天台山公路隧道口太阳光自适应直接加强照明系统方案设计

一、免光纤式公路隧道进出口太阳光直接加强照明系统

         （其详细工程实施方案参考附录）

1、工作原理如下图所示

            图1   免光纤式阳光输送机用于公路隧道加强照明系统的工作原理图

v首先利用定向导光器把来自不同方向平行入射太阳光从隧道上部3米高度的拱形截面空间定向反射进其内部；

v然后再经过安装于隧道顶部不同高度的漫反射镜组均匀反射到路面上实现加强照明功能。

v免用光纤实现高效利用大幅度提高性价比并保留其“自适应性”优势。

2、具体实施现场示意图

银昆高速宝鸡天台山超大公里隧道人口处。

               图2  天台山公路隧道北入口现场及系统安装与工作示意图

3、系统组成

该系统主要由具有具有定向反射功能的平面反射镜系统和固定安装的漫反射镜组二部分组成：

1）隧道口顶外部安装有平面定向反射镜，通过一组光学传感器（开、闭环在组合实现粗、细调节）、驱动装置以及反射镜组三部分组成的闭环控制系统，实现把不同方向太阳光定向反射进入隧道顶部拱形空间的功能。其中若干个不同（或者相同）的专用反射镜与驱动装置可以为统一驱动或者单一驱动方式。

2）漫反射镜矩阵以与水平夹角45度安装于隧道内顶部不同高度，实现对于反射后水平进入隧道上部的太阳光进行漫反射，使其均匀照射到路面；

4、技术特点

优点：太阳能利用效率高达65%以上；

缺点：工程现场环境恶劣，自动跟踪系统故障率高，维修保养工作量大，维修保养工作量大！

5、费用预算：52万元。

二、PV-LED式公路隧道进出口太阳光加强照明系统

1、工作原理

 

	图3  PV-LED式阳光输送机工作原理示意图

    充分利用光伏发电板作为电源的高可靠性和LED光源长寿命的优势，又因为公路加强照明系统仅要求有效解决由于太阳光照引起的“黑洞”和“白洞”现象而能够使得系统中掘弃蓄电池正常使用，即把安装于太阳光照良好的位置的光伏电池板通过电缆与安装于隧道进出口段的LED光源直接相连接  （当然还有相应的保护电路设置等）  ，从而使得系统使用成本大幅度下降，又具有与阳光输送机相同使用性能的自适应效果，形成另外一种可靠性更高的阳光输送机产品  （因为工作期间负载LED发光与太阳光照射同步具有阳光输送机特点）  ，如上图所示  。    

 

2、系统组成：

   PV-LED直接公路照明系统主要由光伏电池矩阵作为电源，LED光源组作为负载并通过电缆和相关保护电路组成，如下图所示：

 

                    a   光伏电池板（电源）与控制柜        b  LED光源（负载 ）    

         图4   用于公路隧道加强照明的PV-LED式阳光输送机系统实施现场

PV-LED式太阳能光伏发电直接驱动负载LED照明的太阳能照明模式，通过把光伏电池板矩阵组成的光伏电站安装在进出口附近太阳光照射好的区域，通过电缆直接与隧道进出口过渡段的LED灯相连接，组成了PV-LED式太阳能直接照明系统，如图22所示。当然在实际应用中，系统除了光伏电池板、电缆和LED灯以外，还需要简单的稳压电路和控制开关等组成的控制箱。

3、技术特点：

1）从系统工作状态来看，加强照明系统的工作状态仍然为，有太阳光照射时光伏发电站通过电缆直接驱动LED灯发光照明，无太阳光照射期间则无电源驱动而不发光。所以其工作功能完全与阳光输送机同步，实现了隧道进出口没有太阳光照射时的加强照明功能。

2）系统最大优势是其运营成本基本为零！因为避免了常规光伏电源中必须配备的蓄电池，而光伏电池板的寿命长达三十年，所以基本无使用成本，只需要系统安装时一次性投入即可零费用运行几十年。

4、费用预算：

工程费用48.6万元

三、二种方案比较：

1、免光纤式阳光输送机公路隧道加强照明系统直接利用定向反射的太阳光实现隧道进出口段空间的照明功能，具有自主的知识产权，创新性显著，太阳能利用效率高，但是由于定向反射镜必须配套的自动跟踪系统中驱动装置常年处于非常恶劣的工作环境中而可能导致故障率高，加之又处于偏远山区维修不易，成为该成果推广应用的技术瓶颈！而处于室外自动跟踪装置中驱动部件的运行可靠性差是一个世界性难题，随着技术进步虽然有所改善，但目前仍然未有质的进展。

2、PV-LED直接公路照明系统的工作状态仍然为：有太阳光照射时光伏发电站通过电缆直接驱动LED灯发光照明，无太阳光照射期间则无电源驱动而LED负载不发光。所以系统功能对于用户来说完全与阳光输送机系统，实现了隧道进出口的加强照明功能。

系统最大优势：

1）系统高可靠性！ 充分利用光伏发电板作为电源的高可靠性结合LED光源长寿命的优势，即把安装于太阳光照良好的位置的光伏电池板通过电缆与安装于隧道进出口段的LED光源直接相连接后系统就能够正常工作，即具有自适应性特点有效解决太阳光照引起的“黑洞”和“白洞”现象。

2）运营成本为零！因为避免了常规光伏电源中必须配备的蓄电池，而光伏电池板的寿命长达三十年，所以基本无使用成本，只需要系统安装时一次性投入即可零费用运行几十年。