CN101696782B - 对日跟踪风光热混合型太阳能路灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对日跟踪风光热混合型太阳能路灯。它包括机架，设置在机架上的发光体，与发光体电连接的蓄电池、与蓄电池电连接的太阳能蓄能供电装置、分别与市电供电装置与太阳能蓄能供电装置电连接的电能输出转化装置，发光体分别与市电供电装置和太阳能蓄能供电装置电连接，机架上设有与蓄电池电连接的风热能发电供电装置，机架上还设有对日跟踪装置，太阳能蓄能供电装置和风热能发电供电装置都与对日跟踪装置相配合。本发明具有的突出的实质性特点：利用自身工作时产生的热能、自然环境中的风能和太阳能发电对路灯供电，在对日跟踪装置的驱动下，太阳能蓄能供电装置始终随着太阳的转动而转动。

Description

对日跟踪风光热混合型太阳能路灯

【所属技术领域】

本发明涉及一种路灯，与其涉及一种利用自身工作时产生的热能和自然环境中的风能发电对路灯供电、且太阳能供电装置在对日跟踪装置的驱动能随着太阳的转动而转动的对日跟踪风光热混合型太阳能路灯。

【背景技术】

现有的路灯主要采用市电供电、或者太阳能与市电互补供电。其中采用太阳能与市电互补供电方式的路灯，在工作时，发光体发光产生热量，太阳能供电装置在太阳能转化为热能时也产生大量的热量，这些热量全部释放到大气中，完全没有利用起来，浪费了热能，又影响自然环境。并且，大自然中存在大量的风能，将风能转化为电能在路灯中还没有居然的利用。

另外，现有的菲涅尔透镜基本上都是平面的，具有一定的聚焦效果，与太阳能电池配合，能将太阳能转化为电能，但是，平面形的菲涅尔透镜对太阳光的反射作用较大，因此聚焦到与菲涅尔透镜相配合的太阳能电池上的太阳能也较少，不能尽可能多的将太阳能转化为电能。本申请人为了提高菲涅尔透镜具有更好的效果，将菲涅尔透镜制作成多面形的弧状透镜，通过有效的菲涅尔透镜的聚焦作用下，减少太阳光照射到多面形菲涅尔透镜上的反射效果，将更多的太阳能转化为电能。

此外，现有的气流导向管通常都仅为管体，内腔中无其他部件，仅用于对气流起到导向的作用，功能单一。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种对日跟踪风光热混合型太阳能路灯，将发光体发光产生的热量以及太阳能供电装置在太阳能转化为电能时产生的热量通过集热散热装置收集形成热气流，热气流从内置式导向管中穿过推动涡轮式内叶片转动，而且，还可以利用自然环境中的风能推到内置式导向管上的外叶片使内置式导向管转动，使热能和风能共同推动内置式导向管转动，从而带动发电机发电，又利用太阳能对路灯蓄能供电，充分的利用太阳能、风能、热能，且有利于环保；次外，采用多面形菲涅尔透镜，提高聚焦效果，同时对太阳光的反射作用小，另外太阳能蓄能供电装置在对日跟踪装置的驱动下尽可能使菲涅尔透镜的工作面与太阳光照射方向相对应，在单位时间和单位面积上聚焦更多的太阳光，提高太阳能转化为电能的效率，解决现有技术存在的上述问题。

本发明的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决的：对日跟踪风光热混合型太阳能路灯，包括机架，设置在机架上的发光体，与发光体电连接的蓄电池、与蓄电池电连接的太阳能蓄能供电装置、分别与市电供电装置与太阳能蓄能供电装置电连接的电能输出转化装置，发光体分别与市电供电装置和太阳能蓄能供电装置电连接，其特征在于所述的机架上设有与蓄电池电连接的风热能发电供电装置，所述的机架上还设有对日跟踪装置，所述的太阳能蓄能供电装置和风热能发电供电装置都与对日跟踪装置相配合。对日跟踪装置上的控制器控制对日跟踪装置驱动太阳能蓄能供电装置和风热能发电供电装置围绕太阳转动，使菲涅尔透镜的工作面与太阳光照射方向相对应，在单位时间和单位面积上聚焦更多的太阳光，有利于提高太阳能转化为电能的效率。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述的风热能发电供电装置还与电能输出转化装置、发光体电连接，其包括设于机架上的内置式导向管、与内置式导向管相配合的发电机，与内置式导向管的内腔相配合的集热散热装置，所述的发电机还与蓄电池相连接，所述的集热散热装置与太阳能蓄能供电装置上的太阳能电池相配合。将发光体发光产生的热量以及太阳能供电装置在太阳能转化为电能时产生的热量通过集热散热装置收集形成热气流，热气流从内置式导向管中穿过，而且，还可以利用自然环境中的风能推到内置式导向管上的外叶片使内置式导向管，使热能和风能共同推动内置式导向管转动，使内置式导向管转动，从而带动发电机发电，提高能源利用率，且有利于环保。

