與普通反光道釘相比,太陽能道釘有兩個最重要的特點:
一是發光亮度大。普通反光道釘的反光亮度只有300MCD至400MCD,而太陽能道釘的發光亮度可達2000MCD,是前者的6倍至7倍。如此高強度的光線可以在夜間穿透雨霧,安全有效地為駕駛員指導方向。
二是主動發光,動態警示。太陽能道釘在晚上以某種頻率閃爍,其動態警示作用非常強。主動發光不僅可以最大程度上避免雨霧干擾,而且可以讓駕駛員的視線擺脫對汽車燈光的依賴,可視距離更遠,效果更好。
工作原理
??? 太陽能道釘的工作原理可以簡單概括如下:白天太陽能電池板吸收太陽光,將太陽能轉化成電能,儲存在儲能器件(電池或電容)中。晚上儲能器件中的電能自動轉化成光能(通過光電開關控制),通過LED發出亮光來勾畫道路的輪廓,誘導駕駛員視線。
??? 按照安裝位置的不同,太陽能道釘可以分為埋入式和突起式兩種。因為安裝在道路中心線的太陽能道釘對抗壓性能要求特別高,因此,前者一般用在道路中線,后者多用于道路邊緣線。
??? 按照儲能元件的不同,太陽能道釘又可分為電容式和電池式兩種。前者的使用壽命可達五到七年,后者的使用壽命一般一年到三年不等。
??? 埋入式太陽能道釘對路面破壞很大,而電容式太陽能道釘又成本太高,因此,目前業界應用最多的還是凸起式電池太陽能道釘。下面筆者以凸起式電池太陽能道釘為例,來探討我國太陽能道釘產品的性能、存在的問題及未來發展趨勢。
基本性能要求
??? 太陽能道釘形式多種多樣,安裝位置也不盡相同。無論是什么樣的太陽能道釘,考量其基本特性應從以下幾個方面著手。
??? 抗壓性能? 如果太陽能道釘不能承受一定的壓力,在汽車碾壓或沖擊后碎裂,它就不能正常工作,因此,抗壓應是太陽能道釘正常工作的最基本條件。太陽能道釘本身是一個電子產品,要想其電子元器件部分有較高的抗壓性能,是一件非常難的事情,因此一般來說,太陽能道釘的抗壓性能要比普通道釘差一些。目前,根據交通運輸部有關技術標準的要求,太陽能道釘的抗壓指標必須達到10噸。
??? 有效提高太陽能道釘抗壓性能的方法有如下幾種:一是裸露在外面的太陽能電池板采用PC防彈材料,以來增強其電子元器件部分的抗壓能力;二是盡可能采用IC控制,以減少電子線路的體積,降低電子元器件部分承受的壓力;三是在殼體上設計一些加強筋,來分擔電子元器件部分所承受的壓力。
密封性能? 如果太陽能道釘沒有完全密封,就會滲水,滲水就會引起電路短路,其后果也是災難性的,因此,一個合格的太陽能道釘,其密封性能必須是過關的。
??? 亮度? 太陽能道釘要能主動發光,最大程度地勾畫出道路輪廓和邊緣,這是其相比于普通反光道釘的一個最重要的特點。在該項指標要求上,交通運輸部相關標準的要求是2000MCD.
