LED光源在城市道路中的应用和未来发展

刘富河

摘 要：本文通过对LED路灯特性的总结，以及和传统高压钠灯光源及灯具的比较，结合城市道路照明的特点，从节能性、经济性、运行维护进行了比较，LED路灯是未来道路照明的主要光源，并对未来的发展方向提出建议。

关键词：LED路灯；高压钠灯；互换性；智能性

中图分类号：TM92 文献标识码：A

半导体照明具有耗电量少、寿命长、色彩丰富等特点，是照明领域的一场技术革命。2015年，半导体照明产业整体产值达4245亿元人民币，LED功能性照明产值达1550亿元，同比增长32%，我国已成为世界LED芯片的主要产地。半导体照明产业“十三五”发展规划要求，在城市公共照明及交通领域，推廣1500万盏LED路灯/隧道灯，城市道路照明应用市场占有率超过50%，加强交通运输领域推广应用，各地新建城市道路照明优先采用LED照明产品。

一、LED路灯

LED路灯的光源采用低压直流供电，是一种高光效发光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优势。为了满足《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015，城市快速路、主干路必须采用截光型灯具，次干路必须采用截光型灯具或半截光型灯具，支路则应采用半截光型灯具或非截光型灯具。LED路灯除了具有发光二极管的优势，还有以下特点：

1.配光优势

如果将矩阵式的LED安装在灯具内，几乎是在一个平面的安装，这种设计方式得不到良好的灯具配光。只有路灯灯具尽可能地利用LED的定向发光的特性，使道路灯具中的各个LED分别直接把光线射向被照路面的各个区域，再利用灯具反射器的辅助配光，来实现很合理的道路灯具配光。

2.驱动电源

LED驱动电路的要求是能保证恒流输出的特性，因为LED正向工作时结电压相对变化区域很小，所以保证了LED驱动电流的恒定也就基本保证了LED输出功率的恒定。特别对于供电供应不稳定的区域，道路灯具LED的驱动线路具有恒流输出特性十分必要，可保证光输出恒定并防止LED的超功率运行。

3.路灯散热

将LED道路灯具的外壳设计成科学合理的散热器状，一般都是采用铝材质或铝合金压铸而成，直接利用灯具外壳作为散热器，将发光时产生的热量发散出去，既保证了灯具的防护等级，又能很好的散热，同时外壳上如果有灰尘时，可通过自然的风吹雨淋将灰尘进行冲洗，保证散热的持续和有效。

4.高光效

按照《LED路灯》（CJ/T420-2013）光特性参数中光效初始值Ⅰ级≥120Lm/W，最低值是120Lm/W；Ⅱ级≥100Lm/W，最低值是100Lm/W；Ⅲ级≥70Lm/W，最低值是70Lm/W。一般选用灯具的光效不得低于110 Lm/W，根据设计要求可选择光效初始值等级。

5.色温控制

按照《LED路灯》（CJ/T420-2013）色温有3000K、4000K、4500 K、5000K、5700K、6500K。现在已经研究出钠灯色色温的LED，色温达到2200K，和高压钠灯的色温一样。设计时可根据地处纬度及需要选用冷色、中间色和暖色。

LED路灯是半导体照明中一种功能性照明灯具，具有合理配光、驱动电源恒流输出、高光效和色温可控的优势。未来走模块的标准化是LED灯具发展趋势，只有模块标准化、驱动电源标准化才能和维修高压钠灯灯具一样器件坏什么修什么，达到成本可控等优势。

二、高压钠灯路灯

高压钠灯是一种高强度气体放电灯，其发光效率高，称为第三代光源，在城市道路照明中应用已有30多年历史了，寿命长，工作特性良好，使用简单的特点。《高压钠灯》（GB/T13259-2005）250W高压钠灯参数表，外启动型平均寿命24000h。但高压钠灯应用在道路灯具中，只有40%左右的光是直接通过玻璃罩到达路面的，其他光是通过灯具反射器再投射出灯具的。所以，目前传统灯具基本存在两个不足，一是灯具直接照射的方向上照度很高，而两个灯具的光照交叉处的照度偏低，只能通过缩短灯杆间距来解决光照交叉处的照度偏低；二是灯具的反射器效率一般仅60%左右，传统灯具的总体效率在70%～80%，为了达到设计照度只能提高光源的功率来满足路面的平均照度值。

三、LED路灯和高压钠灯路灯的分析和比较

下面将LED路灯和高压钠灯路灯参数进行比较，见表1。

表1

类型 LED路灯 高压钠灯 高压钠灯路灯

功率（瓦） 250 250 275（250W钠）

光通量（Lm） ≥30000

（光效初始值1级） 26000 19500

（取灯具效率平均值75℅）

光效（Lm/W） 120 104 71

显色指数 70 23

色温（K） 2200-6500 2000

寿命（h） 50000 24000

光色 自然白 黄色

启动时间 无 5-10

备注 显色性好 显色性不佳，但透雾能力强

通过比较，可得出以下结论：

1.节能性

从发光效果看，高压钠灯的光效一般104 Lm/W左右 ，根据《高压钠灯》（GB/T13259-2005），功率越大，光效越高，但是应运到道路灯具里，光效仅为71 Lm/W左右。而LED路灯光特性参数中光效初始值Ⅰ级≥120Lm/W，最低值是120Lm/W，两者相比较，LED路灯节能效果还是很明显的。

2.经济性

LED路灯和高压钠灯路灯灯杆可以通用，LED灯具价格是高压钠灯灯具（含光源、整流器、触发器及电容）的1～2倍左右，由于LED路灯光效比较高，达到同样的机动车道照明标准值所需的功率密度值更低，使用LED路灯在电缆的费用、电费的节省、寿命等方面得到补偿。

3.运行维护

高压钠灯路灯的日常维护工作主要涉及光源、整流器、触发器及电容，而LED照明产品生产企业生产的LED路灯由于在机械接口、光学接口、电气接口、热学接口、控制接口上没有形成统一的接口，没有形成产品的通用性和互换性，LED路灯不亮只能整体更换，维修成本偏高，但是其寿命比较长，相对来说维修成本和高压钠灯路灯持平。

四、LED路灯的未来发展

1.LED路灯的互换性：LED模块、控制装置不能互换是LED路灯运行维护成本偏高一个重要原因，只有从LED模块结构、灯体尺寸、控制装置尺寸、接口等形成一套规范标准，各个器件更换方便、快捷，现在张家口市道路照明LED路灯在产品的设计和采购上向这方面发展，实现模块化安装及维修，达到降低运行维护成本。

2.LED路灯的智能化：LED路灯最大的优势在于其可控性，与互联网的融合、与传感器的融合，满足路灯控制要求的LED路灯智能管理系统。每个城市都需要自己的名片，LED路灯系统具有高展示性，是智慧城市、物联网的重要组成部分。

总之，LED路灯是“十三五”发展规划照明节能的主要产品，相比高压钠灯等传统路灯有诸多优点。将传统路灯换成LED路灯，越来越多的城市正在进行这方面的有益尝试。随着城市的智能化、低碳化，LED路灯渐渐遍布城市的各条道路，夜晚，一条条道路被LED路灯照亮，形成了亮丽的风景线，现已成为城市宣传的新名片。

参考文献

[1][1]CJJ45-2015，城市道路照明设计标准[S].

[2]CJ/T420-2013，LED路灯[S].endprint