LED光源在城市道路照明中的推廣和應(yīng)用

周明

摘要：由于當(dāng)前照明領(lǐng)域能源的大量消耗，致使我國(guó)的能源和環(huán)境面臨著危機(jī)。文章通過(guò)闡述當(dāng)前LED光源在城市道路照明中的具體發(fā)展情況，列舉了LED光源在城市道路照明中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，針對(duì)LED光源在城市道路照明中存在的問(wèn)題，提出相關(guān)的意見(jiàn)和建議，從而進(jìn)一步推廣LED光源在城市道路照明當(dāng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：LED光源；城市道路；道路照明；發(fā)展?fàn)顩r；能源消耗；節(jié)能環(huán)保 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U491 文章編號(hào)：1009-2374（2016）19-0088-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.042

1 LED光源在道路照明當(dāng)中的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，照明領(lǐng)域?qū)τ谀茉吹南囊呀?jīng)成為能源消耗的一個(gè)重要組成部分。針對(duì)當(dāng)前能源消耗和全球環(huán)境的持續(xù)惡化的情況，我國(guó)針對(duì)LED光源在城市道路照明中的應(yīng)用研究，倡導(dǎo)走節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展的道路。由于LED光源較高的發(fā)光效率、低能耗、長(zhǎng)壽命和高質(zhì)量的光線等優(yōu)勢(shì)，成為照明領(lǐng)域環(huán)保節(jié)能的首選，但是由于其自身特性的問(wèn)題，在城市道路照明的推廣和應(yīng)用當(dāng)中也存在著一系列的問(wèn)題，因此需要結(jié)合當(dāng)前LED光源的優(yōu)勢(shì)，著力解決LED光源在使用和推廣過(guò)程中的問(wèn)題，使其在節(jié)能減排的過(guò)程中發(fā)揮最大的優(yōu)勢(shì)。

2 LED光源應(yīng)用于城市道路照明中的優(yōu)勢(shì)

2.1 發(fā)光效率的迅速提高以及節(jié)能環(huán)保的特性

近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體發(fā)光材料及技術(shù)的迅速發(fā)展，LED光源與發(fā)展之初其很低的發(fā)光效率相比，其發(fā)光效率得到了很大的提高，在當(dāng)前城市道路照明當(dāng)中，白色LED的發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到了1001m/w，而其耗能僅為白熾燈的八分之一。由于LED光源的光譜基本上都集中在能夠被人眼所感知的那部分可見(jiàn)光頻率段，因此，在同等的條件下，LED光源更容易被識(shí)別。另外，LED光源在制造的過(guò)程中，無(wú)需添加水銀、鉛等有毒的物質(zhì)，使用過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生有害的物質(zhì)，在使用之后的廢棄物還能夠有效的回收，從生產(chǎn)到回收的過(guò)程中均不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染與負(fù)擔(dān)，真正地做到了節(jié)能與環(huán)保兼顧。

2.2 壽命長(zhǎng)，耐用安全

基于LED半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)和發(fā)光的原理，在正向電壓的作用下，電子和空穴各自發(fā)生定向移動(dòng)時(shí)復(fù)合而發(fā)光，電能直接轉(zhuǎn)化為光能的過(guò)程中，不會(huì)發(fā)生類似白熾燈發(fā)熱耗能、老化燒毀的現(xiàn)象。因此LED燈具能夠?qū)崿F(xiàn)頻繁的開(kāi)斷，而其平均的使用壽命遠(yuǎn)超高壓鈉燈的使用壽命，并且在實(shí)際的生活中，LED光源能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓供電，其供電電壓符合人體安全電壓的范圍，因此LED光源對(duì)于人體來(lái)說(shuō)，是可以直接觸摸的安全發(fā)光源，特別適合照明環(huán)境復(fù)雜的公共場(chǎng)所。

