淺析LED路燈的優(yōu)勢(shì)及存在的問題

摘要：LED路燈與以高壓鈉燈為代表的傳統(tǒng)路燈比較，具有光效高、能耗低、瞬時(shí)啟動(dòng)、壽命長(zhǎng)、顯色性好、結(jié)構(gòu)牢固和便于調(diào)光等優(yōu)勢(shì)，但價(jià)位偏高，目前在技術(shù)上尚未成熟，在光學(xué)設(shè)計(jì)、散熱和驅(qū)動(dòng)電路等方面存在一些技術(shù)難點(diǎn)有待解決。

　　道路照明屬于公共照明，由政府所掌控。由于LED具有高效、環(huán)保、節(jié)能和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，LED光源
光源

　　光源產(chǎn)品具有LED顯示、體積小、重量輕、易攜帶、電池供電、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，直觀快速，是一種使用極其簡(jiǎn)單方便的測(cè)試工具，產(chǎn)品經(jīng)過防震防潮處理，可以在野外惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作。 [全文]

可以率先在道路和隧道照明中應(yīng)用。

　　用于道路照明的燈具，被稱作路燈。以LED作為光源的道路照明燈具，則稱作LED路燈。LED路燈的核心是LED光源。LED路燈光源，是由許多大功率白光LED通過混聯(lián)方式連接而成的。LED路燈燈具除了LED模組之外，還包括驅(qū)動(dòng)電源、光學(xué)元件及散熱裝置等。

　　一、道路照明的發(fā)展現(xiàn)狀

　　當(dāng)人們有了夜晚出行的需求時(shí)，便出現(xiàn)了道路照明。近代道路照明始于白熾燈的出現(xiàn)。道路照明是隨著時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高而發(fā)展的。從人們僅要求照明路面察覺道路的情況，到幫助人們識(shí)別道路是行人還是障礙物，再到幫助機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車駕駛者辨別行人的特征等。

　　道路照明的根本目的是在于為駕駛員和行人提供良好的視覺條件，指引他們行進(jìn)，以便提高交通效率，降低夜間的交通事故和犯罪，同時(shí)幫助行人看清周圍環(huán)境，辨別方向。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們?cè)谝归g到戶外休閑、購物、觀光等活動(dòng)越來越多，良好的道路照明也起到豐富生活、繁榮經(jīng)濟(jì)和提升城市形象的作用。

　　按照照明的觀點(diǎn)，道路可分為四大類：汽車專用道路、一般街道、商業(yè)街及人行道。通常所講的道路照明，乃指汽車專用道路照明。在道路照明的諸多目的中，為機(jī)動(dòng)車駕駛員提供安全舒適的視覺條件是第一位的。

　　道路照明光源最早是路燈，后來相繼出現(xiàn)了高壓汞燈、高壓鈉（HPS）燈和金屬鹵化物燈、高效節(jié)能燈、無極燈及LED燈等。在目前比較成熟的路燈光源中，HPS燈的光效最高，一般達(dá)100~120lm/W，在目前的中國整個(gè)道路照明市場(chǎng)（擁有量約1500萬盞）上，高壓鈉燈占據(jù)60%以上的份額。而在一些社區(qū)和鄉(xiāng)村道路上的照明光源主要是電子節(jié)能燈（CFL），約占道路照明市場(chǎng)20%的份額。傳統(tǒng)白熾燈和高壓汞燈，正在逐步被淘汰。

　　LED照明是一種節(jié)能環(huán)保照明。LED道路照明示范正在全球展開，中國大陸成為先行者，臺(tái)灣地區(qū)居次。在2009年4月28日，國家科技部正式發(fā)文[國科發(fā)高（2009）189號(hào)]，在天津、石家莊、大連、上海、杭州、廈門、南昌、成都、西安、重慶、深圳、東莞和山東濰坊等21個(gè)城市開展“十城萬盞”計(jì)劃試點(diǎn)工作，LED路燈以其突出的示范效應(yīng)成為各類半導(dǎo)體照明技術(shù)中的一大亮點(diǎn)。

　　二、LED路燈的優(yōu)勢(shì)

