戶外環境下LED路燈照度維持率測試研究

李本亮

(國家半導體光源產品質量監督檢驗中心(廣東),廣東省東莞市質量監督檢測中心,廣東 東莞 523808)

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戶外環境下LED路燈照度維持率測試研究

李本亮

(國家半導體光源產品質量監督檢驗中心(廣東),廣東省東莞市質量監督檢測中心,廣東 東莞 523808)

隨著LED路燈的應用推廣，光衰問題受到路燈安裝用戶的密切關注。在戶外安裝了兩批次LED路燈，開展基于照度維持率的光衰測試，分析了LED路燈光衰和故障情況。測試結果顯示：2010年首批安裝的LED路燈光衰比較嚴重，產品故障率較高；而2012年第二批安裝的LED路燈，整體光衰率較小，產品整體故障率較低。測試結果對比分析顯示：LED路燈經過兩年的技術改進和提升，產品的光衰問題得到顯著改進，產品故障率有了一定的降低。

LED路燈；路面照度維持率；光衰；故障率

引言

目前，隨著LED路燈應用工程的不斷推廣，LED路燈的光輸出衰減已經成為道路養護部門和廣大民眾關注和評論較多的問題。已有較多的文章關注LED路燈的壽命問題[1-3]，LED路燈應用初期文獻[1-2]對LED路燈的壽命預期為基于LED光源理論壽命50000h來進行評估。隨著LED路燈的應用推廣，越來越多的專家和學者意識到LED路燈的壽命不能簡單根據LED路燈光源壽命來估計,更多的受制于LED路燈產品的整體質量水平,文獻[3]中認為質量較好的LED路燈可以達到20000小時。然而，大多數文獻并未開展多型號、多廠家的LED路燈光衰及故障率的實際測試。

為了更好的了解LED路燈的光衰及故障情況，本文開展了安裝在戶外環境下燃點的LED路燈照度維持率測試，測試產品均為廣東省LED路燈標桿目錄產品，測試分2批次，總計313型號產品。首批次89家企業的LED路燈標桿產品，總計132型號，安裝燃點時間為2010年12月，第二批次127家企業的LED路燈標桿產品，總計181型號，第二批次的LED路燈企業產品包含了第一批的企業78家，安裝燃點時間為2012年6月，每批次均進行2年的燃點和測試，采集了照度維持率及故障率數據，分析了LED路燈光輸出衰減及故障率變化趨勢。

1 LED路燈照度維持率測試方案

本文中所有測試樣品均按照LED路燈產品的安全、電磁兼容國家標準要求，進行了規定項目的測試。

首批次132型號LED路燈產品，安裝在國家半導體光源產品質量監督檢測中心(廣東)(以下簡稱“中心”)自行研發的6米高蓮花形戶外LED路燈測試燈桿上，安裝在中心院內22套燈桿上，每套燈桿安裝LED路燈6盞。燃點時間為每天晚上6點開燈，早上6點關燈，每天燃點12小時[4]，安裝效果如圖1所示。

圖1 LED路燈戶外蓮花燈架測試圖Fig.1 Outdoor test of the lotus of LED street lamp

第二批次181型號LED路燈產品，安裝在中心自主研制的LED路燈戶外測試架上，每排測試架最多安裝LED路燈98盞。燃點時間與首批次相同，燃點效果如圖2所示。

圖2 LED路燈戶外測試圖Fig.2 Outdoor test of LED street lamp

照度維持率測試采用測試每盞LED路燈的路面實際照度并計算維持率的方法進行，具體方法參考DB/T44 609—2009《LED路燈》的9.6.2[5]，測試間隔為6個月。

2 測試數據分析

2.1 首批次LED路燈燃點1年數據分析

首批次132型號LED路燈，燃點2年，累計有31型號出現故障，產品故障率23.5%。本文只分析未出現故障的101型號路燈的照度維持率數據。首批次LED路燈燃點1年后(4380h)的照度維持率數據結果如圖3所示，其中最高照度維持率為1.01，最低照度維持率為0.55；平均照度維持率為0.92。

圖3 首批次LED路燈燃點1年后照度維持率Fig.3 Illuminance maintenance after one year’s lighting for the first batch

為了進一步分析燃點1年后LED路燈的照度維持率分布情況，對首批次的照度維持率按照不同的照度維持率區間進行了統計，具體的情況如表1所示。

表1 首批次燃點1年照度維持率區間統計Table 1 Illuminance maintenance after one year’s lighting

從表1中可以看出有1型號的LED路燈，燃點1年后的照度呈上升趨勢，未出現衰減；共計有72型號的LED路燈照度維持率在(1.0,0.90]區間，占了整體型號的71%；有25型號的LED路燈照度維持率在(0.90,0.80]區間，占25%；有3型號的LED路燈照度維持率在(0.80,0.70]區間，占3%；有1型號的LED路燈照度維持率為0.55，低于0.7。燃點1年照度維持率比例如圖4所示。

