淺談LED節(jié)能燈在城市路燈系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳 賓，黃雙華，汪 杰 ，段寒風(fēng)

(1. 西華大學(xué)綠色建筑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610039；2. 攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，四川攀枝花 617000)

淺談LED節(jié)能燈在城市路燈系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳 賓1, 2，黃雙華1, 2，汪 杰1, 2，段寒風(fēng)2

(1. 西華大學(xué)綠色建筑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610039；2. 攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，四川攀枝花 617000)

受環(huán)境、光照等客觀條件的限制及太陽能路燈產(chǎn)品本身存在的缺點(diǎn)，當(dāng)前我國城市路燈照明系統(tǒng)節(jié)能的一個(gè)重要研究方向?yàn)長ED燈管的推廣和使用。作為新型節(jié)能產(chǎn)品，LED照明產(chǎn)業(yè)受到國務(wù)院和各級(jí)地方政府的高度重視。LED路燈光源特性具有光衰小，燈具壽命長，電壓較低，產(chǎn)品安全可靠等方面的優(yōu)勢，使得產(chǎn)品在使用和推廣過程中，取得了可喜的成績；但是LED路燈在技術(shù)層面仍然存在一些未解的難題，需要我國及世界范圍內(nèi)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)研究的不斷深入，根據(jù)使用過程中出現(xiàn)的各類問題，有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)。

城市照明； 節(jié)能系統(tǒng)； LED路燈

1 LED節(jié)能路燈是城市照明的發(fā)展方向

城市照明用電在城市總耗電中占有較大比例，據(jù)中國科學(xué)院不完全統(tǒng)計(jì)，目前城市照明用電占城市總用電的12%以上，且有不斷增長的趨勢。道路照明節(jié)能正成為一項(xiàng)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的重要舉措。

城市道路照明的作用和地位日益突出，已成為現(xiàn)代化都市的重要標(biāo)志之一。一方面，市民和各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)亮燈率和維護(hù)及時(shí)性要求提高，城市路燈的覆蓋范圍、照明質(zhì)量和數(shù)量也隨之快速增加，致使城市路燈的能源消耗和運(yùn)行成本急劇增加。而且隨著近年社區(qū)整治、中小街道改造工作的深入發(fā)展，以及亮燈率指標(biāo)的不斷提高，路燈電耗將逐年快速增長。目前太陽能路燈在使用過程中主要存在的問題是：太陽能轉(zhuǎn)化板能源轉(zhuǎn)換效率較低，不足以支撐大功率用電；空氣中大量存在的粉塵顆粒影響太陽能轉(zhuǎn)化板的接收效率；城市樹木對(duì)路燈太陽能板有遮擋作用；太陽能電池板的回收利用及綜合處理困難等等。此外，對(duì)于一些盆地型城市(如成都)，受地域因素限制，風(fēng)能、太陽能較貧乏，也一直制約著太陽能光電、風(fēng)光互補(bǔ)照明路燈的應(yīng)用和推廣?，F(xiàn)階段我國路燈照明系統(tǒng)節(jié)能的一個(gè)重要研究方向?yàn)長ED燈管的推廣和使用。

2 LED照明產(chǎn)業(yè)介紹

作為新型節(jié)能產(chǎn)品，LED照明產(chǎn)業(yè)受到國務(wù)院和各級(jí)地方政府的高度重視，相繼出臺(tái)了很多支持產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新以及應(yīng)用推廣的政策措施。2009年9月，國家發(fā)展與改革委員會(huì)聯(lián)合科技部、工業(yè)和信息化部等六部委發(fā)表《關(guān)于印發(fā)半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見的通知》。通知指出，半導(dǎo)體照明是繼白熾燈、熒光燈之后照明光源的又一次革命。半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展迅速、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)性強(qiáng)、節(jié)能潛力大，被各國公認(rèn)為最有發(fā)展前景的高效照明產(chǎn)業(yè)[1]。

3 LED路燈照明系統(tǒng)簡介析

LED路燈即半導(dǎo)體照明燈。大功率LED路燈的光源通常采用低壓直流供電，由GaN基功率型藍(lán)光LED與黃色熒光粉合成的高效白光二極管，以發(fā)光二極管作為光源。因它是一種固態(tài)冷光源，具有環(huán)保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點(diǎn)，是具有廣泛應(yīng)用前景的一種節(jié)能型路燈系統(tǒng)。特別是其低耗電、無污染的性能，目前已在全世界范圍內(nèi)取得廣泛共識(shí)。

以成都市長順下街及周邊部分支線為例，現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如表1所示，耗電量統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表1 現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)(電源電壓穩(wěn)定在220V交流電)

表2 耗電量統(tǒng)計(jì) (kWh)

從表1、表2格可以明顯看到，與傳統(tǒng)高壓鈉燈相比，采用LED路燈作為城市照明路燈，不僅在耗電量上有高達(dá)40%以上的節(jié)能效率，而且LED路燈的均差和極差更小，路燈光照的均勻性得以進(jìn)一步提升。

