- LED路燈的難題分析
- 使用傳統(tǒng)小功率LED作組合或大功率管作光源，
- 解決輸出功率及光通量、二次光學(xué)設(shè)計(jì)、散熱設(shè)計(jì)和電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)
LED(發(fā)光二極光)的應(yīng)用可以說(shuō)無(wú)處不在。作為一種半導(dǎo)體發(fā)光材料，與其他發(fā)光材料相比較，LED以其綠色、高效、可靠、耐用的優(yōu)勢(shì)，使得其他發(fā)光材料黯然失色。隨著大功率LED成本的不斷降低，逐步替代傳統(tǒng)燈具成為可能。LED光源在道路照明中的應(yīng)用已成為近年來(lái)半導(dǎo)體照明行業(yè)的熱點(diǎn)，LED器件產(chǎn)品應(yīng)用到路燈上，對(duì)技術(shù)有什么特殊要求?LED路燈與目前普通路燈相比有哪些優(yōu)勢(shì)?還存在哪些不足?如何解決?業(yè)界專家從不同側(cè)面給予了闡述。
制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是普及推廣有力手段
LED作為路燈主要有以下優(yōu)點(diǎn)或特點(diǎn)：發(fā)光效率高，燈具反射損失低，節(jié)省能源70%;配合數(shù)字控制亮度功能，更省電;不需高壓，安全性高;配合軟件可由遠(yuǎn)程自動(dòng)遙控亮度;事故、多霧、雨天等特殊情況下提供超高亮度及顯色性高的照明光源;安裝維護(hù)簡(jiǎn)便;模塊安裝、無(wú)多余配線;不會(huì)造成光污染或浪費(fèi);長(zhǎng)壽命，意味著不需要經(jīng)常進(jìn)行更換，從而減少了交通中斷的潛在性，降低了為此支付的維修費(fèi)用。有人計(jì)算過(guò)，采用LED路燈除了在單燈成本及最初安裝的造價(jià)比高壓鈉燈高外，在鋪設(shè)成本、耗電成本及壽命方面均大大優(yōu)于高壓鈉燈。
LED路燈面臨的主要技術(shù)問(wèn)題為：輸出功率及光通量、二次光學(xué)設(shè)計(jì)、散熱設(shè)計(jì)和電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。輸出功率及光通量的提高還需要從大功率白光LED的外延技術(shù)、芯片工藝等基礎(chǔ)層次進(jìn)一步提升。在二次光學(xué)設(shè)計(jì)方面，LED的輻射形式有朗伯型、側(cè)射型、蝙蝠翼型和聚光型幾種。在道路照明領(lǐng)域，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過(guò)二次光學(xué)設(shè)計(jì)，使得LED的光照范圍、光度曲線符合道路照明的需求。散熱是LED路燈需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一，由于LED路燈亮度要求高、發(fā)熱量大，并且戶外這種使用環(huán)境比較苛刻，如果散熱不好會(huì)直接導(dǎo)致LED快速老化，穩(wěn)定性降低，除了需要功率型LED本身的散熱好外，由于路燈具有戶外夜間使用的特點(diǎn)，散熱面位于側(cè)上面有利于空氣自然對(duì)流散熱。LED路燈的電源系統(tǒng)也與傳統(tǒng)光源不同，LED的低能耗、低工作電壓和太陽(yáng)能電池組件的低輸出功率、低輸出電壓之間的配合非常合適，如何使緊密壓縮在一起的一組LED安全、可靠地工作也是考察LED路燈的一個(gè)指標(biāo)。
綜合以上對(duì)LED路燈在市場(chǎng)前景及技術(shù)問(wèn)題方面的分析可以看出，影響其應(yīng)用的因素為：
第一，LED路燈造價(jià)較高，不利于推廣普及。雖然目前初步解決了LED路燈的散熱問(wèn)題，但是過(guò)高的價(jià)格和過(guò)重的燈頭仍然會(huì)阻礙LED路燈的普及。
第二，LED路燈模塊化的可靠性仍需加強(qiáng)，由于驅(qū)動(dòng)電路等原因也會(huì)造成LED路燈的失效。
