基于太陽能發(fā)電的殺蟲光控路燈

戚鈺涓 徐興浩 宋錦麗

【摘 要】世界能源日益緊張，發(fā)展新能源及高效節(jié)能的技術(shù)產(chǎn)品迫在眉睫，因此太陽能光伏發(fā)電迅速應(yīng)用在各方面。本文針對太陽能在路燈上的應(yīng)用做了簡要說明設(shè)計(jì)，尤其是在公園路燈上進(jìn)行了思考，在普通提供照明光源的基礎(chǔ)上增添紫色光源吸引蚊蟲，依靠玻璃板在一定程度上殺滅蚊蟲。

【關(guān)鍵詞】太陽能電池;光敏;路燈;智能控制;殺蟲

中圖分類號： TU113.666文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）24-0021-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.011

0 前言

在過去，路燈是手動(dòng)控制的。如今，路燈的自動(dòng)化已經(jīng)出現(xiàn)，可以有效控制街道上的電力消耗和消除人力。可持續(xù)發(fā)展作為當(dāng)今科學(xué)發(fā)展觀的基本要求之一，要求我們不僅追求經(jīng)濟(jì)效益，還要重視環(huán)境保護(hù)。 “取之不盡，用之不竭”的太陽能倍受重視，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速，太陽能燈具也步入市場。太陽能路燈在白天通過光伏發(fā)電將能量存儲于蓄電池，到夜晚蓄電池放電給負(fù)載（燈）供電，無需設(shè)計(jì)鋪設(shè)復(fù)雜的供電電路，節(jié)能安全無污染。

本文介紹的太陽能路燈主要是針對在公園草坪上的應(yīng)用：一方面通過感知外界光線智能控制照明燈的亮度，節(jié)省用電;另一方面在特定的時(shí)間段殺蟲裝置啟動(dòng)起到一定的殺蟲作用，以減少蚊蟲對行人造成的困擾。

1 路燈外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1路燈外形結(jié)構(gòu)圖所示，該太陽能路燈主要有四部分組成：主體燈罩、光伏發(fā)電系統(tǒng)、殺蟲裝置、控制器。（1）主體燈罩是長170cm的圓柱體，外殼是半透明，內(nèi)部是白光長燈管，用于照明。（2）伸出的部分是太陽能電池板，用于吸收太陽能進(jìn)行光伏發(fā)電。（3）殺蟲裝置是用支架支起高于主體燈罩20cm左右的部分，底部是玻璃板，中間是紫色細(xì)燈管，燈管外側(cè)分布略高于燈管的四塊玻璃板。燈管發(fā)出的紫光是用于吸引蚊蟲，蚊蟲在飛行過程中撞擊玻璃板，或暈或死。室外蚊蟲對紫光較白光敏感，故紫光燈管附近能聚集較多的蚊蟲，在一定程度上減少了蚊蟲對行人的纏繞。（4）控制器部分是單片機(jī)電路板和感光部件、蓄電池，位于主體燈管、太陽能電池板以及殺蟲裝置的交界處，能夠有效聯(lián)接被控制的三部分，也節(jié)省空間。

2 路燈內(nèi)部系統(tǒng)細(xì)節(jié)

該路燈的核心部位便是控制器部分，其中發(fā)揮主要功能的是單片機(jī)，這里使用的是STC89C52，將編好的代碼寫入單片機(jī)中，分別對殺蟲燈和照明燈進(jìn)行開關(guān)控制。

（1）照明燈管。燈管是通過光敏電阻感知外界光線強(qiáng)度，隨自然光照強(qiáng)度變化而改變照明燈管的亮度：自然光越弱，照明燈管越亮。這部分很大程度上解決了傍晚天氣變化，設(shè)定開關(guān)路燈時(shí)間不易，路燈亮早了費(fèi)電，亮遲了又不方便行人。到晚上八九點(diǎn)天色都暗下來的時(shí)候，路燈亮度不足又難以滿足晚練行人的需求。這里所設(shè)計(jì)的照明路燈的開關(guān)及其亮度的調(diào)節(jié)依據(jù)自然光的光照，不管是春夏秋冬還是陰晴雨雪，沒有固定的亮燈時(shí)間也不是固定光照強(qiáng)度，完全依靠環(huán)境來調(diào)節(jié)。在光敏電路的部分（見圖2光敏電路），由兩個(gè)光敏電阻進(jìn)行感知，其中D1是感知外界的光強(qiáng)，D3用于感知燈管發(fā)出的亮度，光敏電阻獲取的都是模擬信號，此時(shí)通過ADC0832轉(zhuǎn)化芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號。一般城市里的公園晚上十二點(diǎn)過后就人煙稀少了，在鄉(xiāng)村十一點(diǎn)之后也沒有什么人在公園，這時(shí)候再堅(jiān)持之前的亮度就會(huì)較為費(fèi)電，建議在程序中根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r寫入合適的關(guān)燈時(shí)間到了早晨四五點(diǎn)再打開。

（2）殺蟲燈管。如果將其類似照明燈管的光敏亮度調(diào)節(jié)方式并不能起到最佳效果，這里是想不對紫色燈管進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，直接是紫燈的額定亮度。與照明燈管相同的是根據(jù)外界光照強(qiáng)度開啟，當(dāng)光照暗到一定程度就直接開啟。在這里，建議殺蟲燈管的關(guān)閉也是光控關(guān)閉。

