LED光源在道路照明中應用的功效分析

陳琥

摘 要：LED照明燈具作為一種節能產品，目前已經在道路照明中得到了較為廣泛的應用。近年來，很多燈具生產廠家也都陸續投入到LED照明燈具的生產中。基于此，本文從理論角度對LED光源的特點和存在的問題進行了探討，對LED燈和高壓鈉燈等進行了比較，并結合實例，介紹了LED光源在道路照明中的應用效果。

關鍵詞：LED光源；道路照明；應用功效

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A

人的生存和發展離不開能源，尤其是在現代社會，能源的重要性越來越突出。照明是現代社會的基本需求，據統計，我國在整個電力耗能量中，照明耗能量占到20%左右。近年來，能源不斷枯竭，環境持續惡化。因而，我國提出了走可持續發展的道路，要求節能減排，大力發展清潔、綠色能源。根據對當前各個領域的耗能情況分析來看，節能空間最大的就是照明領域，也就是說，我們要尋找一種綠色、節能的光源作為照明光源。LED光源憑借壽命長、耗能低、綠色環保等特點，已成為替代傳統照明光源的最佳選擇。LED這些優勢都是其它光源所無法替代的，是一種綠色光源。2009年，我國正式開展LED應用工程示范項目，全國有21座城市被選為推廣LED道路照明試點城市。目前，LED道路照明在我國已經處于快速成長階段。

1 從理論角度分析LED光源的特點及目前存在的問題

1.1 LED光源特點

第一，發光效率高。在剛剛出現LED時期，其發光效率特別低，隨著近幾年半導體發光技術和材料的發展，LED發光效率逐漸提高到1001m/W，而在能耗方面，僅僅是白熾燈的1/8。LED光譜在人眼所能感知的可見光頻率段內，如果光效相等，那么人們更容易識別LED照明物體。在道路照明中，LED有效光效率要遠遠高于高壓鈉燈。同時，在制作過程中，LED未加入任何有毒物質等，在使用時也不必擔心產生有害物質，并且廢棄之后還能夠進行回收再利用。

第二，壽命長。LED不僅能夠進行頻繁開斷，而且壽命也比較長。一般來說，LED平均壽命能夠達到5萬～10萬小時，而過去常用于道路照明的高壓鈉燈，平均壽命僅為其1/4～1/8。

第三，光線質量高。按照發光形式劃分，LED屬于冷光源的一種。由于其自身發光機理決定了光譜中不包含紫外線，因此也就無法對分子結構造成破壞。同時，也不含有的紅外線，光線質量更加純凈。與傳統照明光源最大的區別在于，LED實現了光的定向發射。除此之外，以白色LED光源為例，其顯色指數超過70，而其它光源僅為20～30左右。在室外照明中，光源的顯色性越高，那么人們獲得的位置也就更加準確，被照物體輪廓更清晰，色彩也更加真實，對人們提高夜晚危險識別能力，提醒司機安全駕駛等有著十分重要的作用。

1.2 LED光源目前存在的問題

第一，散熱問題。通過前文介紹我們知道LED是一種冷光源，但是只有驅動電流才能夠實現發光，而在這一部分電能中，只有大約15%～20%左右的能量能夠有效發光。在道路照明中，普遍使用的是大功率白光LED，在發光過程中產生的熱量要比小功率LED多得多。如果不能采取有效措施解決散熱過多的問題，那么熱量就會持續積壓，導致PN結溫度上升，進而給LED芯片產生嚴重影響，主要表現為縮短使用壽命，甚至將芯片燒毀。因此，要想在道路照明中普及LED，最先需要解決的就是散熱問題。一般來說，LED路燈是通過熱結構設計實現散熱的。在進行設計時，需要綜合考慮實際功率、散熱器材料和結構等。

