CN111865144B - 一种双模交换发电模组、装置及路灯 - Google Patents

一种双模交换发电模组、装置及路灯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双模交换发电模组、装置及路灯，属于路灯发电技术领域。该路灯包括灯柱、灯源和双模交换发电装置；其中，双模交换发电装置安装于灯柱上，其包括角度切换机构和双模交换发电模组，角度切换机构用于驱动双模交换发电模组以改变倾斜角度；双模交换发电模组包括电转化单元和发电切换机构，电转化单元用于将光和/或势能转化为电能，电转化单元具有安装在所述发电切换机构上的至少两组，用于驱动至少两组所述电转化单元之间相互切换，使得所述电转化单元每次仅一组工作，进行光电转化或势能转化成电能。本发明可适应晴天和雨天都能产生电能，且可对发电板具有较好的保护作用，延长使用寿命。

Description

一种双模交换发电模组、装置及路灯
技术领域
本发明属于路灯发电技术领域，涉及自动追踪雨滴下落能量最大角度和光照最佳方位角，且能自动切换雨滴发电、太阳能发电两种发电模式的路灯照明技术，更具体地说，涉及一种双模交换发电模组、装置及路灯。
背景技术
路灯，顾名思义指给道路提供照明功能的灯具，泛指交通照明中路面照明范围内的灯具。中国具有强大的公路网络，当然对路灯也具有巨大的需求，其耗电量也是非常巨大。目前，为了节约能源，路灯普遍采用太阳能光伏提供电能，但随着太阳直射角度变化，或者在阴雨天气，太阳能板发电效率受限或无法有效发电，影响太阳能路灯的正常使用。
为了能够适应不同的太阳直射角变化，现有技术具有能够跟随光照角度的太阳能路灯。例如，中国专利公开号为：CN 108506868A，公开日为：2018年9月7日的发明专利，公开了一种节能环保型路灯，其利用单个电动推杆和单个支撑杆与太阳能电池板铰接，通过光敏传感器跟踪太阳角度，调整太阳能电池板倾斜角度，以此提高发电效率。此种路灯存在的问题是：其太阳能电池板结构支撑能力有限，位于高处的太阳能发电板抗风能力差、稳定性不足，且太阳能倾斜角度有限，通过电动推杆的推动，只能在竖直方向90度调整倾斜方向，无法根据不同地形进一步提高转化效率；另外，其发电模式单一，雨雪天气时，太阳能电池板无法有效供电，影响该路灯的正常使用。
当然，现有技术也有能够在雨雪天气为路灯提供电能的设计，例如，中国专利公开号为；CN 204879908U，公开日为：2015年12月16日的实用新型专利，公开了一种雨滴发电太阳能路灯，采用在太阳能电池板相对天空一侧覆盖有压电薄膜，植入压电电极，利用太阳能电池板和压电薄膜共同发电，但是压电薄膜直接覆盖于太阳能电池板上且太阳能电池板的角度固定，无法实时跟踪光照最佳方位角、雨滴下落能量最大角度，导致发电效率较低，且该方法会导致烈日对压电薄膜曝晒，雨滴对太阳能电池板击打侵蚀，大大降低设备寿命。
发明内容
1.要解决的问题
本发明提供一种双模交换发电模组、装置及路灯，其中，发电模组的目的在于解决现有路灯的发电板无法同时适应晴天和雨天都能为路灯提供电能的问题。发电装置采用双模交换发电模组，可适应晴天和雨天都能产生电能，且可对发电板具有较好的保护作用，延长使用寿命。路灯采用带双模交换发电模组的发电装置，可适应晴天和雨天都能发电照明。
2.技术方案及有益效果
为了解决现有路灯的发电板无法同时适应晴天和雨天都能为路灯提供电能的问题，本发明提供了一种双模交换发电模组，包括电转化单元和发电切换机构；所述电转化单元用于将光和/或势能转化为电能；所述电转化单元具有安装在所述发电切换机构上的至少两组；所述发电切换机构用于驱动至少两组所述电转化单元之间相互切换，使得所述电转化单元每次仅一组工作，进行光电转化或势能转化成电能。
