LED光源應(yīng)用于道路照明

LED照明技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展與積累，已進(jìn)入快速發(fā)展階段。而作為照明行業(yè)重要組成部分的道路照明，在整個(gè)國家的照明耗電量中約占20～30%，地位舉足輕重。所以，LED在道路照明中的應(yīng)用也越來越受到關(guān)注。許多企業(yè)為了抓住商機(jī)，搶占更多的市場，爭相開發(fā)各種道路燈具來滿足用戶的需要，甚至一些原來不生產(chǎn)照明產(chǎn)品的企業(yè)也紛紛上馬，但由于各種原因，造成了現(xiàn)在的半導(dǎo)體燈具產(chǎn)品混亂局面，一些企業(yè)產(chǎn)品還走入了誤區(qū)，帶來了很大的負(fù)面影響。筆者結(jié)合自身企業(yè)及道路照明的特點(diǎn),就LED路燈的開發(fā)和推廣應(yīng)用過程中遇到的一些問題作一闡述

1、二次光學(xué)設(shè)計(jì)

目前用于道路照明的大功率LED光效基本在70-90Lm/W，這與高壓鈉燈(100-120Lm/W)相比還具有一定的差距，但由于LED具有定向發(fā)光特性，發(fā)光角度在120度以內(nèi)，通過光學(xué)器件的合理設(shè)計(jì)，這兩者差距就會(huì)明顯縮小。

1.1 燈具效率 一般傳統(tǒng)高壓鈉燈路燈的燈具效率在75%左右，而利用LED定向發(fā)光特性，燈具效率可以達(dá)到79%;

1.2 燈具出光效率的有效利用 傳統(tǒng)路燈的光通量有效利用率50%，有一部分光線溢出并且無法利用，特別是朝向屋邊的光線，不能準(zhǔn)確地控制在照射面上，造成光污染，而LED路燈可以準(zhǔn)確控制光線方向，有效利用率60%以上;

從上面兩點(diǎn)可以看出，只要LED路燈二次光學(xué)設(shè)計(jì)合理，投向目標(biāo)照射面的有效光通量和傳統(tǒng)路燈基本接近。

1.3 一些不妥當(dāng)?shù)挠^點(diǎn)

在當(dāng)前的道路照明領(lǐng)域中可能存在一些不太妥當(dāng)?shù)挠^點(diǎn)，歸納如下：

(1)強(qiáng)調(diào)燈具總流明數(shù)和燈下照度，忽視燈具應(yīng)用場合和配光設(shè)計(jì);

這樣造成的結(jié)果就是：路燈中心照度太高，而均勻性不夠完善。既浪費(fèi)能源，還沒有達(dá)到理想的效果;

(2) 不同配光需求的混同

路燈布置方式有單側(cè)布燈、兩側(cè)交叉布燈、兩側(cè)相對布燈、丁字路口布燈、十字路口布燈和彎道布燈等多種形式。路燈不同的布置方式，其對應(yīng)的配光要求是不同的。如果所有的應(yīng)用場合都使用相同的配光設(shè)計(jì)，是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

(3) 過分強(qiáng)調(diào)“環(huán)境比值SR”

由于道路等級和照明環(huán)境的不同,對路燈的總光通量顯然是不同的。路燈除了照亮行車道外,還應(yīng)對輔道和周圍環(huán)境有一定的照明。這也是照明規(guī)范中提出“環(huán)境比值SR”的原因。但是“環(huán)境比值SR”用到任何道路就顯得不可取。因?yàn)?ldquo;環(huán)境比值SR”是考慮到行車安全而提出來的,在距離行車道周邊一定范圍內(nèi),有相當(dāng)?shù)恼斩人?以供駕駛?cè)藛T判別周圍事物是否存在行車危險(xiǎn)。目前,我國不少城市道路采用機(jī)非隔離或全封閉形式(如高架橋,快速線等),甚至還專門設(shè)置輔道照明燈,如果過分強(qiáng)調(diào)單個(gè)路燈的“環(huán)境比值SR”而提高燈具光通量,只會(huì)增加光污染。

2、LED路燈散熱設(shè)計(jì)

2.1 散熱問題的長期性

目前，我們可以使用的傳熱手段也基本明確：傳導(dǎo)、對流、輻射和相變傳熱(熱管就是相變傳熱的經(jīng)典范例)。

根據(jù)光通量(流明)與輻射通量(瓦)以下的當(dāng)量關(guān)系：

Km = 683 lm/w， 也就是說1W的輻通量在最理想的情況下(黑體輻射)可能產(chǎn)生683lm光通量。

由此可見，即使在某一天LED的光效達(dá)到200lm/w，也只有30%能量轉(zhuǎn)化為光能輸出，而其余的都轉(zhuǎn)化為熱能。所以，無論如何，LED燈具是必需有散熱裝置的。

2.2 路燈散熱設(shè)計(jì)的方式選擇

目前散熱方式主要有：自然對流散熱、風(fēng)扇強(qiáng)制散熱、熱管和回路熱管散熱等。由于路燈在戶外夜間使用、散熱面大都位于燈體側(cè)上面，型狀、體積受限較小，自然散熱條件要比其他燈具好，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)`和良好的散熱材料能確保LED結(jié)溫處于正常范圍。

3、驅(qū)動(dòng)電路

LED驅(qū)動(dòng)電路各式各樣，用于路燈的LED電路要充分考慮功率因素和交直流轉(zhuǎn)化效率，這樣才能真正發(fā)揮節(jié)約用電的效果，目前相當(dāng)一部分LED路燈的標(biāo)稱功率和實(shí)際輸入端功率相差甚大，對用戶造成經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前采用諧振和同步整流技術(shù)的驅(qū)動(dòng)電路，功率因數(shù)在0.9以上，轉(zhuǎn)換效率達(dá)85%以上。

4、工程應(yīng)用

傳統(tǒng)路燈由于燈具選型、工程安裝、設(shè)計(jì)不合理，照明標(biāo)準(zhǔn)選擇不當(dāng)，造成了大量的光污染和浪費(fèi)，這一問題長期存在。如果LED路燈的實(shí)際應(yīng)用和設(shè)計(jì)條件不相符，這一現(xiàn)象將更為突出。所以企業(yè)必需正確引導(dǎo)客戶使用LED燈具。

5、中間視覺

一般道路照明亮度要求在0.1-2.0 cd/㎡之間,屬中間視覺(0.0034-3 cd/㎡)研究的范疇。要達(dá)到中間視覺效率最高，可以用相對照度，根據(jù)不同的光源，光譜分布來調(diào)整相應(yīng)的照度。以達(dá)到不管是黃光還是白光，對亮度的感覺都應(yīng)該是一樣的。在道路照明的發(fā)展中，存在著黃光和白光的使用比較。黃光就是現(xiàn)在主流的高壓鈉燈，因?yàn)樗庑Ц?，壽命長。但黃光也有其不足之處。高壓鈉燈的波長接近589nm，在明視覺條件下光譜光視效率很高，但環(huán)境亮度降低到一定程度時(shí)，波長在500nm左右的白光就會(huì)顯示出更高的光視效率。LED由于光色選擇范圍較廣，在這方面具有優(yōu)勢。