所述的集热散热装置包括设置在太阳能电池底部的集热器、与集热器相配合的散热器、以及与所述的散热器相配合的热气流通道；所述的内置气流导向管，包括横截面尺寸从上到下逐渐增大的上下开口的管体，竖直方向固定于管体内壁的复数片同向设置的涡轮式内叶片和竖直方向固定于管体外壁的竖直外叶片；所述热气流通道上端与导向管内腔连通，下端为进气口，其与路灯外部空间连通。太阳能供电装置上的太阳能电池将太阳能转化为电能时，产生大量的热量，并且太阳能电池的工作温度不超过100摄氏度，必须要对太阳能电池进行散热，通过散热器的散热，使热气流通道与散热器接触的部位产生温差，形成对流，从而热气流从热气流通道的底部进入从顶部出来，热气流流经热气流通道的过程中带动热气流通道转动，从而带动发电机发电，所发的电又可对路灯供电，节能环保。

涡轮式内叶片对流经管体内腔的气流起到阻挡的作用，通过作用力反作用的原理，气流推到内叶片转动，从而推动整个导流管转动，导流管的转动可对与其配合使用的发电机提供发电动力，用于发电。在内外叶片的配合下，转动的速度比较快，对发电机提供发电动力用于发电的效率高。管体上小下大，有利于聚集气流，提高气流的冲击力，有利于提高内叶片转动的速度。外叶片的设置为了充分利用自然环境中的风力，推到内置气流导向管转动发电。进气口的设置，使热气流能顺利的上流进入内置气流导向管。

所述的涡轮式内叶片以管体轴线呈轴对称排列，其涡轮式结构为以管体轴线为对称轴螺旋向管体顶部盘旋的结构；且位于管体中心位置的各个涡轮式内叶片上轮廓线为管体内锥形中心腔体的棱线；所述的各个竖直外叶片的叶面以管体轴线为对称轴朝同一方向弯曲。内叶片的数量较多，有利于对气流的进一步阻挡，充分利用气流的冲击力。管体中内叶片围成的锥形内腔上小下大，有利于聚集气流，提高气流的冲击力，有利于提高内叶片转动的速度。外叶片的形状有利于兜住更多的风，进一步的充分利用自然环境中的风力。所述的圆锥体为：以管体顶端中心为顶点、以管体的高为高，其底面位于管体底面内。

所述的散热器上设有复数片与导热管相连接的散热片A；所述的发光体上设有复数片散热片B，所述的散热片B与热气流通道相配合。散热片A和散热片B的设置有利于快速散热。

所述的太阳能蓄能供电装置还包括设置在机架上的菲涅尔镜片，该菲涅尔镜片与所述的太阳能电池相配合，菲涅尔镜片和太阳能电池的外缘侧面包覆密闭聚光壳体；所述的菲涅尔透镜上具有复数个阶梯形弯折部，所述弯折部以菲涅尔透镜主体中心轴为对称轴呈轴对称分布。菲涅尔镜片和聚光壳体能将太阳光有效的聚焦到太阳能电池上，减少能源的浪费，提高能源利用率。为了降低制作该多面形菲涅尔透镜的成本，对弯折部尺寸要求很高，而呈轴对称方式设置弯折部，有利于降低制作精度，提高整体制作的精确度。多面形菲涅尔透镜聚焦效果更好，同时太阳光的发射作用小，且为多面形，其平面与透镜主体相适应，有利于接收更多的阳光，因此聚焦到与菲涅尔透镜相配合的太阳能电池上的太阳能也较多，有利于提高将尽可能多的太阳能转化为电能的效率。

