可調(diào)型太陽能路燈太陽能板調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計

【摘要】太陽能路燈必須有較強(qiáng)的安裝適應(yīng)性和可調(diào)整性，因而設(shè)計中必須考慮地理因素對太陽能板的影響。針對不同季節(jié)太陽高度角的不同及一天中太陽角度的變化，通過調(diào)整裝置實現(xiàn)太陽能板方向的調(diào)節(jié)，使太陽能板達(dá)到最大的受光面積，進(jìn)一步提高的太陽能路燈的使用效果。

【關(guān)鍵詞】太陽能；轉(zhuǎn)向裝置；方位角

能源危機(jī)的出現(xiàn)和國家提倡的新能源建設(shè)目標(biāo)，促使人們不斷研發(fā)新的能源，太陽能是最清潔的可再生能源。照明裝置在人們的生產(chǎn)生活中必不可少，但照明耗電量很大，尤其是公共照明的路燈，太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的照明裝置，它基本不用或少用市電，不消耗常規(guī)電能，因此這種照明裝置正在廣泛使用，具有廣闊的市場前景。目前太陽能板的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)水平不斷提高，但是目前市面上的太陽能路燈均未考慮太陽能板的受光面積對太陽能利用效果的影響，太陽能板設(shè)置為固定式[1][2]。本文考慮太陽能板的受光角度，設(shè)計了一種可隨太陽方位而調(diào)整太陽能板迎光面的可調(diào)型太陽能路燈機(jī)構(gòu)，以彌補(bǔ)此方面的不足，使太陽能利用達(dá)到最佳的效果[3][4]。

一、日照對太陽能利用效果的影響分析

太陽能板與太陽之間的角度是影響太陽能板光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素，若太陽能板一直和太陽光照方向垂直，則太陽能板的轉(zhuǎn)換效率更接近設(shè)計參數(shù)。

對于太陽能光伏系統(tǒng)來說，方位角以正南為0o，向東為負(fù)角度，向西為正角度。如太陽在正東方向時，方位角為-90o，在正西方時方位角為90o。方位角決定了陽光的入射方向，太陽能板朝向正南（即太陽能板垂直面與正南的夾角為0o）時，太陽電池發(fā)電量是最大的。

在不同的季節(jié)，各個方位的日射量峰值產(chǎn)生時刻是不一樣的。如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)荷的峰值時刻與發(fā)電峰值時刻一致時，方位角=（一天中負(fù)荷的峰值時刻-12）×15+（經(jīng)度-116o）。

參考計算當(dāng)?shù)鼐暥却_定太陽能電池的傾斜角，可參考下述計算辦法：

我國東西跨越經(jīng)度60多度，中國南北跨越緯度60多度最東端和最西端相差5個時區(qū)。因此在我國的太陽能路燈必須有較強(qiáng)的安裝適應(yīng)性和可調(diào)整性。

二、可調(diào)型太陽能路燈太陽能板調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計

太陽能路燈系統(tǒng)由太陽能板、太陽能電能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及燈具外殼等幾部分構(gòu)成。蓄電池一般選用密封膠體蓄電池，由于其維護(hù)很少，故又被稱為“免維護(hù)電池”，有利于系統(tǒng)降低維護(hù)費(fèi)。充放電控制器具備光控、時控、過充保護(hù)、過放保護(hù)和反接保護(hù)等功能。本文僅考慮研究太陽能板的發(fā)電量問題。

1.實現(xiàn)俯仰角變換的機(jī)構(gòu)設(shè)計

圖1 俯仰角變換機(jī)構(gòu)

2.實現(xiàn)水平旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)設(shè)計

電池板水平旋轉(zhuǎn)裝置由五部分組成：軸、錐齒輪、軸承、鍵、控制把手。通過旋轉(zhuǎn)控制把手，兩個交角90o的標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪改變傳動方向，鍵承載扭矩，使太陽能板轉(zhuǎn)動。

3.主體設(shè)計

本設(shè)計主體有兩個燈，可雙向照明，下方有廣告牌安置點(diǎn)，亦可設(shè)置為公交報站牌或天氣通報牌。頂部為俯仰角調(diào)節(jié)裝置，往下為水平旋轉(zhuǎn)裝置。再向下為廣告牌和燈柱及固定裝置。其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 總體結(jié)構(gòu)

三、結(jié)論

本文針對現(xiàn)在太陽能利用方面的不考慮太陽能電池板迎光面的情況，設(shè)計了一種可以調(diào)節(jié)板面位置的裝置，此裝置結(jié)構(gòu)簡單，太陽能利用效率高，能為太陽能路燈的設(shè)計安裝提供一定的參考，該裝置的設(shè)計方法也可為同類設(shè)計提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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基金項目：本文為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（項目編號：201210702083）。

作者簡介：吳萬欣（1994—），男，陜西蒲城人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，研究方向：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化。