公路隧道太陽能LED照明能否取代現(xiàn)有常規(guī)照明系統(tǒng)？

　　1 前言

　　隨著經(jīng)濟迅猛發(fā)展，我國電力需求以每年超過20%的速度增長。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(tǒng)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)電來填補。目前采用的常規(guī)照明系統(tǒng)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(shè)科技項目管理中心提出的《公路隧道太陽能照明系統(tǒng)研究》項目帶動下，國內(nèi)展開了相關(guān)研究。

　　2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析

　　我國公路隧道照明燈具研制起步較晚，基礎(chǔ)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(shè)計、制造的燈具與國外存在較大差距。近年來，除復旦大學、上海燈具研究所、重慶交通科研設(shè)計院、浙江交通規(guī)劃設(shè)計院等擁有研究條件和一定的試驗設(shè)備，并已逐步開始重視隧道燈具研究外，大部分燈具廠家沒有公路隧道燈具研究條件和試驗設(shè)備，自主開發(fā)隧道燈具能力差。國內(nèi)隧道燈具廠多為小廠或主要從事其他領(lǐng)域照明器材生產(chǎn)，技術(shù)、工藝和裝備落后，生產(chǎn)分散，專業(yè)化水平低，效益不高。

　　在我國公路隧道照明燈具開發(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(guī)模。由于公路隧道一旦投入使用，正常狀態(tài)下照明系統(tǒng)幾乎處于長期點亮狀態(tài)，因此隧道照明效果要可靠的光源來實現(xiàn)，而選擇一種適宜的光源更是隧道長期照明的重要環(huán)節(jié)。而國內(nèi)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(wěn)定性差，壽命短，檔次不高的問題，直接導致公路隧道照明效果不佳，不能滿足公路隧道照明要求，嚴重影響行車安全性，所以隧道照明的光源應滿足隧道特定環(huán)境下的光效、光通量、壽命、光色和顯色性要求，同時還能保證在汽車排放形成的煙霧中有良好的能見度。

　　因此，為減少中短隧道照明系統(tǒng)總功耗，降低太陽能供電系統(tǒng)成本，滿足遠離供電場所的照明要求，國內(nèi)外在節(jié)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(tǒng)功耗。

　　近年來，隨著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，開發(fā)出了一種藍、黃波長的半導體光源，其所發(fā)出光令人感覺為白光。這種LED 的光效與目前市場上LED比要高10 倍甚至更高，但目前尚未商品化。另一公司0SRAM 0S 公司開發(fā)的薄型MD，只有6mm 高，沿邊安裝（s5de-mounted） 將光射入一個導光材料（Hght-guidemateria），其光均勻地分布表面。這種模塊可以為燈具廠生產(chǎn)商所用，內(nèi)置于產(chǎn)品，作通道、走廊、劇場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(shè)計公司采用14000 只白光和彩色LED 混合照明整個房間，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(shù)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(tǒng)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(tǒng)及科技聯(lián)盟ASSIST 制定了“普通照明用LED 壽命”技術(shù)標準，規(guī)定了普通LED 壽命的定義、器件和系統(tǒng)測量方法。

　　同年，日本出臺改善與提高能源使用的促進稅法，明確規(guī)定企業(yè)或機構(gòu)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 月開始實施《在電子電氣設(shè)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(nèi)LED 僅處于照明應用的初級階段。為使LED 真正進入照明領(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)取得了重大的進展。一些科研院所，如中國科學院物理所和長春光機與物理所、北京大學、北京有色金屬研究院、石家莊十三所等單位也相繼開展了這方面的研究工作。目前已取得了可喜的進步，正在縮短與國際先進水平的差距。當前市場上的白光LED 大都是國內(nèi)LED 廠家采用進口芯片和熒光粉自行封裝的。由于技術(shù)力量和自主開發(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入了公路隧道照明領(lǐng)域，對傳統(tǒng)照明燈具發(fā)起了挑戰(zhàn)，已有幾家著名公司先后推出此類光源樣品?？梢姡S著國內(nèi)外LED 的迅速發(fā)展，相應產(chǎn)品開發(fā)在普及的道路上存在著價格障礙，但其較高的性價比大大彌補了這一不足。特別是在交通等領(lǐng)域，隨著行業(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(shè)管理中心基于解決無供電條件和供電條件不好的公路隧道照明問題提出了《公路隧道太陽能照明系統(tǒng)研究》項目后，在吉林省建成全國第一座太陽能LED 照明系統(tǒng)隧道的同時，國內(nèi)也已完成多座采用常規(guī)供電的LED 照明系統(tǒng)隧道。

　　目前，已建成的公路隧道LED 照明系統(tǒng)分為兩類，一類是針對高速公路開發(fā)的50W、80W、120W、210W 等不同燈具，采用較大功率燈具，連續(xù)排列無光斑或小光班效應方式，如吉林省小盤嶺隧道、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，實現(xiàn)太陽能供電為目的的設(shè)置方式，如吉林省朝長公路花園隧道。

　　3 結(jié)論

　　目前國內(nèi)對于公路隧道太陽能LED 照明系統(tǒng)的研究和應用開發(fā)中，亟待進一步解決的問題如下：

　　（1） LED 照明燈亮度衰減較快，須進一步提高使用壽命。

　　（2） 新型燈具在公路隧道中的應用標準。

　　（3） 冬季及陰雨天氣太陽能供電系統(tǒng)的合理配置。

　　綜上所述，公路隧道太陽能LED 照明系統(tǒng)取代高壓鈉燈及常規(guī)供電系統(tǒng)，還有漫長的道路要走，尤其是LED 衰減問題，直接影響燈具的使用壽命。換而言之，不論是從改進LED 照明技術(shù)來看，還是從提高太陽能應用水平來說，促進公路隧道太陽能LED 照明應用都具有積極意義。