（3）蓄電池。控制器部分所包含的蓄電池也是十分重要的，蓄電池是支撐路燈正常運(yùn)行的部件。路燈里蓄電池所儲存的電量并不是一晚上路燈的用電，為了應(yīng)對陰雨天氣，蓄電池的容量必須比兩個(gè)燈管日耗量高七倍左右。而蓄電池是設(shè)備中十分貴重的部件，因此對其充電務(wù)必做到精細(xì)以保護(hù)蓄電池延長其壽命。這里通過單片機(jī)對蓄電池進(jìn)行充電管理：當(dāng)蓄電池電壓低于閥值Vf時(shí)對其進(jìn)行快充（充電電路的輸出對蓄電池相當(dāng)于電流源），當(dāng)電池電壓上升至閥值Vf并且低于過沖電壓Voc，對蓄電池進(jìn)行浮充（恒定的小電流充電，充電電流小于預(yù)設(shè)值Ioc時(shí)用于補(bǔ)償電池自放電造成的電量流失），當(dāng)電壓增加至Voc時(shí)停充，同時(shí)觀測電流，若小于Ioc就對其采取浮充。

3 現(xiàn)階段太陽能路燈的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀

太陽能作為一種新能源擁有可再生性、清潔、安全可靠等特點(diǎn)。是非常適合作為未來人類長期使用的戰(zhàn)略能源之一。截至2010年，高壓鈉燈仍然作為主要燈具在路燈中占64%，其次是其他類燈具占路燈總數(shù)的17%，再次是LED路燈，占路燈總數(shù)的9%。而高壓鈉燈具有壽命短、顯色性差、光通量穩(wěn)定性低等缺點(diǎn)，因此城市照明路燈中有大部分燈具等待升級，而太陽能路燈則是很好的選擇之一。在我國路燈大約有一億盞，照明耗電約占全國耗電量的13%，而其中有約35%的電能被浪費(fèi)。目前使用的最新技術(shù)是基于發(fā)光二極管（LED）的照明系統(tǒng)，它是一種節(jié)能可靠的照明技術(shù)，它將照明成本和能耗降低了75%，同時(shí)還負(fù)責(zé)減少二氧化碳排放和其他危險(xiǎn)氣體。因此智能路燈在減少能源消耗、節(jié)能減排方面具有明顯的優(yōu)勢。

太陽能路燈系統(tǒng)利用白天從太陽中獲取的光能儲存在蓄電池中，待晚上再通過控制系統(tǒng)根據(jù)周圍光線選擇打開。不僅充分利用太陽能，而且相比傳統(tǒng)路燈更加經(jīng)濟(jì)。燈泡方面則選擇LED燈。LED燈由于是直流驅(qū)動(dòng)，無逆變過程，大大增加了電能的利用率，系統(tǒng)電路也更加簡單可靠。LED燈泡具有壽命長、耗電低、光線柔和可調(diào)、環(huán)保等特點(diǎn)，是未來智慧路燈的首選。在偏遠(yuǎn)山區(qū)、高速公路等高壓線鋪設(shè)困難的地區(qū)，LED太陽能路燈系統(tǒng)既減少了能源的消耗又消除了遠(yuǎn)程架線困難的問題。因此LED太陽能路燈系統(tǒng)在未來定會(huì)遍布世界各地。

4 存在的問題及建議

即使太陽能取之不盡用之不竭，但是由于太陽能量密度低，往往需要較大的采光面積，這就直接增加了成本。而且一組太陽能路燈系統(tǒng)的價(jià)格比普通路燈昂貴很多，在很多電線無法架到的地方，政府能否承擔(dān)起這項(xiàng)巨大的開支仍然抱有疑問。

太陽能的直接的來源太陽輻射常年受到地理和天氣的原因不能持續(xù)穩(wěn)定，例如在南方的梅雨季節(jié)，太陽能往往不足，蓄電池便會(huì)處于長時(shí)間的饋電現(xiàn)象，路燈的停電對當(dāng)?shù)亟煌ò踩斐蓸O大的威脅，這也對蓄電池的壽命又有極大的考驗(yàn)。因此，雖然我國的太陽能路燈技術(shù)已經(jīng)成熟，但是能否很好的解決蓄能問題，對太陽能路燈的普及有很大的影響。由于需要足夠的采光面積，太陽能板的面積也需要足夠大，這也影響到路燈系統(tǒng)的抗風(fēng)能力。在一些常年風(fēng)大的地方，對太陽能路燈的質(zhì)量與定期檢修有極高的要求。

由于一個(gè)LED燈功率較低，往往需要多個(gè)并聯(lián)使用，小功率LED燈長時(shí)間的使用會(huì)出現(xiàn)光衰問題，而大功率的光衰問題會(huì)好很多，但是這也對其散熱有很高的要求。

5 結(jié)語

本文主要是針對公園路燈設(shè)計(jì)的太陽能殺蟲路燈，意在一定程度上解決蚊蟲對行人的干擾和天色黑暗時(shí)路燈亮度不足的問題。智能系統(tǒng)具有自主操作功能，通過傳感器、單片機(jī)和其他電子元件檢測環(huán)境變化，并糾正環(huán)境。系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行以達(dá)到最佳解決方案。利用智能路燈的好處是，在一天中的黑暗時(shí)期能更好地改善人類的生活質(zhì)量。隨著全名健身在全國各處開展開來，公園設(shè)施愈發(fā)需要提高其性能，保證行人在公園鍛煉得到較好的體驗(yàn)。對路燈采用太陽能電池板進(jìn)行光伏發(fā)電也是響應(yīng)節(jié)能環(huán)保的號召，節(jié)省電能，保護(hù)環(huán)境。隨著我國的光伏產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的不斷發(fā)展，節(jié)能環(huán)保的LED太陽能路燈定會(huì)成為未來的主要照明設(shè)備。

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