LED光源在城市道路中的應(yīng)用和未來發(fā)展

劉富河

摘 要：本文通過對(duì)LED路燈特性的總結(jié)，以及和傳統(tǒng)高壓鈉燈光源及燈具的比較，結(jié)合城市道路照明的特點(diǎn)，從節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行了比較，LED路燈是未來道路照明的主要光源，并對(duì)未來的發(fā)展方向提出建議。

關(guān)鍵詞：LED路燈；高壓鈉燈；互換性；智能性

中圖分類號(hào)：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

半導(dǎo)體照明具有耗電量少、壽命長、色彩豐富等特點(diǎn)，是照明領(lǐng)域的一場技術(shù)革命。2015年，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)整體產(chǎn)值達(dá)4245億元人民幣，LED功能性照明產(chǎn)值達(dá)1550億元，同比增長32%，我國已成為世界LED芯片的主要產(chǎn)地。半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃要求，在城市公共照明及交通領(lǐng)域，推廣1500萬盞LED路燈/隧道燈，城市道路照明應(yīng)用市場占有率超過50%，加強(qiáng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域推廣應(yīng)用，各地新建城市道路照明優(yōu)先采用LED照明產(chǎn)品。

一、LED路燈

LED路燈的光源采用低壓直流供電，是一種高光效發(fā)光二極管，具有高效、安全、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、響應(yīng)速度快、顯色指數(shù)高等獨(dú)特優(yōu)勢。為了滿足《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45-2015，城市快速路、主干路必須采用截光型燈具，次干路必須采用截光型燈具或半截光型燈具，支路則應(yīng)采用半截光型燈具或非截光型燈具。LED路燈除了具有發(fā)光二極管的優(yōu)勢，還有以下特點(diǎn)：

1.配光優(yōu)勢

如果將矩陣式的LED安裝在燈具內(nèi)，幾乎是在一個(gè)平面的安裝，這種設(shè)計(jì)方式得不到良好的燈具配光。只有路燈燈具盡可能地利用LED的定向發(fā)光的特性，使道路燈具中的各個(gè)LED分別直接把光線射向被照路面的各個(gè)區(qū)域，再利用燈具反射器的輔助配光，來實(shí)現(xiàn)很合理的道路燈具配光。

2.驅(qū)動(dòng)電源

LED驅(qū)動(dòng)電路的要求是能保證恒流輸出的特性，因?yàn)長ED正向工作時(shí)結(jié)電壓相對(duì)變化區(qū)域很小，所以保證了LED驅(qū)動(dòng)電流的恒定也就基本保證了LED輸出功率的恒定。特別對(duì)于供電供應(yīng)不穩(wěn)定的區(qū)域，道路燈具LED的驅(qū)動(dòng)線路具有恒流輸出特性十分必要，可保證光輸出恒定并防止LED的超功率運(yùn)行。

3.路燈散熱

將LED道路燈具的外殼設(shè)計(jì)成科學(xué)合理的散熱器狀，一般都是采用鋁材質(zhì)或鋁合金壓鑄而成，直接利用燈具外殼作為散熱器，將發(fā)光時(shí)產(chǎn)生的熱量發(fā)散出去，既保證了燈具的防護(hù)等級(jí)，又能很好的散熱，同時(shí)外殼上如果有灰塵時(shí)，可通過自然的風(fēng)吹雨淋將灰塵進(jìn)行沖洗，保證散熱的持續(xù)和有效。

4.高光效

按照《LED路燈》（CJ/T420-2013）光特性參數(shù)中光效初始值Ⅰ級(jí)≥120Lm/W，最低值是120Lm/W；Ⅱ級(jí)≥100Lm/W，最低值是100Lm/W；Ⅲ級(jí)≥70Lm/W，最低值是70Lm/W。一般選用燈具的光效不得低于110 Lm/W，根據(jù)設(shè)計(jì)要求可選擇光效初始值等級(jí)。

5.色溫控制

按照《LED路燈》（CJ/T420-2013）色溫有3000K、4000K、4500 K、5000K、5700K、6500K?，F(xiàn)在已經(jīng)研究出鈉燈色色溫的LED，色溫達(dá)到2200K，和高壓鈉燈的色溫一樣。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)地處緯度及需要選用冷色、中間色和暖色。

LED路燈是半導(dǎo)體照明中一種功能性照明燈具，具有合理配光、驅(qū)動(dòng)電源恒流輸出、高光效和色溫可控的優(yōu)勢。未來走模塊的標(biāo)準(zhǔn)化是LED燈具發(fā)展趨勢，只有模塊標(biāo)準(zhǔn)化、驅(qū)動(dòng)電源標(biāo)準(zhǔn)化才能和維修高壓鈉燈燈具一樣器件壞什么修什么，達(dá)到成本可控等優(yōu)勢。

