LED光源在城市道路照明中的推廣和應用

周明

摘要：由于當前照明領域能源的大量消耗，致使我國的能源和環境面臨著危機。文章通過闡述當前LED光源在城市道路照明中的具體發展情況，列舉了LED光源在城市道路照明中的應用優勢，針對LED光源在城市道路照明中存在的問題，提出相關的意見和建議，從而進一步推廣LED光源在城市道路照明當中的應用。

關鍵詞：LED光源；城市道路；道路照明；發展狀況；能源消耗；節能環保 文獻標識碼：A

中圖分類號：U491 文章編號：1009-2374（2016）19-0088-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.042

1 LED光源在道路照明當中的發展現狀

當前，照明領域對于能源的消耗已經成為能源消耗的一個重要組成部分。針對當前能源消耗和全球環境的持續惡化的情況，我國針對LED光源在城市道路照明中的應用研究，倡導走節能減排的可持續發展的道路。由于LED光源較高的發光效率、低能耗、長壽命和高質量的光線等優勢，成為照明領域環保節能的首選，但是由于其自身特性的問題，在城市道路照明的推廣和應用當中也存在著一系列的問題，因此需要結合當前LED光源的優勢，著力解決LED光源在使用和推廣過程中的問題，使其在節能減排的過程中發揮最大的優勢。

2 LED光源應用于城市道路照明中的優勢

2.1 發光效率的迅速提高以及節能環保的特性

近年來，隨著半導體發光材料及技術的迅速發展，LED光源與發展之初其很低的發光效率相比，其發光效率得到了很大的提高，在當前城市道路照明當中，白色LED的發光效率已經達到了1001m/w，而其耗能僅為白熾燈的八分之一。由于LED光源的光譜基本上都集中在能夠被人眼所感知的那部分可見光頻率段，因此，在同等的條件下，LED光源更容易被識別。另外，LED光源在制造的過程中，無需添加水銀、鉛等有毒的物質，使用過程中也不會產生有害的物質，在使用之后的廢棄物還能夠有效的回收，從生產到回收的過程中均不會對環境造成污染與負擔，真正地做到了節能與環保兼顧。

2.2 壽命長，耐用安全

基于LED半導體二極管結構和發光的原理，在正向電壓的作用下，電子和空穴各自發生定向移動時復合而發光，電能直接轉化為光能的過程中，不會發生類似白熾燈發熱耗能、老化燒毀的現象。因此LED燈具能夠實現頻繁的開斷，而其平均的使用壽命遠超高壓鈉燈的使用壽命，并且在實際的生活中，LED光源能夠實現低電壓供電，其供電電壓符合人體安全電壓的范圍，因此LED光源對于人體來說，是可以直接觸摸的安全發光源，特別適合照明環境復雜的公共場所。

2.3 發散光線的質量高

根據發光形式的劃分，LED光源屬于冷光源。由于LED光源在光譜中既沒有破壞分子結構的紫外線，也沒有輻射熱量的紅外線，因此光線質量較傳統的光源更為純凈。LED光源發光的角度小，并且能夠實現光的定向發射，其極強的指向性以及較慢的亮度衰減，通過合理科學的二次光學設計，可以使光線呈矩形光斑均勻的投射到路面上，無炫光帶來的光污染。高顯色性的光源不僅能夠為人們提供更為準確的位置，更為清晰的輪廓和更為真實的道路交通情況，從而有利于人們更好地分辨危險，提高駕駛和出行的安全。

2.4 更為優越的節能前景

根據相關的道路交通照明的規定，城市道路照明的背景環境的設計是屬于中間視覺范疇的。而當前路燈發光效率的統計大都是在明視覺的狀態下進行的，顯然這種標定結果用于中間視覺狀態下的發光效率是極為不合理的。實驗證明，在中間視覺狀態下，LED光源的發光效率較明視覺狀態下會有明顯的增加，而高壓鈉燈的發光效率則會有明顯的減少。由此可見，LED光源在城市道路照明當中的應用會更加的節能。雖然當前LED光源的價格相對高壓鈉來說較高，大功率的散熱問題也尚未得到有效的解決，但是隨著LED光源性能的不斷完善，我國將在節能減排的目標上具有很大的優勢。

