LED大功率路灯真的稳定吗？他目前的技术瓶颈是什么？

摘要:主要介绍了城市道路照明光源与灯具的关键指标对比，对LED光源与高压钠灯试运行所得数据进行对比分析，并谈及LED光源的发展前景。

关键词:LED指标对比案例介绍对比分析

目前，中国正在创建资源节约型和环境友好型社会，“绿色照明”的概念正逐渐深入人心。随着科学技术的不断进步和半导体材料应用技术的快速发展，小功率LED光源已广泛应用于景观照明，大功率LED路灯也越来越受到重视。

大功率LED路灯是利用DC低压点亮LED组来满足照明要求的一种新型照明方式，具有亮度高、显色性好的特点。此外，由于LED路灯的输入是低压DC，可以与太阳能结合，太阳能LED路灯成为未来道路照明的一种可能。

1.城市道路照明光源和灯具关键指标的比较

1.发光效率:Lm/w每瓦特。即电光源将电能转化为光能的能力，用发出的光通量除以功耗来表示。

目前国外LED光源的发光效率在美国和日本约为75Lm/w，国内LED生产约为65Lm/w。

高压钠灯光源的发光效率约为100Lm/w，每w光通量比LED高25 ~ 35 lm/w。400w高压钠灯的发光效率高达120LM/w..

2.平均寿命:以小时为单位。即一批光源损坏到50%的小时数。

LED光源的平均寿命在50000小时以上，但是在实际应用中影响寿命的复杂因素太多了。除了LED器件的材料、制造工艺和技术，LED颗粒组合、灯具设计、支持控制电路的元器件、散热、防水防尘等都会影响LED光源的寿命。所以LED光源的使用寿命> 5万小时只能参考光源的理论使用寿命。

高压钠灯光源平均寿命大于24000小时，其节能电感镇流器寿命大于50000小时。钠灯光源寿命结束后，镇流器仍可使用。

3.灯具利用系数:指光源发出的光通量通过灯具反射器反射光线的利用效率。《城市道路照明设计标准》规定灯具利用系数为70%。

LED光源光束发射角度小，指向性强，可以用一个灯里几百个甚至上万个LED来代替高压钠灯。这就带来了LED组合光源与LED灯的匹配问题。而且每个LED的功率和体积都太小，光通量的输出也小。将光线直接分配到反光板上，然后再次使用，效率极低(没有测试数据，通过目测分析意见)。

高压钠灯的光源为线状圆柱形光源，呈辐射状，能很好地利用光线通过反光镜的折射进行光线的二次分配，所以利用系数高。

4.灯具必须具有蝙蝠翼的配光性能。由于道路纵向上两盏灯之间的距离约为40m，所以这两盏灯必须将光线照射到20m以上，在两盏灯之间形成光线交汇点，并覆盖两盏灯交汇处的黑暗区域。

LED灯受限于光源的方向性，光源过小而多，很难达到理想的蝙蝠翼形配光要求。它的最大光强在15以内，大部分光只照射在灯下端的路面上。无法遮盖两盏灯之间的黑暗区域。详见图1和图2中两种灯的配光曲线。

高压钠灯光源不受方向性限制，通过光的二次配光形成蝙蝠翼形，其最大光强约为60 ~ 65。它可以照亮更远的方向，并覆盖两盏灯之间的黑暗区域。

5.灯具防护等级:IP。也就是防尘防水灯的密封程度。一般对灯具的要求是IP55~IP65，两种光源的灯具都能满足这个要求。

二、LED在道路照明中的试用案例介绍

为了深入了解LED路灯的特性，我们在常州郊区车流量不大的二级道路上做了一些尝试性的测试，并进行了短时间的跟踪测试。以下简要介绍试点情况:

制造商提供的灯参数:

①灯的光通量:8000流明；②LED发光功率:125 w；③功耗:150 w；④单颗LED功率:1.3W；⑤美国CREE芯片；⑤灯具尺寸:600*296*210。

实验测试数据:

平均照度(EAV): 1 8.98L x，水平照度均匀度(埃明/EAV): 0.07。

测试点2:美华路，位于重楼开发区。此机动车道宽度为14m，两侧对称布置150wLED路灯，间距缩短。

目前，我市在三条道路上选择不同的照明方案，试验安装大功率LED路灯。情况如下:

测试点1:位于新北区闽江路，机动车道宽9m(详见图3)。更换三组常规路灯，一侧安装三组150wLED路灯，间距33m，高度9m。安装初期，经过实测，灯下最大照度为66.1Lux，平均照度为18.98Lux，能够满足标准值。但随着距离的延伸，灯下照度迅速下降，两灯之间出现明显的暗点(详见图4)。最低照度值只有1.4Lux，均匀度只有0.07，与之相差甚远。(详见图5实测照度)为27m，灯具高度降为8m(详见图6)。安装55天后，实测平均照度为27.5Lux，均匀度为0.09，略好于闽江路，但其均匀度仍不足以满足标准要求。通过实地测量，150wLED路灯在两个测试点最大照度值可达70Lux左右，而最小照度值仅为2.1Lux。可以看出，这种大功率LED路灯在减小灯间距的情况下，平均照度可以满足道路照明的要求，但其均匀性仍有待提高，道路斑马线明显(见图7，梅花路夜景)。

实验测试数据:

平均照度(Eav):27.5Lx，最大照度70.1Lx，最小照度2.5Lx，水平照度均匀性(Emin/EAV): 0.09，功率密度:0.79W/m2。

实验三:新北区电子科技产业园业主安装的路灯，道路宽度14m(详见图9)，两侧对称布置125wLED路灯，光源中心距22m，路灯间距50m。作为对比，北侧间隔安装250w高压钠灯(详见图11)。

灯具安装约半年后，现场测量显示，led路灯的平均照度仅为4.72Lux，照度均匀度仅为0.04。两组LED路灯中间区域几乎没有照度，最小照度为0.2Lx，但发现灯下最大照度为30.7Lux(详见图10)。

灯具的技术参数:

功率125W，总光通量8000lm。其他就不得而知了。

实验测试数据:

平均照度(Eav):4.72Lx，最大照度30.7Lx，照明站照度0.2Lx，水平照度均匀度(Emin/EAV): 0.04。

实验测试数据:

平均照度(EAV): 7.14lx，高压钠灯最高照度53.1Lx，距灯30m处照度0.8Lx，LED灯最高照度27.4Lx，距灯15m处照度0.7Lx，水平照度均匀性(Emin/EAV) 0.1。梅花路LED与高压钠灯的比较

美华路项目案例

光源150wLED 400w高压钠灯

安装高度(米)8 10

路灯双侧对称布置，单侧布置。

路灯间距(米)27 35

道路宽度(米)14 14

臂长(米)1 1.5

标高10

平均照度(勒克斯)27.5 29.7

均匀度0.09 0.35

3.实际使用效果的初步分析。LED路灯:

第一，发光效率:

目前单个LED产品光效平均达到每瓦80lm，平均窄带LED照度为10Lx(光效相当于一个金属卤化物灯)。但灯体对光的吸收和损失以及不能投射到路面上的光要去除；对于不同的灯具产品，投入地面的有效光需要进行不同的系统测试。

二、路面均匀性:

从LED照明的原理来看，其指向性决定了LED路灯的光强分布是有限的，这与常规路灯光源+合理配光灯的方式有着本质的区别。因此，灯下的最大照度值往往较高，但同时其照度随着距离的增加而迅速下降，其照明面积直接影响其均匀性。如果达到照度水平的综合指标，必须缩短灯间距，导致灯杆投资增加，灯杆数量多，还会涉及到一次性投资的问题。因此，道路照明灯必须具有蝙蝠翼式配光性能。如前所述，LED路灯的配光曲线(图1)不符合功能性道路照明的要求。

第三，功率密度:

以梅花路为例，根据测试数据，如果均匀性好，路灯间距不超过20m，那么功率密度会达到1.07W/m2，有些偏高。因此，在LED照明原理方面，需要为LED灯解决均匀性和功率密度之间的矛盾。

四、生活:

LED路灯产品的寿命和功耗不应局限于光源本身，而应考虑整个光源电器的系统寿命，其电路中的所有器件，如配套电器、散热系统等，都应考虑在内，才能算出更科学的平均寿命。

动词 （verb的缩写）散热:

目前还没有理想的方法解决LED芯片的散热问题，导致光随时间衰减很大。对长时间通宵连续开启的道路照明影响较大；导致LED路灯的功率无法大破，同时其光效和稳定性也大受限制。可以说这种照明方式暂时不适合安装在车流量大的高速公路上。

六、长期应用需要进一步测试:

LED路灯在常州还处于实验阶段，实测数据因为时间短还不能完全判断其光学稳定性，还需要运行一段时间做进一步的跟踪测试。

综上所述，随着科技的进步，提高发光二极管的发光效率大有潜力，已经成为全球照明领域的热点。从理论上讲，高光效的LED将是替代传统光源的绿色、节能、环保的新产品。

然而，在实际应用中，景观照明得到了广泛的应用。我们认为照度要求不高的局部照明、点照明或庭院灯、草坪灯等辅助照明应该是可行的；短时间内实现大规模的功能性道路照明和主体照明还需要一段时间。要实现蝙蝠翼形配光性能和LED光源电器的整体寿命，还有很多问题需要解决。