LED路燈在道路照明中的應(yīng)用分析

摘要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，人們更加重視城市基礎(chǔ)建設(shè)，城市路燈工程是其重要內(nèi)容之一，燈具選擇成為城市道路照明工程中更加重要的問題。文章就道路照明工程中使用的LED燈具高效性及節(jié)能降耗性特點(diǎn)，將LED路燈建設(shè)質(zhì)量作為重要研究對(duì)象，通過對(duì)LED路燈在道路照明中的應(yīng)用措施進(jìn)行分析，結(jié)合其應(yīng)用特點(diǎn)，提出針對(duì)性應(yīng)用策略，以此確保LED路燈節(jié)能降耗前提下，保證道路照明效果，提高道路工程建設(shè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 LED路燈;道路照明;策略

中圖分類號(hào) U491.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）06-0062-03

引言

LED光源主要特點(diǎn)是節(jié)能性、環(huán)保性以及使用周期長(zhǎng)等，伴隨使用范圍逐漸擴(kuò)大，在交通信號(hào)領(lǐng)域以及應(yīng)急照明領(lǐng)域等均獲得有效應(yīng)用，LED光源屬于21世紀(jì)的新型化光源。節(jié)能減排政策逐漸深入，十大節(jié)能重點(diǎn)工程中包括綠色照明，照明生產(chǎn)企業(yè)獲得更大的商機(jī)。結(jié)合相應(yīng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，道路照明燈具企業(yè)中，白光LED為主要生產(chǎn)光源的企業(yè)數(shù)量較多，針對(duì)新型化產(chǎn)品使用，須謹(jǐn)慎進(jìn)行，強(qiáng)化信息交流效果，結(jié)合路燈實(shí)際使用情況，進(jìn)行客觀性分析，以此相關(guān)使用單位以及生產(chǎn)企業(yè)可獲得有效幫助。

1 LED發(fā)光原理內(nèi)容分析

發(fā)光二極管部分構(gòu)成主要有PN結(jié)芯片、電極以及光學(xué)系統(tǒng)等，其中發(fā)光體晶片面積數(shù)值顯示為10.12 mil，現(xiàn)階段國際上出現(xiàn)較多大晶片LED，其中晶片面積數(shù)值可達(dá)到40 mil。在發(fā)光過程中，其階段主要有三部分，處于正向偏壓數(shù)值下的載流子部分，注入后，進(jìn)行復(fù)合輻射或者是光能傳輸。其中微小半導(dǎo)體晶片會(huì)被封裝在處于潔凈狀態(tài)下的環(huán)氧樹脂物中，電子運(yùn)行過程中經(jīng)過這一晶片后，帶有負(fù)電的電子會(huì)被移動(dòng)到帶正電的空穴區(qū)域，實(shí)現(xiàn)復(fù)合，這一過程中電子以及空穴消失后會(huì)生成光子。電子以及空穴之間會(huì)產(chǎn)生能量，空隙數(shù)值增加同時(shí)，生成的光子能量也會(huì)增加。其中光子能量相反會(huì)與光的顏色相對(duì)應(yīng)，處于可見光的頻譜范圍中，藍(lán)色光以及紫色光的攜帶能量相對(duì)較多，攜帶能量較少的是橘色光以及紅色光[1]。過程中由于差異性的材料會(huì)產(chǎn)生不同的帶隙，以此生成不同顏色的光。圖1為L(zhǎng)ED燈工作狀態(tài)。

2 LED特點(diǎn)內(nèi)容分析

（1）發(fā)光效率較高，LED經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)改良，大幅度提升發(fā)光效率，其中不同類型的燈具，發(fā)光效率數(shù)值也不同，例如白熾燈等，其燈光效數(shù)值為12～

