自動追光太陽能電池供電三棱柱式旋轉霓虹燈一體技術

孫悅等

摘要：霓虹燈耗電量很大，每平方米大約200～300W或每6米一組功率60W，一個普通的大約12平方米的霓虹燈招牌，功率7kW。一個游艇上的霓虹燈每晚消耗大量的電能，如果這些電能中很大一部分由太陽能供給，將會緩解用電緊張的現(xiàn)狀。文章對自動追光太陽能電池供電三棱柱式旋轉霓虹燈一體技術進行了探討。

關鍵詞：霓虹燈；太陽能電池板；自動追光；電能；三棱柱結構 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK513 文章編號：1009-2374（2015）17-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.010

1 概述

本項目是把太陽能電池板與霓虹燈集合在一個三棱柱上，三棱柱的其中一面為太陽能電池板，另外一面作為安置霓虹燈使用。三棱柱安置在可旋轉的主軸上，主軸由電機帶動，電機由單片機控制。

單片機控制部分的功能為：上午的時候，調(diào)整太陽能電池板一面自東向西呈45°方向，中午時，調(diào)整太陽能電池板一面為水平方向，最大幅度接受太陽能，下午時，調(diào)節(jié)太陽能電池板一面自東向西呈135°方向。這樣，白天的時候，太陽能電池板可以實現(xiàn)簡單的自動追光，裝置簡單，且能為晚上霓虹燈的工作提供盡可能多的電量。晚上，單片機控制霓虹燈所在的一側向外，用白天儲存的電能給其供電，霓虹燈正常工作。

文中所提到的自動追光太陽能電池供電三棱柱式旋轉霓虹燈一體技術不僅選用了綠色環(huán)保的新型能源——太陽能，更把較為先進的自動追光裝置與霓虹燈工作部分實現(xiàn)了一體化，結構簡單可靠，且節(jié)約了成本。

2 研制背景及意義

流光溢彩、琳瑯滿目的霓虹燈給人們帶來無與倫比的視覺享受，但這樣的美麗是以消耗大量電能為代價的。文中所提出的自動追光太陽能電池供電三棱柱式旋轉霓虹燈一體技術不僅選用了綠色環(huán)保的新型能源——太陽能，更把較為先進的自動追光裝置與霓虹燈工作部分實現(xiàn)了一體化，結構簡單可靠，且節(jié)約了成本。

太陽能電池是指利用太陽光的能量發(fā)電的電磁種類。相對于普通電池和可循環(huán)充電電池來說，太陽能電池屬于更節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品。太陽能電池板是通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應或者光化學效應直接或間接轉換成電能的裝置，大部分太陽能電池板的主要材料為“硅”。太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。

豪華游艇的霓虹燈每晚消耗大量的電能，如果這些電能中的很大一部分由太陽能供給，將會緩解我們用電緊張的現(xiàn)狀，并且選用清潔能源，愛護我們的地球家園。我國現(xiàn)在仍然大量使用火力發(fā)電，利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能，通過發(fā)電動力裝置轉換成電能的一種發(fā)電方式?；鹆Πl(fā)電所用燃料以煤炭為最多，約占50%以上。為了提高經(jīng)濟效益，降低發(fā)電成本，保護大城市和工業(yè)區(qū)的環(huán)境，火力發(fā)電盡量在靠近燃料基地的地方進行，利用火力發(fā)電或超高壓輸電線路把強大電能輸往負荷中心。熱電聯(lián)產(chǎn)方式則應在大城市和工業(yè)區(qū)實施，而這導致了一個重要的問題就是大量輸電線路上能量的耗散，并且火力發(fā)電等傳統(tǒng)供電方式產(chǎn)生了大量的二氧化碳等溫室氣體，加劇了全球變暖，排放的其他有害氣體也污染了我們賴以生存的環(huán)境。霓虹燈耗電量非?？捎^，每平方米大約200～300W，或每6米一組功率60W，可以計算，我們的我們在用電過程中，應該加強改造，盡量“就地取用能源，取用清潔能源”?？刂铺柲苻D換利用裝置自動旋轉去對準太陽，能有效提高太陽能的吸收率。采用單片機作為控制器，利用太陽能作為能源的自動裝置而言這種自動追蹤系統(tǒng)具有一定的實用價值。

3 設計方案

3.1 三棱柱結構構造

采用三棱柱結構，三棱柱的三個側面分別裝置有霓虹燈、太陽能電池板和結構平衡裝置，其中結構平衡裝置的重量分布設置使結構對其中心軸轉矩平衡。

采用三棱柱結構的原因：（1）三棱柱具有穩(wěn)定性；（2）三棱柱結構在滿足功能的前提下盡可能節(jié)約了材料；（3）三棱柱結構當平視一面時，可以對其他面起到隱藏作用；（4）三棱柱結構可以起到有效防止陽光直射以及防止雨水與灰塵堆積的作用。

3.2 霓虹燈部分

霓虹燈是靠充入玻璃管內(nèi)的低壓惰性氣體，在高壓電場下冷陰極輝光放電而發(fā)光。霓虹燈的光色是由充入惰性氣體的光譜特性決定：光管型霓虹燈充入氖氣，霓虹燈發(fā)紅色光；熒光型霓虹燈充入氬氣及汞，霓虹燈發(fā)藍色、黃色等光，這兩大類霓虹燈都是靠燈管內(nèi)的工作氣體原子受激輻射發(fā)光。當外電源電路接通后，變壓器輸出端就會產(chǎn)生幾千伏甚至上萬伏的高壓。當這一高壓加到霓虹燈管兩端電極上時，霓虹燈管內(nèi)的帶電粒子在高壓電場中被加速并飛向電極，能激發(fā)產(chǎn)生大量的電子。這些激發(fā)出來的電子在高電壓電場中被加速，并與燈管內(nèi)的氣體原子發(fā)生碰撞。當這些電子碰撞游離氣體原子的能量足夠大時，就能使氣體原子發(fā)生電離而成為正離子和電子，這就是氣體的電離現(xiàn)象。帶電粒子與氣體原子之間的碰撞，多余的能量就以光子的形式發(fā)射出來，這就完成了霓虹燈的發(fā)光點亮的整個過程。

參考文獻

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作者簡介：孫悅（1994-），女，山東蓬萊人，山東大學能源與動力工程學院學生，研究方向：交通運輸。

（責任編輯：周 瓊）