太陽能粘貼式臺燈

伍成晶 陳霖周廷 王興坤 蘭明錕 陳廣

摘 要：據調研機構數據表明，自2010年以來，國內的LED燈銷量平均增幅達35%，且太陽能的使用量也成直線上升趨勢。一方面為了響應國家節能減排的號召，另一方面則是解決人們生活需求，本研究設計了一款多功能臺燈——太陽能粘貼式臺燈。該臺燈利用可折疊技術，對臺燈外形結構進行可伸縮設計，減少對空間使用面積，方便攜帶。該臺燈具有太陽能蓄電功能，節約能源。該臺燈采用粘貼式固定，使用方便。在臺燈底座設有USB接口，便于充放電。底座內部裝有蚊香片，可供使用者驅趕蚊蟲。在臺燈頂部裝有風扇，在炎炎夏日，臺燈不會有發熱現象。該款臺燈功能需求多樣化，實用價值高，可在社會上廣泛使用。

關鍵詞：LED；太陽能；多功能；結構設計

1 緒論

由古至今，人類對照明技術的研究可謂是苦心孤詣。由遠古的火把照明到現在遍地開花的LED照明。調研機構數據表明，自2006 年到2014年，國內的LED臺燈銷售復合年均增長率達到49%。即使目前臺燈外型美觀，使用方便，但存在著很多弊端。第一，輻射大，傳統臺燈使用白熾燈或者熒光燈作為光源，能夠發射出紫外線，這些紫外線能夠穿透燈管表面，輻射距離長達一米，能夠對人皮膚、眼睛和大腦造成直接的影響。第二，高頻閃，普通熒光燈的頻閃每分鐘大約50次，眼睛不舒服。第三，功能單一，市場上的臺燈大多都只有照明一個功能，不能滿足 其他使用需求。第四，使用時的固定方式，市場上的臺燈都是放置在水平面上，使用不方便。因此根據以上幾種情況，綜合能源、照明方式、照明工具等因素制作一款多功能的太陽能粘貼式臺燈，來彌補現在臺燈的不足，滿足使用者需求。

2 項目實施背景

步入21世紀后，人類面臨著實現經濟和社會可持續發展的重大挑戰，能源和環境以成為全球的熱點問題。而能源問題更為突出，各國都在尋求解決能源危機的方法，一條道路是尋找新能源和再生能源的利用；另一條是尋求新的節能技術。由古至今，人類對照明技術的研究可謂是苦心孤詣。由遠古的火把照明到現在遍地開花的LED照明。不管是從熱能轉換為光能，還是從電能轉換為光能，都存在大量不可再生能源的浪費。

據調查可知，2010年起，中國超越美國成為世界上一次能源消費第一大國。2012年一次能源消費量為2735百萬噸油當量，占世界總消費量21.9%。2013年一次能源消耗量占全球22.4%，位居世界第一。LED被稱為第四代照明光源或綠色能源，具有節能、環保、壽命長、體積小等特點，廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等城市夜景等領域。通過大量的市場分析，市場對于臺燈的要求主要體現在：一是追求個性化；二是功能的多樣性及環保性。

了解臺燈的種類、材料、市場需求等情況，從中分析市場的變化趨勢，市場上的臺燈種類繁多，銷售量也不盡相同，主要區別于材料和創意。因此臺燈已不再是簡單的照明工具，而是逐步向組合化、裝飾化、高效節能化發展。調研機構數據表明，自2006 年到2014年，國內的LED臺燈銷售復合年均增長率達到49%，如圖1所示。而海外市場達80%的家庭普及率，LED照明市場呈逐年上升趨勢。此外，中國臺燈產業發展研究報告首次提出“新型臺燈產業”和“替代品產業”的概念，并以此為基礎，界定了其具體的內涵，建立起評價體系和量化指標體系。

3 臺燈的設計與實現

3.1 粘貼式太陽能臺燈的組成

太陽能粘貼式臺燈是一種將太陽光能轉換成電能的新型獨立節能產品，它主要是由LED燈、蓄電池、隨心粘、太陽能板組成。這款臺燈最大的特點是可操作性強、節省空間、集成化高、易安裝、節能環保、安全等。

3.1.1 LED燈

發光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。具有節能、長壽、環保、無頻閃、高速狀態工作等優點。

塑料材質：隔水性好、色澤鮮艷、耐腐蝕、牢固耐用，質量輕，不易碎，耐老化，加工靈活自由，價格便宜，但環保性差，長時間高溫易變形。

3.1.2 太陽能板

是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統中最重要的部分。其主要的功能是將太陽能轉換成電能，給蓄電池提供電能。

