公路隧道太阳能LED照明能否取代现有常规照明系统？

　　1 前言

　　随着经济迅猛发展，我国电力需求以每年超过20%的速度增长。按照目前经济发展趋势和中国资源情况，2010 年和2020 年的电力供应单靠传统的煤、水、核是不够的，尚存在一定缺口，需要由可再生能源发电来填补。目前采用的常规照明系统耗电量大、费用高且存在安全隐患，因此，在2004 年交通部西部交通建设科技项目管理中心提出的《公路隧道太阳能照明系统研究》项目带动下，国内展开了相关研究。

　　2 国内研究现状分析

　　我国公路隧道照明灯具研制起步较晚，基础较差，特别是针对隧道照明灯具和特性方面的深入研究更为缺乏，设计、制造的灯具与国外存在较大差距。近年来，除复旦大学、上海灯具研究所、重庆交通科研设计院、浙江交通规划设计院等拥有研究条件和一定的试验设备，并已逐步开始重视隧道灯具研究外，大部分灯具厂家没有公路隧道灯具研究条件和试验设备，自主开发隧道灯具能力差。国内隧道灯具厂多为小厂或主要从事其他领域照明器材生产，技术、工艺和装备落后，生产分散，专业化水平低，效益不高。

　　在我国公路隧道照明灯具开发方面，缺乏足够认识和必要投入，与国外照明电器工业生产集中度相比，远未达到应有的经济规模。由于公路隧道一旦投入使用，正常状态下照明系统几乎处于长期点亮状态，因此隧道照明效果要可靠的光源来实现，而选择一种适宜的光源更是隧道长期照明的重要环节。而国内使用的隧道灯具大多存在光带窄、配光质量不够，能耗高，质量稳定性差，寿命短，档次不高的问题，直接导致公路隧道照明效果不佳，不能满足公路隧道照明要求，严重影响行车安全性，所以隧道照明的光源应满足隧道特定环境下的光效、光通量、寿命、光色和显色性要求，同时还能保证在汽车排放形成的烟雾中有良好的能见度。

　　因此，为减少中短隧道照明系统总功耗，降低太阳能供电系统成本，满足远离供电场所的照明要求，国内外在节能环保巨大压力下，采取相关政策鼓励和推广LED 照明产品以降低系统功耗。

　　近年来，随着LED 技术研究水平的不断提高，采用LED 照明的研究逐步深入。美国波士顿LightResearch Center 研究中心在LED 技术研究方面，开发出了一种蓝、黄波长的半导体光源，其所发出光令人感觉为白光。这种LED 的光效与目前市场上LED比要高10 倍甚至更高，但目前尚未商品化。另一公司0SRAM 0S 公司开发的薄型MD，只有6mm 高，沿边安装（s5de-mounted） 将光射入一个导光材料（Hght-guidemateria），其光均匀地分布表面。这种模块可以为灯具厂生产商所用，内置于产品，作通道、走廊、剧场或影院座号定向照明，其模块能耗从一瓦到几瓦不等。

　　而对LED 相关产品，奥地利照明设计公司采用14000 只白光和彩色LED 混合照明整个房间，光照水平达到600～700Lux，足够一普通办公室照明。用计算机计算白光、蓝光、蓝／绿光、琥珀和红光二极管混合效果，以获得2500～3000K 暖色温，其显色指数非常接近最好的荧光灯。

　　在瑞典，SwedZsh NatiONalRoad AdminZSTration采用LED 作交通信号灯，以减少对发热量大的传统交通信号灯的需求。

　　2005 年，美国、日本、欧洲八大集团公司共同组成的固态照明系统及科技联盟ASSIST 制定了“普通照明用LED 寿命”技术标准，规定了普通LED 寿命的定义、器件和系统测量方法。

　　同年，日本出台改善与提高能源使用的促进税法，明确规定企业或机构使用LED 照明取代白炽灯照明，可获得投资额130%超额折旧，或者是投资额7%的税率减免。欧盟2006 年7 月开始实施《在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》，限制含汞的荧光灯管的使用；美国加州立法者提议到2012 年实行白炽灯禁止令；2007 年2月澳大利亚政府宣布将逐步淘汰白炽灯。

　　而国内LED 仅处于照明应用的初级阶段。为使LED 真正进入照明领域，国家“863”计划新材料领域给予资助，令相关产业取得了重大的进展。一些科研院所，如中国科学院物理所和长春光机与物理所、北京大学、北京有色金属研究院、石家庄十三所等单位也相继开展了这方面的研究工作。目前已取得了可喜的进步，正在缩短与国际先进水平的差距。当前市场上的白光LED 大都是国内LED 厂家采用进口芯片和荧光粉自行封装的。由于技术力量和自主开发能力薄弱，蓝光芯片的选用和白光LED 的性能受到一定限制和影响。

　　由此半导体照明灯逐渐进入了公路隧道照明领域，对传统照明灯具发起了挑战，已有几家着名公司先后推出此类光源样品。可见，随着国内外LED 的迅速发展，相应产品开发在普及的道路上存在着价格障碍，但其较高的性价比大大弥补了这一不足。特别是在交通等领域，随着行业不断发展，LED 得到了更广泛关注，如道路信号灯、频闪警示灯、可变情报板等。尤其，2004 年交通部西部建设管理中心基于解决无供电条件和供电条件不好的公路隧道照明问题提出了《公路隧道太阳能照明系统研究》项目后，在吉林省建成全国第一座太阳能LED 照明系统隧道的同时，国内也已完成多座采用常规供电的LED 照明系统隧道。

　　目前，已建成的公路隧道LED 照明系统分为两类，一类是针对高速公路开发的50W、80W、120W、210W 等不同灯具，采用较大功率灯具，连续排列无光斑或小光班效应方式，如吉林省小盘岭隧道、广东省龙头山隧道、江西省黄竹山隧道、陕西柞小高速渡船口隧道、福建泉三高速曹源隧道等；一类是针对普通公路，供电条件不好的隧道，采用低功耗灯具，间隔排列，以减小功耗，降低供电成本，实现太阳能供电为目的的设置方式，如吉林省朝长公路花园隧道。

　　3 结论

　　目前国内对于公路隧道太阳能LED 照明系统的研究和应用开发中，亟待进一步解决的问题如下：

　　（1） LED 照明灯亮度衰减较快，须进一步提高使用寿命。

　　（2） 新型灯具在公路隧道中的应用标准。

　　（3） 冬季及阴雨天气太阳能供电系统的合理配置。

　　综上所述，公路隧道太阳能LED 照明系统取代高压钠灯及常规供电系统，还有漫长的道路要走，尤其是LED 衰减问题，直接影响灯具的使用寿命。换而言之，不论是从改进LED 照明技术来看，还是从提高太阳能应用水平来说，促进公路隧道太阳能LED 照明应用都具有积极意义。