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对LED路灯在发展过程中 利弊的研判
2012-10-22 10:27:10
 

 

   “大功率LED路灯应用现状”辩 论会会议论文

  当前,随着  LED照明技术的不断发 展,主要是以其功率的增加,效率的提高,成本的下

降,越来越多的被 各类照明工程所采用。LED不但在装饰性照明 领域,在功能性照明领域也已

占有一席之地。如 信号灯、汽车尾灯、防水防爆型电筒,包括一部分室内照明及道路照明。

LED作为一种固体照明 光源,以其长寿命、高光效、多光色及一次配光定向照射功能,可在安

全低电压下工作, 也可连续开关闪断,能轻松实现0~100%调光功能等诸多优 势,成为新一

代光源的发展趋势 。

  当前,随着  LED照明技术的不断发 展,主要是以其功率的增加,效率的提高,成本的下

降,越来越多的被 各类照明工程所采用。LED不但在装饰性照明 领域,在功能性照明领域也已

占有一席之地。如 信号灯、汽车尾灯、防水防爆型电筒,包括一部分室内照明及道路照明。

LED作为一种固体照明 光源,以其长寿命、高光效、多光色及一次配光定向照射功能,可在安

全低电压下工作, 也可连续开关闪断,能轻松实现0~100%调光功能等诸多优 势,成为新一

代光源的发展趋势 。

  中国照明网技 术论文·LED技术

  近一段时期以 来,在节能减排的口号的感召下,各地纷纷上马LED道路照明项目。但 是,

在这一功能性要求 较高的领域里,LED却遇很大的阻力, 显然LED路灯在目前的发展 中暴露出

它的一些不足。我 们不难看到各地LED道路照明项目大多 独立实施,良莠不齐,存在着反复试

验,反复浪费的状 况。如能在行业内实现信息共享,并出台一些切实可行的暂行标准,必将对

LED路灯的健康、快速 发展起到推动作用。以下,笔者以一个LED路灯的实际项目为 例,结合

LED本身特点,对 LED路灯在发展过程的 利弊作一研判,望能起到抛砖引玉的作用。

  中国照明网技 术论文·LED技术

  LED的基本优势分析

  中国照明网技 术论文·LED技术

  作为新兴光源 ,LED正处于飞速发展的 阶段,目前大功率白光LED的光效已有

100lm/W;而且通过对其发 光机理的研究,可以推算出LED的辐射光效可达 350lm/W,还具

有很大的发展空间 。LED的特点之一是定向 发光,在实际应用中尽可能使灯具中的LED分别把

光线直接射向被照 面的各个区域,配合灯具反射器的辅助配光,得到符合各种需求的精确光分

布,因此LED路灯灯具配光设计 精准到位是其能否替代传统路灯的关键。

  中国照明网技 术论文·LED技术

  LED无明显的失效机理 ,理论寿命可达10万小时。在泛光照 明应用中,通常约定LED输出

光通量衰减到初始 值的70%时即为寿命终点, 照此现有LED寿命也有5万小时。可大幅减 少维

护工作,节约运行 成本。

  中国照明网技 术论文·LED技术

  作为半导体光 源,LED响应迅速,能在连 续开关闪断状态工作,轻松实现0~100%调

光,可与控制系统 整合,按需要调整光输出。

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  案例分析

  1、08年6月中旬,在上海某 一长3.1KM的道路两侧机非隔 离带安装了313盏LED路灯。

  光源功率:

  主干道: 27*5W=135W,

  非机动车道: 16*5W=80W,

  灯具配光:采 用三次配光设计:1、LED芯片输出光方向性 强,有良好的一次配光设计;

2、每个LED的安装位置及投光 方向单独设置,在此款灯具里是随反射器的曲面而分布的;3、

利用反射器作为最 终的辅助手段。

  中国照明网技 术论文·LED技术

  灯杆:

  杆高: 10m;(光源对路面距 离)

  挑臂: 1m;(双挑)

  杆距: 28m;(对称排列)

  路幅: 32m;

  4个月后实测数据:

  平均照度 :18lux

  均匀度 :0.4

  车道均匀度: 0.35

  实际效果见图 片。

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  对比传统钠灯 及金属卤化物灯路灯,LED除节约可观电能外 还有如下明显优势。

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  1、虽然传统光源有 更高的光效:钠灯110lm/W,金卤灯80lm/W。但这类光源应用 在道

路灯具中时,只有 40%的光是直接照射到 路面,其它光是通过灯具反射器再投射出灯具。而

此类灯具的反射器 效率仅为50%~60%,灯具效率一般仅 有70%。反射器设计难度 大,无法

真正满足配光需求 ,普遍存在在直接照射方向照度过大,而在两灯光线交叉处照度过小的问

题。

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  反观LED路灯,3次配光设计使大部 分光是直接投射到路面,灯具整体光效达50lm/W。

