淺析LED路燈的優勢及存在的問題

摘要：LED路燈與以高壓鈉燈為代表的傳統路燈比較，具有光效高、能耗低、瞬時啟動、壽命長、顯色性好、結構牢固和便于調光等優勢，但價位偏高，目前在技術上尚未成熟，在光學設計、散熱和驅動電路等方面存在一些技術難點有待解決。

　　道路照明屬于公共照明，由政府所掌控。由于LED具有高效、環保、節能和壽命長等特點，LED光源
光源

　　光源產品具有LED顯示、體積小、重量輕、易攜帶、電池供電、性能價格比高等特點，直觀快速，是一種使用極其簡單方便的測試工具，產品經過防震防潮處理，可以在野外惡劣環境下長時間工作。 [全文]

可以率先在道路和隧道照明中應用。

　　用于道路照明的燈具，被稱作路燈。以LED作為光源的道路照明燈具，則稱作LED路燈。LED路燈的核心是LED光源。LED路燈光源，是由許多大功率白光LED通過混聯方式連接而成的。LED路燈燈具除了LED模組之外，還包括驅動電源、光學元件及散熱裝置等。

　　一、道路照明的發展現狀

　　當人們有了夜晚出行的需求時，便出現了道路照明。近代道路照明始于白熾燈的出現。道路照明是隨著時代的發展、科技的進步和人們生活水平的不斷提高而發展的。從人們僅要求照明路面察覺道路的情況，到幫助人們識別道路是行人還是障礙物，再到幫助機動車和非機動車駕駛者辨別行人的特征等。

　　道路照明的根本目的是在于為駕駛員和行人提供良好的視覺條件，指引他們行進，以便提高交通效率，降低夜間的交通事故和犯罪，同時幫助行人看清周圍環境，辨別方向。隨著社會經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，人們在夜間到戶外休閑、購物、觀光等活動越來越多，良好的道路照明也起到豐富生活、繁榮經濟和提升城市形象的作用。

　　按照照明的觀點，道路可分為四大類：汽車專用道路、一般街道、商業街及人行道。通常所講的道路照明，乃指汽車專用道路照明。在道路照明的諸多目的中，為機動車駕駛員提供安全舒適的視覺條件是第一位的。

　　道路照明光源最早是路燈，后來相繼出現了高壓汞燈、高壓鈉（HPS）燈和金屬鹵化物燈、高效節能燈、無極燈及LED燈等。在目前比較成熟的路燈光源中，HPS燈的光效最高，一般達100~120lm/W，在目前的中國整個道路照明市場（擁有量約1500萬盞）上，高壓鈉燈占據60%以上的份額。而在一些社區和鄉村道路上的照明光源主要是電子節能燈（CFL），約占道路照明市場20%的份額。傳統白熾燈和高壓汞燈，正在逐步被淘汰。

　　LED照明是一種節能環保照明。LED道路照明示范正在全球展開，中國大陸成為先行者，臺灣地區居次。在2009年4月28日，國家科技部正式發文[國科發高（2009）189號]，在天津、石家莊、大連、上海、杭州、廈門、南昌、成都、西安、重慶、深圳、東莞和山東濰坊等21個城市開展“十城萬盞”計劃試點工作，LED路燈以其突出的示范效應成為各類半導體照明技術中的一大亮點。

　　二、LED路燈的優勢

　　與以高壓鈉燈為代表的傳統路燈比較，LED路燈具有很多顯在和潛在的優勢。

　　（1）光效高，能耗低

　　目前大功率白光LED的光效已超過100lm/W，科銳（Cree）、歐司朗（Osram）光電半導體等公司的大功率白光LED的實驗室水平早在2009年年初就達160lm/W。根據美國能源部（DOE）預測，到2020年前后，大功率LED商業產品的光效可以達到165lm/W，實驗室樣品光效可以達到230lm/W。到2020年之后，LED光效基本不再會有大的提高，將進入一個遲緩期。

　　在道路照明方面，高壓鈉燈因為其光效可達到120lm/W而占主導地位。但是，隨著LED光效的不斷提高，高壓鈉燈路燈的壟斷地位岌岌可危。目前在次干道上使用的150W以下的LED路燈，已體現出明顯的節能優勢。

　　傳統路燈光源一般向整個空間發光，但需要路燈照亮的只是行車和行人的路面，因此在路燈燈具設計時，為了盡可能地使燈光均勻并集中地投射到路面上，需要使用曲面反射器來收集光線，使其向所需要的方向照射。在光線傳播過程中，由于光源的阻擋和反射面的吸收而損失，致使路燈的出光效率僅為65%~70%。反觀LED路燈，因其具有良好的方向性，在采用二次光學透鏡時，燈具效率可達80%左右。如果再進行三次光學設計，燈具的出光效率可達85%~90%。

　　表1列示了某一400W的高壓鈉燈與一盞250W的LED路燈燈具效率及路面利用率等參數比較。

表1 400W高壓鈉燈與250W的LED路燈參數比較

　　事實證明，用配光科學合理的100W的LED路燈替代次干道上使用的250W的高壓鈉燈路燈，不僅能達到道路照明標準要求的平均照度，而且均勻度也得到大幅提高。而高壓鈉燈路燈的平均照度局部區域可能較高，但均勻度卻很差。由此可見，LED路燈具有相當大的節能空間。

　　高強度放電（HID）燈路燈，一般只能在小范圍內進行調光，而LED路燈可以實現從0%~100%范圍內的調光控制，可以根據環境光照和交通狀況靈活調節光輸出，在保證照明需求的情況下降低不必要的能耗。由此可見，對于占總照明用電量約為15%~20%的道路照明來說，大規模地推行LED路燈，對于節能降碳具有重要意義。

　?。?）使用壽命長

　　路燈的壽命直接影響整個道路照明的維護成本。目前高壓鈉燈的壽命一般為2萬小時左右，道路照明用高壓鈉燈的使用壽命僅約5000小時，而大功率LED的壽命一般達5~7萬小時。

　　高壓鈉燈和LED的平均壽命定義是不同的。高壓鈉燈的平均壽命定義為“將一批受試光源樣品點燃至50%數量損壞時的時間”，而LED的平均壽命則是指“將一批受試樣品點燃至50%數量的光衰至70%的時間”。

　　若按高壓鈉燈的壽命定義來衡量LED，壽命為5萬小時的LED則可達10萬小時；若按LED的壽命定義來衡量高壓鈉燈，壽命為2萬小時的高壓鈉燈僅約1萬小時。

　　當然，LED的壽命并不是LED路燈的壽命。LED路燈的壽命是由LED光源壽命和驅動電路的壽命共同決定的，而LED及其驅動電路的壽命取決于燈具的散熱能力、電路拓撲結構及其電子元器件的選擇等多種因素。從目前的技術水平看，LED路燈的壽命可以超過高壓鈉燈路燈。