关于双节能路灯的研究

德州学院机电工程学院 李博文 王志坤 孙如军

双节能路灯能够利用太阳能和雨水进行发电，解决了因雨天而不能靠太阳能发电的弊端，太阳光跟踪系统随时捕捉最有利的角度，提高了太阳能利用率，节约资源，保护了环境，具有节能减排的实质性技术特点。

1.双节能路灯研制背景

现有的路灯大多靠太阳能电池板发电，不仅利用太阳能的效率低，而且每当下雨时路灯就不能自行发电。为解决这两个问题，双节能路灯特在太阳能电池板的基础上增加了一个反光装置，即在自动跟踪太阳光的情况下，能够反射电池板周围的太阳光，更高效率的利用了太阳能。此外，在下雨时该路灯还能最大限度的收集雨水，进而在雨天还可以利用雨水发电。

图1

2.双节能路灯的设计与展示

(1)整体展示：一个塑料制的圆台反光装置，将圆形的电池板镶嵌在圆台反光装置内，电池板与圆台反光装置的底面平行，电池板的正面对着圆台反光装置的广口，在圆台反光装置的广口到电池板之间的圆台反光装置内壁贴上反光锡纸，根据光的反射原理使照射在圆台反光装置内壁的阳光能够充足反射到电池板上。同时该装置还能够收集雨水，即在电池板的下端安置一个水箱，水箱的底部连接有流水管道，在管道的底部放置水轮和发电机，利用雨水的重力作用和自由落体运动使其带动发电机运行，以达到利用雨水发电的功能，如图1所示。

(2)电器控制：光敏控制模块步进电机，实现太阳光跟踪；利用雨水收集模块控制步进电机，保证下雨时电池板能保持水平，最大限度的收集雨水；光敏控制模块控制路灯在阴天和天黑时自动启动。

(3)圆台反射装置和雨水收集装置：圆台反光装置的斜面与电池板的平面的夹角为120度，反光装置的高为10厘米，保证了垂直阳光照射时，反射光都能照在太阳能电池板上。有太阳光时，由于太阳光跟踪系统，保证太阳能电池板的周围的阳光始终反射到电池板上。当下雨时，由单片机控制步进电机运行，使太阳能圆台反光装置水平放置，这样圆台反光装置就变成了雨水收集装置，进而将雨水储存到水箱，利用雨水的势能为发电机发电做准备。

(4)水箱及路灯：水箱设计成一个回字形，有支撑架支撑，使水箱有水时可以受力平衡。水箱下部连接一个水管，在水箱侧面设有一个浮标，当水位达到一定高度时，由于浮标的浮力作用，连杆打开水管开关，从水管流下的水带动发电机发电。我们把路灯安在水箱下面，路灯由光敏电阻模块控制，当天色变暗时，路灯自动打开。

3.发电模块工作原理

当有阳光时，电池板能够跟踪太阳光，保证阳光始终垂直电池板，并且圆台反光装置可以使周围的太阳光都能反射到电池板上，更高效率的利用太阳能。当遇到阴雨天或晚上时，利用光敏二极管结合单片机控制系统使电池板始终处于水平状态，这样圆台反光装置就成为了收集雨水的水箱。当下雨时，雨水通过圆台反光装置慢慢流入太阳能电池板下面的水箱里，因为我们在水箱侧面设有浮标，利用杠杆原理，当水箱内的水位达到一定高度时与浮标连动的水箱下面的自启开关会被连杆打开，进而使雨水沿管道流落出去，就可以带动发电机叶轮进行发电。

4.总结

双节能路灯的优势：节能一、利用光敏电阻控制模块控制两个步进电机实现太阳能电池板跟踪太阳光，并利用光的反射原理使电池板周围充足的太阳光反射到电池板上；节能二、利用雨水收集模块在下雨时使电池板保持水平，收集的雨水汇聚到水箱，当水的势能达到预定值，流水便可以带动叶轮转动进行发电。另外，光敏控制模块还可以自动控制路灯的亮灭。

传统太阳能路灯尽管是一类绿色节能产品，但其在连阴天气，很难实现路灯的正常运行，特别是对于南方的多雨地区，亟需开发一种新型的节能路灯，而双节能节能路灯综合利用太阳能和雨水势能，并且装有太阳光跟踪装置，能有效的利用太阳能及雨水能，保护了环境，具有节能减排的显著效果。

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