张教卿　李棒　王玺坚　童昕　王丽娟　王世军

[摘要]为了克服手机突然没电或一些用电装备没电的情况。太阳光的低利用率和在阴雨天气不能发电的问题，特制作了一种新型双节能的蓄电系统，该蓄电系统不仅通过照射在太阳能电池板上的太阳光得到充分利用，而且还运用光的反射原理使电池板周围的太阳光尽量的反射到电池板上，增强了光照强度，除此之外，该蓄电系统还可以在雨天利用水滴传感器在雨天进行发电，以此解决了我国南方地区多雨水天气而不能靠电池板发电的问题。

[关键词]双节能；太阳能；雨水滴发电

[DOI]1013939/jcnkizgsc201630178

太阳能是地球上最直接、最普遍、最清洁的能源。太阳能作为一种巨大的可再生能源，每天到达地球表面的辐射量大约等于25亿万桶石油，可以说是取之不尽，用之不竭。

同样我国南方降雨增多，雨量充足，雨水资源丰富，如果加以利用可以获取大量的电能量。雨水收集发电具有非常积极的社会经济效益。通过雨水的收集充分利用了自然环境中的水资源，用以灌溉、洗车或作为其他生活用水。而通过雨水势能发电无疑是一项最具前景的新能源开发技术。

双节能供电装置能够利用太阳能和雨水势能进行发电，解决了因雨天而不能靠太阳能发电的弊端，太阳光跟踪系统随时捕捉最有利的角度，提高了太阳能利用率，节约资源，保护了环境，具有节能减排的实质性技术特点。

1双节能供电装置研制背景

随着太阳能技术的发展及对太阳能认识水平的提高，太阳能发电已经不仅仅只作为偏远无电地区的能源供应，而正在向取代常规能源的方向发展。在国际上，太阳能发电已经向并网发电领域开始发展。很多国家出现并形成了太阳能光伏产业，并且出现了强劲的增长势头。

目前我国在太阳能发电领域发展迅速，但相比于国外仍有较大的差距，在我国，太阳能发电仍多限于独立发电，而在国外已经开始出现了并网发电，现在我国已经成为世界最大的光伏电池生产国，但绝大部分出口到了欧美，而我国现在所生产的绝大部分电力来自非可再生能源，其中70%来自火电，这给我国未来能源的发展带来了巨大的隐忧，同时也带来了巨大的环境污染。新能源的发展显得尤为迫切。

太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式：一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等；另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电方式类似，不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。2005年我国首次在江苏江宁建成了首座70kw太阳能热发电示范系统，成功揭开了太阳能热发电技术崭新的一页，为未来进一步实现大规模太阳能的推广利用打下了良好基础。

在雨水发电方面，我国主要利用收集落在高层建筑楼顶的雨水，使其落下后冲击发电机叶片，从而将重力势能转化为电能的发电项目。该装置包括导流部分、雨水收集储存部分、雨水过滤部分、雨水流通管道、发电部分。其中，雨水收集储存部分设置在顶楼，在楼顶靠近边缘的地方设计了导流口，雨水经导流口进入收集储存部分，收集储存部分的内部设有水位传感器，当收集满雨水时开启闸门，使雨水进入流通管道，雨水流光后关闭闸门，继续蓄水，直至蓄满；在雨水收集储存部分和雨水流通管道连接处设置雨水过滤部分，雨水过滤部分需定期清理，以保证整个装置的正常运转，雨水流通管道的正下方设置发电部分。发出的电力采用电就近使用的方式，可供楼道照明以及生活办公使用，这减少了电力传输的损耗，降低了输配电的成本，提高了电力利用率。本项目结构简单，使用方便，收集利用自然界的雨水发电，充分利用了雨水资源，既环保又经济。

2双节能供电装置的设计与展示

21整体展示

一个塑料制的圆台反光装置，将圆形的电池板镶嵌在圆台反光装置内，电池板与圆台反光装置的底面平行，电池板的正面对着圆台反光装置的广口，在圆台反光装置的广口到电池板之间的圆台反光装置内壁贴上反光锡纸，根据光的反射原理使照射在圆台反光装置内壁的阳光能够充足反射到电池板上。同时该装置上放有雨滴发电模块利用雨水的重力作用和自由落体运动发电片发生形变便可产生电能并由后级模块收集起来，以达到利用雨水发电的功能。图1所示为系统的整体框架。

22功能模块

221电能收集调理模块

本模块拟采用如图所示方案通过电能检测电路检测蓄电池电量并且结合显示模块实时显示。同时DC-DC模块精确控制输出电压、电流，确保充电时对手机电池不造成伤害。如图2所示。

222电器控制

光敏控制模块步进电机，实现太阳光跟踪。

223圆台反射装置和雨水收集装置

圆台反光装置的斜面与电池板的平面的夹角为120度，反光装置的高为10厘米，保证了垂直阳光照射时，反射光都能照在太阳能电池板上。有太阳光时，由于太阳光跟踪系统，保证太阳能电池板的周围的阳光始终反射到电池板上。当下雨时，由单片机控制步进电机运行，使太阳能圆台反光装置水平放置，这样圆台反光装置就变成了雨水收集装置，进而将雨水储存到水箱，利用雨水的势能为发电机发电做准备。

224显示模块（LCD）

本模块拟采用如图所示方案通过电能检测电路检测蓄电池电量并且结合显示模块实时显示。同时DC-DC模块精确控制输出电压、电流，确保充电时对手机电池不造成伤害。采用功耗比较低且带字库的可以直接调用CGRAM的LCD12864作为显示模块，系统可实现以下功能：①时间显示。②收集到电量点显示。③打开蓄电池的输出显示。④断开蓄电池的输出。

一级菜单：时间显示，收集到电量点显示及蓄电池的管理模块，二级菜单：蓄电池的管理模块中的打开蓄电池的输出显示及断开蓄电池的输出。

225旋转模块

旋转模块主要由舵机构成。舵机的角度为180度足够满足本系统的旋转角度，通过舵机一天选取固定的角度尽量大的使太阳能板朝着最大的光照方向获取较大的电能。

226低功耗设计

低功耗设计并不仅仅是为了省电，更多的好处在于降低了电源模块及散热系统的成本、由于电流的减小也减少了电磁辐射和热噪声的干扰。随着设备温度的降低，器件寿命则相应延长（半导体器件的工作温度每提高10度，寿命则缩短一半）。STM32单片机其低功耗这一方面已经做得比较优秀了，在以下方面我们将更加降低整个系统的功耗。

3发电模块工作原理

当有阳光时，电池板能够跟踪太阳光，保证阳光始终垂直电池板，并且圆台反光装置可以使周围的太阳光都能反射到电池板上，更高效率的利用太阳能。当遇到阴雨天或晚上时，利用光敏二极管结合单片机控制系统使电池板始终处于水平状态，雨水击打雨滴传感器使其发生形变产生电能。

4结论

双节能路灯的优势：节能一、利用光敏电阻控制模块控制两个步进电机实现太阳能电池板跟踪太阳光，并利用光的反射原理使电池板周围充足的太阳光反射到电池板上；节能二、利用雨水发电。另外，光敏控制模块还可以自动控制路灯的亮灭。传统太阳能路灯尽管是一类绿色节能产品，但其在连阴天气，很难实现路灯的正常运行，特别是对于南方的多雨地区，亟须开发一种新型的节能路灯，而双节能路灯综合利用太阳能和雨水势能，并且装有太阳光跟踪装置，能有效的利用太阳能及雨水能，保护了环境，具有节能减排的显著效果。

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