淺談LED節能燈在城市路燈系統中的應用

陳 賓，黃雙華，汪 杰 ，段寒風

(1. 西華大學綠色建筑重點實驗室，四川成都 610039；2. 攀枝花學院土木與建筑工程學院，四川攀枝花 617000)

淺談LED節能燈在城市路燈系統中的應用

陳 賓1, 2，黃雙華1, 2，汪 杰1, 2，段寒風2

(1. 西華大學綠色建筑重點實驗室，四川成都 610039；2. 攀枝花學院土木與建筑工程學院，四川攀枝花 617000)

受環境、光照等客觀條件的限制及太陽能路燈產品本身存在的缺點，當前我國城市路燈照明系統節能的一個重要研究方向為LED燈管的推廣和使用。作為新型節能產品，LED照明產業受到國務院和各級地方政府的高度重視。LED路燈光源特性具有光衰小，燈具壽命長，電壓較低，產品安全可靠等方面的優勢，使得產品在使用和推廣過程中，取得了可喜的成績；但是LED路燈在技術層面仍然存在一些未解的難題，需要我國及世界范圍內對該項技術研究的不斷深入，根據使用過程中出現的各類問題，有針對性地進行改進。

城市照明； 節能系統； LED路燈

1 LED節能路燈是城市照明的發展方向

城市照明用電在城市總耗電中占有較大比例，據中國科學院不完全統計，目前城市照明用電占城市總用電的12%以上，且有不斷增長的趨勢。道路照明節能正成為一項節約能源、保護環境的重要舉措。

城市道路照明的作用和地位日益突出，已成為現代化都市的重要標志之一。一方面，市民和各級領導對亮燈率和維護及時性要求提高，城市路燈的覆蓋范圍、照明質量和數量也隨之快速增加，致使城市路燈的能源消耗和運行成本急劇增加。而且隨著近年社區整治、中小街道改造工作的深入發展，以及亮燈率指標的不斷提高，路燈電耗將逐年快速增長。目前太陽能路燈在使用過程中主要存在的問題是：太陽能轉化板能源轉換效率較低，不足以支撐大功率用電；空氣中大量存在的粉塵顆粒影響太陽能轉化板的接收效率；城市樹木對路燈太陽能板有遮擋作用；太陽能電池板的回收利用及綜合處理困難等等。此外，對于一些盆地型城市(如成都)，受地域因素限制，風能、太陽能較貧乏，也一直制約著太陽能光電、風光互補照明路燈的應用和推廣。現階段我國路燈照明系統節能的一個重要研究方向為LED燈管的推廣和使用。

2 LED照明產業介紹

作為新型節能產品，LED照明產業受到國務院和各級地方政府的高度重視，相繼出臺了很多支持產品開發、技術創新以及應用推廣的政策措施。2009年9月，國家發展與改革委員會聯合科技部、工業和信息化部等六部委發表《關于印發半導體照明節能產業發展意見的通知》。通知指出，半導體照明是繼白熾燈、熒光燈之后照明光源的又一次革命。半導體照明技術發展迅速、應用領域廣泛、產業帶動性強、節能潛力大，被各國公認為最有發展前景的高效照明產業[1]。

3 LED路燈照明系統簡介析

LED路燈即半導體照明燈。大功率LED路燈的光源通常采用低壓直流供電，由GaN基功率型藍光LED與黃色熒光粉合成的高效白光二極管，以發光二極管作為光源。因它是一種固態冷光源，具有環保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點，是具有廣泛應用前景的一種節能型路燈系統。特別是其低耗電、無污染的性能，目前已在全世界范圍內取得廣泛共識。

以成都市長順下街及周邊部分支線為例，現場測試數據如表1所示，耗電量統計如表2所示。

表1 現場測試數據(電源電壓穩定在220V交流電)

表2 耗電量統計 (kWh)

從表1、表2格可以明顯看到，與傳統高壓鈉燈相比，采用LED路燈作為城市照明路燈，不僅在耗電量上有高達40%以上的節能效率，而且LED路燈的均差和極差更小，路燈光照的均勻性得以進一步提升。