??? 長期穩定性? 決定太陽能道釘壽命的另一個重要因素是電池的壽命,因此,電池的選擇至關重要。目前市場上有兩種電池可供參考,一個是充放電500次后,電池容量降低至50%;另一個是充放電1000次以后,電池容量降低至79%。電池壽命不僅要足夠長,而且要能夠在較大的溫度區間內正常工作。電池內部的材料是化學物質,如果溫度太高或者太低就無法正常工作,因此,其工作溫度區間一定要符合實際使用環境的要求。交通運輸部相關標準對此指標的要求,是太陽能道釘必須在-10℃到50℃的區間內正常工作。實際上,太陽能道釘的使用環境溫度往往會超出這個范圍,這就需要配備質量更可靠、性能更高的電池來制作太陽能道釘。
??? 電池重要,電子線路也同樣重要。電路板的設計一定要遵循簡單有效的原則進行,多一個線路就多一個出現故障的可能。電子元器件也要嚴格挑選,任何一個元器件出現問題,整個道釘系統就都有可能癱瘓。
??? 太陽能道釘還有一部分需要重視,那就是其太陽能電池板。太陽能電池板直接吸收太陽能,并把光能轉化成電能,是整個太陽能道釘工作體系中的第一個環節,其工作效率的高低直接決定著太陽能道釘質量的高低。目前,業界普遍應用的太陽能電池是單晶硅電池板,這是因為單晶硅太陽能電池板的光電轉化率較高,約為14%,能最大程度把太陽能轉化成電能,以確保太陽能道釘工作時的能源供應。另外,太陽能電池板必須是高硬度、耐磨型電路板。如果強度不夠,每天經受車輪的碾壓磨損,很容易磨花,進而影響太陽能電池板的轉化效率。
?? 電池匹配性能? 在標準測試條件下,將太陽能道釘放置8個小時,電池的額定容量應滿足道釘正常發光72小時的需要。即使太陽光照度小于1000LX,電池充電8小時后,其額定容量也能滿足道釘正常發光12小時的需要。如果電池匹配性能不好,在陰雨天氣就會出現電池儲存電能不足,而導致太陽能道釘無法發光的情況。這樣一來,太陽能道釘就失去了應用價值,不能使用,電容式太陽能道釘的局限性就在于此。
??? 環境適應性能? 道路上的環境復雜多變,溫度、濕度可能大相徑庭,太陽能道釘必須能適應這種變化。我國北方冬天溫度很低,南方夏天溫度又很高,西北地區晝夜溫差又特別大,東南濕潤,西北干燥,這些都會影響太陽能道釘的工作效率,因此,太陽能道釘在設計時,必須充分考慮應用環境的適應性。
??? 目前,交通運輸部有關技術標準對太陽能道釘的使用溫度要求,是-20℃到85℃之間,同時還要求在20℃到60℃之間做三個循環試驗,看其是否能夠適應環境的要求。另外,交通運輸部相關技術標準對太陽能道釘濕熱性能的要求,是在45℃、相對濕度98%的條件下,試驗48個小時后依然能正常工作。
??? 太陽能道釘的環境適應性能,是對其機械性能和電氣性能的綜合檢驗,涉及到結構設計、電路設計、電子器件性能,甚至生產工藝等多方面的因素。這就要求道釘的設計、生產和應用等方方面面的工作都要做到位,才能保障太陽能道釘有較好的環境適應性能。
容易出現的問題
??? 很多廠家生產的太陽能道釘安裝在道路上后,經常會出現這樣那樣的問題,集中表現如下。
空心結構? 在很多地方,安裝在道路上的太陽能道釘經常出現被壓碎或上下部結構分離的情況,這實際上是太陽能結構不合理造成的。很多人認為,鋁制外殼更能抗壓,這種理解也是片面的。只要內部是空心,一般來說其整體都不抗壓。
??? 帶釘腳的太陽能道釘,這種道釘分兩部分,下部為帶釘腳的底座,上部為太陽能板、LED及燈罩,上下兩部分用幾個螺絲連接,目前大部分帶釘腳太陽能道釘均采用這種結構。這種產品安裝在路面,并用膠水固定時,實際上只是固定和粘接了太陽能道釘的下半部分,上半部分只是通過幾個小螺絲固定在下部。這種結構最容易出現質量問題,即出現上下兩部分分離的情況。車輛碾壓的過程中,幾個小螺絲太單薄,力量太小,車子碾壓幾次,頂部就飛掉了。
??? 偽反光 首先將太陽能道釘做成主動發光和被動發光的國家分別是日本和韓國,這些國家對交通安全設施和產品的要求非常高。如果由于某種原因,太陽能道釘不能正常工作,還可以以道釘反光的形式進行彌補。歐洲正在考量和制定太陽能道釘產品的相關標準,其中,反光性能是其中一項重要的指標。
??? 我國一些廠家生產的太陽能道釘,有的是反光片是反光的,有的則不反光。標準反光模芯是在針型電鑄母板上電鑄出來的,精度非常高。而且母板用過幾次后,需要拆下來重新打磨,以保證反光模芯的反光度。這種針型母板在世界上也只有幾個公司能生產,國內一些小的電鑄翻制廠還沒有能力用針型母板來電鑄,他們生產的反光片產品,看似反光,實際則不反光。
??? 綜上所述,筆者以為,抗壓、抗高溫和反光應是突起式太陽能道釘最重要的三項指標,三者缺一不可。
技術發展方向
??? 隨著科學技術的進步,太陽能道釘的生產技術也在不斷發展。與早期的太陽能產品相比,如今太陽能道釘在發光模式、產品形式、功用與性能方面都有非常大的突破。
??? 閃爍方式改為常亮? 由于認為“閃爍的燈光更醒目”,因此,業內早期生產的太陽能道釘大多數是閃爍的。后來??? 有關科技人員發現,閃爍的光會讓司機感覺到焦躁、不安,沒有舒適感,因此,如今各生產廠家生產的太陽能道釘基本上都是常亮道釘。這種道釘安裝在高速公路上,在漆黑的夜晚,猶如一個個夜明珠鑲嵌在道路兩旁,既能引導駕駛員的視線,又能給人以無限的美感。
有源太陽能道釘?