2.3 發(fā)散光線的質(zhì)量高

根據(jù)發(fā)光形式的劃分，LED光源屬于冷光源。由于LED光源在光譜中既沒(méi)有破壞分子結(jié)構(gòu)的紫外線，也沒(méi)有輻射熱量的紅外線，因此光線質(zhì)量較傳統(tǒng)的光源更為純凈。LED光源發(fā)光的角度小，并且能夠?qū)崿F(xiàn)光的定向發(fā)射，其極強(qiáng)的指向性以及較慢的亮度衰減，通過(guò)合理科學(xué)的二次光學(xué)設(shè)計(jì)，可以使光線呈矩形光斑均勻的投射到路面上，無(wú)炫光帶來(lái)的光污染。高顯色性的光源不僅能夠?yàn)槿藗兲峁└鼮闇?zhǔn)確的位置，更為清晰的輪廓和更為真實(shí)的道路交通情況，從而有利于人們更好地分辨危險(xiǎn)，提高駕駛和出行的安全。

2.4 更為優(yōu)越的節(jié)能前景

根據(jù)相關(guān)的道路交通照明的規(guī)定，城市道路照明的背景環(huán)境的設(shè)計(jì)是屬于中間視覺(jué)范疇的。而當(dāng)前路燈發(fā)光效率的統(tǒng)計(jì)大都是在明視覺(jué)的狀態(tài)下進(jìn)行的，顯然這種標(biāo)定結(jié)果用于中間視覺(jué)狀態(tài)下的發(fā)光效率是極為不合理的。實(shí)驗(yàn)證明，在中間視覺(jué)狀態(tài)下，LED光源的發(fā)光效率較明視覺(jué)狀態(tài)下會(huì)有明顯的增加，而高壓鈉燈的發(fā)光效率則會(huì)有明顯的減少。由此可見(jiàn)，LED光源在城市道路照明當(dāng)中的應(yīng)用會(huì)更加的節(jié)能。雖然當(dāng)前LED光源的價(jià)格相對(duì)高壓鈉來(lái)說(shuō)較高，大功率的散熱問(wèn)題也尚未得到有效的解決，但是隨著LED光源性能的不斷完善，我國(guó)將在節(jié)能減排的目標(biāo)上具有很大的優(yōu)勢(shì)。

3 LED光源在城市道路照明推廣和應(yīng)用當(dāng)中存在的問(wèn)題

3.1 LED光源的散熱問(wèn)題

在城市道路照明的應(yīng)用過(guò)程中，基本上為大功率的LED光源。而要想使得LED光源發(fā)光，就要驅(qū)動(dòng)電流，在電能應(yīng)用的過(guò)程中，只有小于四分之一的能量用于發(fā)光，而其余的電能則會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能散失，如果不能采取有效的散熱措施，電能所轉(zhuǎn)化的熱能的積壓就會(huì)導(dǎo)致LED芯片當(dāng)中PN結(jié)溫度過(guò)高，即使是冷光源，但是同所有的半導(dǎo)體一樣，過(guò)高的溫度會(huì)對(duì)LED光源中的芯片造成嚴(yán)重的影響，縮短其使用壽命，甚至?xí)龤酒?。在?shí)際的操作中，LED光源的散熱一般通過(guò)散熱器的熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)中需要根據(jù)路燈的實(shí)際功率，合理選擇散熱器的材料。設(shè)計(jì)散熱器結(jié)構(gòu)，以降低熱阻加快散熱來(lái)保證LED光源的較長(zhǎng)的壽命優(yōu)勢(shì)。

3.2 LED光源的二次配光問(wèn)題

在對(duì)實(shí)際生活中的光源進(jìn)行二次配光的過(guò)程中，要充分地考慮到光源的特性。高壓鈉燈作為點(diǎn)光源，其發(fā)光的角度為360度，因此為了控制光線的散射，需要在光源的發(fā)散之前增加反射罩來(lái)控制光線的走向。而LED光源的發(fā)光角度相對(duì)高壓鈉燈較小，光束相對(duì)集中在一個(gè)窄小的范圍內(nèi)，LED光源如果在實(shí)際的生活中，采用傳統(tǒng)的燈具，就容易出現(xiàn)燈下光線較亮，而兩燈之間光線較暗的情況。因此，在現(xiàn)實(shí)生活中，充分結(jié)合LED光源的定向性和亮度衰減較慢的特性，我們可以對(duì)LED光源的二次配光進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)，利用透鏡實(shí)現(xiàn)LED光源的投射范圍。

