應(yīng)用前景廣闊的自動(dòng)跟蹤光照系統(tǒng)

一．前言

本文介紹一種可有廣泛用途的自動(dòng)跟蹤光照系統(tǒng)，該產(chǎn)品可利用取之不盡、用之不竭的太陽能來為人類的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和辦公居住生活服務(wù)。當(dāng)今世界，石油、煤炭資源日趨緊張，能源價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，不可再生資源的快速減少所形成的能源危機(jī)給包括我國在內(nèi)的很多國家造成巨大的壓力。人們不得不需要尋找新的替代能源和制定安全的能源對策。

利用太陽能是我國新能源政策的一個(gè)重要方面。自動(dòng)跟蹤光照系統(tǒng)就是一個(gè)利用太陽能的產(chǎn)品項(xiàng)目。它利用光機(jī)電一體化技術(shù)采集太陽光并將光線投放到需要的地方或空間，為人們提供改善照明、取暖、綠化、促進(jìn)農(nóng)作物生長等應(yīng)用服務(wù)，在提高農(nóng)業(yè)、林業(yè)、種植業(yè)產(chǎn)量和綠化美好城市環(huán)境、提升人們生活質(zhì)量等領(lǐng)域有著廣泛的用途。

二．工作原理與產(chǎn)品設(shè)計(jì)

以下給出的是本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)框圖。

系統(tǒng)主要由光敏電路、CNC電路、伺服驅(qū)動(dòng)電路、伺服電機(jī)、減速器、采光板組成。其工作原理是從太陽的升起時(shí)，到太陽西落時(shí)這段有太陽照耀的時(shí)間里，采光板會(huì)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下自動(dòng)跟蹤太陽的轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡，并保持以最佳的角度將太陽光折射到需要的地方或空間去，從而發(fā)揮太陽光提供的能量作用。其最大的特點(diǎn)是全天自動(dòng)跟蹤，可隨心所欲定向投放陽光，投放量的大小可通過控制采光板的面積和數(shù)量任意選擇。

在城市或農(nóng)村一個(gè)固定的使用場合，一年四季太陽的運(yùn)動(dòng)軌跡是固定的。我們可利用鍵盤和CNC電路將對應(yīng)于該軌跡的采光板的運(yùn)動(dòng)程序編制出來并存儲(chǔ)于CNC裝置中。根據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用目的，可編制四個(gè)程序（對應(yīng)于春夏秋冬），也可以編制12個(gè)程序（對應(yīng)于每個(gè)月份）。當(dāng)安裝、調(diào)試完成后，一年四季采光板將會(huì)自動(dòng)按照預(yù)定的程序指令進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，指定的地方或空間就會(huì)始終獲得最好最充足的陽光，不需要使用者再去操作，非常方便。對個(gè)別需要修正的情況，可通過鍵盤進(jìn)行微調(diào)修正，修正結(jié)果會(huì)得到保存。

伺服驅(qū)動(dòng)電路的作用是將CNC的指令信號(hào)放大，并驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)通過減速器傳遞扭矩帶動(dòng)采光板轉(zhuǎn)動(dòng)。由于采光板不需要連續(xù)運(yùn)動(dòng)，只進(jìn)行間歇運(yùn)動(dòng)，故電力消耗不大，電源電路沒有多大的負(fù)擔(dān)，電耗很少。光敏電路的作用是接受陽光信號(hào)，并輸入給CNC電路，供編程調(diào)試使用，日常也可作為啟停電源的信號(hào)之用。當(dāng)然，也可以利用CNC內(nèi)部的時(shí)鐘控制功能來控制啟停。所以，夜間，本產(chǎn)品是不耗費(fèi)電力的。減速器的作用一是獲得較大的扭矩，二是獲得較小的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。一般情況下，一套伺服系統(tǒng)即夠用，特殊情況，也可帶兩套伺服系統(tǒng)以滿足特殊要求。

采光板用鍍膜玻璃或金屬膜制成，其面積根據(jù)具體用途來確定。應(yīng)用場合不同所用采光板數(shù)量也不同，如在改善照明或房間取暖的場合，使用一快采光板即可。但在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、種植業(yè)和為環(huán)境綠化提供陽光等場合，有時(shí)可能會(huì)需要使用多塊采光板，這時(shí)，伺服系統(tǒng)的容量可按采光板的數(shù)量和面積及驅(qū)動(dòng)功率來確定。

