公路隧道太陽(yáng)能LED照明能否取代現有常規照明系統？

　　1 前言

　　隨著(zhù)經(jīng)濟迅猛發(fā)展，我國電力需求以每年超過(guò)20%的速度增長(cháng)。按照目前經(jīng)濟發(fā)展趨勢和中國資源情況，2010 年和2020 年的電力供應單靠傳統的煤、水、核是不夠的，尚存在一定缺口，需要由可再生能源發(fā)電來(lái)填補。目前采用的常規照明系統耗電量大、費用高且存在安全隱患，因此，在2004 年交通部西部交通建設科技項目管理中心提出的《公路隧道太陽(yáng)能照明系統研究》項目帶動(dòng)下，國內展開(kāi)了相關(guān)研究。

　　2 國內研究現狀分析

　　我國公路隧道照明燈具研制起步較晚，基礎較差，特別是針對隧道照明燈具和特性方面的深入研究更為缺乏，設計、制造的燈具與國外存在較大差距。近年來(lái)，除復旦大學(xué)、上海燈具研究所、重慶交通科研設計院、浙江交通規劃設計院等擁有研究條件和一定的試驗設備，并已逐步開(kāi)始重視隧道燈具研究外，大部分燈具廠(chǎng)家沒(méi)有公路隧道燈具研究條件和試驗設備，自主開(kāi)發(fā)隧道燈具能力差。國內隧道燈具廠(chǎng)多為小廠(chǎng)或主要從事其他領(lǐng)域照明器材生產(chǎn)，技術(shù)、工藝和裝備落后，生產(chǎn)分散，專(zhuān)業(yè)化水平低，效益不高。

　　在我國公路隧道照明燈具開(kāi)發(fā)方面，缺乏足夠認識和必要投入，與國外照明電器工業(yè)生產(chǎn)集中度相比，遠未達到應有的經(jīng)濟規模。由于公路隧道一旦投入使用，正常狀態(tài)下照明系統幾乎處于長(cháng)期點(diǎn)亮狀態(tài)，因此隧道照明效果要可靠的光源來(lái)實(shí)現，而選擇一種適宜的光源更是隧道長(cháng)期照明的重要環(huán)節。而國內使用的隧道燈具大多存在光帶窄、配光質(zhì)量不夠，能耗高，質(zhì)量穩定性差，壽命短，檔次不高的問(wèn)題，直接導致公路隧道照明效果不佳，不能滿(mǎn)足公路隧道照明要求，嚴重影響行車(chē)安全性，所以隧道照明的光源應滿(mǎn)足隧道特定環(huán)境下的光效、光通量、壽命、光色和顯色性要求，同時(shí)還能保證在汽車(chē)排放形成的煙霧中有良好的能見(jiàn)度。

　　因此，為減少中短隧道照明系統總功耗，降低太陽(yáng)能供電系統成本，滿(mǎn)足遠離供電場(chǎng)所的照明要求，國內外在節能環(huán)保巨大壓力下，采取相關(guān)政策鼓勵和推廣LED 照明產(chǎn)品以降低系統功耗。

　　近年來(lái)，隨著(zhù)LED 技術(shù)研究水平的不斷提高，采用LED 照明的研究逐步深入。美國波士頓LightResearch Center 研究中心在LED 技術(shù)研究方面，開(kāi)發(fā)出了一種藍、黃波長(cháng)的半導體光源，其所發(fā)出光令人感覺(jué)為白光。這種LED 的光效與目前市場(chǎng)上LED比要高10 倍甚至更高，但目前尚未商品化。另一公司0SRAM 0S 公司開(kāi)發(fā)的薄型MD，只有6mm 高，沿邊安裝（s5de-mounted） 將光射入一個(gè)導光材料（Hght-guidemateria），其光均勻地分布表面。這種模塊可以為燈具廠(chǎng)生產(chǎn)商所用，內置于產(chǎn)品，作通道、走廊、劇場(chǎng)或影院座號定向照明，其模塊能耗從一瓦到幾瓦不等。

　　而對LED 相關(guān)產(chǎn)品，奧地利照明設計公司采用14000 只白光和彩色LED 混合照明整個(gè)房間，光照水平達到600～700Lux，足夠一普通辦公室照明。用計算機計算白光、藍光、藍／綠光、琥珀和紅光二極管混合效果，以獲得2500～3000K 暖色溫，其顯色指數非常接近最好的熒光燈。

