針對公路建設(shè)的環(huán)境問題,， 人們一直在探索如何在可持續(xù)發(fā)展理論的指導(dǎo)下使公路建設(shè)與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合,， 于是提出了生態(tài)公路的理念,。生態(tài)公路是生態(tài)學(xué)與公路建設(shè)相結(jié)合的產(chǎn)物，其發(fā)展應(yīng)遵循自然生態(tài)規(guī)律與區(qū)域公路的發(fā)展要求,，生態(tài)公路照明理所當(dāng)然也要符合生態(tài)環(huán)保和節(jié)能低碳的建設(shè)要求。

　　1,、項(xiàng)目背景

　　1.1 工程概況
 
　　項(xiàng)目位于中國北方某資源型城市市區(qū)南部,， 該地區(qū)原為采煤塌陷區(qū)，屬次生下沉式濕地,，總面積達(dá)2000公頃,，過去曾經(jīng)滿目狼藉，環(huán)境惡劣,，經(jīng)過多年綜合治理,，現(xiàn)在已經(jīng)建成獨(dú)具北方園林景觀特色的城市中央生態(tài)公園。該項(xiàng)目名稱是生態(tài)公園環(huán)湖生態(tài)景觀公路,，工程穿行于湖區(qū)大小水體周邊,，成為該市發(fā)展?jié)竦厣鷳B(tài)旅游的重要基礎(chǔ)性工程,。

　　工程包括環(huán)湖主線和各支線、連接線工程,，總長33.7km,，總投資2.3億元。為了保護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的完整,，建設(shè)者對該項(xiàng)目表現(xiàn)出了超常的環(huán)境關(guān)注,， 項(xiàng)目通過采用先進(jìn)的設(shè)計施工和生態(tài)環(huán)保技術(shù)，處處追求環(huán)保節(jié)能的目標(biāo),，實(shí)現(xiàn)了公路建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù),、園林景觀的有效協(xié)調(diào)，既達(dá)到了“景中有路,、路即是景,、渾然一體”的建設(shè)定位，又達(dá)到了工程造價,、工期,、質(zhì)量、安全等方面的嚴(yán)格要求,，項(xiàng)目的成功建設(shè)極大地補(bǔ)充和豐富了生態(tài)公路設(shè)計理念,，成為環(huán)境友好、資源節(jié)約,、人與道路,、環(huán)境相互協(xié)調(diào)的典范。該工程項(xiàng)目建議書榮獲“2009年度河北省優(yōu)秀工程咨詢成果三等獎”,，施工圖設(shè)計榮獲“2009年河北省優(yōu)秀工程勘察設(shè)計一等獎”,。

　　1.2 生態(tài)公路照明要求
 
　　眾所周知， 生態(tài)公路是建立在交通發(fā)展與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上,，以生態(tài)系統(tǒng)自然的良性循環(huán)為基本原則,，綜合考慮決策、設(shè)計,、施工,、運(yùn)營、管理的全過程,，在一定區(qū)域范圍內(nèi)結(jié)合環(huán)境,、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展?fàn)顩r而建立起來的公路系統(tǒng)。為了給游人創(chuàng)造良好的視覺環(huán)境,，保障交通安全,， 該項(xiàng)目全線設(shè)置功能照明。

　　首先,，生態(tài)公路照明要滿足功能要求,。各種照明設(shè)備,、節(jié)能措施必須達(dá)到安全可靠、科學(xué)合理,、經(jīng)濟(jì)使用,、維護(hù)方便的要求。實(shí)際工作中,，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模和經(jīng)濟(jì)實(shí)力,，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、按規(guī)劃建設(shè),，既要保證照明系統(tǒng)功能達(dá)到各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和節(jié)能效果,，又要防止以犧牲照明效果單純追求節(jié)能。

