浅谈LED光源在城市道路照明中的应用
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摘要：面对全球能源的日益紧张，led光源作为新一代绿色光源已进入多种环境之中。LED光源与传统的照明灯相比，不仅有节能的效果，而且其使用寿命也比传统灯泡长得多。更重要的是它并不像普通灯泡一样含有汞、水银以及铅等有害物质，相比而言，它更环保。本文主要针对LED光源在城市道路照明中的应用展开详细的概述。
关键词：LED光源；城市道路；照明
LED又称发光二极管，是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起的光子发射，直接发出各种颜色的光，被称为第四代照明光源。此光源以其功耗低、寿命长、适用性强、以及稳定性高等诸多的优点被广泛的关注。尤其是随着LED照明产品在外延生产、集成应用以及芯片制造等几个环节的不断发展以及大功率LED在封装、散热等方面技术的不断进步，LED光源进行照明已备受关注。
一、城市道路照明的特点
城市道路照明有其特殊的功能性，道路照明的设计需要考虑众多的因素，比如包含照度充足、照度均匀度、避免眩光、节能以及维护便利等。此外，照明灯具应具备高效率、照明利用率佳、恰当的配光、寿命长以及防水防尘等特点。对于城市道路照明已经进行了严格的规定。
为了满足道路照明的指标，同时为了加大路灯的间距、减少灯杆数以降低造价以及减少对环境的影响，道路照明设计应选用合理配光的灯具，通过计算来平衡和确定路灯的间距、杆高以及功率。现今，常规的道路照明设计应根据不同的路幅，采用100～400W的大功率高压钠灯，灯杆的间距约为20～40m，杆高约为8～13m。
二、LED光源的优越性
第一，LED发光机理上是冷光源，且辐射中光谱全在可见光范围内，因而实际效率有望更接近理论值。
第二，与传统的光源相比，LED光源的体积较小，在许多应用场合甚至可以将其当作点光源处理，因此是一个具有一定光分布的微型灯具。
第三，白光LED显色性好、色温高，用于道路照明有利于提高人们对物体的辨别能力。
第四，LED光源与传统光源在发光形态上最大的区别在与LED发出的光线是定向的，从LED发出的大部分光线能直接射向被照面，利用的比例要远远的高于传统的光源。
三、LED光源与传统道路照明光源的比较
（一）发光效率
LED光源的发光效率单位为每瓦流明（lm/W），也就是电光源将电能转化为光能的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示。LED光源的发光效率，当前在国外，如美国、日本约为62 lm/W～75 lm/W，国内最好的企业已经达到58 lm/W～65 lm/W。传统的高压钠灯光源考虑镇流器损耗，灯具效率以及光道利用率三个因素，综合发光效率约为85 lm/W～95 lm/W，400 W的高压钠灯的发光效率已经高达120 lm/W。因此，对于大功率路灯(250 W以上)，当前LED比钠灯的能效要低一些。但是对于小功率的路灯(
（二）平均寿命
从理论上讲LED光源的平均寿命为50000h～80000h，就目前而言，依然没有确切的使用经验与可靠的数据，在实际应用过程中影响寿命的因素不仅多而且杂。虽然LED光源的寿命很长，但是此光源还受到封装、散热、配套元器件、防紫外线及防高低温变化等方面的直接影响，比如电容器的寿命往往只有8000h～10000h。LED在工作过程中，只是将一部分的电能转化为光能，其余的转化为热能，LED的温度升高则会影响到LED的光效，并使其寿命缩短，当其温度上升到最大的限度时，大功率的LED会因为过热而被损坏。虽然传统的高压钠灯平均寿命要比LED低很多，仅为24000h～30000h，电器附件和灯具的寿命一般大于50000h，节能型电感镇流器则更长，高压钠等寿终后镇流器仍然可以使用。因此，在分析灯具的使用寿命时应立足整灯的寿命。
（三）灯具成本
现阶段，我国的LED生产产值80%以上为封装产值，外延芯片生产近年来虽然有很大的进步与发展，但是依然停留在中低档水平，高光效大功率白光LED应用产品几乎全部依赖于进口的高档外延芯片，其主要的厂商分布在美国、日本以及欧盟等国家，他们依靠拥有的核心技术以及专利垄断了高端产品市场。当前，LED路灯的价格是国际品牌的普通光源路灯的4倍左右，是一般品牌的普通光源路灯的8倍左右。
（四）灯具的利用系数
由于LED光源的功率和体积太小，光通输出量太少，直射到反光器再将光二次分配利用效率极低，对于照明路灯而言，往往需要成百上千，甚至上万颗LED光源组合才能代替常用照明光源，因而会导致LED组合光源与LED灯具的匹配上存在一些问题。此外，LED光源光束发射角小，光源的方向性较强，视觉眩光略高于高压钠灯，这也会导致很多场合不能使用LED照明。高压钠灯光源为线、柱形成光源，能较好的利用光通过反光器的折射进行光的二次分配，因此，其利用系数较高。
（五）环保问题
LED灯具发光效率高，不含汞、钠等有害元素，不会对环境造成污染，是符合绿色照明的产品，具有良好的社会效应。
四、LED光源在城市道路照明中的具体应用
为了进一步探究LED光源的实际照明效果，某地区对安装LED光源的路段进行了相关的路面照度测量，采用TES1339光照度计作为测量仪器，测量方法主要应用CIE相关标准推荐的等距测量法，测量范围不包括人行道，在道路的车行道以及辅道选取99个点进行测量，对比组的相同路段采用400W+250W高压钠灯的光源进行测试。
在进行路面照度测量的同时，对LED路灯以及高压钠灯的光源能耗进行了实地的测量，测试仪器为DDS334单相电子电度表，测量方法采用单光源功率进行测试，其测试结果如上表所示。
通过对其进行测试，可以得出如下结论：LED路灯的功耗远远小于高压钠灯的功耗，约为高压钠灯的21%；在实际的路面照度方面，LED路灯将低于作为对照组的高压钠灯光源。考虑到通用照度计对于窄谱LED光源测量时的修正系数的影响，限于测量条件以及未能进行照度的加全合成方面的因素，应用LED路灯的路面实际照度值可能大于实际的测量值。
五、结语
LED光源是一项正在发展的技术，其光效也在不断的提高，成本也在不断的下降，但是与传统的高压钠灯相比还尚存在一些技术方面的问题，但是随着LED管芯光效的迅速提高；LED封装与灯具制造工艺的不断提高以及LED灯具的相关国际与国家标准的建立与完善，逐渐消除在经济方面以及技术方面存在的问题，因此，我们相信在不久的将来，LED光源在城市道路照明中会得到广泛的应用。
参考文献：
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