　　與以高壓鈉燈為代表的傳統(tǒng)路燈比較，LED路燈具有很多顯在和潛在的優(yōu)勢(shì)。

　　（1）光效高，能耗低

　　目前大功率白光LED的光效已超過100lm/W，科銳（Cree）、歐司朗（Osram）光電半導(dǎo)體等公司的大功率白光LED的實(shí)驗(yàn)室水平早在2009年年初就達(dá)160lm/W。根據(jù)美國能源部（DOE）預(yù)測(cè)，到2020年前后，大功率LED商業(yè)產(chǎn)品的光效可以達(dá)到165lm/W，實(shí)驗(yàn)室樣品光效可以達(dá)到230lm/W。到2020年之后，LED光效基本不再會(huì)有大的提高，將進(jìn)入一個(gè)遲緩期。

　　在道路照明方面，高壓鈉燈因?yàn)槠涔庑Э蛇_(dá)到120lm/W而占主導(dǎo)地位。但是，隨著LED光效的不斷提高，高壓鈉燈路燈的壟斷地位岌岌可危。目前在次干道上使用的150W以下的LED路燈，已體現(xiàn)出明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

　　傳統(tǒng)路燈光源一般向整個(gè)空間發(fā)光，但需要路燈照亮的只是行車和行人的路面，因此在路燈燈具設(shè)計(jì)時(shí)，為了盡可能地使燈光均勻并集中地投射到路面上，需要使用曲面反射器來收集光線，使其向所需要的方向照射。在光線傳播過程中，由于光源的阻擋和反射面的吸收而損失，致使路燈的出光效率僅為65%~70%。反觀LED路燈，因其具有良好的方向性，在采用二次光學(xué)透鏡時(shí)，燈具效率可達(dá)80%左右。如果再進(jìn)行三次光學(xué)設(shè)計(jì)，燈具的出光效率可達(dá)85%~90%。

　　表1列示了某一400W的高壓鈉燈與一盞250W的LED路燈燈具效率及路面利用率等參數(shù)比較。

表1 400W高壓鈉燈與250W的LED路燈參數(shù)比較

　　事實(shí)證明，用配光科學(xué)合理的100W的LED路燈替代次干道上使用的250W的高壓鈉燈路燈，不僅能達(dá)到道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求的平均照度，而且均勻度也得到大幅提高。而高壓鈉燈路燈的平均照度局部區(qū)域可能較高，但均勻度卻很差。由此可見，LED路燈具有相當(dāng)大的節(jié)能空間。

　　高強(qiáng)度放電（HID）燈路燈，一般只能在小范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)光，而LED路燈可以實(shí)現(xiàn)從0%~100%范圍內(nèi)的調(diào)光控制，可以根據(jù)環(huán)境光照和交通狀況靈活調(diào)節(jié)光輸出，在保證照明需求的情況下降低不必要的能耗。由此可見，對(duì)于占總照明用電量約為15%~20%的道路照明來說，大規(guī)模地推行LED路燈，對(duì)于節(jié)能降碳具有重要意義。

　?。?）使用壽命長(zhǎng)

　　路燈的壽命直接影響整個(gè)道路照明的維護(hù)成本。目前高壓鈉燈的壽命一般為2萬小時(shí)左右，道路照明用高壓鈉燈的使用壽命僅約5000小時(shí)，而大功率LED的壽命一般達(dá)5~7萬小時(shí)。

　　高壓鈉燈和LED的平均壽命定義是不同的。高壓鈉燈的平均壽命定義為“將一批受試光源樣品點(diǎn)燃至50%數(shù)量損壞時(shí)的時(shí)間”，而LED的平均壽命則是指“將一批受試樣品點(diǎn)燃至50%數(shù)量的光衰至70%的時(shí)間”。

　　若按高壓鈉燈的壽命定義來衡量LED，壽命為5萬小時(shí)的LED則可達(dá)10萬小時(shí)；若按LED的壽命定義來衡量高壓鈉燈，壽命為2萬小時(shí)的高壓鈉燈僅約1萬小時(shí)。

　　當(dāng)然，LED的壽命并不是LED路燈的壽命。LED路燈的壽命是由LED光源壽命和驅(qū)動(dòng)電路的壽命共同決定的，而LED及其驅(qū)動(dòng)電路的壽命取決于燈具的散熱能力、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其電子元器件的選擇等多種因素。從目前的技術(shù)水平看，LED路燈的壽命可以超過高壓鈉燈路燈。