CN110081366A - 光雨互补双节能路灯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光雨互补双节能路灯,包括支架、追光装置、蓄电装置、太阳能电池板、反光装置、水箱、水管、水位传感器、水轮发电机、灯泡和控制器。所述追光装置采用了两个步进电机的结构,使太阳能电池板在水平方向上转动范围为0~180°,垂直方向上转动范围为0~90°,有效的扩大了追光的范围。控制器通过信号检测确定系统的工作状态,进而确定光伏充电电路、水电充电电路的工作模式,产生相应的驱动信号,以实现能量的综合利用和调度,使得在不同的环境下都可以正常工作。有效的解决了传统太阳能路灯对太阳能利用效率低和阴雨天气不能自行发电的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种光雨互补双节能路灯的设计,具体包括路灯的整体结构设计、组装以及控制器的设计,属于新能源发电及照明领域。
背景技术
太阳能作为一种可再生能源,具有分布广泛、可持续、无污染的优点,具有良好的应用前景。光伏发电技术是有效利用太阳能资源的基本途径之一。近年来,应用光伏发电技术的太阳能路灯迅速发展,实现了对太阳能这种清洁能源的利用,但同时其也存在两个弊端:太阳能的利用效率低、下雨时路灯不能自行发电。
针对这两个问题,目前国内外的解决思路主要都是结合其它形式的能源以实现能源的互补利用,现有公开号为CN 208253407 U的发明专利提出了一种市电互补太阳能路灯,虽然其引入市电提高了供电的可靠性,但并未能充分利用太阳能这种清洁能源的优势,也并未解决太阳能利用效率低的问题;现有公开号为CN 105605520 A的发明专利提出了一种风光互补路灯,但其对环境要求严格且只适用于风力较强区域,并且未解决路灯雨天不能自行发电的问题。现有公开号为CN 208011563 U的发明专利提出一种光雨路灯,其特征在于在普通太阳能路灯的基础上,增设一套水力发电装置,但仍未解决传统太阳能路灯效率低的问题。
本发明延续光雨互补的思想,针对南方多雨的特点,在传统路灯的基础上增加了反光装置和追光装置用以提高太阳能的利用率;增加了水箱和水轮发电机用以解决其在雨天不能工作的问题;另又重点研究了路灯系统在不同天气状态下的工作状态,设计了控制器用以实现能量的流动的综合管理,从而实现能量的高效利用。
发明内容
本发明的目的在于解决传统太阳能路灯对太阳能利用效率低和阴雨天气不能自行发电的问题。
为解决上述问题,本发明提供了一种光雨互补双节能路灯,包括支架、追光装置、蓄电装置、太阳能电池板、反光装置、水箱、水管、水位传感器、水轮发电机、灯泡和控制器;
所述追光装置包括光敏电阻、步进电机A、步进电机B;步进电机A固定在支架顶部,其转轴与支架垂直并与步进电机B连接,矩形的太阳能电池板固接在步进电机B的转轴上;
所述反光装置为4块平板,分别安装在太阳能电池板的四条边上,与太阳能电池板的角度α为45-90度;
所述蓄电装置安装在支架的上方位置低于太阳能电池板处,蓄电装置中包括一个蓄电池;
所述水箱固定在支架的上方位置低于蓄电装置处,水箱中装有水位传感器,水箱底部装有水阀,并与水管相通,水管连接水轮发电机;
所述控制器固定在支架上,输入接口分别与太阳能电池板和水轮发电机相连接,输出接口分别与步进电机A、步进电机B、蓄电池和灯泡相连接。
优选地,所述的蓄电装置包括蓄电池和支臂,支臂固接在支架上方,位置低于太阳能电池板且与支架呈垂直状态,蓄电池和灯泡安装在支臂上。
优选地,所述的光敏电阻安装在太阳能电池板上。
优选地,所述控制器包括控制模块、充电模块、信号检测模块、输出模块、电源模块和保护模块;
所述控制模块中包括主控芯片和功率驱动电路,所述充电模块包括水电充电电路和光伏充电电路,所述输出模块包括汇流电路和蓄电池充放电电路,所述信号检测模块包括太阳能电池板输出电压检测电路、太阳能电池板输出电流检测电路、水轮发电机输出电压检测电路、水轮发电机输出电流检测电路、蓄电池电压检测电路、蓄电池电流检测电路、水位传感器信号检测电路和追光装置光敏电阻电压检测电路;
所述控制模块与充电模块、信号检测模块、输出模块、电源模块、保护模块单向电连接;充电模块与输出模块单向电连接;输出模块与电源模块单向电连接。
本发明的有益效果是,提高了太阳能的利用率,综合利用太阳能和雨水这两种清洁能源,并设计了控制器实现能量的综合利用,解决了传统太阳能路灯的弊端,并实现了节能减排的目的。