        針對公路建設(shè)的環(huán)境問題,， 人們一直在探索如何在可持續(xù)發(fā)展理論的指導(dǎo)下使公路建設(shè)與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合,， 于是提出了生態(tài)公路的理念。生態(tài)公路是生態(tài)學(xué)與公路建設(shè)相結(jié)合的產(chǎn)物,，其發(fā)展應(yīng)遵循自然生態(tài)規(guī)律與區(qū)域公路的發(fā)展要求,，生態(tài)公路照明理所當(dāng)然也要符合生態(tài)環(huán)保和節(jié)能低碳的建設(shè)要求。

　　1,、項(xiàng)目背景

　　1.1 工程概況
 
　　項(xiàng)目位于中國北方某資源型城市市區(qū)南部,， 該地區(qū)原為采煤塌陷區(qū)，屬次生下沉式濕地,，總面積達(dá)2000公頃,，過去曾經(jīng)滿目狼藉，環(huán)境惡劣,，經(jīng)過多年綜合治理,，現(xiàn)在已經(jīng)建成獨(dú)具北方園林景觀特色的城市中央生態(tài)公園。該項(xiàng)目名稱是生態(tài)公園環(huán)湖生態(tài)景觀公路,，工程穿行于湖區(qū)大小水體周邊，成為該市發(fā)展?jié)竦厣鷳B(tài)旅游的重要基礎(chǔ)性工程,。

　　工程包括環(huán)湖主線和各支線,、連接線工程，總長33.7km,，總投資2.3億元,。為了保護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的完整，建設(shè)者對該項(xiàng)目表現(xiàn)出了超常的環(huán)境關(guān)注,， 項(xiàng)目通過采用先進(jìn)的設(shè)計施工和生態(tài)環(huán)保技術(shù),，處處追求環(huán)保節(jié)能的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了公路建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù),、園林景觀的有效協(xié)調(diào),，既達(dá)到了“景中有路,、路即是景、渾然一體”的建設(shè)定位,，又達(dá)到了工程造價,、工期、質(zhì)量,、安全等方面的嚴(yán)格要求,，項(xiàng)目的成功建設(shè)極大地補(bǔ)充和豐富了生態(tài)公路設(shè)計理念，成為環(huán)境友好,、資源節(jié)約,、人與道路、環(huán)境相互協(xié)調(diào)的典范,。該工程項(xiàng)目建議書榮獲“2009年度河北省優(yōu)秀工程咨詢成果三等獎”,，施工圖設(shè)計榮獲“2009年河北省優(yōu)秀工程勘察設(shè)計一等獎”。

　　1.2 生態(tài)公路照明要求
 
　　眾所周知,， 生態(tài)公路是建立在交通發(fā)展與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上,，以生態(tài)系統(tǒng)自然的良性循環(huán)為基本原則，綜合考慮決策,、設(shè)計,、施工、運(yùn)營,、管理的全過程,，在一定區(qū)域范圍內(nèi)結(jié)合環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展?fàn)顩r而建立起來的公路系統(tǒng),。為了給游人創(chuàng)造良好的視覺環(huán)境,，保障交通安全， 該項(xiàng)目全線設(shè)置功能照明,。

　　首先,，生態(tài)公路照明要滿足功能要求。各種照明設(shè)備,、節(jié)能措施必須達(dá)到安全可靠,、科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)使用,、維護(hù)方便的要求,。實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模和經(jīng)濟(jì)實(shí)力,，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,、按規(guī)劃建設(shè)，既要保證照明系統(tǒng)功能達(dá)到各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和節(jié)能效果，又要防止以犧牲照明效果單純追求節(jié)能,。

　　其次,，生態(tài)公路照明要追求生態(tài)節(jié)能目標(biāo)。當(dāng)前,，建設(shè)節(jié)約型社會和低碳經(jīng)濟(jì)已成為我國的一項(xiàng)重要國策,， 建設(shè)部頒發(fā)的《“十一五”城市綠色照明工程規(guī)劃綱要》對道路照明要求年節(jié)電目標(biāo)達(dá)5%，2006～2010年累計節(jié)電要達(dá)到25%,， 因此節(jié)電已成為道路照明的一項(xiàng)重要指標(biāo),。

