大功率ＬＥＤ路燈在道路照明的應用

摘 要： LED具有節能、維護成本低、顯色性能良好等優點，適合應用于道路照明中，但其存在的光學設計、光通量、散熱等問題尚待解決。

關鍵詞： 大功率LED路燈 道路照明 可靠性

路燈是城市照明的重要組成部分，傳統的路燈常采用高壓鈉燈。由于高壓鈉燈整體上光效低，造成了能源的巨大浪費，因此，開發高效、節能、壽命長、顯色指數高、環保的新型路燈對城市照明節能具有十分重要的意義。

LED（發光二極管）的應用可以說無處不在。作為一種半導體發光材料，與其它發光材料相比，LED具有綠色、高效、可靠、耐用的優勢。隨著大功率LED成本的不斷降低，其逐步替代傳統燈具將成為可能。LED光源在道路照明中的應用已成為近年來半導體照明行業的熱點。

大功率LED路燈與常規高壓鈉燈路燈不同之處在于，大功率LED路燈的光源采用低壓直流供電、由GaN基功率型藍光LED與黃色熒光粉合成的高效白光二極管，具有高效、安全、節能、環保、壽命長、響應速度快、顯色指數高等獨特優點，可廣泛應用于城市道路照明。

一、LED路燈的優勢

（一）節能。LED路燈燈光具有單向性，沒有光的漫射，能保證光照效率，而且它有獨特的二次光學設計，能將燈光照射到所需照明的區域，從而進一步提高光照效率，以達到節能目的；LED的光源效率目前已達100lm/W，而且有更大的發展空間，理論值達250lm/W。而高壓鈉燈的發光效率是隨功率的增大才有所增大，因此，總體光效LED路燈比高壓鈉燈強。目前白光LED的發光效率約為80lm/W，較傳統高壓鈉燈可以節電50%—60%。隨著LED效率的快速提升，半導體路燈在節能方面顯示出了巨大的潛力，若配合數字控制亮度功能將更省電。

（二）安裝簡單，低維護成本。LED路燈無需加埋電纜，無需整流器等，直接將路燈燈頭安裝于燈桿接頭或者將光源嵌套原有燈殼即可。以目前的技術水平和測試結果推算，傳統高壓鈉燈平均1年半就要更換一次，而大功率LED光源可以正常使用10年，從而減少照明中斷的潛在性，降低為此支付的維護成本。

（三）光色均勻，顯色性佳。LED路燈不用加透鏡，不會因提高亮度而犧牲均勻光色，從而保證無光圈，光色均勻。LED的顯色指數高（75—80），可使路面看起來更明亮，感覺更舒適，駕駛人員也感覺更安全。而高壓鈉燈光譜窄，顯色性差（20—40），感覺昏暗。

二、LED路燈的技術要求

（一）輸出功率及光通量。輸出功率及光通量的提高還需要從大功率白光LED的外延技術、芯片工藝等基礎層次進一步提升。

（二）二次光學設計。在二次光學設計方面，LED的輻射形式有朗伯型、側射型、蝙蝠翼型和聚光型幾種；在道路照明領域，根據設計經驗，朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過二次光學設計，LED的光照范圍、光度曲線符合道路照明的需求。

（三）散熱設計。散熱是LED路燈需要重點解決的問題之一，由于LED路燈亮度要求高、發熱量大，而且這種戶外使用環境要求比較高，如果散熱不好會直接導致LED快速老化，穩定性降低。除了LED本身的散熱性要好，因路燈具有戶外夜間使用的特點，故散熱面位于側上面有利于空氣自然對流散熱。

（四）電源系統設計。LED路燈的電源系統也與傳統光源不同，LED的低能耗、低工作電壓和太陽能電池組件的低輸出功率、低輸出電壓之間的配合非常合適，如何使緊密壓縮在一起的一組LED安全、可靠地工作也是考察LED路燈的一個指標。

三、影響LED路燈應用的因素

（一）LED路燈造價較高，不利于推廣普及。雖然目前初步解決了LED路燈的散熱問題，但是過高的價格和過重的燈頭仍然會阻礙LED路燈的普及。

（二）LED路燈模塊化的可靠性仍需加強，由于驅動電路等原因也可能造成LED路燈的失效。

（三）無論是單點還是多點光源的LED路燈，都存在著散熱難的問題。一盞250W高壓鈉燈的路燈，由于技術相對成熟，散熱控制得很好，即使工作5000小時，光衰仍然很小，發光效率可以達到70%以上。以目前的技術，相同條件下大功率LED路燈，由于散熱問題不易解決，光衰較大，發光效率會下降到30%。如果想用加大電壓電流的方法提高光效，很容易造成LED芯片損毀的現象。

（四）LED路燈射程短，因此還需要進一步加強其如何在較高高度下工作的研究。此外，制定國家LED道路照明標準也是普及推廣LED路燈非常有力的手段。

目前LED路燈的技術標準一般是：

1.光的轉化率17%（每平方米太陽能量為1000W，實際利用效率為170W）。

2.目前市場路燈透鏡材料為改良光學材料，透過率≥93%，耐溫-38—+90℃。

3.LED路燈透鏡，主要用于LED路燈的透鏡，光斑為矩形，材料是PMMA光學材料，透過率≥93%，耐溫-38－+90℃，抗UV紫外線黃化率30000小時無變化等。

4.路面照度均勻度的平均照度0.48。光斑比值1∶2。

5.符合道路照度（實際1/2中心光斑達到25LUX，1/4中心光強達到15LUX，16米遠的最低光強4LUX，重疊光強約6LUX。

6.適應濕度：≤95%

7.品質保證：2年

盡管LED路燈的發展速度迅猛，但LED路燈的標準卻相對滯后，且各地區對LED路燈的標準在指標上不盡相同，LED路燈要在標準上符合銷售區的要求，因此投標LED路燈工程要深入研究當地的LED路燈標準，只有這樣才會在激烈的市場競爭中占有一席之地。

參考文獻：

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［2］盛晟.從LPD的變化看我國照明節能的形勢.淘汰與照明，2005.

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