自动追光太阳能电池供电三棱柱式旋转霓虹灯一体技术

孙悦等

摘要：霓虹灯耗电量很大，每平方米大约200～300W或每6米一组功率60W，一个普通的大约12平方米的霓虹灯招牌，功率7kW。一个游艇上的霓虹灯每晚消耗大量的电能，如果这些电能中很大一部分由太阳能供给，将会缓解用电紧张的现状。文章对自动追光太阳能电池供电三棱柱式旋转霓虹灯一体技术进行了探讨。

关键词：霓虹灯；太阳能电池板；自动追光；电能；三棱柱结构 文献标识码：A

中图分类号：TK513 文章编号：1009-2374（2015）17-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.010

1 概述

本项目是把太阳能电池板与霓虹灯集合在一个三棱柱上，三棱柱的其中一面为太阳能电池板，另外一面作为安置霓虹灯使用。三棱柱安置在可旋转的主轴上，主轴由电机带动，电机由单片机控制。

单片机控制部分的功能为：上午的时候，调整太阳能电池板一面自东向西呈45°方向，中午时，调整太阳能电池板一面为水平方向，最大幅度接受太阳能，下午时，调节太阳能电池板一面自东向西呈135°方向。这样，白天的时候，太阳能电池板可以实现简单的自动追光，装置简单，且能为晚上霓虹灯的工作提供尽可能多的电量。晚上，单片机控制霓虹灯所在的一侧向外，用白天储存的电能给其供电，霓虹灯正常工作。

文中所提到的自动追光太阳能电池供电三棱柱式旋转霓虹灯一体技术不仅选用了绿色环保的新型能源——太阳能，更把较为先进的自动追光装置与霓虹灯工作部分实现了一体化，结构简单可靠，且节约了成本。

2 研制背景及意义

流光溢彩、琳琅满目的霓虹灯给人们带来无与伦比的视觉享受，但这样的美丽是以消耗大量电能为代价的。文中所提出的自动追光太阳能电池供电三棱柱式旋转霓虹灯一体技术不仅选用了绿色环保的新型能源——太阳能，更把较为先进的自动追光装置与霓虹灯工作部分实现了一体化，结构简单可靠，且节约了成本。

太阳能电池是指利用太阳光的能量发电的电磁种类。相对于普通电池和可循环充电电池来说，太阳能电池属于更节能环保的绿色产品。太阳能电池板是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置，大部分太阳能电池板的主要材料为“硅”。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。

豪华游艇的霓虹灯每晚消耗大量的电能，如果这些电能中的很大一部分由太阳能供给，将会缓解我们用电紧张的现状，并且选用清洁能源，爱护我们的地球家园。我国现在仍然大量使用火力发电，利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。火力发电所用燃料以煤炭为最多，约占50%以上。为了提高经济效益，降低发电成本，保护大城市和工业区的环境，火力发电尽量在靠近燃料基地的地方进行，利用火力发电或超高压输电线路把强大电能输往负荷中心。热电联产方式则应在大城市和工业区实施，而这导致了一个重要的问题就是大量输电线路上能量的耗散，并且火力发电等传统供电方式产生了大量的二氧化碳等温室气体，加剧了全球变暖，排放的其他有害气体也污染了我们赖以生存的环境。霓虹灯耗电量非常可观，每平方米大约200～300W，或每6米一组功率60W，可以计算，我们的我们在用电过程中，应该加强改造，尽量“就地取用能源，取用清洁能源”。控制太阳能转换利用装置自动旋转去对准太阳，能有效提高太阳能的吸收率。采用单片机作为控制器，利用太阳能作为能源的自动装置而言这种自动追踪系统具有一定的实用价值。

3 设计方案

3.1 三棱柱结构构造

采用三棱柱结构，三棱柱的三个侧面分别装置有霓虹灯、太阳能电池板和结构平衡装置，其中结构平衡装置的重量分布设置使结构对其中心轴转矩平衡。

采用三棱柱结构的原因：（1）三棱柱具有稳定性；（2）三棱柱结构在满足功能的前提下尽可能节约了材料；（3）三棱柱结构当平视一面时，可以对其他面起到隐藏作用；（4）三棱柱结构可以起到有效防止阳光直射以及防止雨水与灰尘堆积的作用。

3.2 霓虹灯部分

霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体，在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。霓虹灯的光色是由充入惰性气体的光谱特性决定：光管型霓虹灯充入氖气，霓虹灯发红色光；荧光型霓虹灯充入氩气及汞，霓虹灯发蓝色、黄色等光，这两大类霓虹灯都是靠灯管内的工作气体原子受激辐射发光。当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极，能激发产生大量的电子。这些激发出来的电子在高电压电场中被加速，并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时，就能使气体原子发生电离而成为正离子和电子，这就是气体的电离现象。带电粒子与气体原子之间的碰撞，多余的能量就以光子的形式发射出来，这就完成了霓虹灯的发光点亮的整个过程。

参考文献

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[2] 赵建钊，史耀耀，马健，等.智能型太阳能跟踪系统设计与实现[J].电网技术，2008，30（24）.

[3] 陈维，李戬洪.太阳能利用中的跟踪控制方式研究

[J].能源工程，2003，1（3）.

[4] 冯凌.基于嵌入式的野外导航定位系统的设计[J].农机化研究，2007，（8）.

作者简介：孙悦（1994-），女，山东蓬莱人，山东大学能源与动力工程学院学生，研究方向：交通运输。

（责任编辑：周 琼）