統(tǒng)使電池板始終處于水平狀態(tài)，這樣圓臺反光裝置就成為了收集雨水的水箱。當下雨時，雨水通過圓臺反光裝置慢慢流入太陽能電池板下面的水箱里，因為我們在水箱側面設有浮標，利用杠桿原理，當水箱內的水位達到一定高度時與浮標連動的水箱下面的自啟開關會被連桿打開，進而使雨水沿管道流落出去，就可以帶動發(fā)電機葉輪進行發(fā)電。

4.總結

雙節(jié)能路燈的優(yōu)勢：節(jié)能一、利用光敏電阻控制模塊控制兩個步進電機實現太陽能電池板跟蹤太陽光，并利用光的反射原理使電池板周圍充足的太陽光反射到電池板上；節(jié)能二、利用雨水收集模塊在下雨時使電池板保持水平，收集的雨水匯聚到水箱，當水的勢能達到預定值，流水便可以帶動葉輪轉動進行發(fā)電。另外，光敏控制模塊還可以自動控制路燈的亮滅。

傳統(tǒng)太陽能路燈盡管是一類綠色節(jié)能產品，但其在連陰天氣，很難實現路燈的正常運行，特別是對于南方的多雨地區(qū)，亟需開發(fā)一種新型的節(jié)能路燈，而雙節(jié)能節(jié)能路燈綜合利用太陽能和雨水勢能，并且裝有太陽光跟蹤裝置，能有效的利用太陽能及雨水能，保護了環(huán)境，具有節(jié)能減排的顯著效果。

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