第二，二次配光。LED配光曲線和傳統光源有著本質區別，高壓鈉燈發光角為360°，而LED發光角比較小，約為35°。也就是說，LED光束更加集中，與傳統道路照明燈具相比，LED燈下的光線更亮一些。為了將LED定向性的特點充分發揮出來，就需要對LED進行特殊的二次光學配光設計，借助透鏡將指定范圍內均勻度進行改善。因此，這也導致在設計過程中存在較大的難度。從當前LED道路照明發展情況來看，二次配光曲線基本上符合道路照明相關標準，但是仍有較大提升空間。

第三，成本和維護。通過計算發現，高壓鈉燈性價比為0.07元/lm，而LED性價比為0.58元/lm，由此可以看出，LED的成本要比傳統道路照明燈具成本高得多。同時，LED的維護相對來說也更困難一些。LED路燈內部設計結構比傳統路燈要更加復雜，內含零部件比較多，雖然模塊化設計理念的應用使得光源模塊和電源模塊分別實現了一體化模組設計，便于更換和維護，但是在互換性方面還存在許多問題。

2 以現場測試數據為依據對LED光源應用于道路照明所產生的效益分析

2.1 LED光源路燈光效現場測試

應南京佳輝照明公司邀請，我單位對其LED光源路燈經銷商分別在15m寬次干路、燈具間距25m交錯布置的90W、120W兩種LED路燈進行了現場測試。根據測試結果得出以下結論：路面平均照度E平均：90W為80lx，120W為11lx；路面照度均勻度U：90W為0.25，120W為0.27。根據相關標準要求，次干道路面照度應不低于10lx，均勻度不低于0.35。由此可見，采用120W LED光源，照度剛能滿足城市道路照明設計標準，但是在均勻度方面還無法滿足。

在相同條件下，若采用250WHPS光源，則測試燈下照度最高點能達到35lx以上。如果選擇的燈具更好一些，那么路面平均照度能達到25lx，路面均勻度能達到0.4。

120W LED燈具購買成本大約為6000元左右，比普通HPS燈具高出5倍左右。因此，從該現場測試結果來看，LED光源不適合作為路燈使用，主要原因是資金投入巨大，另一方面，照明效果也并不是十分理想。

2.2 LED燈與高壓鈉燈，金鹵燈等在價格與節能方面的比較

在這三種道路照明燈具中，LED燈功率最低，其次是金鹵燈和高壓鈉燈，這說明LED燈節能性能最好；LED燈壽命最長，是高壓鈉燈的3～5倍左右，是金鹵燈的5～8倍左右；LED燈光色和金鹵燈光色一致，同為白色，被的照物體顏色更加真實；除此之外，在顯色性、光效以及色溫等方面均高于高壓鈉燈和金鹵燈；高壓鈉燈和金鹵燈色溫均不可調，而LED燈色溫可調。但是LED燈光源體積較前兩者小，說明照明范圍小，所以若要以LED燈作為道路照明使用，路燈間間隔也要更近一些，而LED燈成本較為昂貴，因此，將會大大增加安裝成本。對于大多數城市來說，使用LED等作為道路照明使用并不實際。

2.3 實例分析

南京市大明路原使用高壓鈉燈作為道路照明燈，2013年該市對這條干路進行了LED燈試點。A干路寬為15m，燈間間距為25m，交錯布置。試點一年之后，對原路燈（高壓鈉路燈）和LED路燈耗能進行對比分析，對比結果見表1。

需要說明的是，日耗電時間為10h/d，年耗電時間為365天，電費按照每度電1元計算。通過表1我們能夠看出，與高壓鈉路燈相比，LED燈耗能方面（日耗電量、年耗電量）要遠遠低于高壓鈉路燈，這說明LED光源作為路燈是可行的。但是在應用過程中，也需要做出慎重考慮，因為LED燈比高壓鈉路燈的成本要高得多，而且在間距設置上也要更近一些。

結語

總而言之，LED作為一種綠色能源應用于城市道路照明已是必然趨勢。雖然在成本、照明效果等方面尚不理想，但是相信在不久的將來隨著半導體照明研究的不斷深入，LED一定能廣泛應用于道路照明。

參考文獻

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