　　在瑞典，SwedZsh NatiONalRoad AdminZSTration采用LED 作交通信號燈，以減少對發(fā)熱量大的傳統交通信號燈的需求。

　　2005 年，美國、日本、歐洲八大集團公司共同組成的固態(tài)照明系統及科技聯(lián)盟ASSIST 制定了“普通照明用LED 壽命”技術(shù)標準，規定了普通LED 壽命的定義、器件和系統測量方法。

　　同年，日本出臺改善與提高能源使用的促進(jìn)稅法，明確規定企業(yè)或機構使用LED 照明取代白熾燈照明，可獲得投資額130%超額折舊，或者是投資額7%的稅率減免。歐盟2006 年7 月開(kāi)始實(shí)施《在電子電氣設備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》，限制含汞的熒光燈管的使用；美國加州立法者提議到2012 年實(shí)行白熾燈禁止令；2007 年2月澳大利亞政府宣布將逐步淘汰白熾燈。

　　而國內LED 僅處于照明應用的初級階段。為使LED 真正進(jìn)入照明領(lǐng)域，國家“863”計劃新材料領(lǐng)域給予資助，令相關(guān)產(chǎn)業(yè)取得了重大的進(jìn)展。一些科研院所，如中國科學(xué)院物理所和長(cháng)春光機與物理所、北京大學(xué)、北京有色金屬研究院、石家莊十三所等單位也相繼開(kāi)展了這方面的研究工作。目前已取得了可喜的進(jìn)步，正在縮短與國際先進(jìn)水平的差距。當前市場(chǎng)上的白光LED 大都是國內LED 廠(chǎng)家采用進(jìn)口芯片和熒光粉自行封裝的。由于技術(shù)力量和自主開(kāi)發(fā)能力薄弱，藍光芯片的選用和白光LED 的性能受到一定限制和影響。

　　由此半導體照明燈逐漸進(jìn)入了公路隧道照明領(lǐng)域，對傳統照明燈具發(fā)起了挑戰，已有幾家著(zhù)名公司先后推出此類(lèi)光源樣品?？梢?jiàn)，隨著(zhù)國內外LED 的迅速發(fā)展，相應產(chǎn)品開(kāi)發(fā)在普及的道路上存在著(zhù)價(jià)格障礙，但其較高的性?xún)r(jià)比大大彌補了這一不足。特別是在交通等領(lǐng)域，隨著(zhù)行業(yè)不斷發(fā)展，LED 得到了更廣泛關(guān)注，如道路信號燈、頻閃警示燈、可變情報板等。尤其，2004 年交通部西部建設管理中心基于解決無(wú)供電條件和供電條件不好的公路隧道照明問(wèn)題提出了《公路隧道太陽(yáng)能照明系統研究》項目后，在吉林省建成全國第一座太陽(yáng)能LED 照明系統隧道的同時(shí)，國內也已完成多座采用常規供電的LED 照明系統隧道。

　　目前，已建成的公路隧道LED 照明系統分為兩類(lèi)，一類(lèi)是針對高速公路開(kāi)發(fā)的50W、80W、120W、210W 等不同燈具，采用較大功率燈具，連續排列無(wú)光斑或小光班效應方式，如吉林省小盤(pán)嶺隧道、廣東省龍頭山隧道、江西省黃竹山隧道、陜西柞小高速渡船口隧道、福建泉三高速曹源隧道等；一類(lèi)是針對普通公路，供電條件不好的隧道，采用低功耗燈具，間隔排列，以減小功耗，降低供電成本，實(shí)現太陽(yáng)能供電為目的的設置方式，如吉林省朝長(cháng)公路花園隧道。

　　3 結論

　　目前國內對于公路隧道太陽(yáng)能LED 照明系統的研究和應用開(kāi)發(fā)中，亟待進(jìn)一步解決的問(wèn)題如下：

　?。?） LED 照明燈亮度衰減較快，須進(jìn)一步提高使用壽命。

　?。?） 新型燈具在公路隧道中的應用標準。

　?。?） 冬季及陰雨天氣太陽(yáng)能供電系統的合理配置。

　　綜上所述，公路隧道太陽(yáng)能LED 照明系統取代高壓鈉燈及常規供電系統，還有漫長(cháng)的道路要走，尤其是LED 衰減問(wèn)題，直接影響燈具的使用壽命。換而言之，不論是從改進(jìn)LED 照明技術(shù)來(lái)看，還是從提高太陽(yáng)能應用水平來(lái)說(shuō)，促進(jìn)公路隧道太陽(yáng)能LED 照明應用都具有積極意義。