一种太阳能转换植物补光灯论文和设计-王建林

全文摘要

本实用新型公开了一种太阳能转换植物补光灯，包括太阳能发电系统和植物补光系统；太阳能发电系统包括太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器以及逆变器，植物补光系统包括植物补光灯、凸透镜以及三棱柱，植物补光灯发出的光线经凸透镜汇聚在三棱柱上，经折射发出七色光；太阳能电池方阵位于太阳能电池方阵支架上，太阳能电池方阵支架包括曲面滑轨、滑槽、滑管以及连接架，连接架上放置太阳能电池方阵。与现有技术相比较，本实用新型发出的光为波长在410‑660nm的七色光，形成最接近于太阳光且不伤眼的光，还可根据光照方向，自动控制滑管在滑槽内滑动，同时带动太阳能电池方阵随光照变化进行方向调整。

设计方案

1.一种太阳能转换植物补光灯，包括太阳能发电系统和植物补光系统；所述太阳能发电系统包括太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器以及逆变器，所述太阳能电池方阵为多个串联或并联而成的半导体光电二极管，所述太阳能电池方阵依次与所述充放电控制器以及所述逆变器电连接，所述逆变器电连接所述植物补光系统，所述蓄电池组与所述充放电控制器串联连接；其特征在于：

所述植物补光系统包括植物补光灯、凸透镜以及三棱柱，所述植物补光灯上设有灯罩，在灯罩内垂直于植物补光灯方向上接凸透镜，所述凸透镜横截面为月牙形，套设在所述植物补光灯灯泡外，所述三棱柱设置在所述凸透镜的焦点处，所述植物补光灯发出的光线经所述凸透镜汇聚在所述三棱柱上，经所述三棱柱折射发出七色光；

所述太阳能电池方阵通过太阳能电池方阵支架间隔布置于大棚南墙的通风孔之间；所述太阳能电池方阵支架包括横向开口朝向南侧的曲面滑轨、位于滑轨内侧表面光滑的滑槽、活动设置在滑槽内部的滑管以及固设于滑管上的连接架，所述滑管的直径小于所述滑轨的横向开口，所述连接架上倾斜放置所述太阳能电池方阵。

2.根据权利要求1所述的太阳能转换植物补光灯，其特征在于：在所述滑管一端与所述滑管端面垂直的方向上设置第一气缸，在所述滑管另一端与所述滑管端面垂直的方向上设置第二气缸。

3.根据权利要求2所述的太阳能转换植物补光灯，其特征在于：所述第一气缸活塞杆端面和所述滑管端面分别粘设有一块磁极相同的磁铁，所述第二气缸活塞杆端面和所述滑管端面也分别粘设有一块磁极相同的磁铁。

4.根据权利要求3所述的太阳能转换植物补光灯，其特征在于：还包括感光片，感光片为片状结构，垂直于地面设置在大棚南墙中间，感光片接单片机，单片机分别控制第一电机与第二电机，第一电机输出轴端部接第一曲柄，所述第一曲柄接第一连杆，所述第一连杆接第二连杆，所述第二连杆接第一气缸输入轴，所述第一连杆的长度小于所述第二连杆；第二电机输出轴端部接第二曲柄，所述第二曲柄接第三连杆，所述第三连杆接第四连杆，所述第四连杆接第二气缸输入轴，所述第三连杆的长度小于所述第四连杆。

5.根据权利要求1-4任一项所述的太阳能转换植物补光灯，其特征在于：所述的太阳能电池方阵设计为由多个半球面拼合而成的曲面。

6.根据权利要求5所述的太阳能转换植物补光灯，其特征在于：所述的太阳能电池方阵表面涂覆一层抗反射层。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体照明技术领域，具体涉及一种太阳能转换植物补光灯。

背景技术

在我们华北等北方地区，一进入冬季大风、雨雪、雾霾等天气就开始席卷而来，气温骤降。对于大棚种植户来说，雨雪天、雾霾天、低温天气是大家不愿意遇到的，连续阴雨天气，草苫子拉不起来，蔬菜上时间见不到阳光，导致植株长势变弱、产量降低，严重影响经济效益。所以有些区域开始逐渐使用“植物补光灯”来补充阴雨天气大棚内的光照。

所谓的“植物补光灯”是依照植物生长的规律，根据植物利用太阳光进行光合作用的原理，使用灯光代替太阳光来提供植物生长发育所需光源的一种灯具。目前植物灯基本都是做成红蓝组合、全蓝、全红三种形式，以提供红蓝两种波长的光线，覆盖光合作用所需的波长范围。在视觉效果上，红蓝组合的植物灯呈现粉红色。白光LED灯，最普遍的是使用蓝色核心，激发黄色荧光粉，由此复合产生视觉上的白光效果。能量分布上，在445nm的蓝色区和550nm的黄绿色区存在两个峰值。而植物所需的610-720nm红光，则非常缺乏。这就解释了为什么在白光LED照射下，植物生长不利。