该发电模组不仅同时包含光发电、势能发电两种发电方式，而且通过发电切换机构可在两种发电模式之间进行转换，每次仅有一种发电模式工作，例如在晴天利用光照发电，而在雨雪天切换成利用雨雪下落的势能转化成电能，从而可适应晴天和雨天都能产生电能。
作为实现发电切换机构上述功能的一种结构形式，它包括传送带、转动轴和电机；其中，所述转动轴包括通过轴承座支撑安装的主动轴和从动轴，支撑主从动轴的转动，所述传送带传动安装于所述主动轴和从动轴之间，实现传送带在主从动轴之间旋转带传动；所述电机驱动连接所述转动轴，作为动力源。通过带传动，可方便的实现两种发电模式之间切换，且一种模式发电，另外一种模式能够得到有效保护，延长使用寿命，且结构简单，制造成本相对较低。
电转化单元作为发电元件，作为一种可能方式，所述电转化单元包括至少一组柔性的太阳能电池板和至少一组压电薄膜。两种不同的发电方式，从而可实现晴天和雨雪天的发电模式进行切换，延长发电时间，挺高发电效率。
在上述基础上，至少所述一组太阳能电池板和至少所述一组压电薄膜相对设置于所述传送带传动方向外侧的上下两侧面上。也就是在工作时，仅有太阳能电池板或压电薄膜处于传送带的上方，另一个处于下方，能够得到有效保护，例如在光伏发电时，可使得压电薄膜免于暴晒，而在雨雪发电时，可使得太阳能电池板免于雨水冲刷。
为了实现光伏发电和雨雪发电之间的自动切换，上述双模交换发电模组还包括光敏传感器和雨滴传感器，分别感应日光和雨雪；同时，所述光敏传感器、雨滴传感器、太阳能电池板和压电薄膜电连接控制单元，通过传感器接受的光和雨雪信号传递给控制单元，由控制单元控制发电切换机构动作，在光伏发电和雨雪发电之间进行自动切换，实现自动化操作。
进一步，在所述转动轴的附近设置清洁组件，随着传送带的运动可以对太阳能电池板和压电薄膜进行清理，保持表面洁净，提高发电效率。
本发明提供的一种双模交换发电装置，其包括角度切换机构和上述的双模交换发电模组；同时，所述角度切换机构用于驱动所述双模交换发电模组以改变倾斜角度。此发电装置采用双模交换发电模组，可适应晴天和雨天都能产生电能；同时，通过角度切换机构，配合光敏传感器和雨滴传感器，可追踪最佳发电角度，从而提高发电效率。
作为实现角度切换机构的一种结构形式，它包括驱动件和角度调节板；所述双模交换发电模组安装于所述角度调节板上；所述驱动件驱动连接所述角度调节板，用于调节角度调节板的倾斜角度，从而实现发电方位角的调整。所述驱动件至少有两个，采用油缸、气缸或电动推杆，可简单快捷实现倾斜角调整。驱动件优选采用三个电动推杆，在圆周方向均布，形成稳定可靠的支撑，且方便调节。
本发明提供的一种路灯，包括灯柱、灯源，以及上述的双模交换发电装置；其中，所述双模交换发电装置安装于所述灯柱上。该路灯具有两种发电模式，可根据不同的天气情况进行切换，可适应晴天和雨天都能发电照明，延长发电时间。
作为进一步改进，所述灯柱上具有灯杆；所述灯源通过可扭转的中间连接件安装到灯杆上，从而方便调节灯源的光照方向。中间连接件优选金属软管，且外侧套有橡胶或硅胶保护套，对金属软管进行有效保护。
附图说明
图1为本发明中路灯的立体示意图；
图2为本发明中带双模交换发电模组的发电装置的局部放大示意图；
图3为发明中路灯的电控系统原理示意图。
图中：100、发电模组；110、发电切换机构；111、传送带；112、转动轴；113、轴承座；114、电机；120、太阳能电池板；130、压电薄膜；140、光敏传感器；150、雨滴传感器；160、清洁组件；200、角度切换机构；210、驱动件；220、基板；230、角度调节板；300、灯柱；400、灯源；410、灯杆；420、中间连接件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