所述的菲涅尔透镜主体呈扇环形，弯折部上的弯折面呈与透镜主体表面相垂直的三角形，其顶点位于菲涅尔透镜主体的下沿，其底边位于菲涅尔透镜主体的上沿；所述每个阶梯形弯折部上的聚光面呈梯形，其上底边位于菲涅尔透镜主体的下沿，下底边位于菲涅尔透镜主体的上沿，且上底边大于下底边，所述三角形弯折面的斜边朝透镜主体上沿方向向上延伸具有共同的交点，且每个弯折面上三角形的斜边与菲涅尔透镜主体的上沿形成的交点位于同一圆弧上。该菲涅尔透镜主要应用于路灯，扇环形的菲涅尔透镜能聚集更多的太阳光将更多太阳能转化为电能对路灯供电，提高能源利用效率，且菲涅尔透镜的形状与路灯形状相适应，提高视觉效果。

所述的对日跟踪装置包括跟踪基座，设置在跟踪基座上的电机，设置在电机转轴上的主动齿轮，与主动齿轮相啮合的固定在机架上的边缘设有轮齿的跟踪底盘，所述的机架上还设有与基座固接的罩体，太阳能蓄能供电装置、集热器以及散热器固定在罩体上。

所述的对日跟踪装置还包括控制器，控制器还与市电供电装置、太阳能蓄能供电装置、风热能发电供电装置、电机通讯连接。

本发明具有的突出的实质性特点：将发光体发光产生的热量以及太阳能供电装置在太阳能转化为电能时产生的热量通过集热散热装置收集形成热气流，热气流从内置式导向管中穿过推动涡轮式内叶片转动，而且，还可以利用自然环境中的风能推到内置式导向管上的外叶片使内置式导向管转动，使热能和风能共同推动内置式导向管转动，从而带动发电机发电，又利用了太阳能对路灯蓄能供电，充分的利用太阳能、风能、热能，且有利于环保；次外，采用多面形菲涅尔透镜，提高聚焦效果，同时对太阳光的反射作用小，另外太阳能蓄能供电装置在对日跟踪装置的驱动下尽可能使菲涅尔透镜的工作面与太阳光照射方向相对应，在单位时间和单位面积上聚焦更多的太阳光，提高太阳能转化为电能的效率。

【附图说明】

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明中集热散热装置的一种结构示意图；

图3是本发明中内置式导向管的一种立体结构示意图；

图4是本发明中内置式导向管中的内叶片的一种结构示意图；

图5是本发明的一种局部半剖结构示意图；

图6是本发明中菲涅尔透镜的一种结构示意图。

【具体实施方式】

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：对日跟踪风光热混合型太阳能路灯，如图1、图5所示，它包括机架1，设置在机架1上的发光体2，与发光体2电连接的蓄电池、与蓄电池电连接的太阳能蓄能供电装置、分别与市电供电装置与太阳能蓄能供电装置电连接的电能输出转化装置，发光体分别与市电供电装置和太阳能蓄能供电装置电连接，机架上设有与蓄电池电连接的风热能发电供电装置，机架上还设有对日跟踪装置，太阳能蓄能供电装置和风热能发电供电装置都与对日跟踪装置相配合。电能输出转化装置的具体结构见本申请人拥有的专利，专利名称为对日跟踪的光电互补太阳能路灯，专利号为：200620102336.X.。因此在此不再赘述。

如图1-图4所示，风热能发电供电装置还与电能输出转化装置、发光体电连接，其包括设于机架1上的内置式导向管、与内置式导向管相配合的发电机9，与内置式导向管的内腔相配合的集热散热装置，发电机9还与蓄电池相连接，集热散热装置与太阳能蓄能供电装置上的太阳能电池相配合。

集热散热装置包括设置在太阳能电池底部的集热器11、与集热器11相配合的散热器13、以及与散热器13相配合的热气流通道3；内置气流导向管，包括横截面尺寸从上到下逐渐增大的上下开口的管体4，竖直方向固定于管体4内壁的复数片同向设置的涡轮式内叶片5和竖直方向固定于管体4外壁的竖直外叶片6；热气流通道3上端与导向管内腔连通，下端为进气口18，其与路灯外部空间连通。散热器13上设有复数片与导热管14相连接的散热片A15；发光体2上设有复数片散热片B10，散热片B10与热气流通道3相配合。热气流通道3通常由罩体28以及罩体内隔板围成具有上下开口的通道。