圖4 首批次燃點1年后照度維持率比例圖Fig.4 Illumination maintenance proportion after one year’s lighting

參考國家標準GB/T 24907—2010《普通照明用LED路燈性能要求》[6]的5.10的要求，插值計算4380h的光通維持為0.877，在表1的統計中，共有78型號的LED路燈產品照度維持率符合國家標準的要求，占總型號的77%。

2.2 首批次LED路燈燃點2年數據分析

首批次101型號LED路燈燃點2年后(8760h)的照度維持率數據結果如圖5所示，其中最高照度維持率為0.94，最低照度維持率為0.49；平均照度維持率為0.82，與燃點1年的照度維持率平均值0.92相比較，整體照度維持率平均值下降了10%。

圖5 首批次燃點2年后照度維持率Fig.5 Illuminance maintenance after two year’s lighting for the first batch

首批次燃點2年后的LED路燈的照度維持率進行了按照不同的照度維持率區的統計，具體的統計情況如表2所示。

表2 燃點2年照度維持率區間統計Table 2 Illumination maintenance after two year’s lighting

從表2中可以看出燃點2年后，只有2型號的LED路燈照度維持率在(0.96,0.94]區間，另有2型號的LED路燈照度維持率在(0.94,0.92]區間，占4%；有72型號的LED路燈照度維持率在(0.90,0.80]區間，占71%；有21型號的LED路燈照度維持率在(0.80,0.70]區間，占21%；有4型號的LED路燈照度維持率為0.55，低于0.7，占4%。燃點2年的照度維持率比例如圖6所示。

圖6 首批次燃點2年后照度維持率比例圖Fig.6 Illuminance maintenance portion after two year’s lighting for the first batch

參考國家標準GB/T 24907—2010《普通照明用LED路燈性能要求》要求，插值計算8760h的光通維持為0.804，在表1的統計中，共有75型號的LED路燈產品照度維持率符合國家標準的要求，占總型號的74%。

2.3 第二次LED路燈燃點1年數據分析

第二批次181型號LED路燈，燃點2年，累計有28個型號出現故障，產品故障率15.5%。本文只分析未出現故障的153型號的照度維持率測試數據。

第二次153型號LED路燈燃點1年后(4380h)的照度維持率數據結果如圖7所示，其中最高照度維持率為1.03，最低照度維持率為0.63；平均照度維持率為0.98。與首批次101型號LED燃點1年的照度維持率平均值0.92相比較，整體照度維持率平均值上升了6%。

圖7 第二批次燃點1年后照度維持率Fig.7 Illuminance maintenance after one year’s lighting for the second batch

第二批次LED路燈燃點1年的照度維持率進行了按照不同的照度維持率區的統計，具體的統計情況如表3所示。

從表3中可以看出有74型號的LED路燈，燃點一年后的照度呈上升趨勢，未出現衰減；累計有73型號的LED路燈照度維持率在(1,0.9]區間；有4型號的LED路燈照度維持率在(0.9,0.8]區間；有1型號的LED路燈照度維持率在(0.8,0.7]區間；有1型號的LED路燈照度維持率為0.63，低于0.7。第二批次LED路燈的燃點1年照度維持率比例如圖8所示。

表3 第二批次燃點1年照度維持率區間統計Table 3 Illuminance maintenance after one year’s lighting for the second batch

圖8 第二批次燃點1年后照度維持率Fig.8 Illuminance maintenance after one year’s lighting for the second batch

參考國家標準GB/T 24907—2010,插值計算4380h的光通維持為0.877，在表3的統計中，共有150型號的LED路燈產品照度維持率符合國家標準的要求，占總型號的98%。

2.4 第二批次LED路燈燃點2年數據分析

第二批次LED路燈燃點2年后(8760h)的照度維持率數據結果如圖9所示，其中最高照度維持率為1.15，最低照度維持率為0.22；平均照度維持率為0.95，與同批次燃點1年的照度維持率平均值0.98相比較，整體照度維持率平均值下降了3%。與首批次101型號LED燃點2年的照度維持率平均值0.82相比較，整體照度維持率平均值上升了13%。

圖9 第二批次LED路燈燃點2年后照度維持率Fig.9 Illuminance maintenance after one year’s lighting for the second batch

第二批次LED路燈燃點2年的照度維持率進行了按照不同的照度維持率區的統計，具體的統計情況如表4所示。

表4 燃點2年LED路燈照度維持率區間統計Table 4 Illuminance maintenance after two year’s lighting

從表4中可以看出仍有57型號的LED路燈，燃點2年后的照度維持率呈上升趨勢，未出現衰減；另有74型號的LED路燈照度維持率在(1,0.9]區間；有13型號的LED路燈照度維持率在(0.9,0.8]區間；有4型號的LED路燈照度維持率在(0.8,0.7]區間；有5型號的LED路燈照度維持低于0.7。第二批次LED路燈的燃點2年照度維持率比例如圖10所示。