目前，路灯具有可发电功能已经较为普遍，且太阳能发电使用最为广泛；同时，还具有其他发电模式，比如风力发电、雨水发电等，利用可再生资源进行发电，节约了能源消耗。但现有路灯多为单一发单模式，或者两种发电模式混用并无选择性，对于发电效率、使用寿命和成本各方面都具有局限。因此，本实施例提供一种双模交换发电的路灯，在兼具两种发电模式的同时，能够根据天气情况进行发电模式切换，从而可有效延长发电时间，同时可延长使用寿命，制造成本相对较低。下面进行详细的说明。
如图1所示，本实施例的路灯主要由灯柱300、灯源400、发电模组100、角度切换机构200和控制单元几部分组成。其中，灯柱300、灯源400和控制单元是路灯常规的组成部分，而发电模组100和角度切换机构200是本发明主要的设计改进点。
灯柱300作为路灯的安装基础，其他部分均安装在灯柱300上，一般其下端安装在地基上。灯源400作为照明单元，利用发电模组100产生的电能，由控制单元控制进行光照，优选LED灯。发电模组100和角度切换机构200作为本发明独有的设计，两者配合使用，发电模组100具有至少两种发电模式，并且可在不同发电模式之间进行切换，而角度切换机构200可辅助发电模组100使用，发挥发电模组100的最大发电效能。
在灯柱300的柱体上向外延伸出灯杆410，灯源400安装在灯杆410的自由端，从而形成路灯主体结构。发电模组100和角度切换机构200安装于灯柱300的顶端，且发电模组100通过角度切换机构200支撑安装。为了方便调节灯源400的照射方向，本实施例中，灯源400不直接连接灯杆410，而是通过可扭转的中间连接件420进行连接安装，弯折中间连接件420即可任意调节灯源400的照射方向。中间连接件420可选择多种软质材料，例如可以是金属软管，并且可在金属软管外侧套橡胶或硅胶保护套，对金属软管进行有效保护。
结合图1和图2所示，角度切换机构200位于灯柱300顶端，其上方连接安装发电模组100，用于驱动发电模组100以改变倾斜角度，从而形成双模交换发电装置，可适应晴天和雨天都能产生电能。能够实现角度调节的结构现有技术中也有相应结构，本实施例针对性进行了一种创新性设计机构。具体地，角度切换机构200包括驱动件210、基板220和角度调节板230，基板220安装在灯柱300的顶端形成支撑平面，驱动件210的一端连接基板220，另一端连接角度调节板230，而角度调节板230作为发电模组100的安装平台，通过驱动件210对角度调节板230进行姿态调整，改变倾斜角，从而实现发电模组100不同发电方位角度要求。驱动件210作为驱动元件，可选择油缸、气缸、电动推杆等，且至少具有两个。在此，优选驱动件210采用三根电动推杆，在基板220上沿圆周方向均匀分布，电动推杆的上下两端分别通过球铰接连接角度调节板230和基板220，从而在能够稳定支撑的同时，精确、灵活的调整角度调节板230的倾斜角度，改变发电方位角，力求提高发电效率。
作为本发明的核心创新设计，发电模组100包括电转化单元和发电切换机构110，其中，电转化单元用于将光能、势能转化为电能，其具有安装在发电切换机构110上的至少两组，而发电切换机构110用于驱动至少两组所述电转化单元之间相互切换，使得所述电转化单元每次仅一组工作，进行光电转化或势能转化成电能。该发电模组100不仅同时包含光发电、势能发电两种发电方式，而且通过发电切换机构110可在两种发电模式之间进行转换，每次仅有一种发电模式工作，例如在晴天利用光照发电，而在雨雪天切换成利用雨雪下落的势能转化成电能，从而可适应晴天和雨天都能产生电能，延长发电时间。