二、高壓鈉燈路燈

高壓鈉燈是一種高強(qiáng)度氣體放電燈，其發(fā)光效率高，稱為第三代光源，在城市道路照明中應(yīng)用已有30多年歷史了，壽命長，工作特性良好，使用簡單的特點(diǎn)?！陡邏衡c燈》（GB/T13259-2005）250W高壓鈉燈參數(shù)表，外啟動(dòng)型平均壽命24000h。但高壓鈉燈應(yīng)用在道路燈具中，只有40%左右的光是直接通過玻璃罩到達(dá)路面的，其他光是通過燈具反射器再投射出燈具的。所以，目前傳統(tǒng)燈具基本存在兩個(gè)不足，一是燈具直接照射的方向上照度很高，而兩個(gè)燈具的光照交叉處的照度偏低，只能通過縮短燈桿間距來解決光照交叉處的照度偏低；二是燈具的反射器效率一般僅60%左右，傳統(tǒng)燈具的總體效率在70%～80%，為了達(dá)到設(shè)計(jì)照度只能提高光源的功率來滿足路面的平均照度值。

三、LED路燈和高壓鈉燈路燈的分析和比較

下面將LED路燈和高壓鈉燈路燈參數(shù)進(jìn)行比較，見表1。

表1

類型 LED路燈 高壓鈉燈 高壓鈉燈路燈

功率（瓦） 250 250 275（250W鈉）

光通量（Lm） ≥30000

（光效初始值1級(jí)） 26000 19500

（取燈具效率平均值75℅）

光效（Lm/W） 120 104 71

顯色指數(shù) 70 23

色溫（K） 2200-6500 2000

壽命（h） 50000 24000

光色 自然白 黃色

啟動(dòng)時(shí)間 無 5-10

備注 顯色性好 顯色性不佳，但透霧能力強(qiáng)

通過比較，可得出以下結(jié)論：

1.節(jié)能性

從發(fā)光效果看，高壓鈉燈的光效一般104 Lm/W左右 ，根據(jù)《高壓鈉燈》（GB/T13259-2005），功率越大，光效越高，但是應(yīng)運(yùn)到道路燈具里，光效僅為71 Lm/W左右。而LED路燈光特性參數(shù)中光效初始值Ⅰ級(jí)≥120Lm/W，最低值是120Lm/W，兩者相比較，LED路燈節(jié)能效果還是很明顯的。

2.經(jīng)濟(jì)性

LED路燈和高壓鈉燈路燈燈桿可以通用，LED燈具價(jià)格是高壓鈉燈燈具（含光源、整流器、觸發(fā)器及電容）的1～2倍左右，由于LED路燈光效比較高，達(dá)到同樣的機(jī)動(dòng)車道照明標(biāo)準(zhǔn)值所需的功率密度值更低，使用LED路燈在電纜的費(fèi)用、電費(fèi)的節(jié)省、壽命等方面得到補(bǔ)償。

3.運(yùn)行維護(hù)

高壓鈉燈路燈的日常維護(hù)工作主要涉及光源、整流器、觸發(fā)器及電容，而LED照明產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的LED路燈由于在機(jī)械接口、光學(xué)接口、電氣接口、熱學(xué)接口、控制接口上沒有形成統(tǒng)一的接口，沒有形成產(chǎn)品的通用性和互換性，LED路燈不亮只能整體更換，維修成本偏高，但是其壽命比較長，相對(duì)來說維修成本和高壓鈉燈路燈持平。

四、LED路燈的未來發(fā)展

1.LED路燈的互換性：LED模塊、控制裝置不能互換是LED路燈運(yùn)行維護(hù)成本偏高一個(gè)重要原因，只有從LED模塊結(jié)構(gòu)、燈體尺寸、控制裝置尺寸、接口等形成一套規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)器件更換方便、快捷，現(xiàn)在張家口市道路照明LED路燈在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和采購上向這方面發(fā)展，實(shí)現(xiàn)模塊化安裝及維修，達(dá)到降低運(yùn)行維護(hù)成本。

2.LED路燈的智能化：LED路燈最大的優(yōu)勢在于其可控性，與互聯(lián)網(wǎng)的融合、與傳感器的融合，滿足路燈控制要求的LED路燈智能管理系統(tǒng)。每個(gè)城市都需要自己的名片，LED路燈系統(tǒng)具有高展示性，是智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。

總之，LED路燈是“十三五”發(fā)展規(guī)劃照明節(jié)能的主要產(chǎn)品，相比高壓鈉燈等傳統(tǒng)路燈有諸多優(yōu)點(diǎn)。將傳統(tǒng)路燈換成LED路燈，越來越多的城市正在進(jìn)行這方面的有益嘗試。隨著城市的智能化、低碳化，LED路燈漸漸遍布城市的各條道路，夜晚，一條條道路被LED路燈照亮，形成了亮麗的風(fēng)景線，現(xiàn)已成為城市宣傳的新名片。

參考文獻(xiàn)

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[2]CJ/T420-2013，LED路燈[S].endprint