太阳能道钉工作原理及发展趋势

与普通反光道钉相比，太阳能道钉有两个最重要的特点：

一是发光亮度大。普通反光道钉的反光亮度只有300MCD至400MCD,而太阳能道钉的发光亮度可达2000MCD，是前者的6倍至7倍。如此高强度的光线可以在夜间穿透雨雾，安全有效地为驾驶员指导方向。

二是主动发光，动态警示。太阳能道钉在晚上以某种频率闪烁，其动态警示作用非常强。主动发光不仅可以最大程度上避免雨雾干扰，而且可以让驾驶员的视线摆脱对汽车灯光的依赖，可视距离更远，效果更好。

工作原理
    太阳能道钉的工作原理可以简单概括如下：白天太阳能电池板吸收太阳光，将太阳能转化成电能，储存在储能器件（电池或电容）中。晚上储能器件中的电能自动转化成光能（通过光电开关控制），通过LED发出亮光来勾画道路的轮廓，诱导驾驶员视线。
    按照安装位置的不同，太阳能道钉可以分为埋入式和突起式两种。因为安装在道路中心线的太阳能道钉对抗压性能要求特别高，因此，前者一般用在道路中线，后者多用于道路边缘线。
    按照储能元件的不同，太阳能道钉又可分为电容式和电池式两种。前者的使用寿命可达五到七年，后者的使用寿命一般一年到三年不等。
    埋入式太阳能道钉对路面破坏很大，而电容式太阳能道钉又成本太高，因此，目前业界应用最多的还是凸起式电池太阳能道钉。下面笔者以凸起式电池太阳能道钉为例，来探讨我国太阳能道钉产品的性能、存在的问题及未来发展趋势。

基本性能要求
    太阳能道钉形式多种多样，安装位置也不尽相同。无论是什么样的太阳能道钉，考量其基本特性应从以下几个方面着手。
    抗压性能  如果太阳能道钉不能承受一定的压力，在汽车碾压或冲击后碎裂，它就不能正常工作，因此，抗压应是太阳能道钉正常工作的最基本条件。太阳能道钉本身是一个电子产品，要想其电子元器件部分有较高的抗压性能，是一件非常难的事情，因此一般来说，太阳能道钉的抗压性能要比普通道钉差一些。目前，根据交通运输部有关技术标准的要求，太阳能道钉的抗压指标必须达到10吨。
    有效提高太阳能道钉抗压性能的方法有如下几种：一是裸露在外面的太阳能电池板采用PC防弹材料，以来增强其电子元器件部分的抗压能力；二是尽可能采用IC控制，以减少电子线路的体积，降低电子元器件部分承受的压力；三是在壳体上设计一些加强筋，来分担电子元器件部分所承受的压力。
密封性能  如果太阳能道钉没有完全密封，就会渗水，渗水就会引起电路短路，其后果也是灾难性的，因此，一个合格的太阳能道钉，其密封性能必须是过关的。
    亮度  太阳能道钉要能主动发光，最大程度地勾画出道路轮廓和边缘，这是其相比于普通反光道钉的一个最重要的特点。在该项指标要求上，交通运输部相关标准的要求是2000MCD.
    长期稳定性  决定太阳能道钉寿命的另一个重要因素是电池的寿命，因此，电池的选择至关重要。目前市场上有两种电池可供参考，一个是充放电500次后，电池容量降低至50%；另一个是充放电1000次以后，电池容量降低至79%。电池寿命不仅要足够长，而且要能够在较大的温度区间内正常工作。电池内部的材料是化学物质，如果温度太高或者太低就无法正常工作，因此，其工作温度区间一定要符合实际使用环境的要求。交通运输部相关标准对此指标的要求，是太阳能道钉必须在-10℃到50℃的区间内正常工作。实际上，太阳能道钉的使用环境温度往往会超出这个范围，这就需要配备质量更可靠、性能更高的电池来制作太阳能道钉。