在本实施例中，电转化单元采用两种发电模式，其中一种为太阳能发电，另一种采用雨水发电，也就是，电转化单元包括至少一组柔性的太阳能电池板120和至少一组压电薄膜130。这里，太阳能电池板120和压电薄膜130各有一组，均安装在发电切换机构110上。
作为实现发电切换机构110可实现的一种结构形式，它包括传送带111、转动轴112和电机114。其中，转动轴112包括主动轴和从动轴，主从动轴两端均通过轴承支撑安装到轴承座113中，支撑主从动轴的转动，轴承座113则固定于角度调节板230上。传送带111传动安装于主动轴和从动轴之间，实现传送带111在主从动轴之间旋转带传动。电机114驱动连接转动轴112，作为动力源，其可选择微型伺服电机。作为电机114和转动轴112之间的驱动连接方式，现有技术中具有多种方式，例如可选择齿轮传动、带传动、链条传动等，在这里，我们选择齿轮传动，即电机114上安装小齿轮与转动轴112上安装的大齿轮实现啮合传动。通过带传动，可方便的实现两种发电模式之间切换，且一种模式发电，另外一种模式能够得到有效保护，延长使用寿命，且结构简单，制造成本相对较低。
两组电转化单元中，一组太阳能电池板120和一组压电薄膜130相对设置于传送带111传动方向外侧的上下两侧面上，随着传送带111的转动，太阳能电池板120和压电薄膜130交替处于上方。也就是在工作时，仅有太阳能电池板120或压电薄膜130处于传送带111的上方，另一个处于下方，能够得到有效保护，例如在光伏发电时，可使得压电薄膜130免于暴晒，而在雨雪发电时，可使得太阳能电池板120免于雨水冲刷。采用软性的太阳能电池板120、压电薄膜130适应传送带111的转动，能够通过转动轴112的弯折处而保证免于损坏。压电薄膜130为聚偏氟乙烯压电薄膜，厚度可选择35微米，具有压电效应，在其内部植入压电电极，当雨滴滴落在其上，会引起振动，产生电荷，再由压电电极收集产生的电荷，用来发电。
为了实现光伏发电和雨雪发电之间的自动切换，发电模组100还具有光敏传感器140和雨滴传感器150，他们均安装在角度调节板230上，分别感应日光和雨雪，能实时监测光照或雨水强度、最佳方位角，以电信号的型式传输晴雨天信息，便于控制发电切换机构110动作，在光伏发电和雨雪发电之间进行自动切换，实现自动化操作。
当然，为了实现上述各部分之间协调统一的连接，并有序的完成工作，还少不了电控部分。结合图3所示，本实施例在灯柱300内部安装蓄电池和控制单元，各部分均通过控制单元实现电连接，并协调工作。具体地，光敏传感器140和雨滴传感器150感应光雨信号，通过控制单元，控制角度切换机构200的电动推杆动作，改变角度调节板230的倾斜方位角，使得太阳能电池板120或压电薄膜130具有最佳的光照最佳方位角、雨滴下落能量最大角度，以及控制发电切换机构110的电机114动作，在太阳能发电和雨水发电之间进行切换。发电产生的电能通过控制单元储存在蓄电池中，并给灯源400进行供电。
在具体工作时，光敏传感器140判断天气是否晴朗、光照最佳方位角，以电信号的型式将晴天信息传输给控制单元；雨滴传感器150判断天气是否下雨、雨滴下落能量最大角度，以电信号的型式将雨天信息传输给控制单元。当控制单元接收到光敏传感器140的电信号时，判断天气晴朗，控制电机114的转动，使得传送带111动作，从而使得太阳能电池板120正对天空方向；当控制单元接收到雨滴传感器150的电信号时，判断天气下雨，控制电机114带动传送带111转动，从而使得压电薄膜130正对天空方向。