3.3 LED光源成本與維護(hù)問(wèn)題

就目前高壓鈉燈和LED光源的成本問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)前LED光源的技術(shù)水平，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高壓鈉燈的成本。而且LED光源的維護(hù)相對(duì)來(lái)說(shuō)，也比高壓鈉燈困難。LED光源的維護(hù)主要分為兩個(gè)方面：一是巡查，針對(duì)燈具線路和設(shè)備的整個(gè)系統(tǒng)的完好性和安全性及時(shí)進(jìn)行檢查；二是維修，高壓鈉燈作為傳統(tǒng)的道路照明光源，其經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)和改進(jìn)，它的附件產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定簡(jiǎn)單，維護(hù)相對(duì)便宜。而LED光源由于其內(nèi)部的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一盞LED燈有幾十顆LED和幾十個(gè)電子元件，燈具和驅(qū)動(dòng)中的電子元件受到損壞的概率較大，并且某個(gè)元件的損壞就可能導(dǎo)致整個(gè)燈具的損壞，一般只能更換燈具，加上設(shè)備缺乏兼容性，一般只有更換燈具，因此在LED光源的成本和維護(hù)上相對(duì)高壓鈉燈來(lái)說(shuō)相對(duì)較高。

4 LED光源在城市道路照明中推廣和應(yīng)用的建議

由于當(dāng)前LED光源及其熱學(xué)特性與傳統(tǒng)的光源差異巨大，使得現(xiàn)有的LED光源的測(cè)量方式不能套用傳統(tǒng)的照明光源的方法。而當(dāng)前市場(chǎng)上由于缺乏適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，LED光源的產(chǎn)品種類繁多、測(cè)量無(wú)標(biāo)準(zhǔn)、市場(chǎng)的不規(guī)范等特點(diǎn)使得企業(yè)不可能大規(guī)模地生產(chǎn)，因此就要制定相關(guān)的LED國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格規(guī)定LED的發(fā)光顆粒的排布方式和數(shù)量、驅(qū)動(dòng)電路的外形尺寸，限定各家采用的材料、元件、驅(qū)動(dòng)、線路、實(shí)現(xiàn)工藝等，統(tǒng)一產(chǎn)品的生產(chǎn)、交付、驗(yàn)收、施工、配件和維護(hù)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，使得產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。針對(duì)當(dāng)前LED產(chǎn)品存在的問(wèn)題，更加注重相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，通過(guò)在芯片生產(chǎn)、燈具配光、傳導(dǎo)散熱、電力驅(qū)動(dòng)燈技術(shù)的深入研究，并在一定范圍內(nèi)使用，在探究LED光源的技術(shù)、維護(hù)和使用的相關(guān)問(wèn)題中，不斷進(jìn)步、不斷推廣。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，半導(dǎo)體照明將會(huì)以其優(yōu)越的特性成為21世紀(jì)照明光源的發(fā)展方向，城市道路照明當(dāng)中LED光源的應(yīng)用和推廣將成為新的照明發(fā)展趨勢(shì)，隨著半導(dǎo)體照明的不斷深入，結(jié)合LED光源的優(yōu)勢(shì)，LED光源在道路照明當(dāng)中的問(wèn)題也將會(huì)被一一化解，中國(guó)城市道路照明將會(huì)由LED光源帶領(lǐng)進(jìn)入到一個(gè)更為節(jié)能環(huán)保的未來(lái)。

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（責(zé)任編輯：王 波）