太阳能波浪能航标灯的研究与设计

商赫 赵爱红 葛继明 尤守莉

（德州学院机电工程学院，山东 德州 253023）

太阳能波浪能航标灯的研究与设计

商赫 赵爱红 葛继明 尤守莉

（德州学院机电工程学院，山东 德州 253023）

本系统设计为一种太阳能波浪能航标灯，运用物理模型法［1］和微幅波理论［2］对能量装换装置进行计算，分别得出了太阳能光伏电池和浮子式波浪能转换装置的发电量。首先提出了航标灯的工作原理：利用太阳能光伏电池收集太阳能，光伏电池是一种利用光伏效应直接将光能转化为电能的装置；通过振荡浮子式波浪能转换装置将波浪能转换为电能，所得电能除供应LED灯外，其余储存于锂电池中；安装光敏传感器，从而实现航标灯在黑夜及光线暗时的正常工作。随后进行了波浪能的计算，通过绘制分析波浪参数与波浪总能量的关系图表，得到波动总能量与波浪周期、波长呈现正相关的结论。

太阳能；波浪能；图表；微幅波理论

随着我国水路运输的迅速发展，航标灯是安全航运保障系统中重要的组成部分，是保障船舶安全的、经济航行的重要助航设施，保证航标灯正确可靠的工作是航行安全的重要前提。目前航标灯普遍使用铅蓄电池，设计太阳能与波浪能航标灯，解决了铅蓄电池使用寿命短，能量转换效率低，维护成本高等缺点；弥补了太阳能单一能源供电的不足。利用半导体材料的光敏特性，使航标灯在黑夜及光线变暗时正常工作，既保证了船舶的安全，又防止了能源的浪费，对航行船舶进行更加稳定的保护。

1 航标灯工作原理

此设计采用太阳能与波浪能双重供电，利用太阳能光伏电池收集太阳能，光伏电池是一种利用光伏效应直接将光能转化为电能的装置。太阳能光伏电池表面有一层金属薄膜似的半导体薄片，当太阳光照射时，薄片的另一侧和金属薄膜之间将产生一定的电压，将太阳能光伏电池组件按需要进行串、并联后形成太阳能光伏电池阵列获得电能。通过振荡浮子式波浪能转换装置将波浪能转换为电能，位于水中的浮子，在波浪的往复运动作用下运动。当浮子上升时，推动液压缸内的活塞，使缸内液压油被推入液压马达内，从而推动马达工作，驱动发电机发电；当浮子下落时，由于液压缸内压力减小，液压油重新流入液压缸内。回油管内设有单向阀门，即浮子上升时，管内液体只能从液压缸至液压马达后流出；浮子下落时，回油管开始将液体补充入液压缸内。液压缸的活塞与浮子相连，一端与输油管相连，一端与回油管相连。光伏电池及发电机均与锂电池相连，所得电能除供应LED灯外，其余电能储存于锂电池中。光敏传感器连接于LED灯与电池线路中，实现航标灯在太阳能与波浪能供电情况下正常工作。

2 波浪能量的计算

3 波浪参数对波浪总能量的影响

波浪参数对波浪总能量的影响如表2所示：

通过上表分析得出，随着周期、波长的不断增大，波动总能量也随之增大，波动总能量与波浪周期、波长呈现正相关。

波浪周期（s）1.0 2.0 3.0 4.0 5.0波长（m）1.6 6.2 14.0 25.0 39.0波动总能量（J）172.0 687.8 1547.6 2751.3 4299.0波浪周期（s）6.0 7.0 8.0 9.0 10.0波长（m）56.1 76.4 99.8 126.3 156.0波动总能量（J）6190.5 8426.0 11005.4 13928.7 17195.9

4 结论

波浪能应用于航标灯的设计增大了波浪能应用空间，同时使航标灯的能量来源更有保障。利用光敏传感器，使航标灯在黑夜及光线变暗时正常工作，既保证了船舶的安全，又防止了能源的浪费。此设计还需进行实地测试，后期跟踪调查，对制造材料的选择进行参照，通过数据对此设计进行完善调整。

［1］短期太阳能光伏发电预测方法研究进展.崔洋.孙银川.常倬林.宁夏气象防灾减灾重点实验室.

［2］王淑倩.振荡浮子式波浪能发电装置的设计及功率计算分析.中国海洋大学硕士学位论文.

备注：本文系2015年地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目（201510448041）

TM923.56

A

1003-5168（2015）11-022-01

商赫（1994.10-），男，大学本科，研究方向：清洁能源工程。