??? 傳統的太陽能道釘自成系統,獨自完成光電轉化、電能儲存、LED閃爍。然而,由于太陽能道釘里面有太陽能板、電路和電池,因此其抗壓值很難達到交通運輸部有關技術標準的要求,而且電池也不能更換,道釘壽命有限。有源道釘是將每一個太陽能道釘里的太陽能板、電池、控制電路集中起來,集中到一個控制箱內,一個控制系統的有效控制距離可以達500米。太陽能道釘僅僅保留LED燈罩和一個簡單的穩壓電路,只做顯示用,這樣太陽能道釘內部就很簡單了,抗壓值也可以做得很高,達到或超過16噸。這種有源道釘的另一個優點是,太陽能板是唯一的,非常適合在山區道路曲折、樹木茂盛和地面陽光不充足的道路上使用。應用時,只需將一塊太陽能板放在陽光充足的地方即可。而傳統的太陽能道釘則要求每一個道釘點必須有充足的陽光,這是不現實的。因此,在太陽能道釘行業,有源道釘是為了發展的重要技術方式。有一點必須強調的是,用于路面的有源道釘,殼體最好用鑄鋁材質。
??? 一利必有一弊,有源道釘雖然性能優良,但安裝時需要在路面開槽、埋線和灌封,工程量大,對工程質量要求較高。
??? 隧道LED誘導道釘? 隧道LED誘導道釘實際上是有源道釘的一種,不同的是它的能量供應不是太陽能,而是隧道里的交流電(因為隧道里沒有太陽能)。
??? 隨著平原區、丘陵區和各省市經濟較發達地區的高速公路建設逐步完善和完成,全國高速公路建設的重點,正逐步向山嶺區和經濟發展相對滯后的山區轉移,長隧道和特長隧道也越來越多。由于各個長大隧道呈隱蔽帶狀的結構特點,其行車環境也與普通高速公路有很大的差別。
??? 由于公路隧道屬于封閉空間,交通空間有限,空氣不易流通,因此,原來靠被動反光的道釘,在隧道內很快就會因空氣油污而使得道釘表面集灰,進而失去反光效果,隧道LED誘導燈就是在這樣的背景下產生的。
??? LED道釘在隧道里能清晰地勾畫出道路的邊緣和輪廓,具有不易被車碾壓、壽命長等特點,使用壽命可超過五年。此外,安裝這種道釘的導線可以從線槽中傳過,不用在路面切槽,施工簡單、方便。
??? 另外,在LED隧道誘導道釘的閃爍方式上,也可以有不同方法。有的道路兩側道釘同步閃爍,閃爍頻率可以調節;有的則可以常亮。依照筆者的經驗,在直線段,常亮的方式會讓司機感到更舒適,工程也簡單、可靠。
無線同步閃爍太陽能道釘
??? 這種技術實際上是對有源道釘的改進和革新,其特點是既可實現 步閃爍,又不破壞路面。
??? 以上是我國太陽能道釘近年來的發展情況,如果把道路比作人,那太陽能道釘應是一種什么樣的藥物呢?筆者以為,它應該是眼科里的一種藥物,治療近視、青光眼或白內障。在夜間,它能讓司機看得更遠;在雨霧天的山區,它能讓司機更清晰地識別危險地段路況;在油污的隧道里,它能讓司機更明確地辨認模糊的道路邊緣。只要不斷學習,認真總結,不斷開發出新的產品,我們有理由相信,太陽能道釘一定能在減少道路安全事故方面發揮越來越重要的作用,成為司機朋友們安全行車的守護神。
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