LED光源在城市道路中的應用和未來發展

劉富河

摘 要：本文通過對LED路燈特性的總結，以及和傳統高壓鈉燈光源及燈具的比較，結合城市道路照明的特點，從節能性、經濟性、運行維護進行了比較，LED路燈是未來道路照明的主要光源，并對未來的發展方向提出建議。

關鍵詞：LED路燈；高壓鈉燈；互換性；智能性

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A

半導體照明具有耗電量少、壽命長、色彩豐富等特點，是照明領域的一場技術革命。2015年，半導體照明產業整體產值達4245億元人民幣，LED功能性照明產值達1550億元，同比增長32%，我國已成為世界LED芯片的主要產地。半導體照明產業“十三五”發展規劃要求，在城市公共照明及交通領域，推廣1500萬盞LED路燈/隧道燈，城市道路照明應用市場占有率超過50%，加強交通運輸領域推廣應用，各地新建城市道路照明優先采用LED照明產品。

一、LED路燈

LED路燈的光源采用低壓直流供電，是一種高光效發光二極管，具有高效、安全、節能、環保、壽命長、響應速度快、顯色指數高等獨特優勢。為了滿足《城市道路照明設計標準》CJJ45-2015，城市快速路、主干路必須采用截光型燈具，次干路必須采用截光型燈具或半截光型燈具，支路則應采用半截光型燈具或非截光型燈具。LED路燈除了具有發光二極管的優勢，還有以下特點：

1.配光優勢

如果將矩陣式的LED安裝在燈具內，幾乎是在一個平面的安裝，這種設計方式得不到良好的燈具配光。只有路燈燈具盡可能地利用LED的定向發光的特性，使道路燈具中的各個LED分別直接把光線射向被照路面的各個區域，再利用燈具反射器的輔助配光，來實現很合理的道路燈具配光。

2.驅動電源

LED驅動電路的要求是能保證恒流輸出的特性，因為LED正向工作時結電壓相對變化區域很小，所以保證了LED驅動電流的恒定也就基本保證了LED輸出功率的恒定。特別對于供電供應不穩定的區域，道路燈具LED的驅動線路具有恒流輸出特性十分必要，可保證光輸出恒定并防止LED的超功率運行。

3.路燈散熱

將LED道路燈具的外殼設計成科學合理的散熱器狀，一般都是采用鋁材質或鋁合金壓鑄而成，直接利用燈具外殼作為散熱器，將發光時產生的熱量發散出去，既保證了燈具的防護等級，又能很好的散熱，同時外殼上如果有灰塵時，可通過自然的風吹雨淋將灰塵進行沖洗，保證散熱的持續和有效。

4.高光效

按照《LED路燈》（CJ/T420-2013）光特性參數中光效初始值Ⅰ級≥120Lm/W，最低值是120Lm/W；Ⅱ級≥100Lm/W，最低值是100Lm/W；Ⅲ級≥70Lm/W，最低值是70Lm/W。一般選用燈具的光效不得低于110 Lm/W，根據設計要求可選擇光效初始值等級。

5.色溫控制

按照《LED路燈》（CJ/T420-2013）色溫有3000K、4000K、4500 K、5000K、5700K、6500K。現在已經研究出鈉燈色色溫的LED，色溫達到2200K，和高壓鈉燈的色溫一樣。設計時可根據地處緯度及需要選用冷色、中間色和暖色。

LED路燈是半導體照明中一種功能性照明燈具，具有合理配光、驅動電源恒流輸出、高光效和色溫可控的優勢。未來走模塊的標準化是LED燈具發展趨勢，只有模塊標準化、驅動電源標準化才能和維修高壓鈉燈燈具一樣器件壞什么修什么，達到成本可控等優勢。