市面上的植物补光灯还存在以下问题：

（1）LED植物补光灯，光谱限定于可见光部分，以红光和蓝光组合为主，表现为粉色的光，显色性很低，不利于保护视力，特别是长期处于粉光光环境下，易使人头晕恶心，视力下降；

（2）太阳能植物补光灯，现有太阳能光板通常设置于棚顶，铺设面积过大而且不能根据光照条件进行调节，容易对棚内植物造成遮挡且对光能的利用率不高。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单、制作成本低廉而且不伤眼的太阳能转换植物补光灯。

本实用新型的技术方案是：

一种太阳能转换植物补光灯，包括太阳能发电系统和植物补光系统；所述太阳能发电系统包括太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器以及逆变器，所述太阳能电池方阵为多个串联或并联而成的半导体光电二极管，所述太阳能电池方阵依次与所述充放电控制器以及所述逆变器电连接，所述逆变器电连接所述植物补光系统，所述蓄电池组与所述充放电控制器串联连接；

进一步优选的，在所述滑管一端与所述滑管端面垂直的方向上设置第一气缸，在所述滑管另一端与所述滑管端面垂直的方向上设置第二气缸。

进一步优选的，所述第一气缸活塞杆端面和所述滑管端面分别粘设有一块磁极相同的磁铁，所述第二气缸活塞杆端面和所述滑管端面也分别粘设有一块磁极相同的磁铁。

进一步优选的，还包括感光片，感光片为片状结构，垂直于地面设置在大棚南墙中间，感光片接单片机，单片机分别控制第一电机与第二电机，第一电机输出轴端部接第一曲柄，所述第一曲柄接第一连杆，所述第一连杆接第二连杆，所述第二连杆接第一气缸输入轴，所述第一连杆的长度小于所述第二连杆；第二电机输出轴端部接第二曲柄，所述第二曲柄接第三连杆，所述第三连杆接第四连杆，所述第四连杆接第二气缸输入轴，所述第三连杆的长度小于所述第四连杆。

进一步优选的，所述的太阳能电池方阵设计为由多个半球面拼合而成的曲面。

进一步的，所述的太阳能电池方阵表面涂覆一层抗反射层。

本实用新型与现有技术相比较，具有以下优点：

（1）本实用新型发出的光为波长在410-660nm的七色光，形成最接近于太阳光并且不伤眼的光，同时七色光可以提供植物不同生成阶段所需要的不同颜色的光，无需频繁调换光的颜色；

（2）可以根据光照方向，通过控制第一气缸和第二气缸驱动滑管在滑槽内顺向或者反向滑动，同时带动连接架以及其上的太阳能电池方阵随光照变化进行方向调整；在采用感光片时，可实现自动跟随光照进行调节方向；

（3）太阳能电池方阵设置在大棚南侧而非棚顶，减少对植物的遮挡；

（4）太阳能电池方阵设计为由多个半球面拼合而成的曲面，可以增大太阳能电池方阵的表面积，增强对太阳能的利用率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型太阳能发电系统的电路连接示意图；

图3为本实用新型植物补光灯结构剖视放大图；

图4为本实用新型实施例2中第一电机和第一气缸的连接示意图；

图5为本实用新型实施例2中第二电机和第二气缸的连接示意图；

图6为本实用新型实施例2电路连接示意图；

图中：1、太阳能电池方阵，2、蓄电池组，3、充放电控制器，4、逆变器，5、植物补光灯，6、凸透镜，7、三棱柱，8、太阳能电池方阵支架，9、滑轨，10、滑槽，11、滑管，12、连接架，13、第一气缸，14、第一气缸活塞杆，15、磁铁，16、第二气缸，17、第二气缸活塞杆，18、半球面，19、感光片，20、单片机，21、第一电机，22、第二电机，23、第一曲柄，24、第一连杆，25、第二连杆，26、第一气缸输入轴，27、第二曲柄，28、第三连杆，29、第四连杆，30、第二气缸输入轴。

具体实施方式

下面是结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1

参照图1至图3，一种太阳能转换植物补光灯，包括太阳能发电系统和植物补光系统；太阳能发电系统包括太阳能电池方阵1、蓄电池组2、充放电控制器3以及逆变器4，太阳能电池方阵1为多个串联或并联而成的半导体光电二极管；植物补光系统包括植物补光灯5、凸透镜6以及三棱柱7，植物补光灯5上设有灯罩，灯罩为圆台状，在灯罩内垂直于植物补光灯5方向上粘设凸透镜6，凸透镜6的横截面为月牙形，三棱柱7也粘设在灯罩内并位于凸透镜6的焦点处，植物补光灯5发出的光线经凸透镜6汇聚在其焦点处的三棱柱7上，经三棱柱7折射发出七色光。

