一種具有太陽跟蹤功能的太陽能路燈的跟蹤部分結構設計

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的路燈，具有很多獨特的優點，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結構設計。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及結構，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角度達160°。跟蹤角度大，結構簡單，安裝方便，耐候性好，抗風能力強、故障率低、成本低，經濟性好等優點。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構簡單，成本低，生產方便。

下面就其結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頂端安裝有與之轉動連接的轉軸7，光電板托架3通過軸承座8與轉軸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檢測頭兩側邊與水平面形成的銳角θ為45°，檢測頭兩側邊對稱固定連接有太陽能感光硅片，兩側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。電動推桿轉動方向指示燈15為雙色發光二極管，分別用不同的顏色指示電動推桿10的運動方向，當發光二極管熄滅時，表示電動推桿10鎖定。

追日系統工作時，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。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，進而達跟著太陽轉動一定傾斜角度的目的。

當一天的太陽跟蹤結束，休眠狀態達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）。當第二天太陽升起時，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轉動并正對太陽。

3 應用展望和結束語

隨著現代工業的發展，資源、能源及環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展的需求，太陽能以其清潔而環保的特點，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.