太陽能波浪能航標燈的研究與設計

商赫 趙愛紅 葛繼明 尤守莉

（德州學院機電工程學院，山東 德州 253023）

太陽能波浪能航標燈的研究與設計

商赫 趙愛紅 葛繼明 尤守莉

（德州學院機電工程學院，山東 德州 253023）

本系統設計為一種太陽能波浪能航標燈，運用物理模型法［1］和微幅波理論［2］對能量裝換裝置進行計算，分別得出了太陽能光伏電池和浮子式波浪能轉換裝置的發電量。首先提出了航標燈的工作原理：利用太陽能光伏電池收集太陽能，光伏電池是一種利用光伏效應直接將光能轉化為電能的裝置；通過振蕩浮子式波浪能轉換裝置將波浪能轉換為電能，所得電能除供應LED燈外，其余儲存于鋰電池中；安裝光敏傳感器，從而實現航標燈在黑夜及光線暗時的正常工作。隨后進行了波浪能的計算，通過繪制分析波浪參數與波浪總能量的關系圖表，得到波動總能量與波浪周期、波長呈現正相關的結論。

太陽能；波浪能；圖表；微幅波理論

隨著我國水路運輸的迅速發展，航標燈是安全航運保障系統中重要的組成部分，是保障船舶安全的、經濟航行的重要助航設施，保證航標燈正確可靠的工作是航行安全的重要前提。目前航標燈普遍使用鉛蓄電池，設計太陽能與波浪能航標燈，解決了鉛蓄電池使用壽命短，能量轉換效率低，維護成本高等缺點；彌補了太陽能單一能源供電的不足。利用半導體材料的光敏特性，使航標燈在黑夜及光線變暗時正常工作，既保證了船舶的安全，又防止了能源的浪費，對航行船舶進行更加穩定的保護。

1 航標燈工作原理

此設計采用太陽能與波浪能雙重供電，利用太陽能光伏電池收集太陽能，光伏電池是一種利用光伏效應直接將光能轉化為電能的裝置。太陽能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導體薄片，當太陽光照射時，薄片的另一側和金屬薄膜之間將產生一定的電壓，將太陽能光伏電池組件按需要進行串、并聯后形成太陽能光伏電池陣列獲得電能。通過振蕩浮子式波浪能轉換裝置將波浪能轉換為電能，位于水中的浮子，在波浪的往復運動作用下運動。當浮子上升時，推動液壓缸內的活塞，使缸內液壓油被推入液壓馬達內，從而推動馬達工作，驅動發電機發電；當浮子下落時，由于液壓缸內壓力減小，液壓油重新流入液壓缸內。回油管內設有單向閥門，即浮子上升時，管內液體只能從液壓缸至液壓馬達后流出；浮子下落時，回油管開始將液體補充入液壓缸內。液壓缸的活塞與浮子相連，一端與輸油管相連，一端與回油管相連。光伏電池及發電機均與鋰電池相連，所得電能除供應LED燈外，其余電能儲存于鋰電池中。光敏傳感器連接于LED燈與電池線路中，實現航標燈在太陽能與波浪能供電情況下正常工作。

2 波浪能量的計算

3 波浪參數對波浪總能量的影響

波浪參數對波浪總能量的影響如表2所示：

通過上表分析得出，隨著周期、波長的不斷增大，波動總能量也隨之增大，波動總能量與波浪周期、波長呈現正相關。

波浪周期（s）1.0 2.0 3.0 4.0 5.0波長（m）1.6 6.2 14.0 25.0 39.0波動總能量（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波長（m）56.1 76.4 99.8 126.3 156.0波動總能量（J）6190.5 8426.0 11005.4 13928.7 17195.9

4 結論

波浪能應用于航標燈的設計增大了波浪能應用空間，同時使航標燈的能量來源更有保障。利用光敏傳感器，使航標燈在黑夜及光線變暗時正常工作，既保證了船舶的安全，又防止了能源的浪費。此設計還需進行實地測試，后期跟蹤調查，對制造材料的選擇進行參照，通過數據對此設計進行完善調整。

［1］短期太陽能光伏發電預測方法研究進展.崔洋.孫銀川.常倬林.寧夏氣象防災減災重點實驗室.

［2］王淑倩.振蕩浮子式波浪能發電裝置的設計及功率計算分析.中國海洋大學碩士學位論文.

備注：本文系2015年地方高校國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201510448041）

TM923.56

A

1003-5168（2015）11-022-01

商赫（1994.10-），男，大學本科，研究方向：清潔能源工程。