24 lm/W，熒光燈數(shù)值顯示為50～70 lm/W，鈉燈數(shù)值顯示為90～140 lm/W，其中多數(shù)耗電行為會(huì)生成一定程度的熱量損耗。傳統(tǒng)路燈光源一般向整個(gè)空間發(fā)光，但需要路燈照亮的只是行車和行人的路面，因此在路燈燈具設(shè)計(jì)時(shí)，為了盡可能地使燈光均勻并集中地投射到路面上，需要使用曲面反射器來收集光線，使其向所需要的方向照射。在光線傳播過程中，光源的阻擋及反射面的吸收而損失，致使路燈的出光效率僅為65%～70%，而LED路燈因其具有良好的方向性，在采用二次光學(xué)透鏡時(shí)，燈具效率便可達(dá)到80%左右。LED光效在經(jīng)過改良后會(huì)上升到50～200 lm/W，光顯示的主要特點(diǎn)是單色性好、光譜較窄，在未進(jìn)行過濾即可直接發(fā)出有色可見光。

（2）耗電量數(shù)值較低，LED單管效率數(shù)值顯示為0.03～0.06 W，過程中借助直流驅(qū)動(dòng)方式，單管驅(qū)動(dòng)過程中電壓數(shù)值顯示為1.5～3.5 V，電流數(shù)值顯示為15～18 mA，其反應(yīng)速度相對(duì)較快，處于高頻操作背景下，同樣的照明效果，耗電量數(shù)值是白熾燈泡的一小部分，數(shù)值基本占比為1/8，其中熒光燈管占比數(shù)值為1/2。

（3）使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，借助電子光場(chǎng)輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光部分會(huì)凸顯熱沉積或者是光衰減等劣勢(shì)，過程中借助LED等，發(fā)揮體積小以及重量輕等優(yōu)勢(shì)，采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝，可有效承受高強(qiáng)度機(jī)械設(shè)備的沖擊以及振動(dòng)，過程中不會(huì)產(chǎn)生破碎問題。目前設(shè)備的平均壽命時(shí)間顯示為10萬h，其中光衰數(shù)值顯示為初始階段UAN的50%。LED路燈的壽命是由LED光源壽命和驅(qū)動(dòng)電路的壽命共同決定的，路燈的壽命直接影響整個(gè)道路照明的維護(hù)成本，LED燈實(shí)際使用壽命可延長(zhǎng)至5～10年，通過此種方式有效降低光源實(shí)際維修費(fèi)用，防止出現(xiàn)經(jīng)常換燈問題。

（4）顯色性安全可靠，在應(yīng)用過程中可有效控制光型以及發(fā)光角度，凸顯柔和光色，不添加透鏡，亦不會(huì)產(chǎn)生眩光，不會(huì)以犧牲均勻光色去達(dá)到提高亮度的效果，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了無光圈光色均勻。其中不含有鈉元素等對(duì)健康造成危害的物質(zhì)。LED的顯色指數(shù)通常達(dá)到了80上下，可與說接近自然光線，對(duì)于顏色的呈現(xiàn)也相對(duì)比較真實(shí)，能更真實(shí)地反映出物體本身的顏色。LED的高顯色性非常便于駕駛員及行人識(shí)別目標(biāo)，在相同的路面亮度之下提供更有利的通行條件。設(shè)置微處理系統(tǒng)，對(duì)發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行有效控制，發(fā)光方式得到調(diào)整，完成光與藝術(shù)之間的結(jié)合。

（5）環(huán)保性，此種類型燈具，其屬于全固體和發(fā)光體，使用過程中具有耐震性，更能承受沖擊，不會(huì)輕易破碎，LED芯片與封裝能夠滿足歐盟ROHS指令的相關(guān)要求，不含汞、鉛等有害的物質(zhì)，LED廢棄后完全能夠?qū)崿F(xiàn)回收利用，對(duì)于環(huán)境也不會(huì)造成污染。光源體積相對(duì)較小，過程中可進(jìn)行隨意組合，在此基礎(chǔ)上極易形成輕薄并且短小的照明產(chǎn)品，有利于安裝和維護(hù)[2]。由于LED直流驅(qū)動(dòng)的顯著特點(diǎn)，特別適合采用太陽能光伏技術(shù)及風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用于道路照明中，以達(dá)到真正意義上的節(jié)能環(huán)保照明。

