孫悅等

摘要：霓虹燈耗電量很大，每平方米大約200～300W或每6米一組功率60W，一個(gè)普通的大約12平方米的霓虹燈招牌，功率7kW。一個(gè)游艇上的霓虹燈每晚消耗大量的電能，如果這些電能中很大一部分由太陽(yáng)能供給，將會(huì)緩解用電緊張的現(xiàn)狀。文章對(duì)自動(dòng)追光太陽(yáng)能電池供電三棱柱式旋轉(zhuǎn)霓虹燈一體技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：霓虹燈；太陽(yáng)能電池板；自動(dòng)追光；電能；三棱柱結(jié)構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK513 文章編號(hào)：1009-2374（2015）17-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.010

1 概述

本項(xiàng)目是把太陽(yáng)能電池板與霓虹燈集合在一個(gè)三棱柱上，三棱柱的其中一面為太陽(yáng)能電池板，另外一面作為安置霓虹燈使用。三棱柱安置在可旋轉(zhuǎn)的主軸上，主軸由電機(jī)帶動(dòng)，電機(jī)由單片機(jī)控制。

單片機(jī)控制部分的功能為：上午的時(shí)候，調(diào)整太陽(yáng)能電池板一面自東向西呈45°方向，中午時(shí)，調(diào)整太陽(yáng)能電池板一面為水平方向，最大幅度接受太陽(yáng)能，下午時(shí)，調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板一面自東向西呈135°方向。這樣，白天的時(shí)候，太陽(yáng)能電池板可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的自動(dòng)追光，裝置簡(jiǎn)單，且能為晚上霓虹燈的工作提供盡可能多的電量。晚上，單片機(jī)控制霓虹燈所在的一側(cè)向外，用白天儲(chǔ)存的電能給其供電，霓虹燈正常工作。

文中所提到的自動(dòng)追光太陽(yáng)能電池供電三棱柱式旋轉(zhuǎn)霓虹燈一體技術(shù)不僅選用了綠色環(huán)保的新型能源——太陽(yáng)能，更把較為先進(jìn)的自動(dòng)追光裝置與霓虹燈工作部分實(shí)現(xiàn)了一體化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，且節(jié)約了成本。

2 研制背景及意義

流光溢彩、琳瑯滿目的霓虹燈給人們帶來(lái)無(wú)與倫比的視覺(jué)享受，但這樣的美麗是以消耗大量電能為代價(jià)的。文中所提出的自動(dòng)追光太陽(yáng)能電池供電三棱柱式旋轉(zhuǎn)霓虹燈一體技術(shù)不僅選用了綠色環(huán)保的新型能源——太陽(yáng)能，更把較為先進(jìn)的自動(dòng)追光裝置與霓虹燈工作部分實(shí)現(xiàn)了一體化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，且節(jié)約了成本。

太陽(yáng)能電池是指利用太陽(yáng)光的能量發(fā)電的電磁種類。相對(duì)于普通電池和可循環(huán)充電電池來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能電池屬于更節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品。太陽(yáng)能電池板是通過(guò)吸收太陽(yáng)光，將太陽(yáng)輻射能通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，大部分太陽(yáng)能電池板的主要材料為“硅”。太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。

豪華游艇的霓虹燈每晚消耗大量的電能，如果這些電能中的很大一部分由太陽(yáng)能供給，將會(huì)緩解我們用電緊張的現(xiàn)狀，并且選用清潔能源，愛(ài)護(hù)我們的地球家園。我國(guó)現(xiàn)在仍然大量使用火力發(fā)電，利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能，通過(guò)發(fā)電動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式。火力發(fā)電所用燃料以煤炭為最多，約占50%以上。為了提高經(jīng)濟(jì)效益，降低發(fā)電成本，保護(hù)大城市和工業(yè)區(qū)的環(huán)境，火力發(fā)電盡量在靠近燃料基地的地方進(jìn)行，利用火力發(fā)電或超高壓輸電線路把強(qiáng)大電能輸往負(fù)荷中心。熱電聯(lián)產(chǎn)方式則應(yīng)在大城市和工業(yè)區(qū)實(shí)施，而這導(dǎo)致了一個(gè)重要的問(wèn)題就是大量輸電線路上能量的耗散，并且火力發(fā)電等傳統(tǒng)供電方式產(chǎn)生了大量的二氧化碳等溫室氣體，加劇了全球變暖，排放的其他有害氣體也污染了我們賴以生存的環(huán)境。霓虹燈耗電量非?？捎^，每平方米大約200～300W，或每6米一組功率60W，可以計(jì)算，我們的我們?cè)谟秒娺^(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)改造，盡量“就地取用能源，取用清潔能源”?？刂铺?yáng)能轉(zhuǎn)換利用裝置自動(dòng)旋轉(zhuǎn)去對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，能有效提高太陽(yáng)能的吸收率。采用單片機(jī)作為控制器，利用太陽(yáng)能作為能源的自動(dòng)裝置而言這種自動(dòng)追蹤系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 三棱柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造

采用三棱柱結(jié)構(gòu)，三棱柱的三個(gè)側(cè)面分別裝置有霓虹燈、太陽(yáng)能電池板和結(jié)構(gòu)平衡裝置，其中結(jié)構(gòu)平衡裝置的重量分布設(shè)置使結(jié)構(gòu)對(duì)其中心軸轉(zhuǎn)矩平衡。

采用三棱柱結(jié)構(gòu)的原因：（1）三棱柱具有穩(wěn)定性；（2）三棱柱結(jié)構(gòu)在滿足功能的前提下盡可能節(jié)約了材料；（3）三棱柱結(jié)構(gòu)當(dāng)平視一面時(shí)，可以對(duì)其他面起到隱藏作用；（4）三棱柱結(jié)構(gòu)可以起到有效防止陽(yáng)光直射以及防止雨水與灰塵堆積的作用。

3.2 霓虹燈部分

霓虹燈是靠充入玻璃管內(nèi)的低壓惰性氣體，在高壓電場(chǎng)下冷陰極輝光放電而發(fā)光。霓虹燈的光色是由充入惰性氣體的光譜特性決定：光管型霓虹燈充入氖氣，霓虹燈發(fā)紅色光；熒光型霓虹燈充入氬氣及汞，霓虹燈發(fā)藍(lán)色、黃色等光，這兩大類霓虹燈都是靠燈管內(nèi)的工作氣體原子受激輻射發(fā)光。當(dāng)外電源電路接通后，變壓器輸出端就會(huì)產(chǎn)生幾千伏甚至上萬(wàn)伏的高壓。當(dāng)這一高壓加到霓虹燈管兩端電極上時(shí)，霓虹燈管內(nèi)的帶電粒子在高壓電場(chǎng)中被加速并飛向電極，能激發(fā)產(chǎn)生大量的電子。這些激發(fā)出來(lái)的電子在高電壓電場(chǎng)中被加速，并與燈管內(nèi)的氣體原子發(fā)生碰撞。當(dāng)這些電子碰撞游離氣體原子的能量足夠大時(shí)，就能使氣體原子發(fā)生電離而成為正離子和電子，這就是氣體的電離現(xiàn)象。帶電粒子與氣體原子之間的碰撞，多余的能量就以光子的形式發(fā)射出來(lái)，這就完成了霓虹燈的發(fā)光點(diǎn)亮的整個(gè)過(guò)程。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：孫悅（1994-），女，山東蓬萊人，山東大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院學(xué)生，研究方向：交通運(yùn)輸。

（責(zé)任編輯：周 瓊）