第三，無(wú)論是單點(diǎn)還是多點(diǎn)光源的LED路燈都存在著散熱難的問(wèn)題。一盞采用250W高壓鈉燈的路燈，由于技術(shù)較成熟，散熱控制得很好，即使工作5000小時(shí)，光衰仍然較小，發(fā)光效率還可以達(dá)到70%以上。以目前的技術(shù)，相同條件下大功率LED路燈，由于散熱問(wèn)題不易解決，光衰較大，發(fā)光效率會(huì)下降到30%。如果想用加大電壓電流的方法提高光效，很容易造成LED芯片損毀的現(xiàn)象。
第四，LED路燈射程短，因此LED路燈還需要進(jìn)一步加強(qiáng)如何在較高高度下工作的研究。此外，制定國(guó)家LED道路照明標(biāo)準(zhǔn)也是普及推廣LED路燈非常有力的手段。
散熱和可靠性是影響應(yīng)用主要因素
LED光源有兩種做法，一種是使用傳統(tǒng)小功率LED作組合，一般多達(dá)上百顆甚至數(shù)百顆，電源設(shè)計(jì)復(fù)雜。另一種是使用大功率管作光源，價(jià)格比較貴。兩種方法都不可避免地要將散熱設(shè)計(jì)和工作可靠性作為主要設(shè)計(jì)考慮因素，國(guó)內(nèi)多應(yīng)用于政府示范性工程，真正市場(chǎng)化運(yùn)作的工程很少，國(guó)外這方面的應(yīng)用實(shí)例較多，但其最大的缺點(diǎn)依然是可靠性、出光流明數(shù)和價(jià)格，很多工程由于LED品質(zhì)低劣，沒(méi)有很好地表現(xiàn)出壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。還有，從成本、市場(chǎng)的角度考慮，LED作為照明光源，其是否與太陽(yáng)能結(jié)合使用，在設(shè)計(jì)上需要走不同的路線，并不是單獨(dú)作為一種光源來(lái)開發(fā)就能完成的。
LED器件產(chǎn)品應(yīng)用到路燈上，技術(shù)上的特殊要求主要是要結(jié)合LED光強(qiáng)和發(fā)光角度來(lái)設(shè)計(jì)，另外由于多顆LED組合，出光設(shè)計(jì)方面要兼顧照射面域，燈具方面需要重點(diǎn)考慮散熱的有效性。
LED路燈與普通路燈的對(duì)比優(yōu)勢(shì)：節(jié)能、環(huán)保，易于和低壓適配，也可和太陽(yáng)能系統(tǒng)直接配套，無(wú)需額外的逆變、轉(zhuǎn)換過(guò)程，能達(dá)到最大的能源利用率。
不足：照明角度偏小、不均勻，顏色顯色指數(shù)偏低，光學(xué)、散熱設(shè)計(jì)復(fù)雜。
技術(shù)上的不足：當(dāng)前技術(shù)下的光通量還不夠，光效太低，品質(zhì)難以保證。
解決措施：LED產(chǎn)品應(yīng)用于路燈需要專門的設(shè)計(jì)，也需要專門的標(biāo)準(zhǔn)(用傳統(tǒng)光源的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)LED光源往往并不客觀)。
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LED路燈設(shè)計(jì)難題分析
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LED路燈五大設(shè)計(jì)難題重點(diǎn)分析
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LED應(yīng)用于路燈有先天的優(yōu)勢(shì)也有劣勢(shì)。優(yōu)勢(shì)在于：第一，LED作為點(diǎn)光源，如果設(shè)計(jì)合理，很大程度上可以直接解決傳統(tǒng)球狀光源必須依靠光發(fā)射來(lái)解決的二次取光及光損耗問(wèn)題;第二，對(duì)光照射面的均勻度可控，理論上可以做到在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)完全均勻，這也能避免傳統(tǒng)光源“燈下亮”現(xiàn)象中的光浪費(fèi);第三，色溫可選，這樣在不同場(chǎng)合的應(yīng)用中，也是提高效率、降低成本的一個(gè)重要途徑;第四，技術(shù)進(jìn)步空間依然很大。
