LED光源在道路照明中應用的功效分析

陳琥

摘 要：LED照明燈具作為一種節(jié)能產(chǎn)品，目前已經(jīng)在道路照明中得到了較為廣泛的應用。近年來，很多燈具生產(chǎn)廠家也都陸續(xù)投入到LED照明燈具的生產(chǎn)中?；诖?，本文從理論角度對LED光源的特點和存在的問題進行了探討，對LED燈和高壓鈉燈等進行了比較，并結(jié)合實例，介紹了LED光源在道路照明中的應用效果。

關(guān)鍵詞：LED光源；道路照明；應用功效

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A

人的生存和發(fā)展離不開能源，尤其是在現(xiàn)代社會，能源的重要性越來越突出。照明是現(xiàn)代社會的基本需求，據(jù)統(tǒng)計，我國在整個電力耗能量中，照明耗能量占到20%左右。近年來，能源不斷枯竭，環(huán)境持續(xù)惡化。因而，我國提出了走可持續(xù)發(fā)展的道路，要求節(jié)能減排，大力發(fā)展清潔、綠色能源。根據(jù)對當前各個領(lǐng)域的耗能情況分析來看，節(jié)能空間最大的就是照明領(lǐng)域，也就是說，我們要尋找一種綠色、節(jié)能的光源作為照明光源。LED光源憑借壽命長、耗能低、綠色環(huán)保等特點，已成為替代傳統(tǒng)照明光源的最佳選擇。LED這些優(yōu)勢都是其它光源所無法替代的，是一種綠色光源。2009年，我國正式開展LED應用工程示范項目，全國有21座城市被選為推廣LED道路照明試點城市。目前，LED道路照明在我國已經(jīng)處于快速成長階段。

1 從理論角度分析LED光源的特點及目前存在的問題

1.1 LED光源特點

第一，發(fā)光效率高。在剛剛出現(xiàn)LED時期，其發(fā)光效率特別低，隨著近幾年半導體發(fā)光技術(shù)和材料的發(fā)展，LED發(fā)光效率逐漸提高到1001m/W，而在能耗方面，僅僅是白熾燈的1/8。LED光譜在人眼所能感知的可見光頻率段內(nèi)，如果光效相等，那么人們更容易識別LED照明物體。在道路照明中，LED有效光效率要遠遠高于高壓鈉燈。同時，在制作過程中，LED未加入任何有毒物質(zhì)等，在使用時也不必擔心產(chǎn)生有害物質(zhì)，并且廢棄之后還能夠進行回收再利用。

第二，壽命長。LED不僅能夠進行頻繁開斷，而且壽命也比較長。一般來說，LED平均壽命能夠達到5萬～10萬小時，而過去常用于道路照明的高壓鈉燈，平均壽命僅為其1/4～1/8。

第三，光線質(zhì)量高。按照發(fā)光形式劃分，LED屬于冷光源的一種。由于其自身發(fā)光機理決定了光譜中不包含紫外線，因此也就無法對分子結(jié)構(gòu)造成破壞。同時，也不含有的紅外線，光線質(zhì)量更加純凈。與傳統(tǒng)照明光源最大的區(qū)別在于，LED實現(xiàn)了光的定向發(fā)射。除此之外，以白色LED光源為例，其顯色指數(shù)超過70，而其它光源僅為20～30左右。在室外照明中，光源的顯色性越高，那么人們獲得的位置也就更加準確，被照物體輪廓更清晰，色彩也更加真實，對人們提高夜晚危險識別能力，提醒司機安全駕駛等有著十分重要的作用。

1.2 LED光源目前存在的問題

第一，散熱問題。通過前文介紹我們知道LED是一種冷光源，但是只有驅(qū)動電流才能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光，而在這一部分電能中，只有大約15%～20%左右的能量能夠有效發(fā)光。在道路照明中，普遍使用的是大功率白光LED，在發(fā)光過程中產(chǎn)生的熱量要比小功率LED多得多。如果不能采取有效措施解決散熱過多的問題，那么熱量就會持續(xù)積壓，導致PN結(jié)溫度上升，進而給LED芯片產(chǎn)生嚴重影響，主要表現(xiàn)為縮短使用壽命，甚至將芯片燒毀。因此，要想在道路照明中普及LED，最先需要解決的就是散熱問題。一般來說，LED路燈是通過熱結(jié)構(gòu)設計實現(xiàn)散熱的。在進行設計時，需要綜合考慮實際功率、散熱器材料和結(jié)構(gòu)等。

