太陽能波浪能航標(biāo)燈的研究與設(shè)計(jì)

商赫 趙愛紅 葛繼明 尤守莉

（德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023）

太陽能波浪能航標(biāo)燈的研究與設(shè)計(jì)

商赫 趙愛紅 葛繼明 尤守莉

（德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023）

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一種太陽能波浪能航標(biāo)燈，運(yùn)用物理模型法［1］和微幅波理論［2］對(duì)能量裝換裝置進(jìn)行計(jì)算，分別得出了太陽能光伏電池和浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電量。首先提出了航標(biāo)燈的工作原理：利用太陽能光伏電池收集太陽能，光伏電池是一種利用光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；通過振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置將波浪能轉(zhuǎn)換為電能，所得電能除供應(yīng)LED燈外，其余儲(chǔ)存于鋰電池中；安裝光敏傳感器，從而實(shí)現(xiàn)航標(biāo)燈在黑夜及光線暗時(shí)的正常工作。隨后進(jìn)行了波浪能的計(jì)算，通過繪制分析波浪參數(shù)與波浪總能量的關(guān)系圖表，得到波動(dòng)總能量與波浪周期、波長(zhǎng)呈現(xiàn)正相關(guān)的結(jié)論。

太陽能；波浪能；圖表；微幅波理論

隨著我國(guó)水路運(yùn)輸?shù)难杆侔l(fā)展，航標(biāo)燈是安全航運(yùn)保障系統(tǒng)中重要的組成部分，是保障船舶安全的、經(jīng)濟(jì)航行的重要助航設(shè)施，保證航標(biāo)燈正確可靠的工作是航行安全的重要前提。目前航標(biāo)燈普遍使用鉛蓄電池，設(shè)計(jì)太陽能與波浪能航標(biāo)燈，解決了鉛蓄電池使用壽命短，能量轉(zhuǎn)換效率低，維護(hù)成本高等缺點(diǎn)；彌補(bǔ)了太陽能單一能源供電的不足。利用半導(dǎo)體材料的光敏特性，使航標(biāo)燈在黑夜及光線變暗時(shí)正常工作，既保證了船舶的安全，又防止了能源的浪費(fèi)，對(duì)航行船舶進(jìn)行更加穩(wěn)定的保護(hù)。

1 航標(biāo)燈工作原理

此設(shè)計(jì)采用太陽能與波浪能雙重供電，利用太陽能光伏電池收集太陽能，光伏電池是一種利用光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。太陽能光伏電池表面有一層金屬薄膜似的半導(dǎo)體薄片，當(dāng)太陽光照射時(shí)，薄片的另一側(cè)和金屬薄膜之間將產(chǎn)生一定的電壓，將太陽能光伏電池組件按需要進(jìn)行串、并聯(lián)后形成太陽能光伏電池陣列獲得電能。通過振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置將波浪能轉(zhuǎn)換為電能，位于水中的浮子，在波浪的往復(fù)運(yùn)動(dòng)作用下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)浮子上升時(shí)，推動(dòng)液壓缸內(nèi)的活塞，使缸內(nèi)液壓油被推入液壓馬達(dá)內(nèi)，從而推動(dòng)馬達(dá)工作，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；當(dāng)浮子下落時(shí)，由于液壓缸內(nèi)壓力減小，液壓油重新流入液壓缸內(nèi)?；赜凸軆?nèi)設(shè)有單向閥門，即浮子上升時(shí)，管內(nèi)液體只能從液壓缸至液壓馬達(dá)后流出；浮子下落時(shí)，回油管開始將液體補(bǔ)充入液壓缸內(nèi)。液壓缸的活塞與浮子相連，一端與輸油管相連，一端與回油管相連。光伏電池及發(fā)電機(jī)均與鋰電池相連，所得電能除供應(yīng)LED燈外，其余電能儲(chǔ)存于鋰電池中。光敏傳感器連接于LED燈與電池線路中，實(shí)現(xiàn)航標(biāo)燈在太陽能與波浪能供電情況下正常工作。

2 波浪能量的計(jì)算

3 波浪參數(shù)對(duì)波浪總能量的影響

波浪參數(shù)對(duì)波浪總能量的影響如表2所示：

通過上表分析得出，隨著周期、波長(zhǎng)的不斷增大，波動(dòng)總能量也隨之增大，波動(dòng)總能量與波浪周期、波長(zhǎng)呈現(xiàn)正相關(guān)。

波浪周期（s）1.0 2.0 3.0 4.0 5.0波長(zhǎng)（m）1.6 6.2 14.0 25.0 39.0波動(dòng)總能量（J）172.0 687.8 1547.6 2751.3 4299.0波浪周期（s）6.0 7.0 8.0 9.0 10.0波長(zhǎng)（m）56.1 76.4 99.8 126.3 156.0波動(dòng)總能量（J）6190.5 8426.0 11005.4 13928.7 17195.9

4 結(jié)論

波浪能應(yīng)用于航標(biāo)燈的設(shè)計(jì)增大了波浪能應(yīng)用空間，同時(shí)使航標(biāo)燈的能量來源更有保障。利用光敏傳感器，使航標(biāo)燈在黑夜及光線變暗時(shí)正常工作，既保證了船舶的安全，又防止了能源的浪費(fèi)。此設(shè)計(jì)還需進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，后期跟蹤調(diào)查，對(duì)制造材料的選擇進(jìn)行參照，通過數(shù)據(jù)對(duì)此設(shè)計(jì)進(jìn)行完善調(diào)整。

［1］短期太陽能光伏發(fā)電預(yù)測(cè)方法研究進(jìn)展.崔洋.孫銀川.常倬林.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室.

［2］王淑倩.振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)及功率計(jì)算分析.中國(guó)海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文.

備注：本文系2015年地方高校國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201510448041）

TM923.56

A

1003-5168（2015）11-022-01

商赫（1994.10-），男，大學(xué)本科，研究方向：清潔能源工程。