　　再次，道路照明節(jié)能已經(jīng)不單純是節(jié)電問題,，同時要運(yùn)用價值工程手段,，考慮投資成本、運(yùn)行維護(hù),、設(shè)備管理以及道路的照明功能技術(shù)指標(biāo)等問題,， 在制定節(jié)電方案和進(jìn)行照明設(shè)計時予以解決。

 　　2,、太陽能光伏發(fā)電技術(shù)

　　在資源日益缺乏的今天,，太陽能是新世紀(jì)最理想的清潔能源、綠色能源,，利用光伏發(fā)電技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,，可以緩解環(huán)保壓力和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展， 這也正符合生態(tài)公路的環(huán)保節(jié)能要求,， 因此該項(xiàng)目的功能照明電源選擇太陽能光伏發(fā)電,。

 　　2.1 發(fā)電原理

 　　太陽能光伏發(fā)電是依靠太陽能電池組件， 利用半導(dǎo)體材料的電子學(xué)特性,，當(dāng)太陽光照射在半導(dǎo)體PN結(jié)上,，由于P－N結(jié)勢壘區(qū)產(chǎn)生了較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場， 因而產(chǎn)生在勢壘區(qū)中的非平衡電子和空穴,， 或者產(chǎn)生在勢壘區(qū)外但擴(kuò)散進(jìn)勢壘區(qū)的非平衡電子和空穴,。在內(nèi)建靜電場的作用下， 各向相反方向運(yùn)動,，離開勢壘區(qū),，結(jié)果使P區(qū)電勢升高，N區(qū)電勢降低,，從而在外電路中產(chǎn)生電壓和電流，將光能轉(zhuǎn)化成電能,。

　　2.2 太陽能獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)

　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大體上可以分為兩類,， 一類是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即和公用電網(wǎng)通過標(biāo)準(zhǔn)接口相連接，像一個小型的發(fā)電廠,；另一類是獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng),，即在自己的閉路系統(tǒng)內(nèi)部形成電路，不和外部電網(wǎng)產(chǎn)生關(guān)系,。

　　獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)光伏陣列首先會將接收來的太陽輻射能量直接轉(zhuǎn)換成電能供給負(fù)載,， 并將多余能量經(jīng)過充電控制器后以化學(xué)能的形式儲存在蓄電池中。在日照不足時,，儲存在蓄電池中的能量經(jīng)過全橋逆變器后變成SPWM波,， 然后再經(jīng)過濾波和工頻變壓器升壓后變成交流220V、50Hz的正弦電壓供給交流負(fù)載使用,。

        3,、光源匹配比選
 
　　目前道路照明節(jié)能多以應(yīng)用新技術(shù)為主，推廣和應(yīng)用高壓鈉燈,、陶瓷金鹵燈,、熒光燈、LED燈,、無極燈等新光源,，逐步淘汰了白熾燈、汞燈等低效照明產(chǎn)品,，節(jié)能方案和道路照明設(shè)計呈現(xiàn)出百家齊放的局面,。該生態(tài)公路照明項(xiàng)目基于太陽能電源，選用匹配光源并優(yōu)化節(jié)能方案成為重要工作,。

　　3.1 光源分析
 
　　通過對目前使用的各種光源性能參數(shù)的比較,， 同時考慮生態(tài)公路照明的要求，研究發(fā)現(xiàn)自鎮(zhèn)流高壓汞燈,、白熾燈的光效過低,， 造成能源浪費(fèi)， 路面照明水平也很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求,，已經(jīng)屬于淘汰光源,。
 
　　高壓鈉燈具有光效高、壽命長的特點(diǎn),，顯色性也符合一般道路照明要求,，所以它可在各類道路上使用。如果從光源發(fā)光效率的角度來看,，低壓鈉燈是目前光效最高的光源,，但它的顯色性不好，而且高壓鈉燈的光效仍在不斷地提高,，比較而言,，低壓鈉燈已無優(yōu)勢。

