LED光源在道路照明中应用的功效分析

陈琥

摘 要：LED照明灯具作为一种节能产品，目前已经在道路照明中得到了较为广泛的应用。近年来，很多灯具生产厂家也都陆续投入到LED照明灯具的生产中。基于此，本文从理论角度对LED光源的特点和存在的问题进行了探讨，对LED灯和高压钠灯等进行了比较，并结合实例，介绍了LED光源在道路照明中的应用效果。

关键词：LED光源；道路照明；应用功效

中图分类号：U491 文献标识码：A

人的生存和发展离不开能源，尤其是在现代社会，能源的重要性越来越突出。照明是现代社会的基本需求，据统计，我国在整个电力耗能量中，照明耗能量占到20%左右。近年来，能源不断枯竭，环境持续恶化。因而，我国提出了走可持续发展的道路，要求节能减排，大力发展清洁、绿色能源。根据对当前各个领域的耗能情况分析来看，节能空间最大的就是照明领域，也就是说，我们要寻找一种绿色、节能的光源作为照明光源。LED光源凭借寿命长、耗能低、绿色环保等特点，已成为替代传统照明光源的最佳选择。LED这些优势都是其它光源所无法替代的，是一种绿色光源。2009年，我国正式开展LED应用工程示范项目，全国有21座城市被选为推广LED道路照明试点城市。目前，LED道路照明在我国已经处于快速成长阶段。

1 从理论角度分析LED光源的特点及目前存在的问题

1.1 LED光源特点

第一，发光效率高。在刚刚出现LED时期，其发光效率特别低，随着近几年半导体发光技术和材料的发展，LED发光效率逐渐提高到1001m/W，而在能耗方面，仅仅是白炽灯的1/8。LED光谱在人眼所能感知的可见光频率段内，如果光效相等，那么人们更容易识别LED照明物体。在道路照明中，LED有效光效率要远远高于高压钠灯。同时，在制作过程中，LED未加入任何有毒物质等，在使用时也不必担心产生有害物质，并且废弃之后还能够进行回收再利用。

第二，寿命长。LED不仅能够进行频繁开断，而且寿命也比较长。一般来说，LED平均寿命能够达到5万～10万小时，而过去常用于道路照明的高压钠灯，平均寿命仅为其1/4～1/8。

第三，光线质量高。按照发光形式划分，LED属于冷光源的一种。由于其自身发光机理决定了光谱中不包含紫外线，因此也就无法对分子结构造成破坏。同时，也不含有的红外线，光线质量更加纯净。与传统照明光源最大的区别在于，LED实现了光的定向发射。除此之外，以白色LED光源为例，其显色指数超过70，而其它光源仅为20～30左右。在室外照明中，光源的显色性越高，那么人们获得的位置也就更加准确，被照物体轮廓更清晰，色彩也更加真实，对人们提高夜晚危险识别能力，提醒司机安全驾驶等有着十分重要的作用。

1.2 LED光源目前存在的问题

第一，散热问题。通过前文介绍我们知道LED是一种冷光源，但是只有驱动电流才能够实现发光，而在这一部分电能中，只有大约15%～20%左右的能量能够有效发光。在道路照明中，普遍使用的是大功率白光LED，在发光过程中产生的热量要比小功率LED多得多。如果不能采取有效措施解决散热过多的问题，那么热量就会持续积压，导致PN结温度上升，进而给LED芯片产生严重影响，主要表现为缩短使用寿命，甚至将芯片烧毁。因此，要想在道路照明中普及LED，最先需要解决的就是散热问题。一般来说，LED路灯是通过热结构设计实现散热的。在进行设计时，需要综合考虑实际功率、散热器材料和结构等。

