LED路燈目前存在的問題及未來的發展前景

汪飛佳

(寧波路燈管理所，浙江寧波 315000)

1 前言

在當前全球能源短缺的背景下，LED路燈作為一種新型的綠色節能照明產品，在未來將有很好的發展前景。

LED光源是一種固態光源，具有節能、環保、壽命長、體積小、光效高、抗震動、易調光等特點。隨著半導體技術的不斷發展，LED的光效在不斷地提高。目前，美國CREE公司實驗室已經研發出光效達200lm/W以上的LED芯片，真正量產的LED芯片光效有的也達到了160lm/W以上。將高光效高性能的LED芯片通過合理的配光和散熱設計運用到道路照明中，與其他普通光源相比較，LED光源節能效益可觀。

2 LED路燈現狀

近年來，大功率LED路燈的開發有了一定的進步，一些技術能力強的廠家的LED路燈產品配光設計比以前更加合理，散熱設計也更加科學，整燈效能在不斷提高。與傳統光源路燈相比，質量過關的LED路燈在顯色性、節能、響應速度、以及調光控制等方面都有著突出優勢。雖然LED路燈有些方面比傳統路燈有優勢，但我們也應理性的看待目前市場上的LED路燈質量良莠不齊，價格昂貴，維修麻煩，性價比不高，而且目前真正解決LED路燈的配光和散熱問題的廠家不多，因此在道路照明中用LED路燈大規模的替換傳統光源路燈還不現實。下面我們將從4個方面對LED路燈進行分析，了解LED路燈目前還存在的一些不足和缺陷。

2.1 LED路燈的光效和配光

作為道路照明的產品，LED路燈的光效和配光至關重要。目前市場上一些國外大廠的LED芯片光效在120－140lm/W之間，而國內廠家的LED芯片光效比較低，在80－100lm/W之間。LED芯片光效不等于LED路燈的光效，LED路燈的整燈光效在經過燈具光學系統后存在光損失，所使用的LED控制裝置也存在著系統損耗，一般LED路燈的整燈光效為LED光源光效的70%左右。而目前高壓鈉燈的光效一般為120lm/W左右，高光效高壓鈉燈的光效則可達到135lm/W。使用高壓鈉燈作為光源的路燈使用曲面反射器來收集光線，使光源發出的光向所需要的方向照射，一般的傳統光源路燈效率 (燈具發出的總光通量與燈具內的光源所發出的總光通量之比)為70%－80%左右，配光優秀的傳統光源路燈整燈效率在80%以上。兩者相比較而言，現階段LED路燈和使用高壓鈉燈作為光源的傳統路燈的輸出光效差不多，LED路燈沒有特別突出。但目前LED路燈技術正處在發展階段，LED芯片光效每年都在提升，相信在不久的將來，LED路燈整燈光效將超過使用高壓鈉燈作為光源的傳統路燈。

一個路燈要有好的光效離不開好的配光設計，使用高壓鈉燈作為光源的傳統路燈如此，LED路燈也是如此。傳統路燈的配光設計目前已經比較成熟，而LED路燈作為一種新產品，面向市場的時間比較短，配光設計還不夠合理和完善。目前常規的LED路燈配光設計是使用光學透鏡對LED路燈進行二次配光，對LED光源所發出的光進行整形和改變，合理地控制光的分布，避免光的疊加浪費，降低光損耗，實現燈桿之間帶狀光斑的彼此連接，使路燈獲得的配光曲線接近于蝙蝠翼型。但實際生產的LED路燈光輸出特性還達不到設計所要求的理想狀態，光學透鏡的角度設計不合理，使得有些LED路燈在道路方向上的光輸出角度有限，造成燈下路面特別亮，兩燈之間由于沒有光的平滑疊加過渡而形成明顯的暗區——斑馬效應，照度均勻度差，無法滿足城市主干道路對路燈光輸出特性的要求。因此，現階段的LED路燈只能在照明級別比較低，對光輸出特性要求不高的次干道、鄉村道路上使用。