涡轮式内叶片以管体4轴线呈轴对称排列，其涡轮式结构为以管体4轴线为对称轴螺旋向管体4顶部盘旋的结构；且位于管体4中心位置的各个涡轮式内叶片5上轮廓线为管体内锥形中心腔体的棱线；各个竖直外叶片6的叶面以管体4轴线为对称轴朝同一方向弯曲。

太阳能蓄能供电装置还包括设置在机架1上的菲涅尔镜片16，该菲涅尔镜片16与太阳能电池相配合，菲涅尔镜片16和太阳能电池的外缘侧面包覆密闭聚光壳体17。如图6所示，菲涅尔透镜上具有复数个阶梯形弯折部，弯折部以菲涅尔透镜主体中心轴为对称轴呈轴对称分布。

菲涅尔透镜主体呈扇环形，弯折部上的弯折面20呈与透镜主体表面相垂直的三角形，其顶点位于菲涅尔透镜主体的下沿23，其底边位于菲涅尔透镜主体的上沿24；每个阶梯形弯折部上的聚光面19呈梯形，其上底边位于菲涅尔透镜主体的下沿23，下底边位于菲涅尔透镜主体的上沿24，且上底边大于下底边，三角形弯折面20的斜边21朝透镜主体上沿24方向向上延伸具有共同的交点，且每个弯折面20上三角形的斜边与菲涅尔透镜主体的上沿24形成的交点22位于同一圆弧上。

对日跟踪装置包括跟踪基座25，设置在跟踪基座25上的电机26，设置在电机转轴上的主动齿轮27，与主动齿轮27相啮合的固定在机架上的边缘设有轮齿的跟踪底盘28，所述的机架上还设有与基座固接的罩体29，太阳能蓄能供电装置、集热器以及散热器固定在罩体28上。对日跟踪装置还包括控制器，控制器与电机26通讯连接。

工作时，首先对控制器(如单片机，与单片机电连接的电路)进行程序设定，并根据路灯具体使用的地理位置，控制电机转动的速度，并控制电机及时进行正反转，使菲涅尔透镜的聚光面始终追随太阳的转动，并在晚上的时候电机反转复位完成一天的工作。当控制器发送指令让电机开始工作，则电机转轴上的主动齿轮沿着与其啮合的跟踪底盘外缘做180度的圆周运动，在主动齿轮转动的情况下，带动跟踪基座转动，跟踪基座又带动罩体28转动，固定在罩体上的太阳能蓄能供电装置、集热器以及散热器也随之转动，使太阳能蓄能供电装置始终正对太阳光照射的方向，提高太阳能转化为电能的效率。并且集热器以及散热器与太阳能蓄能供电装置始终固定连接，有利于提高热能转化为电能的效率。此外，控制器还与市电供电装置、太阳能蓄能供电装置和风热能发电供电装置电连接，当阴天，太阳、风能和热能转化为电能比较少，不能满足路灯的需求，此时控制器需启动市电供电装置对路灯供电。当阳光充足，对蓄电池蓄蓄电，蓄电池中有足够的电能满足路灯的需求，控制器则控制市电供电装置的线路断开不对路灯供电。

路灯从上到下一次为内置气流导向管、发电机、散热片、发光体，菲涅尔镜片、太阳能电池和集热散热装置依次从外到内设置在发光体的侧边。工作时，菲涅尔镜片对太阳光聚光，集中照射到太阳能电池上。太阳能电池的工作温度不能超过100摄氏度，而太阳能电池将太阳能转化为电能，产生的热量非常大，可以使太阳能电池迅速上升到1千多度以上，因此需要对太阳能电池降温，通过集热器将热量集中，然后通过导热管(通常导热管内注有乙二醇液体)将热量导到散热片A上，通过散热片A散热，使散热片A周围产生温差，热气流沿着热气流通道上升进入内置气流导向管内。同理，发光体(通常为LED灯)发光时，也产生热量，通过散热片B散热，使散热片B周围产生温差，热气流沿着热气流通道上升进入内置气流导向管内。涡轮式内叶片对流经管体内腔的热气流起到阻挡的作用，通过作用力反作用的原理，气流推到内叶片转动，从而推动整个导流管转动，导流管的转动可对与其配合使用的发电机提供发电动力，用于发电。外叶片的设置为了充分利用自然环境中的风力。热能和风能的结合，更为节能环保。

Claims (7)