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  2、LED光源输出白光显色 性达65,色温适中: 5000K~6000K,相比钠灯,光色更 为自

然。按“中间视觉 ”理论,白光LED具有较高的中间视 觉等效光效,即在中间视觉条件下的亮

度提高约40%,而此时“黄光” 高压钠灯的等效光效要降低约30%。虽然中间视觉理 论依据

人眼感官,现在还 处于争议中并无确切的标准,但LED的高显色性无疑有 助于司机及行人识别

目标,在同样的路 面亮度下提供更好的通行条件。

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  3、钠灯与金卤灯均 为高压气体放电灯,因故熄灭后热启动时间长达5~8分钟;LED灯具

则可工作在连续开 关闪断的状态下。

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  4、LED灯具可实现 0~100%连续调光,可根据 环境光照及交通状况灵活调整光输出,在

保证照明质量的同 时降低不必要的功耗。采用传统钠灯及金卤灯的路灯,一般只能实现小范围

的调光控制,应用 中不可避免的受到其最低工作电压要求的局限性。

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  5、LED灯具寿命长,在良 好的散热条件下可达50,000小时,光衰小,有 效降低维护工

作,减少运行成本 。

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  但在实际运行 中,我们发现LED路灯的应用在现阶 段仍然存在一些制约因素,正是这些原

因在一定程度上阻 碍了LED在道路照明方面的 发展。

  中国照明网技 术论文·LED技术

  1、 配光设计问题: LED路灯的配光设计, 是LED路灯的难点之一。 路灯的配光有其特

点,首先为平衡良 好的均匀度和经济性,灯具的配光应较宽,灯杆的间距应尽可能的宽,而不

只是打亮灯具下方 的区域,同时又必须严格控制炫光,和考虑环境系数。

  中国照明网技 术论文·LED技术

  2、LED光输出方向性好, 在提供更高配光效率可能的同时也对灯具配光部件的设计及制

造提出了更高要求 ,为获得合理的配光,我们可以采用多种光学手段进行设计,透镜,反射

碗,棱镜等,但是 光学设计难度相当大。

  本案例中, LED灯具配光虽然经过 一定的优化设计,但经现场实测发现:尚能基本满足道

路照明的使用要求 ,但路面照度偏低,均匀度较差,斑马效应明显,有较大的眩光。而且电子

驱动器可靠性、稳 定性问题仍存在。中国照明网技术 论文·LED技术

  由于历史原因 ,国内现有的很多照明产商大多缺乏对LED光学特性的深入了 解,特别在路

灯方面缺乏光学设 计的专业能力,同时又受制于LED芯片目前的光效水 平。这些都是目前主要

的制约LED路灯的发展因素。

  中国照明网技 术论文·LED技术

  2、散热问题。 LED的工作状态和散热 设计不仅直接关系到LED实际发光效率,也 关系到

实际使用寿命。

  通常我们所说 的LED芯片光效是指结温 在25?C时的芯片光效,由 于散热设计和环境温度

的影响,在实际使 用中,结点温度往往会大大高于25?C,所以会导致光效 大幅下降。以结温

25?C 时100lm/W的芯片为例,实际 使用中可能只有60-70lm/W。中国照明网技术 论文

·LED技术

  LED是个光电器件,其 工作过程中只有15%~25%的电能转换成光能 ,其余的电能几乎

都转换成热能,使 LED的温度升高。在大 功率LED中,散热是个不容 忽视的问题。例如,1个

10WLED若其光电转换效率 为20%,则有8W的电能转换成热能 ,若不加散热措施,则LED

的结点温度会急速 上升,当其结温(TJ)上升超过最大允 许温度时,LED芯片会因过热而损

坏。因此在大功率 LED灯具设计中,除配 光设计外还有就是散热设计。

  中国照明网技 术论文·LED技术

  目前最常见的 散热方式是通过灯具结构散热片的设计,以期达到增加热传导散热面积。本

项目LED路灯即采用散热片 设计。但由于道路照明的应用环境一般都比较恶劣,尘埃较大且金

属表面腐蚀氧化等 原因,在安装初期尚能满足需求,维持较低的工作温度,但长期使用散热片

之间难免积聚灰尘 且散热片高低不平无法被天然雨水冲走,必然在一定程度上影响灯具内光源

及电器散热,从而 导致LED路灯使用实际寿命 的缩短。另外也有通过散热风煽强制循环散热的

设想,显然由于路 灯所处环境相对室内要恶劣的多,微型散热风煽寿命很难达到要求。

  中国照明网技 术论文·LED技术

  3 维护问题。 LED的一大优势是长寿 命,大功率LED芯片的寿命可达 50,000小时,大都

管理部门在选用 LED路灯时,除考虑节 能经济性外,往往同时考虑到其免维护或少维护的优

点。但实际上 LED芯片的寿命可以达 到50,000小时,并不意味 LED灯具的整体寿命可 以达到

50,000小时。

 
 
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