高速公路中LED的應(yīng)用前景探究

　1 前言

　　近年來LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極管）技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。LED作為新型光源，具有壽命長、發(fā)光效率高、功耗低、調(diào)光性能好、顯色指數(shù)高、不怕震動、方向性好、工作電壓低、環(huán)保、發(fā)展?jié)摿Υ蟮缺姸鄡?yōu)勢，這使LED成為高速公路照明的節(jié)能光源選項，陸續(xù)在國內(nèi)多條高速公路安裝使用。失敗案例不少，但也有成功案例，而由于LED材料的價格等因素又使得成功案例的初期投入相對較大。在國家節(jié)能降耗的政策指導(dǎo)下，LED照明在高速公路的應(yīng)用也進(jìn)入了新的發(fā)展時期。到底LED照明是否適合高速公路的未來發(fā)展呢？

　　2 大功率LED的優(yōu)點

　　（1）節(jié)能

　　陜西吳子高速公路前義坪隧道原設(shè)計采用高壓鈉燈，箱變?yōu)?15kVA，后在實際使用中改用LED，用80kVA箱變，實際功率僅為60kW，實際使用中，照明效果達(dá)到設(shè)計要求。相對高壓鈉燈，使用LED照明可以節(jié)能約70％左右。

　?。?）壽命長

　　LED是一種半導(dǎo)體，在散熱良好的情況下，當(dāng)光通量衰減到80％時，其壽命達(dá)到50000小時。而金屬鹵化物燈的壽命約12000小時，高壓鈉燈的壽命約20000小時。經(jīng)銷商在推介LED照明的一個重要宣傳點就是基本10年內(nèi)免維護(hù)，可見LED照明的長壽命。LED的長壽命能有效減少燈具的維護(hù)工作，降低運行成本。

　　（3）顯色性好

　　LED光源輸出白光，色溫適中，為5000K～6000K，相比高壓鈉燈，光色更為自然，顯色性也比高壓鈉燈好很多，高壓鈉燈的顯色指數(shù)只有20左右，而白光LED可以達(dá)到65～80。LED的高顯色性無疑有助于司機(jī)及行人識別目標(biāo)，在同樣的路面亮度下提供更好的通行條件。

　　（4）光源方向性好

　　高壓鈉燈或金屬鹵化物燈是全空間發(fā)光的光源，需要將一個半空間發(fā)射的光線通過反射器改變180°方向投向另一半空間內(nèi)，反射器對光線的吸收和光源自身的擋光是不可避免的，燈具效率一般僅有70％左右。與傳統(tǒng)光源不同，LED是定向發(fā)光的，LED的光源由非常多個LED組成，通過設(shè)計每個LED的投射方向，使受照路面獲得均勻的照度，光線的利用率比傳統(tǒng)光源高很多。

　　3 制約因素

　　LED雖然有很多優(yōu)點，但在實際運行中，LED光源的應(yīng)用在現(xiàn)階段仍然存在一些制約因素，正是這些原因在一定程度上阻礙了LED在高速公路上的發(fā)展。

　　（1）發(fā)熱問題

　　改善LED的發(fā)熱問題是攻克大功率照明燈具的關(guān)鍵。LED的工作狀態(tài)和散熱設(shè)計不僅直接關(guān)系到LED實際發(fā)光效率，也關(guān)系到實際使用壽命。通常所說的LED芯片光效是指結(jié)溫在25℃時的芯片光效，由于散熱設(shè)計和環(huán)境溫度的影響，在實際使用中，結(jié)點溫度往往會大大高于25℃，導(dǎo)致光效大幅下降。以結(jié)溫25℃時100lm／W的芯片為例，實際使用中可能只有60～70lm／W。

　　臺灣的一家科技公司發(fā)明了回路熱管（LHP）冷卻技術(shù)來替代現(xiàn)時常用的散熱片散熱技術(shù)，已經(jīng)很好地解決了這個問題，大大提高了LED燈具的使用壽命。經(jīng)過3年實際測試表明，每天工作12h，其光衰小于3％。預(yù)計在工作10年以后，其光衰只有20％。這就基本上解決了壽命的問題。

　?。?）性價比問題

　　由于目前LED芯片的價格仍處于較高水平，LED路燈的價格與傳統(tǒng)燈具相比仍較高。列出上海某市政道路的實際數(shù)據(jù)如表1所示。

　　通過以上比對可發(fā)現(xiàn)，目前LED光源的性價比仍處于較低水平。但LED是半導(dǎo)體元件，隨著電子科技的飛速發(fā)展，技術(shù)越來越先進(jìn)，價格會越來越低廉。作為新興光源，LED正處于飛速發(fā)展的階段，目前大功率白光LED的光效已達(dá)到150lm／W，通過對其發(fā)光機(jī)理的研究，推算出LED的理論光效可達(dá)350lm／W，具有很大的發(fā)展空間和潛力。

　　（3）沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

　　目前還沒有統(tǒng)一的LED光源生產(chǎn)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，每個廠家按自己的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)自己的產(chǎn)品，彼此間很難通用。LED光源燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計均為一體化設(shè)計，即其相關(guān)器件無法現(xiàn)場更換，無論是LED光源損壞或是電源故障，一有問題則必須整燈拆除更換，維護(hù)工作成本大大增加。LED產(chǎn)品的升級換代速度很快，接口又沒有國標(biāo)約束，隨著芯片的更新，廠家很難保證在若干年后還生產(chǎn)現(xiàn)有的產(chǎn)品。屆時產(chǎn)品的備品包括維護(hù)就成為運行維護(hù)部門棘手的問題，一條路一種路燈的尷尬現(xiàn)象會顯現(xiàn)出來。

　　4 結(jié)語

　　近年來，在國家節(jié)能減排政策的號召下，國內(nèi)多條高速公路上馬LED照明，有成功的經(jīng)驗，也有失敗的教訓(xùn)。

　　在統(tǒng)一的LED國家標(biāo)準(zhǔn)沒有制定出來之前，LED行業(yè)魚龍混雜，大家一擁而上搶占市場，但是由于目前的LED芯片核心技術(shù)及貨源均在國外，國內(nèi)在沒有完全處理好后工藝封裝散熱技術(shù)和沒有對產(chǎn)品進(jìn)行充分的可靠性試驗的情況下，就不負(fù)責(zé)任的匆忙將產(chǎn)品推向市場，一些高速公路和市政道路就不幸的作了試驗的小白鼠。但瑕不掩瑜，由于LED光源的顯著優(yōu)點和白光LED技術(shù)的日臻成熟，節(jié)能、長壽、光照均勻、靈活方便、綠色環(huán)保的半導(dǎo)體光源在高速公路照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，對節(jié)省建設(shè)資金，緩減用電矛盾，減少建成后的維護(hù)保養(yǎng)工作，構(gòu)建節(jié)約型社會具有重大意義。相信LED光源在高速公路上有著廣闊的應(yīng)用前景。