1.对日跟踪风光热混合型太阳能路灯，包括机架（1），设置在机架（1）上的发光体（2），与发光体（2）电连接的蓄电池、与蓄电池电连接的太阳能蓄能供电装置、分别与市电供电装置与太阳能蓄能供电装置电连接的电能输出转化装置，发光体分别与市电供电装置和太阳能蓄能供电装置电连接，其特征在于所述的机架上设有与蓄电池电连接的风热能发电供电装置，所述的机架上还设有对日跟踪装置，所述的太阳能蓄能供电装置和风热能发电供电装置都与对日跟踪装置相配合；

所述的风热能发电供电装置还与电能输出转化装置、发光体电连接，其包括设于机架（1）上的内置式导向管、与内置式导向管相配合的发电机（9），与内置式导向管的内腔相配合的集热散热装置，所述的发电机（9）还与蓄电池相连接，所述的集热散热装置与太阳能蓄能供电装置上的太阳能电池相配合；

所述的集热散热装置包括设置在太阳能电池底部的集热器（11）、与集热器（11）相配合的散热器（13）、以及与所述的散热器（13）相配合的热气流通道（3）；所述的内置式导向管，包括横截面尺寸从上到下逐渐增大的上下开口的管体（4），竖直方向固定于管体（4）内壁的复数片同向设置的涡轮式内叶片（5）和竖直方向固定于管体（4）外壁的竖直外叶片（6）；所述热气流通道（3）上端与导向管内腔连通，下端为进气口（18），其与路灯外部空间连通。

2.根据权利要求1所述的对日跟踪风光热混合型太阳能路灯，其特征在于所述的涡轮式内叶片以管体（4）轴线呈轴对称排列，其涡轮式结构为以管体（4）轴线为对称轴螺旋向管体（4）顶部盘旋的结构；且位于管体（4）中心位置的各个涡轮式内叶片（5）上轮廓线为管体内锥形中心腔体的棱线；所述的各个竖直外叶片（6）的叶面以管体（4）轴线为对称轴朝同一方向弯曲。

3.根据权利要求2所述的对日跟踪风光热混合型太阳能路灯，其特征在于所述的散热器（13）上设有复数片与导热管（14）相连接的散热片A（15）；所述的发光体（2）上设有复数片散热片B（10），所述的散热片B（10）与热气流通道（3）相配合。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的对日跟踪风光热混合型太阳能路灯，其特征在于所述的太阳能蓄能供电装置还包括设置在机架（1）上的菲涅尔镜片（16），该菲涅尔镜片（16）与所述的太阳能电池相配合，菲涅尔镜片（16）和太阳能电池的外缘侧面包覆密闭聚光壳体（17）；菲涅尔透镜上具有复数个阶梯形弯折部，所述弯折部以菲涅尔透镜主体中心轴为对称轴呈轴对称分布。

5.根据权利要求4所述的对日跟踪风光热混合型太阳能路灯，其特征在于所述的菲涅尔透镜主体呈扇环形，弯折部上的弯折面（20）呈与透镜主体表面相垂直的三角形，其顶点位于菲涅尔透镜主体的下沿（23），其底边位于菲涅尔透镜主体的上沿（24）；所述每个阶梯形弯折部上的聚光面（19）呈梯形，其上底边位于菲涅尔透镜主体的下沿（23），下底边位于菲涅尔透镜主体的上沿（24），且上底边大于下底边，所述三角形弯折面（20）的斜边（21）朝透镜主体上沿（24）方向向上延伸具有共同的交点，且每个弯折面（20）上三角形的斜边与菲涅尔透镜主体的上沿（24）形成的交点（22）位于同一圆弧上。

6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的对日跟踪风光热混合型太阳能路灯，其特征在于所述的对日跟踪装置包括跟踪基座（25），设置在跟踪基座（25）上的电机（26），设置在电机转轴上的主动齿轮（27），与主动齿轮（27）相啮合的固定在机架上的边缘设有轮齿的跟踪底盘（28），所述的机架上还设有与基座固接的罩体（29），太阳能蓄能供电装置、集热器以及散热器固定在罩体（29）上。

7.根据权利要求6所述的对日跟踪风光热混合型太阳能路灯，其特征在于所述的对日跟踪装置还包括控制器，控制器还与市电供电装置、太阳能蓄能供电装置、风热能发电供电装置、电机（26）通讯连接。

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