[科普中国]-太阳能道钉

产生背景

由于太阳能行业的不断发展，近年来，在国家实施的公路安全保障工程中，各种科技含量较高的交通安全设施和产品备受业界青睐。这些交通安全设施和产品的广泛应用，对提高公路行车安全，减少交通事故发生等均发挥了重要作用。在各种交通安全设施或产品中，太阳能道钉在雨、雾天气及道路弯道处，能清晰地勾划出道路轮廓和边缘，诱导驾驶员视线，进而能消除道路的安全隐患。太阳能道钉能在雨雾天气中以及在弯道处勾划道路轮廓、诱导驾驶员视线进而消除安全隐患方面起到了相当重要的作用。

特点发光亮度大

普通反光道钉的反光亮度只有300-400个MCD，而太阳能道钉的发光亮度可达2000个MCD以上，是前者的6-7倍,高强度的光线可以在夜间穿破雨雾，安全有效地为驾驶员指导方向。

主动发光、动态警示

太阳能道钉在晚上以某种频率闪烁，而人的视觉对变化更为敏感，所以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的干扰，而且可以脱离对汽车灯光的依赖，可视距离更远，效果更好。

太阳能道钉在雨雾天气中以及在弯道处勾划道路轮廓、诱导驾驶员视线进而消除安全隐患方面起到了相当重要的作用。

工作原理白天太阳能电池板吸收太阳光，把太阳能转化成电能，储存在储能器件(电池或电容)中，到了晚上，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轮廓，诱导驾驶员视线。

太阳能道钉按照安装位置的不同可以分为埋入式和突起式。

前者一般用在中线，后者一般用于边缘线。这是因为安装在中线的太阳能道钉对抗压性能要求特别高，为了解决这一难题，只好把太阳能道钉埋入地面，露出地面的只有5个毫米左右。而用在边缘线的太阳能道钉对抗压性能要求不是特别高，凸出地面依然能有效工作。

太阳能道钉按照储能元件的不同又可分为电容式和电池式，前者的使用寿命可达五到七年，后者的使用寿命一般在一年到三年不等。

因为埋入式太阳能道钉对路面破坏很大，而电容式太阳能道钉成本太高，所以目前应用最多的还是凸起式电池太阳能道钉。

性能指标衡量一个太阳能道钉的性能从以下几个方面进行。

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就很容易碎掉，自然不能正常工作，所以抗压是太阳能道钉正常工作的一个基本条件。但问题是太阳能道钉本身是一个电子产品，包含有电子部分，想使得电子部分也有较高程度的抗压性能的确不是一件容易的事情，所以一般来讲太阳能道钉的抗压性能要比普通道钉差一些。2014年为止交通部的技术要求是10吨。

有效提高太阳能道钉的抗压性能的方法有几个：一是裸露在外面的太阳能电池板采用PC防弹材料，来增强电子部分的抗压能力;二是尽可能采用IC控制，以减少电子线路的体积，来降低电子部分所承受的压力;三是在壳体上设计一些加强筋，来分担电子部分所承受的压力。

密封性能如果太阳能道钉没有完全密封，那自然会渗水，渗水就会引起电路短路，后果也是灾难性的，所以一个合格的太阳能道钉密封性能也是必须过关的。

提高太阳能道钉密封性能的方法有以下几个：

(1)分离设计。LED灯罩和内部电路板采用隔离设计，即使LED灯罩坏掉，太阳能道钉内部依然保证不会渗水;

(2)采用强力中性粘接材料，确保太阳能面板、LED灯罩和道钉壳体紧密粘接，中间没有任何缝隙。

亮度太阳能道钉主动发光，清晰勾画道路轮廓;相比于反光道钉，其很重要一个特点就是发光强度大。这项指标交通部要求是2000个MCD。

稳定性电池寿命 决定太阳能道钉寿命的一个重要因素是电池的寿命，电池的选择至关重要。2014年为止市场上有两种类型的电池是可以参考的，一个是充放电500次以后，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%。2