第二，二次配光。LED配光曲线和传统光源有着本质区别，高压钠灯发光角为360°，而LED发光角比较小，约为35°。也就是说，LED光束更加集中，与传统道路照明灯具相比，LED灯下的光线更亮一些。为了将LED定向性的特点充分发挥出来，就需要对LED进行特殊的二次光学配光设计，借助透镜将指定范围内均匀度进行改善。因此，这也导致在设计过程中存在较大的难度。从当前LED道路照明发展情况来看，二次配光曲线基本上符合道路照明相关标准，但是仍有较大提升空间。

第三，成本和维护。通过计算发现，高压钠灯性价比为0.07元/lm，而LED性价比为0.58元/lm，由此可以看出，LED的成本要比传统道路照明灯具成本高得多。同时，LED的维护相对来说也更困难一些。LED路灯内部设计结构比传统路灯要更加复杂，内含零部件比较多，虽然模块化设计理念的应用使得光源模块和电源模块分别实现了一体化模组设计，便于更换和维护，但是在互换性方面还存在许多问题。

2 以现场测试数据为依据对LED光源应用于道路照明所产生的效益分析

2.1 LED光源路灯光效现场测试

应南京佳辉照明公司邀请，我单位对其LED光源路灯经销商分别在15m宽次干路、灯具间距25m交错布置的90W、120W两种LED路灯进行了现场测试。根据测试结果得出以下结论：路面平均照度E平均：90W为80lx，120W为11lx；路面照度均匀度U：90W为0.25，120W为0.27。根据相关标准要求，次干道路面照度应不低于10lx，均匀度不低于0.35。由此可见，采用120W LED光源，照度刚能满足城市道路照明设计标准，但是在均匀度方面还无法满足。

在相同条件下，若采用250WHPS光源，则测试灯下照度最高点能达到35lx以上。如果选择的灯具更好一些，那么路面平均照度能达到25lx，路面均匀度能达到0.4。

120W LED灯具购买成本大约为6000元左右，比普通HPS灯具高出5倍左右。因此，从该现场测试结果来看，LED光源不适合作为路灯使用，主要原因是资金投入巨大，另一方面，照明效果也并不是十分理想。

2.2 LED灯与高压钠灯，金卤灯等在价格与节能方面的比较

在这三种道路照明灯具中，LED灯功率最低，其次是金卤灯和高压钠灯，这说明LED灯节能性能最好；LED灯寿命最长，是高压钠灯的3～5倍左右，是金卤灯的5～8倍左右；LED灯光色和金卤灯光色一致，同为白色，被的照物体颜色更加真实；除此之外，在显色性、光效以及色温等方面均高于高压钠灯和金卤灯；高压钠灯和金卤灯色温均不可调，而LED灯色温可调。但是LED灯光源体积较前两者小，说明照明范围小，所以若要以LED灯作为道路照明使用，路灯间间隔也要更近一些，而LED灯成本较为昂贵，因此，将会大大增加安装成本。对于大多数城市来说，使用LED等作为道路照明使用并不实际。

2.3 实例分析

南京市大明路原使用高压钠灯作为道路照明灯，2013年该市对这条干路进行了LED灯试点。A干路宽为15m，灯间间距为25m，交错布置。试点一年之后，对原路灯（高压钠路灯）和LED路灯耗能进行对比分析，对比结果见表1。

需要说明的是，日耗电时间为10h/d，年耗电时间为365天，电费按照每度电1元计算。通过表1我们能够看出，与高压钠路灯相比，LED灯耗能方面（日耗电量、年耗电量）要远远低于高压钠路灯，这说明LED光源作为路灯是可行的。但是在应用过程中，也需要做出慎重考虑，因为LED灯比高压钠路灯的成本要高得多，而且在间距设置上也要更近一些。

结语

总而言之，LED作为一种绿色能源应用于城市道路照明已是必然趋势。虽然在成本、照明效果等方面尚不理想，但是相信在不久的将来随着半导体照明研究的不断深入，LED一定能广泛应用于道路照明。

参考文献

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[3]丁映.LED路灯在市政道路照明中的推广应用[J].现代制造，2015（12）.