    电池重要，电子线路也同样重要。电路板的设计一定要遵循简单有效的原则进行，多一个线路就多一个出现故障的可能。电子元器件也要严格挑选，任何一个元器件出现问题，整个道钉系统就都有可能瘫痪。
    太阳能道钉还有一部分需要重视，那就是其太阳能电池板。太阳能电池板直接吸收太阳能，并把光能转化成电能，是整个太阳能道钉工作体系中的第一个环节，其工作效率的高低直接决定着太阳能道钉质量的高低。目前，业界普遍应用的太阳能电池是单晶硅电池板，这是因为单晶硅太阳能电池板的光电转化率较高，约为14%,能最大程度把太阳能转化成电能，以确保太阳能道钉工作时的能源供应。另外，太阳能电池板必须是高硬度、耐磨型电路板。如果强度不够，每天经受车轮的碾压磨损，很容易磨花，进而影响太阳能电池板的转化效率。
   电池匹配性能  在标准测试条件下，将太阳能道钉放置8个小时，电池的额定容量应满足道钉正常发光72小时的需要。即使太阳光照度小于1000LX，电池充电8小时后，其额定容量也能满足道钉正常发光12小时的需要。如果电池匹配性能不好，在阴雨天气就会出现电池储存电能不足，而导致太阳能道钉无法发光的情况。这样一来，太阳能道钉就失去了应用价值，不能使用，电容式太阳能道钉的局限性就在于此。
    环境适应性能  道路上的环境复杂多变，温度、湿度可能大相径庭，太阳能道钉必须能适应这种变化。我国北方冬天温度很低，南方夏天温度又很高，西北地区昼夜温差又特别大，东南湿润，西北干燥，这些都会影响太阳能道钉的工作效率，因此，太阳能道钉在设计时，必须充分考虑应用环境的适应性。
    目前，交通运输部有关技术标准对太阳能道钉的使用温度要求，是-20℃到85℃之间，同时还要求在20℃到60℃之间做三个循环试验，看其是否能够适应环境的要求。另外，交通运输部相关技术标准对太阳能道钉湿热性能的要求，是在45℃、相对湿度98%的条件下，试验48个小时后依然能正常工作。
    太阳能道钉的环境适应性能，是对其机械性能和电气性能的综合检验，涉及到结构设计、电路设计、电子器件性能，甚至生产工艺等多方面的因素。这就要求道钉的设计、生产和应用等方方面面的工作都要做到位，才能保障太阳能道钉有较好的环境适应性能。

容易出现的问题
    很多厂家生产的太阳能道钉安装在道路上后，经常会出现这样那样的问题，集中表现如下。
空心结构  在很多地方，安装在道路上的太阳能道钉经常出现被压碎或上下部结构分离的情况，这实际上是太阳能结构不合理造成的。很多人认为，铝制外壳更能抗压，这种理解也是片面的。只要内部是空心，一般来说其整体都不抗压。
    带钉脚的太阳能道钉，这种道钉分两部分，下部为带钉脚的底座，上部为太阳能板、LED及灯罩，上下两部分用几个螺丝连接，目前大部分带钉脚太阳能道钉均采用这种结构。这种产品安装在路面，并用胶水固定时，实际上只是固定和粘接了太阳能道钉的下半部分，上半部分只是通过几个小螺丝固定在下部。这种结构最容易出现质量问题，即出现上下两部分分离的情况。车辆碾压的过程中，几个小螺丝太单薄，力量太小，车子碾压几次，顶部就飞掉了。
    伪反光 首先将太阳能道钉做成主动发光和被动发光的国家分别是日本和韩国，这些国家对交通安全设施和产品的要求非常高。如果由于某种原因，太阳能道钉不能正常工作，还可以以道钉反光的形式进行弥补。欧洲正在考量和制定太阳能道钉产品的相关标准，其中，反光性能是其中一项重要的指标。
    我国一些厂家生产的太阳能道钉，有的是反光片是反光的，有的则不反光。标准反光模芯是在针型电铸母板上电铸出来的，精度非常高。而且母板用过几次后，需要拆下来重新打磨，以保证反光模芯的反光度。这种针型母板在世界上也只有几个公司能生产，国内一些小的电铸翻制厂还没有能力用针型母板来电铸，他们生产的反光片产品，看似反光，实际则不反光。
    综上所述，笔者以为，抗压、抗高温和反光应是突起式太阳能道钉最重要的三项指标，三者缺一不可。