电池寿命不仅要够长，而且要能够在较大的温度区间内正常工作。电池内部是化学物质，如果温度太高或者太低，电池就无法工作，太阳能道钉的电池工作温度区间一定要符合实际使用环境的要求。国家交通部的要求是-10度到50度，实际环境往往会超出这个范围，这就对电池提出了更高的要求。

电子线路 电路板的设计一定要遵循简单有效的设计原则，不要人为地复杂化，因为多一个线路就多了一个出现故障的可能。电子元器件也要严格挑选，因为任何一个电子元器件出现问题都可能使得整个系统瘫痪。

焊接 焊接必须牢靠，因为太阳能道钉天天承受着车辆的碾压和冲击，焊点一点点的松动都会导致线路松动和脱落。所以在选择焊枪和焊锡的时候一定要挑选高质量的产品，确保焊点牢固可靠，能长时间在相对“恶劣” 环境下工作。

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，可以说是太阳能道钉整个工作体系中的第一个环节;它工作效率的高低直接决定着太阳能道钉工作效率的高低。2014年为止普遍应用的是单晶硅太阳能电池板，这是因为单晶硅太阳能电池板的光电转化率较高，大约为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。太阳能电池板每天都要经受车轮的碾压磨损，如果强度不够，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时，电池充电8个小时后，其额定容量应满足道钉正常发光12小时的需要。这一点也必须特别注意。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。这样一来，太阳能道钉就没有实用价值，就根本不能使用。电容式太阳能道钉的局限性就在于此。在标准测试条件下放置8个小时，电容的额定容量一般只能满足道钉正常发光12-14个小时的需要，所以说电容式太阳能道钉对实际使用环境的要求非常苛刻，不仅阳光要足够强，而且不能有连续阴雨天气，否则就难以正常工作。

环境适应性能太阳能道钉的使用环境是复杂多变的，温度、湿度可能是大相径庭。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工作是否正常，所以太阳能道钉的设计应该充分考虑到环境适应性能。

2014年为止交通部对温度的要求是-20℃到85℃的范围内，同时还要在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。交通部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、电子器件性能等多个方面，甚至包括其生产工艺。这也就要求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。

应用形式1.标识车道分界

2.标识边缘

3.标识分合流

4.标识弯道

5.标识危险路段

6.标识路宽变化

7.标识路面障碍物位置

8.设置减速带

9.标识特殊区域

常见问题抗压值不合格安装在道路上的产品，抗压上面出了问题，产品要么被压碎要么上下分离，这实际上都是结构不合理造成的，结构不合理的主要表现：

1、内部空心，空心不抗压。

内部空心的危害还表现在LED灯罩上面，因为空心而遭到破坏，接着LED本身就会遭到破坏。

检测方法：

白板抽出后，钢球一米高度自由落体，垂直冲击太阳能道钉LED灯罩部分。看它灯罩坏不坏。

2、错误的带钉脚结构

带钉脚的太阳能道钉，分为两部分，下部为带钉底座部分，上部为太阳能板、led以及灯罩部分，上下两部分用几个螺丝连接，2014年为止大部分带钉脚太阳能道钉均采用这种结构。 当该种产品安装在路面，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到下部。

带钉脚的太阳能道钉最常发生的问题，就是上下两部分分离，在车辆碾压的过程中，几个螺丝太单薄，力量太小，车子压几下，顶部就飞掉了。

不带钉脚的更稳定，不带钉脚的太阳能道钉，整个道钉都粘到的地面上，带钉脚的道钉，顶部相当与用几个小螺丝固定到地上。

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是日本和韩国公司。他们对太阳能道钉的要求是：如果由于种种原因，太阳能道钉不能够工作，还可以用道钉反光的形式进行弥补。

正宗反光模芯是在针型电铸母板上电铸出来的，精度非常高，而且母板用过几次以后，就要拆下来重新打磨，来保证反光模芯的反光度。这种针型母板在世界上只有几个公司会做，国内一些小的电铸翻制厂没有能力用针型母板来电铸的。这也就造成了看似反光片的产品，实际上不反光的情况。

反光片鉴别方法：

将太阳能道钉放在10米外，手拿一个小手电筒，将手电筒放在两眼之间，光线照射产品表面，来观察其是否反光。