當(dāng)然，采光板送出的光線有些場合會(huì)直接到達(dá)目的地，有些場合限于實(shí)際地形地貌或建筑物環(huán)境直接到達(dá)不了目的地，這種情況，就需要增加折射板完成光線的后續(xù)傳遞，這部分工作要在勘察具體應(yīng)用現(xiàn)場后開展工程設(shè)計(jì)時(shí)納入考慮。

三．應(yīng)用和前景

自動(dòng)跟蹤光照系統(tǒng)有很多用途，下面舉幾個(gè)例子加以說明。

1）用于高架橋下的環(huán)境綠化

近年來，大都市的高架橋越來越多，高架橋下面出現(xiàn)了大片不見陽光的空間地面。城市規(guī)劃者一般將其設(shè)計(jì)成綠地，種上花草樹木，希望獲得綠化環(huán)境、美化城市的效果。但令城市規(guī)劃部門和綠化部門苦腦的是由于橋下缺少陽光，花草樹木的生長和維護(hù)都很困難。以上海為例，橋下花草樹木的存活率僅有三分之一左右，花錢不少，效果很不理想，成為城市建設(shè)的一大難題。

自動(dòng)跟蹤光照系統(tǒng)的出現(xiàn)，將為解決這一難題提供了鑰匙。作為高架橋的附屬設(shè)施，它可以全天候地將陽光灑向橋下指定的綠化地帶，從而保證綠化植物的正常生長。既能獲得理想的美化城市環(huán)境、凈化城市空氣的效果，又能減少維護(hù)綠化地帶的人力物力費(fèi)用，同時(shí)，現(xiàn)實(shí)存在的因維護(hù)作業(yè)導(dǎo)致交通不暢的情況也可大大減少。真是一舉三得。可以說，自動(dòng)跟蹤光照系統(tǒng)在這里大有可為。

2）用于改善背陰房間的自然照明

生活中有很多辦公室、民宅房屋或倉庫等地方背陰，終年不見陽光。因?yàn)楣饩€不好，甚至白天由于工作或?qū)W習(xí)的需要，還不得不開電燈。使用自動(dòng)跟蹤光照系統(tǒng)可解決這一問題，使室內(nèi)光線充足，人們感到視覺舒適和心情愉快，還能因不在需要開燈而節(jié)省電能。

3）用于冬季的室內(nèi)補(bǔ)充取暖

上面所說的背陰的地方，到了冬天會(huì)比朝陽的地方寒冷（會(huì)差好幾度）。特別是南方地區(qū)，一般沒有暖氣，條件好的可能會(huì)使用空調(diào)來提高點(diǎn)室內(nèi)空氣溫度，但有浪費(fèi)電能的缺點(diǎn)。條件差的空調(diào)沒有，只能挨凍。利用火爐取暖的就要耗費(fèi)煤炭。使用自動(dòng)跟蹤光照系統(tǒng)的好處是，即使是朝北的房屋也可整個(gè)白天都可得到溫暖的陽光，室內(nèi)溫度能提高好幾度，既有利于人的健康和工作舒適，又節(jié)省用電和能源消耗。

4）用于促進(jìn)作物的生長

作物的生長條件之一是靠光合作用。光照不足，作物不生長，果木不結(jié)果，蔬菜不發(fā)育。相反，提供充足的陽光、甚至增強(qiáng)陽光的提供可大大促進(jìn)糧食作物、水果林木、大棚蔬菜的產(chǎn)量。國內(nèi)已有這樣的成功報(bào)道，即采用人工彎枝法使水果的產(chǎn)量提高了3倍，達(dá)到了畝產(chǎn)2萬斤，農(nóng)民幸福地走上了小康之路。其實(shí)，成功的秘訣歸根結(jié)底就在于增強(qiáng)了陽光的照射。本產(chǎn)品正是提高種植業(yè)的有利工具，完全符合農(nóng)村市場奔小康的需求，大有用武之地。不僅能幫助農(nóng)民提高產(chǎn)量，而且，還能把農(nóng)民從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來。相信隨著農(nóng)民生產(chǎn)資料投資能力的不斷提高，自動(dòng)跟蹤光照系統(tǒng)產(chǎn)品會(huì)逐步走進(jìn)農(nóng)田、果園和蔬菜大棚，幫助農(nóng)民朋友走上共同富裕的道路。

希望有關(guān)部門和有眼光的投資家、企業(yè)家能扶持這一創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用，使其能廣泛地發(fā)揮為國家建設(shè)和人民生活服務(wù)的作用。