雙節(jié)能路燈的設(shè)計工作原理與展示分析

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)能減排的實質(zhì)性技術(shù)特點。

　　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(chǔ)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(jìn)而在雨天還可以利用雨水發(fā)電。

　　2.雙節(jié)能路燈的設(shè)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(nèi)，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(nèi)壁貼上反光錫紙，根據(jù)光的反射原理使照射在圓臺反光裝置內(nèi)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(jī)，利用雨水的重力作用和自由落體運(yùn)動使其帶動發(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。

圖1

　　(2)電器控制：光敏控制模塊步進(jìn)電機(jī)，實現(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(dāng)下雨時，由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)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(jìn)而將雨水儲存到水箱，利用雨水的勢能為發(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(cè)面設(shè)有一個浮標(biāo)，當(dāng)水位達(dá)到一定高度時，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，路燈自動打開。

　　3.發(fā)電模塊工作原理

　　當(dāng)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(dāng)遇到陰雨天或晚上時，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)，這樣圓臺反光裝置就成為了收集雨水的水箱。當(dāng)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(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)到一定高度時與浮標(biāo)連動的水箱下面的自啟開關(guān)會被連桿打開，進(jìn)而使雨水沿管道流落出去，就可以帶動發(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：節(jié)能一、利用光敏電阻控制模塊控制兩個步進(jìn)電機(jī)實現(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使電池板保持水平，收集的雨水匯聚到水箱，當(dāng)水的勢能達(dá)到預(yù)定值，流水便可以帶動葉輪轉(zhuǎn)動進(jìn)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(chǎn)品，但其在連陰天氣，很難實現(xiàn)路燈的正常運(yùn)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(hù)了環(huán)境，具有節(jié)能減排的顯著效果。