3 LED光源在城市道路照明推廣和應用當中存在的問題

3.1 LED光源的散熱問題

在城市道路照明的應用過程中，基本上為大功率的LED光源。而要想使得LED光源發光，就要驅動電流，在電能應用的過程中，只有小于四分之一的能量用于發光，而其余的電能則會轉化為熱能散失，如果不能采取有效的散熱措施，電能所轉化的熱能的積壓就會導致LED芯片當中PN結溫度過高，即使是冷光源，但是同所有的半導體一樣，過高的溫度會對LED光源中的芯片造成嚴重的影響，縮短其使用壽命，甚至會燒毀芯片。在實際的操作中，LED光源的散熱一般通過散熱器的熱結構設計來實現，設計中需要根據路燈的實際功率，合理選擇散熱器的材料。設計散熱器結構，以降低熱阻加快散熱來保證LED光源的較長的壽命優勢。

3.2 LED光源的二次配光問題

在對實際生活中的光源進行二次配光的過程中，要充分地考慮到光源的特性。高壓鈉燈作為點光源，其發光的角度為360度，因此為了控制光線的散射，需要在光源的發散之前增加反射罩來控制光線的走向。而LED光源的發光角度相對高壓鈉燈較小，光束相對集中在一個窄小的范圍內，LED光源如果在實際的生活中，采用傳統的燈具，就容易出現燈下光線較亮，而兩燈之間光線較暗的情況。因此，在現實生活中，充分結合LED光源的定向性和亮度衰減較慢的特性，我們可以對LED光源的二次配光進行特殊的設計，利用透鏡實現LED光源的投射范圍。

3.3 LED光源成本與維護問題

就目前高壓鈉燈和LED光源的成本問題，結合當前LED光源的技術水平，其成本遠遠高于高壓鈉燈的成本。而且LED光源的維護相對來說，也比高壓鈉燈困難。LED光源的維護主要分為兩個方面：一是巡查，針對燈具線路和設備的整個系統的完好性和安全性及時進行檢查；二是維修，高壓鈉燈作為傳統的道路照明光源，其經過了長時間的檢驗和改進，它的附件產品相對穩定簡單，維護相對便宜。而LED光源由于其內部的設計和結構復雜，一盞LED燈有幾十顆LED和幾十個電子元件，燈具和驅動中的電子元件受到損壞的概率較大，并且某個元件的損壞就可能導致整個燈具的損壞，一般只能更換燈具，加上設備缺乏兼容性，一般只有更換燈具，因此在LED光源的成本和維護上相對高壓鈉燈來說相對較高。

4 LED光源在城市道路照明中推廣和應用的建議

由于當前LED光源及其熱學特性與傳統的光源差異巨大，使得現有的LED光源的測量方式不能套用傳統的照明光源的方法。而當前市場上由于缺乏適當的標準，LED光源的產品種類繁多、測量無標準、市場的不規范等特點使得企業不可能大規模地生產，因此就要制定相關的LED國家標準及行業標準，嚴格規定LED的發光顆粒的排布方式和數量、驅動電路的外形尺寸，限定各家采用的材料、元件、驅動、線路、實現工藝等，統一產品的生產、交付、驗收、施工、配件和維護的產品標準，使得產品標準化、通用化。針對當前LED產品存在的問題，更加注重相關技術的研發，通過在芯片生產、燈具配光、傳導散熱、電力驅動燈技術的深入研究，并在一定范圍內使用，在探究LED光源的技術、維護和使用的相關問題中，不斷進步、不斷推廣。

5 結語

總之，半導體照明將會以其優越的特性成為21世紀照明光源的發展方向，城市道路照明當中LED光源的應用和推廣將成為新的照明發展趨勢，隨著半導體照明的不斷深入，結合LED光源的優勢，LED光源在道路照明當中的問題也將會被一一化解，中國城市道路照明將會由LED光源帶領進入到一個更為節能環保的未來。

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（責任編輯：王 波）