附图说明
图1是本发明的路灯整体结构图。
图2是本发明的路灯顶部放大图。
图3是本发明的控制器结构框图。
图4是本发明的控制器信号检测模块结构图。
图5是本发明的追光装置控制框图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等,作进一步详细的说明。
图1是本发明的路灯整体结构图,图2是本发明的路灯顶部放大图。由图1、图2可知,本发明包括支架8、追光装置、蓄电装置、太阳能电池板1、反光装置2、水箱6、水管13、水位传感器7、水轮发电机11、灯泡9和控制器12。
所述追光装置包括光敏电阻3、步进电机A4、步进电机B5;步进电机A4固定在支架8顶部,其转轴与支架8垂直并与步进电机B5连接,矩形的太阳能电池板1固接在步进电机B5的转轴上,所述的光敏电阻3安装在太阳能电池板1上。
图5是本发明的追光装置控制框图,由图5可知,控制器12通过检测光敏电阻3电压信号判断当前太阳位置,然后驱动追光装置中的步进电机A4使太阳能电池板1在垂直方位跟踪太阳光,驱动步进电机B5使太阳能电池板1在水平方位跟踪太阳光,从而使太阳光垂直照射在太阳能电池板1上,提高太阳能电池板1对太阳能的转化效率。由于采用了两个步进电机的结构,使太阳能电池板1在水平方向上转动范围为0~180°,垂直方向上转动范围为0~90°,有效的扩大了追光的范围。
所述反光装置2为4块平板,分别安装在太阳能电池板1的四条边上,与太阳能电池板1的角度α为45-90度。
反光装置2在晴天时为反光板,功能是反射阳光、增强太阳能利用效率;在雨天时与太阳能电池板1组成雨水收集装置,实现雨水收集的功能。
具体的,晴天时,控制器12通过检测光敏电阻3电压信号判断当前太阳位置,然后驱动追光装置中的步进电机A4、步进电机B5使太阳能电池板1跟踪太阳光,使太阳光垂直照射在太阳能电池板1上,提高太阳能电池板1对太阳能的转化效率。当遇到雨天时,控制器12再驱动追光装置中的步进电机A4、步进电机B5使太阳能电池板1保持水平,与反光装置2一起组成雨水收集装置,用以收集雨水并扩大了雨水的收集范围,让收集到的雨水顺着反光板之间的夹缝流到水箱6中,并将雨水储存在水箱6之中。
所述蓄电装置安装在支架8的上方位置低于太阳能电池板1处。在本实施例中,蓄电装置包括蓄电池10和支臂14,支臂14固接在支架8上方,位置低于太阳能电池板1且与支架8呈垂直状态,蓄电池10和灯泡9安装在支臂14上。
所述水箱6固定在支架8的上方位置低于蓄电装置处,水箱6中装有水位传感器7,水箱6底部装有水阀,并与水管13相通,水管13连接水轮发电机11。在本实施例中,水箱6底部呈正方形,和支架8都是金属,并焊接在一起。具体的,当水箱6中的水位达到设定的高度时,水位传感器7发出信号,控制器12检测到信号后控制水阀打开,蓄积的雨水沿着水管13向下流出,带动底部的水轮发电机11发电。
所述控制器12固定在支架8上,输入接口分别与太阳能电池板1和水轮发电机11相连接,输出接口分别与步进电机A4、步进电机B5、蓄电池10和灯泡9相连接。
图3是本发明的控制器结构框图,图4是本发明的控制器信号检测模块结构图。由图3、图4可知,所述控制器12包括控制模块100、充电模块200、信号检测模块300、输出模块400、电源模块500和保护模块600。
所述控制模块100中包括主控芯片110和功率驱动电路120,在本实施例中,选用主控芯片TMS320F28335。所述充电模块200包括水电充电电路210和光伏充电电路220,所述输出模块400包括汇流电路410和蓄电池充放电电路420,所述信号检测模块300包括太阳能电池板输出电压检测电路310、太阳能电池板输出电流检测电路320、水轮发电机输出电压检测电路330、水轮发电机输出电流检测电路340、蓄电池电压检测电路350、蓄电池电流检测电路360、水位传感器信号检测电路370和追光装置光敏电阻电压检测电路380;
所述控制模块100与充电模块200、信号检测模块300、输出模块400、电源模块500、保护模块600单向电连接;充电模块200与输出模块400单向电连接;输出模块400与电源模块500单向电连接。
所述水电充电电路210和光伏充电电路220均具有关机模式、MPPT模式、恒压模式三种工作模式,所述蓄电池充放电电路420具有关机模式、恒压模式和恒流模式三种工作模式;