二、高壓鈉燈路燈

高壓鈉燈是一種高強度氣體放電燈，其發光效率高，稱為第三代光源，在城市道路照明中應用已有30多年歷史了，壽命長，工作特性良好，使用簡單的特點。《高壓鈉燈》（GB/T13259-2005）250W高壓鈉燈參數表，外啟動型平均壽命24000h。但高壓鈉燈應用在道路燈具中，只有40%左右的光是直接通過玻璃罩到達路面的，其他光是通過燈具反射器再投射出燈具的。所以，目前傳統燈具基本存在兩個不足，一是燈具直接照射的方向上照度很高，而兩個燈具的光照交叉處的照度偏低，只能通過縮短燈桿間距來解決光照交叉處的照度偏低；二是燈具的反射器效率一般僅60%左右，傳統燈具的總體效率在70%～80%，為了達到設計照度只能提高光源的功率來滿足路面的平均照度值。

三、LED路燈和高壓鈉燈路燈的分析和比較

下面將LED路燈和高壓鈉燈路燈參數進行比較，見表1。

表1

類型 LED路燈 高壓鈉燈 高壓鈉燈路燈

功率（瓦） 250 250 275（250W鈉）

光通量（Lm） ≥30000

（光效初始值1級） 26000 19500

（取燈具效率平均值75℅）

光效（Lm/W） 120 104 71

顯色指數 70 23

色溫（K） 2200-6500 2000

壽命（h） 50000 24000

光色 自然白 黃色

啟動時間 無 5-10

備注 顯色性好 顯色性不佳，但透霧能力強

通過比較，可得出以下結論：

1.節能性

從發光效果看，高壓鈉燈的光效一般104 Lm/W左右 ，根據《高壓鈉燈》（GB/T13259-2005），功率越大，光效越高，但是應運到道路燈具里，光效僅為71 Lm/W左右。而LED路燈光特性參數中光效初始值Ⅰ級≥120Lm/W，最低值是120Lm/W，兩者相比較，LED路燈節能效果還是很明顯的。

2.經濟性

LED路燈和高壓鈉燈路燈燈桿可以通用，LED燈具價格是高壓鈉燈燈具（含光源、整流器、觸發器及電容）的1～2倍左右，由于LED路燈光效比較高，達到同樣的機動車道照明標準值所需的功率密度值更低，使用LED路燈在電纜的費用、電費的節省、壽命等方面得到補償。

3.運行維護

高壓鈉燈路燈的日常維護工作主要涉及光源、整流器、觸發器及電容，而LED照明產品生產企業生產的LED路燈由于在機械接口、光學接口、電氣接口、熱學接口、控制接口上沒有形成統一的接口，沒有形成產品的通用性和互換性，LED路燈不亮只能整體更換，維修成本偏高，但是其壽命比較長，相對來說維修成本和高壓鈉燈路燈持平。

四、LED路燈的未來發展

1.LED路燈的互換性：LED模塊、控制裝置不能互換是LED路燈運行維護成本偏高一個重要原因，只有從LED模塊結構、燈體尺寸、控制裝置尺寸、接口等形成一套規范標準，各個器件更換方便、快捷，現在張家口市道路照明LED路燈在產品的設計和采購上向這方面發展，實現模塊化安裝及維修，達到降低運行維護成本。

2.LED路燈的智能化：LED路燈最大的優勢在于其可控性，與互聯網的融合、與傳感器的融合，滿足路燈控制要求的LED路燈智能管理系統。每個城市都需要自己的名片，LED路燈系統具有高展示性，是智慧城市、物聯網的重要組成部分。

總之，LED路燈是“十三五”發展規劃照明節能的主要產品，相比高壓鈉燈等傳統路燈有諸多優點。將傳統路燈換成LED路燈，越來越多的城市正在進行這方面的有益嘗試。隨著城市的智能化、低碳化，LED路燈漸漸遍布城市的各條道路，夜晚，一條條道路被LED路燈照亮，形成了亮麗的風景線，現已成為城市宣傳的新名片。

參考文獻

[1][1]CJJ45-2015，城市道路照明設計標準[S].

[2]CJ/T420-2013，LED路燈[S].endprint