（6）快速啟動(dòng)，響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短。白熾燈使用過程中，響應(yīng)時(shí)間基本為毫秒級(jí)，也不存在重新啟動(dòng)的等待時(shí)間，LED燈使用過程中，響應(yīng)時(shí)間顯示為納秒級(jí)，可以正常工作在連續(xù)開/關(guān)狀態(tài)。

（7）價(jià)格優(yōu)勢(shì)，此種類型燈價(jià)格較為昂貴，與白熾燈相比，一定數(shù)量的LED價(jià)格可以與白熾燈價(jià)格等同，一般情況下每組信號(hào)燈需要借助300～500只二極管完成結(jié)構(gòu)組裝。LED路燈的高光效和長(zhǎng)壽命特點(diǎn)只要得到充分發(fā)揮，便能節(jié)約電費(fèi)以及維護(hù)費(fèi)，從而降低整體的使用成本。隨著LED路燈技術(shù)的逐漸成熟和初始成本的不斷降低，在總成本上的潛在優(yōu)勢(shì)短期內(nèi)便能顯現(xiàn)出來。

3 LED燈使用過程中的優(yōu)劣勢(shì)分析

3.1 優(yōu)勢(shì)內(nèi)容分析

如今，LED照明技術(shù)逐漸成熟，使得城市路燈照明節(jié)能改造成為可能，特別是大功率的路燈，正在以飛快的速度沖擊傳統(tǒng)路燈市場(chǎng)。LED燈使用過程中，主要優(yōu)勢(shì)凸顯在以下方面：

（1）維修優(yōu)勢(shì)，道路照明中使用LED燈，維修優(yōu)勢(shì)十分顯著，安裝步驟相對(duì)便捷，應(yīng)用過程中，需要將其安裝在燈桿下，比以往路燈安裝步驟較為復(fù)雜，需要在燈桿上先安裝鎮(zhèn)流器，同時(shí)使用到觸發(fā)裝置等，路燈產(chǎn)生故障后，維修難度也會(huì)有所增加[3]。

（2）環(huán)保優(yōu)勢(shì)，道路照明中使用LED燈，環(huán)保優(yōu)勢(shì)比較顯著，此種類型路燈可有效提升能源的轉(zhuǎn)換效率數(shù)值，電力能源可轉(zhuǎn)化為光效能源，相比于傳統(tǒng)路燈應(yīng)用，光污染效果更低，提高生態(tài)環(huán)境保護(hù)效果。伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，人們的環(huán)保理念不斷深化，LED燈的未來發(fā)展空間也逐漸擴(kuò)大。

（3）年限優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用此種路燈，年限優(yōu)勢(shì)比較顯著，由于LED路燈良好的節(jié)能效果，實(shí)際使用過程中，并不會(huì)由于能耗較大出現(xiàn)電路溫度上升問題，對(duì)內(nèi)部構(gòu)造造成燒毀威脅，路燈后續(xù)應(yīng)用也會(huì)產(chǎn)生較大阻礙。通常情況下，LED路燈的使用壽命基本為5萬h，相比于傳統(tǒng)路燈，使用年限有所延長(zhǎng)。

