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LED路灯用于道路照明的可行性

  随着对LED路灯路灯节电的日益重视,不论是路灯管理部门还是节能厂家都积极寻找推出新的节电技术解决路灯节电问题。近一两年LED光源灯具成井喷状态,全国各地到处是做LED光源灯具的生产厂商。然后社会上各界观点均不一致,甚至于出现了很极端的两种答案,究竟LED能否作为路灯的光源呢?以下就个人理解简单议一下。
   一、普通道路照明灯具和LEDLED路灯光源的现状 
   1、普通道路照明光源的现状 
  目前道路灯具中普遍采用的光源是高压钠灯或金属卤化物灯,这两种光源的*大特点是,发光的电弧管尺寸小,由尺寸很小的电弧管产生很大的光输出,并且具有很高的光效,前者包括配套电器,可达110lm/w,后者包括配套电器可达80lm/w。但这类光源应用在道路灯具中时,只有40%左右的光是直接透过玻璃罩到达路面的,其他的光是通过灯具反射器再投射出灯具的,目前普遍采用此类光源的传统灯具基本都存在两个不足,一是灯具直接照射的方向上照度很高,在次干道上可达50lx以上,这一区域属于明显的过度照明,而两个灯具的光照交叉处的照度仅为灯下照度的40%~20%。二是此类灯具的反射器的效率一般75%(国际知名品牌道路灯具),并且上述的过度照明区域中过多的照度也属于浪费
   2、目前采用LED道路照明灯具的配光现状 
  目前LED在道路灯具中使用的*普遍形式主要有三类,一类是采用传统的道路灯具外壳,只是在灯具内,在一个几乎是平板的安装面(也是反光面)上,装上了矩阵式的LED,这种设计方式是不可能得到良好的灯具配光的。另一类是把多个LED集成在一个圆形的区域内(区域直径大约为30mm~40mm),使这一小区域的光输出密度接近高强度气体放电灯,再利用灯具反射器进行配光,但这种设计方式的灯具分布光度也不会优于传统的道路灯具,并且由于在一个很小的区域内集成了高密度的LED,使LED的散热情况明显不良,不仅影响到LED的发光效率,而且也往往影响到LED的使用寿命。第三类通过设计一种光学透镜,并封装在大功率LED光源上,通过该透镜对光源的发光方向作出改变,使其传播方向发生偏移,以达到提高灯具的照明利用率。
   二、LED道路照明灯具宣传的误导
  在很多杂志等宣传媒体上,对着LED光源道路灯具有很夸张、过度的言论。
  1、半导体照明是新型高效固体光源。其实LED是一种常见的固体光源,很久以前就出现在我们的生活中,俗称发光二极管。
  2、过度宣传LED的长寿,当光通量衰减到80%时,其寿命达到了25000小时。殊不知,那只是指LED芯片的寿命,要达到这样长寿命,限制太多了,如IP防护、LED的散热、LED驱动电路的效率,以及威胁其可靠性的一个重要方面雷电感应问题。就现有使用LED景观灯具的经验来说,全套LED灯具充其量使用两年。而金属卤化物灯的寿命在12000小时,高压钠灯的寿命是20000小时,已经满足了正常需求。
  3、LED 媒体宣传,通常一通官话:目前各级政府都大力推行节能减排,作为路灯的光源,它和传统路灯光源比较有许多优点,具有节能等显著优点,将导致世界照明工业的转型和新兴半导体照明产业的崛起。半导体照明是节能的“富矿”,同样亮度下耗电仅为普通白炽灯的1/10,节能灯的1/2,使用寿命却可以延长上100倍。事实上全国路灯照明,在主干道上没有使用节能灯、普通白炽灯的,全部使用的是高压钠灯和金属卤化物灯。对于原来光源功率偏高、照明亮度水平超标的道路,采用LED路灯照明只是降低功率和亮度(达到国家标准即可)的,只要对原有设施减少灯具或降低光源功率一样可以达到节电效果。
  4、很多厂家会以其实施的案例证明LED路灯节电X0%以上,其实际案例据了解主要是一些相对残旧、有待改造的路灯设施,又或者是光源功率偏高、道路亮度水平超标的路段。因此以改造案例而得出LED路灯节电的结论是很难令人信服的。
