公路隧道太陽(yáng)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(jì)迅猛發(fā)展，我國(guó)電力需求以每年超過(guò)20%的速度增長(zhǎng)。按照目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)和中國(guó)資源情況，2010 年和2020 年的電力供應(yīng)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(lái)填補(bǔ)。目前采用的常規(guī)照明系統(tǒng)耗電量大、費(fèi)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(xiàng)目管理中心提出的《公路隧道太陽(yáng)能照明系統(tǒng)研究》項(xiàng)目帶動(dòng)下，國(guó)內(nèi)展開(kāi)了相關(guān)研究。

　　2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀分析

　　我國(guó)公路隧道照明燈具研制起步較晚，基礎(chǔ)較差，特別是針對(duì)隧道照明燈具和特性方面的深入研究更為缺乏，設(shè)計(jì)、制造的燈具與國(guó)外存在較大差距。近年來(lái)，除復(fù)旦大學(xué)、上海燈具研究所、重慶交通科研設(shè)計(jì)院、浙江交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院等擁有研究條件和一定的試驗(yàn)設(shè)備，并已逐步開(kāi)始重視隧道燈具研究外，大部分燈具廠家沒(méi)有公路隧道燈具研究條件和試驗(yàn)設(shè)備，自主開(kāi)發(fā)隧道燈具能力差。國(guó)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(guó)公路隧道照明燈具開(kāi)發(fā)方面，缺乏足夠認(rèn)識(shí)和必要投入，與國(guó)外照明電器工業(yè)生產(chǎn)集中度相比，遠(yuǎn)未達(dá)到應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)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(xiàn)，而選擇一種適宜的光源更是隧道長(zhǎng)期照明的重要環(huán)節(jié)。而國(guó)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(wèn)題，直接導(dǎo)致公路隧道照明效果不佳，不能滿足公路隧道照明要求，嚴(yán)重影響行車安全性，所以隧道照明的光源應(yīng)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(shí)還能保證在汽車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(tǒng)總功耗，降低太陽(yáng)能供電系統(tǒng)成本，滿足遠(yuǎn)離供電場(chǎng)所的照明要求，國(guó)內(nèi)外在節(jié)能環(huán)保巨大壓力下，采取相關(guān)政策鼓勵(lì)和推廣LED 照明產(chǎn)品以降低系統(tǒng)功耗。

　　近年來(lái)，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(guó)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(lán)、黃波長(zhǎng)的半導(dǎo)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(dǎo)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(chǎng)或影院座號(hào)定向照明，其模塊能耗從一瓦到幾瓦不等。

　　而對(duì)LED 相關(guān)產(chǎn)品，奧地利照明設(shè)計(jì)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(dá)到600～700Lux，足夠一普通辦公室照明。用計(jì)算機(jī)計(jì)算白光、藍(lán)光、藍(lán)／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(hào)燈，以減少對(duì)發(fā)熱量大的傳統(tǒng)交通信號(hào)燈的需求。

　　2005 年，美國(guó)、日本、歐洲八大集團(tuán)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(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了普通LED 壽命的定義、器件和系統(tǒng)測(cè)量方法。

　　同年，日本出臺(tái)改善與提高能源使用的促進(jìn)稅法，明確規(guī)定企業(yè)或機(jī)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(kāi)始實(shí)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(guó)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(guó)內(nèi)LED 僅處于照明應(yīng)用的初級(jí)階段。為使LED 真正進(jìn)入照明領(lǐng)域，國(guó)家“863”計(jì)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(guó)科學(xué)院物理所和長(zhǎng)春光機(jī)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(guó)際先進(jìn)水平的差距。當(dāng)前市場(chǎng)上的白光LED 大都是國(guó)內(nèi)LED 廠家采用進(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(lán)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(dǎo)體照明燈逐漸進(jìn)入了公路隧道照明領(lǐng)域，對(duì)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?jiàn)，隨著國(guó)內(nèi)外LED 的迅速發(fā)展，相應(yīng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)在普及的道路上存在著價(jià)格障礙，但其較高的性價(jià)比大大彌補(bǔ)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(hào)燈、頻閃警示燈、可變情報(bào)板等。尤其，2004 年交通部西部建設(shè)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(tǒng)研究》項(xiàng)目后，在吉林省建成全國(guó)第一座太陽(yáng)能LED 照明系統(tǒng)隧道的同時(shí)，國(guó)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(duì)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(xù)排列無(wú)光斑或小光班效應(yīng)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；一類是針對(duì)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(xiàn)太陽(yáng)能供電為目的的設(shè)置方式，如吉林省朝長(zhǎng)公路花園隧道。

　　3 結(jié)論

　　目前國(guó)內(nèi)對(duì)于公路隧道太陽(yáng)能LED 照明系統(tǒng)的研究和應(yīng)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(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

　?。?） 冬季及陰雨天氣太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的合理配置。

　　綜上所述，公路隧道太陽(yáng)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(zhǎng)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(yīng)用水平來(lái)說(shuō)，促進(jìn)公路隧道太陽(yáng)能LED 照明應(yīng)用都具有積極意義。