3.1 LED路燈的優(yōu)勢

(1)LED路燈光源特性。

LED路燈形成單向性光源，由于沒有發(fā)生光的漫反射，能夠保證光照效率以達(dá)到節(jié)能目的。

(2)LED路燈擁有比高壓鈉燈更高的光顯色性。

LED光源輸出白光顯色性高達(dá)70以上，色溫適中：5000～6000 K，相比鈉燈，光色更為自然。LED路燈的高顯色性能在同樣的路面亮度下提供更好的通行條件，使得路面看起來更加明亮，方便司機(jī)及行人識(shí)別目標(biāo)，提升安全感。

(3)LED路燈光衰小。

LED路燈kh光通量減弱不到3%[2]，正常使用10年仍能滿足道路照明要求；而高壓鈉燈光衰大，每年光通量下降值將達(dá)到30%，甚至更高；因此，在路燈功率的設(shè)計(jì)上，LED路燈可以比高壓鈉燈低，節(jié)省耗電。

(4)LED路燈有自動(dòng)控制節(jié)能裝置，可實(shí)現(xiàn)0～100%連續(xù)調(diào)光，可根據(jù)環(huán)境光照及交通狀況靈活調(diào)整光輸出[3]。

LED路燈這一特性，能夠在保證照明質(zhì)量的同時(shí)降低不必要的功耗，在滿足不同時(shí)段照明要求情況下最大可能的降低功率，節(jié)省電能。受最低工作電壓要求的局限性，采用傳統(tǒng)鈉燈及金鹵燈的路燈，一般只能實(shí)現(xiàn)小范圍的調(diào)光控制。

(5)LED路燈電壓較低，產(chǎn)品安全可靠。

LED路燈是低壓光電器件，單顆LED功率只有1 W左右，驅(qū)動(dòng)單顆LED的電壓只有3～3.5 V，采用對(duì)人體不會(huì)造成明顯損傷的安全電壓，更加適用于公共場所的照明。

(6) LED燈具壽命長，在良好的散熱條件下可在連續(xù)開關(guān)閃斷的狀態(tài)下工作達(dá)5 000 h，光衰小，有效降低維護(hù)工作，減少運(yùn)行成本。

3.2 LED路燈在使用過程中存在的主要問題

(1)散熱問題。

LED是個(gè)光電器件，其工作過程中只有15%～20%的電能轉(zhuǎn)換成光能，能源利用效率不夠高；而且，由于大量電能轉(zhuǎn)換成熱能，將使得LED路燈的溫度急劇升高。燈盞溫度過高，遭遇空氣冷氣流時(shí)容易造成燈罩的驟冷形成裂縫，影響LED的使用壽命。

(2)光源穿透力較差。

目前的LED路燈采用的是白光芯片，雖然顯色性高于高壓鈉燈，但白光的穿透性弱于黃光，對(duì)于諸如成都、昆明等內(nèi)陸多霧城市，將降低道路照明的誘導(dǎo)性，給交通安全帶來一定安全隱患。

(3)使用壽命受限。

LED的一大優(yōu)勢是長壽命，大功率LED芯片的壽命可達(dá)5 000 h[4]。城市路燈管理部門及房地產(chǎn)開發(fā)商在選用路燈產(chǎn)品時(shí)，除考慮節(jié)能經(jīng)濟(jì)性外，往往同時(shí)考慮產(chǎn)品的維修成本。事實(shí)上，受驅(qū)動(dòng)電源等電子元件壽命的局限，雖然LED芯片的壽命可以達(dá)到甚至超過5 000 h，LED燈具整體使用壽命卻通常只有2 000 h不到。

4 結(jié)論

綜合上述分析可知，以LED路燈替代傳統(tǒng)鈉燈照明系統(tǒng)作為城市照明，將改變傳統(tǒng)高壓鈉燈存在的耗電嚴(yán)重、視覺效果差、維護(hù)成本高、交通隱患多等缺點(diǎn)，雖然目前在技術(shù)層面仍然存在一定的難度。但應(yīng)當(dāng)看到作為新興產(chǎn)品，LED路燈光源高顯色性，可實(shí)現(xiàn)0～100 %連續(xù)調(diào)光等方面的優(yōu)勢，特別是其光衰小，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)更是其他路燈光源所不能比擬的。伴隨著我國及世界范圍內(nèi)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)研究的不斷深入，根據(jù)使用過程中出現(xiàn)的各類問題，有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)，LED路燈明天將更加燦爛，并為城市的節(jié)能減排工作提供有效推動(dòng)作用。

[1] 國家發(fā)展與改革委員會(huì) 半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見[S].2009

[2] 夏洧博，牛越，王康,等.LED城市路燈的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].燈與照明，2011，(2)

[3] 葉峰，林海闊. 新興LED路燈與傳統(tǒng)HPS路燈的應(yīng)用比較[C]//2010中國道路照明論壇論文集.2010

[4] 林清洪. LED路燈運(yùn)用推廣的意義[C]//太陽能光伏照明LED技術(shù)與應(yīng)用研討會(huì).2011

四川省高等學(xué)校綠色建筑與節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(Szjj2014-022)

陳賓(1987～)，男，碩士研究生，主要從事新能源方面研究。

TU998.9

A

[定稿日期]2014-12-03