圖10 第二批次燃點2年后照度維持率比例圖Fig.10 Illuminance maintenance after two year’s lighting for the second batch

參考國家標準GB/T 24907—2010,插值 4380h的光通維持為0.804，在表4的統計中，共有144型號的LED路燈產品照度維持率符合國家標準的要求，占總型號的94%。

2.5 測試結果分析

為更加直觀的分析2批次LED路燈的故障率、維持率及失效率(維持率<0.7)的差異情況，將2批次的測試結果進行了對比，具體如表5所示。

表5 2批次LED路燈測試對比表Table 5 Testing comparison of the two batchs

從表5中可以看出，燃點1年時，第二批次LED路燈的故障率上比首批次有8%的下降，平均照度維持率有了6%的上升，照度維持率合格率有了21%的提升；燃點2年時，第二批次LED路燈比首批次的平均照度維持率有了13%的上升，照度維持率合格率有了20%的提升，失效率有了1%的下降。

3 結論

本文在戶外實際安裝了兩批次的LED路燈標桿產品進行照度維持率測試，分析了2010年底首批次和2012年6月第二批次LED路燈產品分別燃點1年和2年照度維持率及故障情況。結果表明LED路燈的整體照度維持率水平有了顯著的提升，故障率有了較大的下降。第二批次LED路燈燃點1年后，有48%的燈具光輸出沒有下降，反而上升，燃點2年后，仍有37%的燈具光輸出沒有下降，維持上升。LED路燈照度維持率增加可能的原因有：1)芯片P極摻雜的Mg-H進一步活化，受主濃度增加，載流子復合概率增加，重而導致光通量增加；2)熒光粉性能提高。[7]LED路燈產品的照度維持率增加通常發生在3000小時以內，工程安裝實測中發現確實有部分的LED路燈產品兩年內仍有維持率上升現象，通過向部分生產廠家了解，相關產品設計時留有比較大的光通量輸出裕量，LED芯片初始工作在額定電流以下，隨著使用時間的增加，整體光通量維持增加或不變。

本文的測試及分析表明，隨著LED路燈產品光源性能的提升和散熱設計技術的進步，多數LED路燈標桿產品的光衰問題已經得到了較好的解決，能夠滿足LED路燈國家標準對維持率的要求。然而，LED路燈的故障率和失效率水平仍然偏高，需要進一步提升產品的設計、工藝及可靠性水平。

[1] 葉榮南.LED路燈用于城市照明的探討[J]. 照明工程學報, 2009, 20(增刊):83-91.

[2] 劉承東, LED路燈在道路照明中的應用[J]. 中國照明電器, 2009, 3:30-34.

[3] 汪飛佳, LED路燈目前存在的問題及未來發展前景[J]. 照明工程學報, 2012, 23(4):97-99.

[4] 廣東LED路燈產品標桿體系管理規范(試行版)[DB/OL]. http://www.gdledia.cn.

[5] 廣東省質量技術監督局.DB/T44 609—2009LED路燈[S].北京：中國標準出版社，2009.

[6]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB/T 24907—2010普通照明用LED路燈性能要求[S].北京：中國標準出版社，2010：1-3.

[7] 蘇州新納晶光電股份有限公司.解析LED光通量衰減圖[OL]. http://wenku.baidu.com/view/ c6ac584af7ec4af e04a1df6a.html.

The Research of LED Street Lamp Illuminance Maintenance rate Testing in The Outdoor Environment

Li Benliang

(NationalSemiconductorLightingProductsSupervisionInspectionCenter(Guangdong)，GuangdongDongguanQualitySupervisionTestingCenter,Dongguan523808，China)

With the popularization and application of LED street lamp, the lighting output descent of lamp was paid close attention to by its users. The author of this paper installed two batch of LED street lamps in the outdoor, carried out illumination maintenance rate tracking test, analyzed LED street lamp lighting output descent and fault conditions. Test results showed that the first batch of LED street lamp installed in 2010 has descended greatly and the product failure rate is high; whereas, the overall descent rate is relatively small and the overall product failure rate is low for the second batch of LED streetlights installed in 2012. The comparison of test results showed that with improvement and upgrading of LED street lamp technology for the past two years, the attenuation problem obtained a better solution, life performance of products has been greatly improved, and the failure rate descended slightly.

LED street lamp, illumination maintenance rate，lighting output descent, failure rate

國家高技術研究發展計劃(863計劃)課題，機電產品綠色制造基礎標準與應用(課題編號：2012AA040102)

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2015.02.020