技术发展方向　
    随着科学技术的进步，太阳能道钉的生产技术也在不断发展。与早期的太阳能产品相比，如今太阳能道钉在发光模式、产品形式、功用与性能方面都有非常大的突破。
    闪烁方式改为常亮  由于认为“闪烁的灯光更醒目”，因此，业内早期生产的太阳能道钉大多数是闪烁的。后来    有关科技人员发现，闪烁的光会让司机感觉到焦躁、不安，没有舒适感，因此，如今各生产厂家生产的太阳能道钉基本上都是常亮道钉。这种道钉安装在高速公路上，在漆黑的夜晚，犹如一个个夜明珠镶嵌在道路两旁，既能引导驾驶员的视线，又能给人以无限的美感。

有源太阳能道钉 
    传统的太阳能道钉自成系统，独自完成光电转化、电能储存、LED闪烁。然而，由于太阳能道钉里面有太阳能板、电路和电池，因此其抗压值很难达到交通运输部有关技术标准的要求，而且电池也不能更换，道钉寿命有限。有源道钉是将每一个太阳能道钉里的太阳能板、电池、控制电路集中起来，集中到一个控制箱内，一个控制系统的有效控制距离可以达500米。太阳能道钉仅仅保留LED灯罩和一个简单的稳压电路，只做显示用，这样太阳能道钉内部就很简单了，抗压值也可以做得很高，达到或超过16吨。这种有源道钉的另一个优点是，太阳能板是唯一的，非常适合在山区道路曲折、树木茂盛和地面阳光不充足的道路上使用。应用时，只需将一块太阳能板放在阳光充足的地方即可。而传统的太阳能道钉则要求每一个道钉点必须有充足的阳光，这是不现实的。因此，在太阳能道钉行业，有源道钉是为了发展的重要技术方式。有一点必须强调的是，用于路面的有源道钉，壳体最好用铸铝材质。
    一利必有一弊，有源道钉虽然性能优良，但安装时需要在路面开槽、埋线和灌封，工程量大，对工程质量要求较高。
    隧道LED诱导道钉  隧道LED诱导道钉实际上是有源道钉的一种，不同的是它的能量供应不是太阳能，而是隧道里的交流电（因为隧道里没有太阳能）。
    随着平原区、丘陵区和各省市经济较发达地区的高速公路建设逐步完善和完成，全国高速公路建设的重点，正逐步向山岭区和经济发展相对滞后的山区转移，长隧道和特长隧道也越来越多。由于各个长大隧道呈隐蔽带状的结构特点，其行车环境也与普通高速公路有很大的差别。
    由于公路隧道属于封闭空间，交通空间有限，空气不易流通，因此，原来靠被动反光的道钉，在隧道内很快就会因空气油污而使得道钉表面集灰，进而失去反光效果，隧道LED诱导灯就是在这样的背景下产生的。
    LED道钉在隧道里能清晰地勾画出道路的边缘和轮廓，具有不易被车碾压、寿命长等特点，使用寿命可超过五年。此外，安装这种道钉的导线可以从线槽中传过，不用在路面切槽，施工简单、方便。
    另外，在LED隧道诱导道钉的闪烁方式上，也可以有不同方法。有的道路两侧道钉同步闪烁，闪烁频率可以调节；有的则可以常亮。依照笔者的经验，在直线段，常亮的方式会让司机感到更舒适，工程也简单、可靠。

无线同步闪烁太阳能道钉
    这种技术实际上是对有源道钉的改进和革新，其特点是既可实现 步闪烁，又不破坏路面。
    以上是我国太阳能道钉近年来的发展情况，如果把道路比作人，那太阳能道钉应是一种什么样的药物呢？笔者以为，它应该是眼科里的一种药物，治疗近视、青光眼或白内障。在夜间，它能让司机看得更远；在雨雾天的山区，它能让司机更清晰地识别危险地段路况；在油污的隧道里，它能让司机更明确地辨认模糊的道路边缘。只要不断学习，认真总结，不断开发出新的产品，我们有理由相信，太阳能道钉一定能在减少道路安全事故方面发挥越来越重要的作用，成为司机朋友们安全行车的守护神。