   三、对LED道路照明灯具的分析 
   1、发光效率的分析
  LED芯片的发光效率还远不如高压钠灯,白色LED芯片光通量只有70-80LM/W,而高压钠灯光源的光通量达到120-130LM/W,即便LED灯具的高效率可以弥补光效的不足,现阶段的LED实际利用光效还是低于高压钠灯。还有目前高光效高压钠灯已经普遍使用,而在许多资料中还以普通高压钠灯作为比较。有资料显示某道路,150W高压钠灯的平均照度是25.5lux,200WLED光源的平均照度是15.3lux。而在其他类似的测量中,也反映高压钠灯每瓦功率提供的照度高于其他光源。
   2、LED道路灯具的应用缺陷 
  (1)散热
  LED是嵌入照明器具中使用的,由于LED 芯片的发热量大,在做成大功率灯具时遇到了困难。各产品生产单位目前正在努力解决的课题之一就是“散热”。虽说发光效率越来越高,但LED芯片的发热量仍然很大。如果不采取散热措施,LED芯片的温度就会过高、导致芯片本身及封装树脂性能的恶化,从而*终引起发光效率的降低和寿命的缩短。LED*重要的性能就是“长寿命”,为了不影响这一指标,就需要设法将芯片上产生的热量散出去。改善LED的发热问题是攻克大功率照明灯具的关键。
  市场上可见到的LED灯具散热方式不外乎两种:
  其一主动散热。在灯具里加入电子风扇,帮助芯片强制散热。这种方式*大的缺点就是整套灯具受制于电子风扇的寿命,一旦电子风扇罢工,这套LED灯具也就歇了。故此现在市场上使用这种方式的灯具已经很少见了。
  其二被动散热。专业设计散热片,充分考虑散热片对于风的流向流量等要求,并且考虑散热片的自清洗。但是完全按LED芯片散热要求制造,灯具的体积将会非常庞大,各生产厂家各显其能,设计出了各式各样、奇形怪状的散热片。只是由于国内技术水平的限制,缺乏专业的设计师,因此还未有任何一家的散热系统得到大家的公认。
  (2)照度
  在LED道路照明灯具应用中,不少人提到了中间视觉照明理论,虽然在中间视觉范畴LED等高显色性光源的S/P值高于高压钠灯,但并不意味着在
0.001~3cd/m2的这个亮度范围内,LED光源的发光效率就都高于高压钠灯,也只有在一定的亮度条件下(有可能低于道路照明的设计亮度)是可能的。另外在我国城市道路照明设计标准和相关政策里,并没有对该理论应用的相关规定,这就意味着,设计单位设计中不会考虑中间视觉状态下光源发光效率的变化对设计的影响。白色LED发光表面看上去给人视觉的确比高压钠灯要亮些。
  (3)其它
  白色LED给人视觉要亮些,但有个重要问题还没解决,白光在雾天、细雨的天气下穿透能力很差,而2000K光色的高压钠灯的在雾天、细雨的天气下穿透能力是无可比拟的。
  另外,采用LED作为光源的道路灯具,配光水平、IP防护、LED驱动电路的效率,以及雷电感应问题还需要很好的解决。
  LED就现在的能效水平以及输出光强水平,应用在主干道路作为主照明,尚有不少差距。
   四、LED道路照明灯具的展望 
  在现阶段LED道路照明灯具还没有达到所宣传的节能效果,甚至是不节能(相对于高压钠灯)的,而作为比高压钠灯节电来应用是缺乏依据的。但从促进新技术发展角度考虑,使用LED道路照明灯具,因为LED还是有很多优点的,有生产过程及产品污染少,应用时具有不怕震动、可实现0~100%的连续调光、可在特低电压下工作、可连续工作于开关闪断的工作状态以及其输出光具有定向性等诸多的独特优势,因此在照明界尤其景观照明应用颇多。
  不可否认,LED在照明应用将会有很好的前景,LED技术还在发展阶段,在道路照明中应用除了发光效率的提高外,合理配光、降低成本、提高产品稳定一致性等都是必不可少的,问题的解决不是一朝一夕即可完善,是需要厂家切切实实去做好工作的。希望在不远的将来,LED道路照明灯具以优异的表现更广泛出现在城市的脉络中。