德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)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(jìn)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(shí)捕捉最有利的角度，提高了太陽能利用率，節(jié)約資源，保護(hù)了環(huán)境，具有節(jié)能減排的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)。

1.雙節(jié)能路燈研制背景

現(xiàn)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(dāng)下雨時(shí)路燈就不能自行發(fā)電。為解決這兩個(gè)問題，雙節(jié)能路燈特在太陽能電池板的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)反光裝置，即在自動(dòng)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(shí)該路燈還能最大限度的收集雨水，進(jìn)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(shè)計(jì)與展示

(1)整體展示：一個(gè)塑料制的圓臺(tái)反光裝置，將圓形的電池板鑲嵌在圓臺(tái)反光裝置內(nèi)，電池板與圓臺(tái)反光裝置的底面平行，電池板的正面對(duì)著圓臺(tái)反光裝置的廣口，在圓臺(tái)反光裝置的廣口到電池板之間的圓臺(tái)反光裝置內(nèi)壁貼上反光錫紙，根據(jù)光的反射原理使照射在圓臺(tái)反光裝置內(nèi)壁的陽光能夠充足反射到電池板上。同時(shí)該裝置還能夠收集雨水，即在電池板的下端安置一個(gè)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(jī)，利用雨水的重力作用和自由落體運(yùn)動(dòng)使其帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，以達(dá)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(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)太陽光跟蹤；利用雨水收集模塊控制步進(jìn)電機(jī)，保證下雨時(shí)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(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。

(3)圓臺(tái)反射裝置和雨水收集裝置：圓臺(tái)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(shí)，反射光都能照在太陽能電池板上。有太陽光時(shí)，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(dāng)下雨時(shí)，由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，使太陽能圓臺(tái)反光裝置水平放置，這樣圓臺(tái)反光裝置就變成了雨水收集裝置，進(jìn)而將雨水儲(chǔ)存到水箱，利用雨水的勢(shì)能為發(fā)電機(jī)發(fā)電做準(zhǔn)備。

(4)水箱及路燈：水箱設(shè)計(jì)成一個(gè)回字形，有支撐架支撐，使水箱有水時(shí)可以受力平衡。水箱下部連接一個(gè)水管，在水箱側(cè)面設(shè)有一個(gè)浮標(biāo)，當(dāng)水位達(dá)到一定高度時(shí)，由于浮標(biāo)的浮力作用，連桿打開水管開關(guān)，從水管流下的水帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(dāng)天色變暗時(shí)，路燈自動(dòng)打開。

3.發(fā)電模塊工作原理

當(dāng)有陽光時(shí)，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(tái)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(dāng)遇到陰雨天或晚上時(shí)，利用光敏二極管結(jié)合單片機(jī)控制系統(tǒng)使電池板始終處于水平狀態(tài)，這樣圓臺(tái)反光裝置就成為了收集雨水的水箱。當(dāng)下雨時(shí)，雨水通過圓臺(tái)反光裝置慢慢流入太陽能電池板下面的水箱里，因?yàn)槲覀冊(cè)谒鋫?cè)面設(shè)有浮標(biāo)，利用杠桿原理，當(dāng)水箱內(nèi)的水位達(dá)到一定高度時(shí)與浮標(biāo)連動(dòng)的水箱下面的自啟開關(guān)會(huì)被連桿打開，進(jìn)而使雨水沿管道流落出去，就可以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)葉輪進(jìn)行發(fā)電。

4.總結(jié)

雙節(jié)能路燈的優(yōu)勢(shì)：節(jié)能一、利用光敏電阻控制模塊控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)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(shí)使電池板保持水平，收集的雨水匯聚到水箱，當(dāng)水的勢(shì)能達(dá)到預(yù)定值，流水便可以帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電。另外，光敏控制模塊還可以自動(dòng)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(chǎn)品，但其在連陰天氣，很難實(shí)現(xiàn)路燈的正常運(yùn)行，特別是對(duì)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(shì)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(hù)了環(huán)境，具有節(jié)能減排的顯著效果。

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