2.2 LED路燈的散熱設計

一款LED路燈的使用壽命長短取決與它的散熱設計的好壞。LED芯片是一種將電能轉化成可見光的半導體發光器件，目前的轉換效率還不高，在其工作過程中只有15%～25%的電能轉換成光能，其余的電能幾乎都轉換成熱能，LED的光效隨著溫度的升高而下降。如果LED結溫超過最高允許溫度，LED將會因過熱而損壞，嚴重影響了LED路燈使用壽命。因此在LED路燈設計中，散熱設計至關重要。

LED路燈熱量的主要傳輸通道為:PN結-Cu柱-MCPCB-散熱器-空氣 (環境)。散熱器的設計制作是LED路燈散熱設計最重要部分。目前LED路燈一般使用鋁合金來制作散熱器，常見的結構形式主要有鰭片式、開放式和熱管這么幾類。鰭片式散熱器有的為鋁壓鑄成型，有的則采用鋁型材擠壓成型，采用鋁型材制作的鰭片式散熱器效果更好，采用鋁壓鑄的鰭片式散熱器根據燈具外形要求，更容易做造型，但散熱效果不如鋁型材。鋁型材鰭片式散熱器主要材料是6063，熱傳導系數為201，而鋁壓鑄的鰭片式散熱器主要材料為ADC12，熱傳導系數只有96，所以一般建議使用鋁型材制作散熱器，散熱效果更好。鰭片式散熱器在設計中目前存在著一些問題，包括散熱片面積隨意設定，散熱片布置方式不合理，強調熱傳導環節、忽視對流散熱環節。開放式散熱器有利于空氣流通，但外界的灰塵雜質容易進入到散熱器內部，從而導致散熱器散熱不暢。采用熱管散熱技術制作散熱器，散熱效果較好，但工藝復雜，成本很高，性價比低。后兩種散熱方式采用的廠家很少。目前大多數的生產廠家LED路燈的散熱設計還不專業，特別是大功率的LED路燈，對散熱要求特別高，散熱設計不合理的話，就嚴重影響了燈具的使用壽命。有的廠家標稱使用壽命達50000小時，但散熱不合理的話，可能真正的使用壽命都不到5000小時。

2.3 LED路燈的使用壽命

雖然LED光源壽命可以達到50000小時，但LED路燈不同于LED光源，它是一個整體，涉及到電子電路、機械結構、熱學等多方面。需要考慮LED光源因為結溫過高而失效，還有驅動電源的使用壽命等。目前市場上性能比較好的驅動電源的使用壽命在兩到三年左右，所以LED路燈的使用壽命并不能以LED光源的壽命來理解。目前質量良好的LED路燈正常使用壽命在20000小時左右，而一些質量不過關的LED路燈有時在使用一兩個月后就因為散熱性能差，導致光衰嚴重而不能正常工作，另外一些LED路燈使用的驅動電源性能不可靠，也直接影響了LED路燈的使用壽命。合理科學地進行散熱設計并使用高質量的驅動是保證LED路燈的使用壽命的關鍵。

2.4 LED路燈的成本

成本高是目前LED路燈難以大規模推廣的又一問題。一款采用250W高壓鈉燈作為光源的傳統路燈價格一般在1000元左右，而一款功率在150W左右的LED路燈價格在3000元左右，兩燈價格相差三倍，采用LED路燈一次性投入較大，同時由于目前LED路燈質量良莠不齊，使用壽命相比傳統光源路燈優勢不明顯，且可維護性差，一旦損壞，則要整燈更換，維護費用高。而傳統光源路燈只要更換相應的光源或電器即可實現燈具的再次使用。

3 LED路燈的發展前景

目前的LED路燈比較適宜安裝在照明級別比較低，對照度要求不高的次干道路、小區道路和鄉村道路上，可用來替換250W以下的常規光源路燈，還不能大規模的用來替換高功率高壓鈉燈等傳統光源路燈，特別是對照度、均勻度要求高的城市主干道上的傳統光源路燈。但是隨著LED路燈技術不斷完善，LED光源特點的充分利用，LED路燈配光問題和散熱問題的妥善解決，成本的降低，產品質量的提高，相應的國家和行業標準的完善，相信不久的將來，LED路燈將替換傳統光源路燈，成為道路照明節能改造的最佳選擇。

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