3.2 劣勢(shì)內(nèi)容分析

LED路燈在實(shí)際的應(yīng)用過程中，是存在一定的技術(shù)短板的。LED燈使用過程中，其劣勢(shì)主要有以下方面：

（1）散熱性較差，LED燈使用階段，照明效果顯著，由于LED路燈的亮度比較高，且發(fā)熱量大，加之在戶外這樣的惡劣使用環(huán)境下，若散熱效果欠佳，將直接導(dǎo)致LED快速老化，燈具就極其易壞或者光衰嚴(yán)重，同時(shí)穩(wěn)定性降低;具備密封性，因?yàn)樵趹敉猸h(huán)境中使用的道路燈具，具備相應(yīng)等級(jí)的防塵防水功能，而良好的防護(hù)通常會(huì)影響LED的散熱效果，熱量會(huì)逐漸儲(chǔ)存在燈具內(nèi)部，極易產(chǎn)生安全事故。在炎熱夏季，路燈會(huì)在內(nèi)部—外部熱空氣的作用下產(chǎn)生燈管爆裂問題。

（2）安全性較差，其處于正常狀態(tài)下，照明功效顯著，但在下雨、大霧天氣使用過程中，由于光線穿透能力不強(qiáng)會(huì)受到霧氣遮擋，出現(xiàn)高眩光問題，對(duì)司機(jī)造成較大影響，司機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于此種環(huán)境中，容易造成一定程度的錯(cuò)誤判斷，嚴(yán)重情況下還會(huì)出現(xiàn)駕駛事故。

（3）光照度不足，均勻性不夠突出，設(shè)計(jì)過程中，難點(diǎn)部分為燈光均勻性，同時(shí)也是設(shè)計(jì)工作中的重點(diǎn)部分，但部分燈具加工廠生產(chǎn)過程中不重視設(shè)計(jì)步驟，應(yīng)用路燈階段，產(chǎn)生燈光投射不均勻問題，地面出現(xiàn)斑馬線等等[4]。

4 道路照明中應(yīng)用LED燈的措施分析

4.1 積極應(yīng)用ZigBee智能控制技術(shù)

相比于PLC等智能控制系統(tǒng)，該種技術(shù)系統(tǒng)與其比較類似，須借助GPRS以及CDMA網(wǎng)絡(luò)支持，以此充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)。區(qū)別在于，自組織網(wǎng)是ZigBee網(wǎng)絡(luò)，顯著特點(diǎn)簡(jiǎn)單來說，子網(wǎng)絡(luò)控制在通信網(wǎng)絡(luò)中，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化尋找，以此構(gòu)成完整的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)。這一控制系統(tǒng)借助GPRS以及ZigBee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成兩者之間的聯(lián)系，以此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。由于該項(xiàng)技術(shù)的有效通信距離較短，因此在較遠(yuǎn)距離的無線通信活動(dòng)中，需實(shí)現(xiàn)與GPRS技術(shù)的合作。通過兩種技術(shù)的有效互補(bǔ)，可在低消耗條件下，積極開拓有效監(jiān)測(cè)范圍，在一定程度上可促使監(jiān)控系統(tǒng)完成智能化操控[5]。除此之外，也可選擇使用PLC技術(shù)，該種通信方式可借助電力線載波技術(shù)完成信息傳遞，通過電力線可將目前的路燈照明系統(tǒng)賦予智能化，加載不同信號(hào)后，通過電力線載波傳輸電力線不同信號(hào)，以此分離解調(diào)器信號(hào)系統(tǒng)，將信號(hào)分別輸送到不同設(shè)備中。相比于其他技術(shù)，該種技術(shù)的主要特點(diǎn)是不需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，確保電線完好，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效傳遞。維護(hù)成本較低，延長(zhǎng)LED燈使用壽命，不斷節(jié)省電能。