3.1 LED路燈的優勢

(1)LED路燈光源特性。

LED路燈形成單向性光源，由于沒有發生光的漫反射，能夠保證光照效率以達到節能目的。

(2)LED路燈擁有比高壓鈉燈更高的光顯色性。

LED光源輸出白光顯色性高達70以上，色溫適中：5000～6000 K，相比鈉燈，光色更為自然。LED路燈的高顯色性能在同樣的路面亮度下提供更好的通行條件，使得路面看起來更加明亮，方便司機及行人識別目標，提升安全感。

(3)LED路燈光衰小。

LED路燈kh光通量減弱不到3%[2]，正常使用10年仍能滿足道路照明要求；而高壓鈉燈光衰大，每年光通量下降值將達到30%，甚至更高；因此，在路燈功率的設計上，LED路燈可以比高壓鈉燈低，節省耗電。

(4)LED路燈有自動控制節能裝置，可實現0～100%連續調光，可根據環境光照及交通狀況靈活調整光輸出[3]。

LED路燈這一特性，能夠在保證照明質量的同時降低不必要的功耗，在滿足不同時段照明要求情況下最大可能的降低功率，節省電能。受最低工作電壓要求的局限性，采用傳統鈉燈及金鹵燈的路燈，一般只能實現小范圍的調光控制。

(5)LED路燈電壓較低，產品安全可靠。

LED路燈是低壓光電器件，單顆LED功率只有1 W左右，驅動單顆LED的電壓只有3～3.5 V，采用對人體不會造成明顯損傷的安全電壓，更加適用于公共場所的照明。

(6) LED燈具壽命長，在良好的散熱條件下可在連續開關閃斷的狀態下工作達5 000 h，光衰小，有效降低維護工作，減少運行成本。

3.2 LED路燈在使用過程中存在的主要問題

(1)散熱問題。

LED是個光電器件，其工作過程中只有15%～20%的電能轉換成光能，能源利用效率不夠高；而且，由于大量電能轉換成熱能，將使得LED路燈的溫度急劇升高。燈盞溫度過高，遭遇空氣冷氣流時容易造成燈罩的驟冷形成裂縫，影響LED的使用壽命。

(2)光源穿透力較差。

目前的LED路燈采用的是白光芯片，雖然顯色性高于高壓鈉燈，但白光的穿透性弱于黃光，對于諸如成都、昆明等內陸多霧城市，將降低道路照明的誘導性，給交通安全帶來一定安全隱患。

(3)使用壽命受限。

LED的一大優勢是長壽命，大功率LED芯片的壽命可達5 000 h[4]。城市路燈管理部門及房地產開發商在選用路燈產品時，除考慮節能經濟性外，往往同時考慮產品的維修成本。事實上，受驅動電源等電子元件壽命的局限，雖然LED芯片的壽命可以達到甚至超過5 000 h，LED燈具整體使用壽命卻通常只有2 000 h不到。

4 結論

綜合上述分析可知，以LED路燈替代傳統鈉燈照明系統作為城市照明，將改變傳統高壓鈉燈存在的耗電嚴重、視覺效果差、維護成本高、交通隱患多等缺點，雖然目前在技術層面仍然存在一定的難度。但應當看到作為新興產品，LED路燈光源高顯色性，可實現0～100 %連續調光等方面的優勢，特別是其光衰小，使用壽命長等優點更是其他路燈光源所不能比擬的。伴隨著我國及世界范圍內對該項技術研究的不斷深入，根據使用過程中出現的各類問題，有針對性地進行改進，LED路燈明天將更加燦爛，并為城市的節能減排工作提供有效推動作用。

[1] 國家發展與改革委員會 半導體照明節能產業發展意見[S].2009

[2] 夏洧博，牛越，王康,等.LED城市路燈的發展現狀及展望[J].燈與照明，2011，(2)

[3] 葉峰，林海闊. 新興LED路燈與傳統HPS路燈的應用比較[C]//2010中國道路照明論壇論文集.2010

[4] 林清洪. LED路燈運用推廣的意義[C]//太陽能光伏照明LED技術與應用研討會.2011

四川省高等學校綠色建筑與節能重點實驗室項目(Szjj2014-022)

陳賓(1987～)，男，碩士研究生，主要從事新能源方面研究。

TU998.9

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[定稿日期]2014-12-03