从而根据不同自然天气状况，采取最高效的发电方式，同时可有效防止烈日曝晒、雨雪击打的侵蚀，提高工作寿命。当控制单元接收到光敏传感器140的光照最佳方位角的电信号，通过控制三个电动推杆的伸缩，调整太阳能电池板120的角度，使其正对光照最强方向；当控制单元接收到雨滴传感器150的雨滴下落能量最大角度的电信号，通过控制三个电动推杆的伸缩，调整雨滴传感器150的角度，使其正对雨滴下落能量最大方向，有效追踪光照最强的方向和雨滴最猛烈的方向，有效提高从太阳能、雨滴能到电能的转化效率。
此外，在转动轴112的附近设置清洁组件160，随着传送带111的运动可以对太阳能电池板120和压电薄膜130进行清理，保持表面洁净，提高发电效率，延长寿命。本实施例中，清洁组件160包括清洁杆和海绵，清洁杆沿转动轴112的轴承支撑设置在转动轴112上方，海绵沿清洁杆长度方向安装，海绵的下端抵触在传送带111的表面，从而随着传送带111的转动，可对太阳能电池板120和压电薄膜130进行及时清理。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双模交换发电模组，包括电转化单元；所述电转化单元用于将光和/或势能转化为电能，其特征在于：还包括发电切换机构(110)；所述电转化单元具有安装在所述发电切换机构(110)上的至少两组；所述发电切换机构(110)用于驱动至少两组所述电转化单元之间相互切换，使得所述电转化单元每次仅一组工作，进行光电转化或势能转化成电能；
所述发电切换机构(110)包括传送带(111)、转动轴(112)和电机(114)；所述转动轴(112)包括通过轴承座(113)支撑安装的主动轴和从动轴，所述传送带(111)传动安装于所述主动轴和从动轴之间；所述电机(114)驱动连接所述转动轴(112)。
2.根据权利要求1所述的一种双模交换发电模组，其特征在于：所述电转化单元包括至少一组柔性的太阳能电池板(120)和至少一组压电薄膜(130)。
3.根据权利要求2所述的一种双模交换发电模组，其特征在于：至少所述一组柔性的太阳能电池板(120)和至少所述一组压电薄膜(130)相对设置于所述传送带(111)传动方向外侧的上下两侧面上。
4.根据权利要求2或3所述的一种双模交换发电模组，其特征在于：还包括光敏传感器(140)和雨滴传感器(150)；所述光敏传感器(140)、雨滴传感器(150)、太阳能电池板(120)和压电薄膜(130)电连接控制单元。
5.一种双模交换发电装置，其特征在于：包括角度切换机构(200)和权利要求1-4中任意一种所述的双模交换发电模组；所述角度切换机构(200)用于驱动所述双模交换发电模组以改变倾斜角度。
6.根据权利要求5所述的一种双模交换发电装置，其特征在于：所述角度切换机构(200)包括驱动件(210)和角度调节板(230)；所述双模交换发电模组安装于所述角度调节板(230)上；所述驱动件(210)驱动连接所述角度调节板(230)，用于调节角度调节板(230)的倾斜角度。
7.根据权利要求6所述的一种双模交换发电装置，其特征在于：所述驱动件(210)至少有两个，采用油缸、气缸或电动推杆。
8.一种路灯，包括灯柱(300)和灯源(400)，其特征在于：还包括权利要求5或6或7的所述双模交换发电装置；所述双模交换发电装置安装于所述灯柱(300)上。
9.根据权利要求8所述的一种路灯，其特征在于：所述灯柱(300)上具有灯杆(410)；所述灯源(400)通过可扭转的中间连接件(420)安装到灯杆(410)上。
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