现有太阳能光板通常设置于棚顶，铺设面积过大容易对棚内植物造成遮挡；形状多为长方体，太阳能光板两侧不能接收太阳能。所以太阳能光板设计为曲面状并通过太阳能电池方阵支架8间隔布置于大棚南墙的通风孔之间。太阳能支架8包括横向开口朝向南侧的滑轨9、位于滑轨9内侧表面光滑的滑槽10、活动设置在滑槽10内部的滑管11以及焊接固定于滑管11上的连接架12，滑管11的直径略小于滑轨9的横向开口，连接架12为四棱锥形，连接架12的底面通过铰接或者螺栓螺母连接太阳能电池方阵1，太阳能电池方阵1与连接架12之间成一定倾斜夹角，使其朝向太阳方向，同时太阳能电池方阵1的板面上预留出与连接架12连接的螺纹孔；滑管11一端与滑管11端面垂直方向设置第一气缸13，第一气缸活塞杆14端面和滑管11端面分别粘设有一块磁极相同的磁铁15，可以根据光照方向，通过控制第一气缸13驱动滑管11在滑槽10内顺向滑动，同时带动连接架12以及其上的太阳能电池方阵1随光照变化进行方向调整；为了更好的调节方向，还可在滑管11另一端与滑管端面垂直方向设置第二气缸16，第二气缸活塞杆17端面和滑管11端面分别粘设有一块磁极相同的磁铁15，可以根据光照方向，通过控制第二气缸16驱动滑管11在滑槽10内反向滑动，同时带动连接架12以及其上的太阳能电池方阵1随光照变化进行反方向调整。

为了进一步增强对太阳能的利用率，所述的太阳能电池方阵1设计为由多个半球面18拼合而成的曲面，同时表面涂覆一层抗反射层。

工作原理：在有光照的情况下，可以根据光照方向，通过控制第一气缸13和第二气缸16驱动滑管11在滑槽10内顺向或者反向滑动，同时带动连接架12以及其上的太阳能电池方阵1随光照变化进行方向调整，太阳能电池方阵1吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”，蓄电池组2用来贮存太阳能电池方阵1受光照时发出的电能并在阴雨天或者光照不足时向植物补光灯5供电，同时还设有充放电控制器3，用于防止蓄电池组2过充电和过放电，然后通过逆变器4将直流电转换成交流电，实现为植物补光灯5供电。植物补光灯5发出波长在400-100nm的光，光束经过凸透镜6汇聚，从三棱柱7的一端照入，再经三棱柱7折射发出波长在410-660nm的红橙黄绿青蓝紫七道光线，形成最接近于太阳光并且不伤眼的七色光，同时七色光可以提供植物不同生成阶段所需要的不同颜色的光，无需频繁调换光的颜色。

实施例2

参照图4至图6，在实施例1的基础之上，增设感应太阳光照强度的感光片19，感光片19为片状结构，垂直于地面设置在大棚南墙中间，感光片19接单片机20，单片机20分别通过电路控制第一电机21与第二电机22，第一电机21输出轴端部接第一曲柄23，第一曲柄23接第一连杆24，第一连杆24接第二连杆25，第二连杆25接第一气缸输入轴26，第一连杆24的长度小于第二连杆25；第二电机22输出轴端部接第二曲柄27，第二曲柄27接第三连杆28，第三连杆28接第四连杆29，第四连杆29接第二气缸输入轴30，第三连杆28的长度小于第四连杆29；第一电机21带动第一曲柄23旋转，第一曲柄23带动第一连杆24旋转，第一连杆24比第二连杆25短，从而将将第一连杆24的圆周运动转变为第一气缸输入轴26的直线往复运动，第二电机的运动方式与第一电机类似，此处不再赘述。

当感光片19检测到左侧接收到的光照强度大于右侧接收到的光照强度时，将信号输入到单片机20，单片机20控制第二电机22启动，驱动太阳能电池方阵1朝向左侧；当感光片19检测到右侧接收到的光照强度大于左侧接收到的光照强度时，将信号输入到单片机20，单片机20控制第一电机21启动，驱动太阳能电池方阵1朝向右侧；当感光片检测到左右两侧接收到的光照强度差别不大时，不向单片机输送信号，使太阳能电池方阵1位于初始中间位置保持不动。

本实用新型并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本实用新型的保护范围。

设计图

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