　　金屬鹵化物燈、細(xì)管徑熒光燈,、緊湊型熒光燈等光源的顯色性好,，發(fā)光效率也比較高，適合在居住區(qū)環(huán)境使用,，可實(shí)現(xiàn)尊重人的感受,，強(qiáng)調(diào)以人為本的理念。
 
　　LED燈是固體發(fā)光二極管點(diǎn)光源,，每粒功率為0.5～1W,，大功率應(yīng)用場合需要多粒集中在一起才可以實(shí)現(xiàn)， 多用于顯示照明,、交通信號燈,、汽車尾燈、公路誘導(dǎo)照明等,，目前也有用于道路照明的實(shí)例,。但是由于功率小、光效低,、光衰大,、發(fā)熱量高，導(dǎo)致節(jié)能效果差,；由于具有刺眼眩光和閃爍,，光污染嚴(yán)重；由于采用半導(dǎo)體技術(shù),，生產(chǎn)過程的能耗高,；道路照明中由于要上百粒LED集中在一塊很大的線路板上， 燈具反光器設(shè)計困難,，推廣應(yīng)用難度大,。無極燈（電磁感應(yīng)燈）采用電磁感應(yīng)原理，先由電產(chǎn)生磁場,，再由磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流,，應(yīng)用藕合震蕩原理將產(chǎn)生的高頻電壓注入到真空的玻殼或玻管里， 與三基色熒光粉及惰性氣體作用發(fā)光,。無極燈的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的,，與其它光源相比，具有長壽命,、高效節(jié)能,、高顯色性、高功率,、無頻閃,、低眩光,、綠色環(huán)保、免維護(hù)的特點(diǎn),。無極燈還具有更可靠的瞬間啟動性能， 同時低熱量輸出,， 具有更可靠的抵抗電壓劇烈波動的能力,。無極燈的暖白光接近于陽光的表現(xiàn)效果，可視性更好,，比黃色的鈉燈更合適應(yīng)用于道路照明,。不僅如此，暖白光的核心優(yōu)勢還在于它的照明效率更高,，耗電量更少,，更符合環(huán)保照明和綠色照明的要求， 在能源危機(jī)和溫室效應(yīng)日趨嚴(yán)重的今天是有巨大推廣普及潛力的,。

　　3.2 太陽能與無極燈結(jié)合理論研究
 
　　針對太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)特點(diǎn)和無極燈的電磁感應(yīng)原理,，將太陽能技術(shù)和電磁感應(yīng)技術(shù)相結(jié)合，充分利用兩者的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)照明的設(shè)計思路是完全可行的,。這一結(jié)論在國內(nèi)已有部分工程實(shí)例,。最早實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計構(gòu)想的是復(fù)旦大學(xué)電光源研究所， 它與生產(chǎn)廠家合作研究提出了太陽能電磁感應(yīng)燈道路照明系統(tǒng)概念,， 這一節(jié)能解決方案充分利用了雙方的優(yōu)點(diǎn),，在照明領(lǐng)域應(yīng)用不僅節(jié)約了電能，而且能大大簡化煩瑣的照明布線問題,，每一個光源都是一個獨(dú)立的工作系統(tǒng),，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