4.2 選擇智能燈桿，構(gòu)建智慧城市

LED燈實(shí)現(xiàn)智能照明主要是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，借助軟件平臺(tái)，結(jié)合周圍環(huán)境使用情況以及季節(jié)變化等，可實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)開關(guān)燈，調(diào)整路燈亮度，依據(jù)需求進(jìn)行人性化照明，將智能應(yīng)用添加到照明體系之中，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)照明體系的智能化升級(jí)。保證安全同時(shí)提供路燈電力，可實(shí)現(xiàn)二次節(jié)能，照明質(zhì)量得以提高，方便了人們的生活，也為行人提供了多種便利。除此之外，可結(jié)合有線或者無線通信技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)等構(gòu)建信息基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，遠(yuǎn)程管理單一燈桿或者整體燈桿群，可智能分析故障，實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警，及時(shí)向檢修部門反饋故障情況，有效提升工作效率，降低路燈維護(hù)成本。其次，將燈桿作為視頻監(jiān)控探頭載體，借助電纜以及光纜等基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建智能燈桿視頻監(jiān)控功能。通過云臺(tái)控制彩色戶外攝像頭，進(jìn)行360°全方位采集圖像，實(shí)時(shí)監(jiān)控周圍人流量以及車流量。遭遇緊急情況時(shí)，可借助一鍵呼叫功能連接附近進(jìn)行求助，系統(tǒng)可將燈桿上的探頭信息進(jìn)行提取，掌握周圍情況，更加高效快捷地組織工作，構(gòu)建更加和諧的智慧城市[6]。

4.3 LED路燈未來發(fā)展方向

想要擴(kuò)展LED路燈的使用范圍，亟須提高LED路燈的發(fā)光效率，優(yōu)化LED路燈的配光系統(tǒng)，進(jìn)而延長(zhǎng)LED路燈的系統(tǒng)壽命。LED路燈技術(shù)難點(diǎn)中，散熱是其中較難解決的問題，會(huì)對(duì)實(shí)際工作發(fā)光效率產(chǎn)生直接影響，LED路燈亮度相對(duì)較好，發(fā)熱量也較大，戶外環(huán)境較為苛刻，散熱較差會(huì)造成LED路燈快速老化，降低穩(wěn)定性。戶外應(yīng)用此種燈具，須確保其具備一級(jí)防塵防水功能，IP防護(hù)效果較好但會(huì)對(duì)LED散熱產(chǎn)生妨礙，因此須解決上述矛盾問題。例如，LED利用散熱器，但連線接線端子以及散熱器設(shè)計(jì)難以達(dá)到IP45等級(jí)，不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。新型化LED路燈研制過程中，須正確定位，目標(biāo)確定為提升LED路燈的發(fā)光效率，路燈可實(shí)現(xiàn)節(jié)能轉(zhuǎn)型。另外，對(duì)LED路燈的配光系統(tǒng)進(jìn)行更高水平的優(yōu)化，現(xiàn)階段，通過精準(zhǔn)配光措施，路面得以照亮，過程中不會(huì)產(chǎn)生斑馬線現(xiàn)象，對(duì)LED路燈的實(shí)際設(shè)計(jì)形態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，有效節(jié)省能源。最后需要對(duì)LED路燈的系統(tǒng)使用周期進(jìn)行延長(zhǎng)，具體使用過程中，路燈實(shí)際使用周期與企業(yè)初期標(biāo)注的目標(biāo)存在較大差距，因此須對(duì)路燈存在的熱性能問題進(jìn)行有效解決，光源組合得以優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)LED路燈的大力推廣[7]。

5 總結(jié)

照明領(lǐng)域中，LED燈具屬于其中具有明顯功能性的照明產(chǎn)品，促使燈具廣泛應(yīng)用在道路照明領(lǐng)域中，過程中需要解決關(guān)鍵技術(shù)問題，獲取更多的計(jì)算資料，確保道路照明設(shè)計(jì)科學(xué)性。城市路燈除了具備照明功能之外，還可以美化城市，改善城市環(huán)境，而伴隨LED燈具設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化，其應(yīng)用效果逐漸成熟，仍須繼續(xù)深入探索其在城市主干道中的應(yīng)用。

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收稿日期：2022-03-07

作者簡(jiǎn)介：周劍剛（1976—），男，碩士研究生，一級(jí)建造師，高級(jí)工程師，研究方向：城市道路照明。