3.1.3 隨心粘

一種行行復合材料制作而成，可以重復使用，方便攜帶。其主要的功能是可以將所需物品粘到木質平面、墻面、玻璃面等平面。通過自身的吸附力將兩件物體進行固定，起到銜接作用。

3.1.4 蓄電池

由鎳鎘電池（NiCd battery）改良而來的，其以能吸收氫的金屬代替鎘（Cd）。它以相同的價格提供比鎳鎘電池更高的電容量、比較不明顯的記憶效應、以及比較低的環境污染（不含有毒的鎘）。其回收再用的效率比鋰離子電池好，被稱為是最環保的電池。

3.2 結構發明內容

太陽能粘貼式臺燈發明主要由底座、燈罩和中間桿件組成。每個構件間由萬向轉換頭連接，實現臺燈折疊、方向轉換等功能。

3.2.1 底座（圖3）

臺燈底座設計為一個長120mm，寬、高都為80mm的長方體。臺燈底座是臺燈的身體部位，其里面包括蓄電池、電路板。蓄電池是供給臺燈照明的電源，決定臺燈持續工作時長。電路板是控制臺燈工作形式的元件，是臺燈的心臟。

3.2.2 中間桿件（圖4）

中間桿件是連接底座和燈罩的支撐構件，其是有兩個形狀、大小都相同的圓形管道構成。中間桿件一方面可以支撐臺燈工作，一方面可以實現臺燈折疊達到減小空間占有量。

3.2.3 燈罩（圖5）

燈罩是臺燈的執行部分，其結構主要目的是用來固定LED燈，其形狀主要目的是用來控制燈光，保護視力。

3.2.4 粘貼部分（圖6）

將臺燈底座設置有四個小矩形和一個大矩形。其主要目的用來固定隨心粘，方便使用者固定臺燈工作時的狀態。

3.3 結構實施方式

臺燈是由許多個零部件組成的，每個零部件間都有不同的工作形式和連接方式。

臺燈燈泡包括多個依次嵌套且可以相對滑動的單體，每個單體的底面上設置有LED燈泡，內嵌套單體側面設置有LED燈泡的通斷電開關。為了實現伸縮的同時逐節點亮或熄滅LED燈泡，在殼體側面設置觸發開關，當單體之間收縮嵌套時，開關壓縮，LED燈泡的電源斷開，當單體之間滑動伸出后，開關恢復原狀，LED燈泡的電源接通。臺燈底座（圖3）的側面設置2個USB接口，臺燈可實現充電、放電功能。底面設置有隨心粘卡槽，將隨心粘固定在卡槽內，當臺燈使用時揭開卡槽蓋，反之關閉即可。內部設置有蓄電池、電路板、光伏板充電盒、風扇、蚊香片。蓄電池與光伏板充電盒相連，充電盒長18cm，寬12cm，高15cm。其長方體盒子上端放置光伏板，且單獨作為一個整體出現。光伏板下邊放置電路板，電路包括充電電路和過充保護電路，充電盒有指示燈顯示。底座的前端面上設置有風扇開關，可獨立啟動無葉風扇，風從無葉風扇內側的條縫中射出。蚊香片設置在風扇斜上端，通過風扇驅動蚊香散布空間，達到蚊香片作用。底座與中間桿件、燈罩與中間桿件都是利用萬向接頭連接。桿件通過底座表面設有的滾槽將桿件和底座處在一個平面，燈罩利用萬向接頭轉動和底座側面設有的卡槽固定，可作為手電筒來使用。巧妙的節省了空間，提供了集成度。

4 結論

本研究設計的太陽能粘貼式臺燈，其主要由由LED燈、蓄電池、隨心粘、太陽能板組成。第一，太陽能蓄電，臺燈上的太陽能電池板可直接將吸收太陽能轉化為供臺燈使用的電能儲存在蓄電池中，不僅節約能源而且環保。第二，粘貼式固定，底座上的隨心粘可將臺燈在空間平面上固定，方便使用。第三，折疊式設計，極大減小占地面積，便于攜帶。第四，利用LED燈照明，節能、長壽、環保、無頻閃、高速等。該款臺燈功能需求多樣化，實用價值高，可在社會上廣泛使用。

參考文獻：

[1]姜忠昱.一種太陽能蓄電的多功能臺燈的設計[J].科技經濟導刊，2016.

[2]何天龍，何易.新型太陽能燈設計研究與應用[J].江西能源，2005.

[3]夏曉慧，楊黨強，翁曉林，宋勝男，金陽.聚光型太陽能燈的設計[J].江西能源，2009.

[4]徐清濤.燈飾設計[M].北京：高等教育出版社，2010.