一種具有太陽跟蹤功能的太陽能路燈的跟蹤部分結(jié)構設計

摘 要：近年來，太陽能路燈越來越普及。本文通過對太陽能路燈增加太陽跟蹤功能的新型太陽能路燈的結(jié)構設計及原理、特點，做了詳細闡述，并對應用提出展望。

關鍵詞：太陽能路燈 跟蹤功能 結(jié)構設計 特點 原理

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0068-01

1 太陽能路燈概況及背景技術

太陽能作為一種清潔、無污染的可再生新能源，近年來受到了越來越多的關注，其應用也越來越廣泛。太陽能路燈作為其中一種應用，也正被廣泛普及。太陽能路燈相比于常規(guī)的路燈，具有很多獨特的優(yōu)點，如安裝簡單，不用鋪設復雜的輸電線路、配電設備，不需開挖路面、埋管工程，不消耗電能，大幅降低維護成本等。

目前，市場上的太陽能路燈樣式較多，但結(jié)構基本相同，主要包括太陽能電池組件（光電板）、蓄電池、控制器、燈桿和燈具等。對于現(xiàn)有的太陽能路燈，太陽能電池組件大都是固定在路燈燈桿頂端，以一定的傾斜角度朝正南方向固定，由于白天太陽的運行軌跡是不斷變化的，導致太陽能電池組件正面不是始終和太陽光垂直，太陽能的利用率較低。

2 有太陽跟蹤功能的太陽能路燈結(jié)構設計及工作原理與特點

本人這里主要介紹的是具有太陽跟蹤功能的太陽能路燈的跟蹤系統(tǒng)結(jié)構設計。而有太陽跟蹤功能的太陽能路燈，目前市場上還較少或幾乎沒有，像應用于其它方面的太陽跟蹤系統(tǒng)及結(jié)構，本人所了解到的和見到的都較為復雜，多用到減速器等，不是復雜笨重、體積較大，成本較高，就是其結(jié)構薄弱，抗風性能差。當然也就難以應用到太陽能路燈上。

而本人設計的這款有太陽跟蹤功能的太陽能路燈（以下簡稱追日太陽能路燈），其組成部件包括燈桿、燈具、跟蹤翻轉(zhuǎn)機構、感光器、跟蹤信號處理及控制器、蓄電池、路燈智能充放電及自動亮燈關燈控制器、光電板托架和光電板。跟蹤翻轉(zhuǎn)機構由電動推桿、帶座軸承和鉸支組成。

這款有太陽跟蹤功能的太陽能路燈的特點：南北向（太陽高度角方向）以與水平30°固定傾斜設計，東西向（太陽高度角方向）全方位自動跟蹤，光電板最大跟蹤翻轉(zhuǎn)角度達160°。跟蹤角度大，結(jié)構簡單，安裝方便，耐候性好，抗風能力強、故障率低、成本低，經(jīng)濟性好等優(yōu)點。太陽方位感光器跟蹤太陽運行軌跡，使光電板時刻保持正對太陽方向，提高太陽能利用率，延長路燈亮燈時間。同時，所6614b8817fe6996b3b00300374688c47用太陽方位感光跟蹤控制器也結(jié)構簡單，成本低，生產(chǎn)方便。

下面就其結(jié)構及工作原理做詳細說明，如下圖所示，燈具2通過燈具彎管5與燈桿1固定連接，燈桿1頂端套設有光電板頭架管6，光電板頭架管6頂端安裝有與之轉(zhuǎn)動連接的轉(zhuǎn)軸7，光電板托架3通過軸承座8與轉(zhuǎn)軸7兩端連接，光電板4固定安裝在光電板托架3上，光電板4上裝有太陽方位感光器9；光電板頭架管6上還連接有電動推桿10，電動推桿10下端與光電板頭架管6鉸接，上端鉸接于光電板托架3底部；燈桿1上的蓄電池及控制器箱11內(nèi)設有跟蹤信號處理及控制器12和蓄電池13，跟蹤信號處理及控制器12信號輸入端與太陽方位感光器9電連接，信號輸出端與電動推桿10連接，電源輸入端與蓄電池連接；光電板4通過充放電及自動亮燈關燈控制器分別與蓄電池13和燈具2連接。（圖1）

太陽方位感光器9檢測頭兩側(cè)邊與水平面形成的銳角θ為45°，檢測頭兩側(cè)邊對稱固定連接有太陽能感光硅片，兩側(cè)的太陽能感光硅片分別朝向東西方向布置安裝，并分別與控跟蹤信號處理及制器12連接。檢測頭由不銹鋼鋼板和支撐桿在中心固定，支撐桿下端垂直固定在光電板4上。

跟蹤信號處理及控制器12上設有陽光弱指示燈14和電動推桿運動方向指示燈15。太陽能感光硅片還可檢測太陽光強度，當太陽能感光硅片檢測到太陽光強度不能達到發(fā)電條件時（例如陰天或夜晚），跟蹤信號處理及控制器12的陽光弱指示燈14亮起，并控制電動推桿10和光電板4進入休眠狀態(tài)。電動推桿轉(zhuǎn)動方向指示燈15為雙色發(fā)光二極管，分別用不同的顏色指示電動推桿10的運動方向，當發(fā)光二極管熄滅時，表示電動推桿10鎖定。

追日系統(tǒng)工作時，太陽方位感光器9中的兩個太陽能感光硅片檢測感應電壓，并感應太陽光強度，然后將檢測到的信號發(fā)送給控制器12，控制器12先對太陽光強度進行判斷，若太陽光強度不能達到工作條件時（例如陰天或夜晚），控制器12控制陽光弱指示燈14亮起，并控制電動推桿10和光電板4進入休眠狀態(tài)。若太陽光強度達到工作條件，跟蹤信號處理及控制器12對接收的兩個太陽能感光硅片的檢測電壓進行比較處理，并對電動推桿10發(fā)出伸縮運動的控制命令，進而使電動推桿10推動光電板4轉(zhuǎn)動，當兩個太陽能感光硅片的檢測電壓達到平衡時停止，即太陽垂直于光電板4，進而達跟著太陽轉(zhuǎn)動一定傾斜角度的目的。

當一天的太陽跟蹤結(jié)束，休眠狀態(tài)達2小時后，光電板4自動回到與東西方向夾角成0°位置（及水平位置）。當?shù)诙焯柹饡r，東邊的太陽能感光硅片感應到陽光，喚醒控制器12工作，控制器12控制電動推桿10推動光電板4轉(zhuǎn)動并正對太陽。

3 應用展望和結(jié)束語

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，資源、能源及環(huán)境保護的問題日益突出。因此，新型能源以及清潔能源的應用是時代發(fā)展的需求，太陽能以其清潔而環(huán)保的特點，必將被越來越多的人們所了解和青睞。太陽能路燈作為其中一種應用，正被廣泛普及，具有太陽跟蹤功能的太陽能路燈則是對原有技術的提升，更充分利用地太陽能，讓其效率更高。筆者相信這項技術的應用和普及將越來越廣泛。

參考文獻

[1]王少懷.機械設計師手冊[M].機械工業(yè)出版社出版，1989：324-335.

[2]李建英，呂文華，曉雷，等.一種智能型全自動跟蹤裝置的機械設計[J].機械學報，2003，24（3）：330-333.