所述控制器12根据信号检测确定太阳能电池板1和水轮发电机11的工作状态,对水电充电电路210、光伏充电电路220和蓄电池充放电电路420的工作模式进行切换,从而对蓄电池10进行充放电控制,以实现能量的综合利用和调度,使得在不同的环境下都可以正常工作。
具体的,晴天时,太阳能电池板1工作,控制器12根据检测到的太阳能电池板1电压、电流信号判断出当前的工作状态,发出驱动信号使光伏充电电路220工作于MPPT模式,以实现最大功率传输;雨天时,水轮发电机11工作,控制器12根据检测到的水轮发电机11电压、电流信号判断出当前的工作状态,发出驱动信号使水电充电电路210工作于MPPT模式,以实现最大功率传输,在某些特殊天气状况下,太阳能电池板1和水轮发电机11同时工作时,控制器12则会控制光伏充电电路220和水电充电电路210同时工作于恒压模式,使其输出相同的电压,以实现双电源并联供电。
此外,控制器12会根据检测到的蓄电池10电压、电流信号确定蓄电池充放电电路420的工作模式,当对蓄电池10充电时,若蓄电池10电压低于设定快充电压时,蓄电池充放电电路420工作于恒压模式,进行快速恒压充电,高于设定快充电压时,蓄电池充放电电路420工作于恒流模式,进行涓流充电,高于保护电压时,蓄电池充放电电路420工作于关机模式,即认为蓄电池10已充满。当蓄电池10放电时,控制器12控制蓄电池充放电电路420工作于恒压模式,以维持输出电压恒定。
Claims (4)
1.一种光雨互补双节能路灯,其特征在于,包括支架(8)、追光装置、蓄电装置、太阳能电池板(1)、反光装置(2)、水箱(6)、水管(13)、水位传感器(7)、水轮发电机(11)、灯泡(9)和控制器(12);
所述追光装置包括光敏电阻(3)、步进电机A(4)、步进电机B(5);步进电机A(4)固定在支架(8)顶部,其转轴与支架(8)垂直并与步进电机B(5)连接,矩形的太阳能电池板(1)固接在步进电机B(5)的转轴上;
所述反光装置(2)为4块平板,分别安装在太阳能电池板(1)的四条边上,与太阳能电池板(1)的角度α为45-90度;
所述蓄电装置安装在支架(8)的上方位置低于太阳能电池板(1)处,蓄电装置中包括一个蓄电池(10);
所述水箱(6)固定在支架(8)的上方位置低于蓄电装置处,水箱(6)中装有水位传感器(7),水箱(6)底部装有水阀,并与水管(13)相通,水管(13)连接水轮发电机(11);
所述控制器(12)固定在支架(8)上,输入接口分别与太阳能电池板(1)和水轮发电机(11)相连接,输出接口分别与步进电机A(4)、步进电机B(5)、蓄电池(10)和灯泡(9)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种光雨互补双节能路灯,其特征在于,所述的蓄电装置包括蓄电池(10)和支臂(14),支臂(14)固接在支架(8)上方,位置低于太阳能电池板(1)且与支架(8)呈垂直状态,蓄电池(10)和灯泡(9)安装在支臂(14)上。
3.根据权利要求1所述的一种光雨互补双节能路灯,其特征在于,所述的光敏电阻(3)安装在太阳能电池板(1)上。
4.根据权利要求1所述的一种光雨互补双节能路灯,其特征在于,所述控制器(12)包括控制模块(100)、充电模块(200)、信号检测模块(300)、输出模块(400)、电源模块(500)和保护模块(600);
所述控制模块(100)中包括主控芯片(110)和功率驱动电路(120),所述充电模块(200)包括水电充电电路(210)和光伏充电电路(220),所述输出模块(400)包括汇流电路(410)和蓄电池充放电电路(420),所述信号检测模块(300)包括太阳能电池板输出电压检测电路(310)、太阳能电池板输出电流检测电路(320)、水轮发电机输出电压检测电路(330)、水轮发电机输出电流检测电路(340)、蓄电池电压检测电路(350)、蓄电池电流检测电路(360)、水位传感器信号检测电路(370)和追光装置光敏电阻电压检测电路(380);
所述控制模块(100)与充电模块(200)、信号检测模块(300)、输出模块(400)、电源模块(500)、保护模块(600)单向电连接;充电模块(200)与输出模块(400)单向电连接;输出模块(400)与电源模块(500)单向电连接。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190802 |