　　由于無極燈沒有電極,， 因此在燃點(diǎn)過程中受供電電壓不穩(wěn)定的影響很小,，在太陽能照明使用中光源的性能保持穩(wěn)定。與傳統(tǒng)光源相比,， 不會產(chǎn)生因多次燃點(diǎn)造成燈管的發(fā)黑和光衰大的現(xiàn)象,。無電極結(jié)構(gòu)和感應(yīng)放電可以使光源的壽命和性能得到很好的保證。為了降低照明系統(tǒng)的成本和提高能源利用效率,，無極燈設(shè)計了直流工作的高頻發(fā)生器,。太陽能系統(tǒng)的蓄電池提供的低壓直流直接升壓為逆變需要的高壓。通過功率因子校正后,，直流作為逆變電路的輸入,。逆變電路在自行設(shè)計的集成電路芯片的控制下工作， 得到的高頻交流電能作為耦合線圈的輸入,。集成芯片還可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光的功能,，同時可以作為系統(tǒng)的保護(hù)控制,， 當(dāng)工作電路出現(xiàn)短路或者斷路等異常情況時，芯片會自動切斷輸出信號,，以實(shí)現(xiàn)自我保護(hù),。采用了這樣的芯片技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對無極燈的調(diào)頻調(diào)光， 由于燈的感抗是正比于通過它的電流的頻率的,，燈的工作頻率升高,，就意味著增大感抗，于是流過燈的電流下降,，燈功率隨之下降,。通過實(shí)現(xiàn)太陽能電池和無極燈的最佳匹配和協(xié)調(diào)控制， 可以保證太陽電池發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池的合理利用,， 并利用智能控制延長蓄電池壽命,，達(dá)到最大限度環(huán)保。

         3.3 在生態(tài)公路照明中的應(yīng)用實(shí)踐

　?。?）系統(tǒng)組成

　　該環(huán)湖生態(tài)景觀公路進(jìn)行了試驗(yàn)段實(shí)踐,， 太陽能電源與無極燈光源匹配照明取得了預(yù)期效果。方案設(shè)計主要由四個模塊構(gòu)成,。第一部分是太陽能電池模塊,，用以實(shí)現(xiàn)太陽能向電能的轉(zhuǎn)變，實(shí)際上因?yàn)樘柲苁遣粩嘧兓?，太陽能電池不具備提供恒定電壓的能力?所以所有的太陽能供電系統(tǒng)都配合有蓄電池一起工作,。第二部分是蓄電池，太陽能電池必須把電能存儲在蓄電池中,，不能直接對負(fù)載供電,，同時需保證太陽能電池和蓄電池之間的充電是單向的。第三部分是控制電路,?？刂齐娐肥窍到y(tǒng)工作的核心，它的主要功能：一是控制太陽能電池與蓄電池之間的充放電,；二是定時工作,，實(shí)現(xiàn)蓄電池對負(fù)載供電；三是保護(hù)功能,，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全工作的保護(hù)控制,。第四部分是無極燈光源，蓄電池電能經(jīng)過升壓后對無極燈供電,，因無極燈的高頻發(fā)生器內(nèi)部本身具備boost升壓電路,，所以它對蓄電池的供電電壓的要求大大降低了。

　?。?）方案設(shè)計和實(shí)施

　　圖1是該項(xiàng)目工程試驗(yàn)路段,，路面寬度5m,。系統(tǒng)采用的太陽能板功率為330W，45度的傾斜角,，12V 的工作電壓,；蓄電池采用400Ah； 照明光源采用了兩個40W的無極燈,，寬電壓設(shè)計,。燈具的安裝高度10m， 安裝間距15m,，單側(cè)布置。照明控制系統(tǒng)采用時控方式,，每天18：00時開始工作,，24：00時關(guān)閉其中一個光源， 第二天6：00時關(guān)閉另一個光源,。實(shí)踐證明,，無極燈輸入電壓在9.5V~16V范圍內(nèi)均能夠啟動；負(fù)載的總功耗為85W,，工作正常,，可以得到15Lx的平均照度，滿足道路照明的要求,。

　　4 ,、結(jié)束語
 
　　太陽能是取之不盡的清潔能源，無極燈是長壽命,、高光效的綠色光源,，將太陽能技術(shù)和無極燈技術(shù)結(jié)合在一起，充分利用了雙方的優(yōu)點(diǎn),，形成一種節(jié)能環(huán)保的道路照明新方案,，已經(jīng)在生態(tài)旅游公路等低等級道路上應(yīng)用成功。隨著各方面技術(shù)水平的不斷提高,，產(chǎn)品的性能的不斷完善,，這種照明節(jié)能技術(shù)解決方案一定會在高等級道路方面得到更廣泛的應(yīng)用。