劣勢(shì)(影響路燈推廣應(yīng)用的因素)：當(dāng)前價(jià)格還太高，光通量低，當(dāng)前同等照度設(shè)計(jì)的LED光源價(jià)格大約相當(dāng)于傳統(tǒng)光源的4倍(不過(guò)在路燈產(chǎn)品中，光源部分占總成本并不高，所以在工程安裝中的成本提高比例也不會(huì)太高，應(yīng)用的空間還是比較大的)，在民用中難以承受。當(dāng)前設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)比較混亂，損壞比例高，影響了LED的壽命優(yōu)勢(shì)。
建議：統(tǒng)一LED標(biāo)準(zhǔn)，提升品質(zhì)穩(wěn)定性，成立市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)協(xié)調(diào)組織，避免惡性競(jìng)爭(zhēng)，大力宣傳LED的品質(zhì)觀念，避免受不良實(shí)例的影響，要讓人們從思想上接受LED其實(shí)是可以實(shí)現(xiàn)其壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)的，提高選擇和使用LED的水平。
對(duì)白光大功率LED需求將達(dá)到3億顆
LED器件應(yīng)用到路燈上，技術(shù)上的特殊要求主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：首先，良好的發(fā)光效率穩(wěn)定性，不能衰減太快。其次，光色的一致性和可維持性要好，不能因?yàn)檩^長(zhǎng)時(shí)間使用白光顏色發(fā)生變化。這兩點(diǎn)都要求燈具的整體散熱要好，光學(xué)設(shè)計(jì)要到位。
LED路燈與目前普通的高壓鈉燈路燈相比優(yōu)勢(shì)如下：
第一，節(jié)能：目前白光LED的發(fā)光效率約為80lm/W，較傳統(tǒng)高壓鈉燈可以節(jié)電50%～60%，隨著LED效率的快速提升，半導(dǎo)體路燈在節(jié)能方面顯示出了巨大的潛力。
第二，低維護(hù)成本：以目前的技術(shù)水平和測(cè)試結(jié)果推算，大功率LED光源可以正常使用10年不用更換，而傳統(tǒng)高壓鈉燈平均1年半就要更換一次，使用半導(dǎo)體光源可以大大降低維護(hù)成本。
第三，顯色性佳：LED的顯色指數(shù)高(75～80)，人們的反應(yīng)速度快，路面看起來(lái)更明亮，感覺(jué)更舒適，駕駛?cè)藛T也感覺(jué)更安全。而高壓鈉燈光譜窄，顯色性差(20～40)，感覺(jué)昏暗。
存在的不足主要如下：
第一，發(fā)光效率還不夠高：目前雖然試驗(yàn)室水平大功率白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過(guò)了100lm/W，但量產(chǎn)的、性價(jià)比高的大功率白光LED發(fā)光效率還在60lm/W左右，節(jié)能優(yōu)勢(shì)還沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。
第二，地面對(duì)LED光的反射率低：由于目前白光LED光譜特征，路面及周邊物體對(duì)其反射率低，所以路面的亮度較低，與鈉燈的黃光相比，這是它的一個(gè)弱點(diǎn)。
大功率白光LED光源目前的發(fā)光效率還在約70lm/W～80lm/W的階段，理論其發(fā)光效率可以達(dá)到300lm/W左右，因此在技術(shù)上還有非常大的發(fā)展空間。同時(shí)半導(dǎo)體光源路燈目前正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的開始階段，在提高散熱效率、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化、配光設(shè)計(jì)方面還有非常大的提升空間，還有大量的研發(fā)工作需要深入開展。
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