第二，二次配光。LED配光曲線和傳統(tǒng)光源有著本質(zhì)區(qū)別，高壓鈉燈發(fā)光角為360°，而LED發(fā)光角比較小，約為35°。也就是說，LED光束更加集中，與傳統(tǒng)道路照明燈具相比，LED燈下的光線更亮一些。為了將LED定向性的特點充分發(fā)揮出來，就需要對LED進行特殊的二次光學配光設計，借助透鏡將指定范圍內(nèi)均勻度進行改善。因此，這也導致在設計過程中存在較大的難度。從當前LED道路照明發(fā)展情況來看，二次配光曲線基本上符合道路照明相關(guān)標準，但是仍有較大提升空間。

第三，成本和維護。通過計算發(fā)現(xiàn)，高壓鈉燈性價比為0.07元/lm，而LED性價比為0.58元/lm，由此可以看出，LED的成本要比傳統(tǒng)道路照明燈具成本高得多。同時，LED的維護相對來說也更困難一些。LED路燈內(nèi)部設計結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)路燈要更加復雜，內(nèi)含零部件比較多，雖然模塊化設計理念的應用使得光源模塊和電源模塊分別實現(xiàn)了一體化模組設計，便于更換和維護，但是在互換性方面還存在許多問題。

2 以現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)為依據(jù)對LED光源應用于道路照明所產(chǎn)生的效益分析

2.1 LED光源路燈光效現(xiàn)場測試

應南京佳輝照明公司邀請，我單位對其LED光源路燈經(jīng)銷商分別在15m寬次干路、燈具間距25m交錯布置的90W、120W兩種LED路燈進行了現(xiàn)場測試。根據(jù)測試結(jié)果得出以下結(jié)論：路面平均照度E平均：90W為80lx，120W為11lx；路面照度均勻度U：90W為0.25，120W為0.27。根據(jù)相關(guān)標準要求，次干道路面照度應不低于10lx，均勻度不低于0.35。由此可見，采用120W LED光源，照度剛能滿足城市道路照明設計標準，但是在均勻度方面還無法滿足。

在相同條件下，若采用250WHPS光源，則測試燈下照度最高點能達到35lx以上。如果選擇的燈具更好一些，那么路面平均照度能達到25lx，路面均勻度能達到0.4。

120W LED燈具購買成本大約為6000元左右，比普通HPS燈具高出5倍左右。因此，從該現(xiàn)場測試結(jié)果來看，LED光源不適合作為路燈使用，主要原因是資金投入巨大，另一方面，照明效果也并不是十分理想。

2.2 LED燈與高壓鈉燈，金鹵燈等在價格與節(jié)能方面的比較

在這三種道路照明燈具中，LED燈功率最低，其次是金鹵燈和高壓鈉燈，這說明LED燈節(jié)能性能最好；LED燈壽命最長，是高壓鈉燈的3～5倍左右，是金鹵燈的5～8倍左右；LED燈光色和金鹵燈光色一致，同為白色，被的照物體顏色更加真實；除此之外，在顯色性、光效以及色溫等方面均高于高壓鈉燈和金鹵燈；高壓鈉燈和金鹵燈色溫均不可調(diào)，而LED燈色溫可調(diào)。但是LED燈光源體積較前兩者小，說明照明范圍小，所以若要以LED燈作為道路照明使用，路燈間間隔也要更近一些，而LED燈成本較為昂貴，因此，將會大大增加安裝成本。對于大多數(shù)城市來說，使用LED等作為道路照明使用并不實際。

2.3 實例分析

南京市大明路原使用高壓鈉燈作為道路照明燈，2013年該市對這條干路進行了LED燈試點。A干路寬為15m，燈間間距為25m，交錯布置。試點一年之后，對原路燈（高壓鈉路燈）和LED路燈耗能進行對比分析，對比結(jié)果見表1。

需要說明的是，日耗電時間為10h/d，年耗電時間為365天，電費按照每度電1元計算。通過表1我們能夠看出，與高壓鈉路燈相比，LED燈耗能方面（日耗電量、年耗電量）要遠遠低于高壓鈉路燈，這說明LED光源作為路燈是可行的。但是在應用過程中，也需要做出慎重考慮，因為LED燈比高壓鈉路燈的成本要高得多，而且在間距設置上也要更近一些。

結(jié)語

總而言之，LED作為一種綠色能源應用于城市道路照明已是必然趨勢。雖然在成本、照明效果等方面尚不理想，但是相信在不久的將來隨著半導體照明研究的不斷深入，LED一定能廣泛應用于道路照明。

參考文獻

[1]楊洋.淺析LED路燈在道路照明中的設計及應用[J].城市建設理論研究（電子版），2015（03）.

[2]王淼.淺談LED路燈在城市道路照明中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2015（23）.

[3]丁映.LED路燈在市政道路照明中的推廣應用[J].現(xiàn)代制造，2015（12）.