浅析LED路灯的优势及存在的问题

摘要：LED路灯与以高压钠灯为代表的传统路灯比较，具有光效高、能耗低、瞬时启动、寿命长、显色性好、结构牢固和便于调光等优势，但价位偏高，目前在技术上尚未成熟，在光学设计、散热和驱动电路等方面存在一些技术难点有待解决。

　　道路照明属于公共照明，由政府所掌控。由于LED具有高效、环保、节能和寿命长等特点，LED光源
光源

　　光源产品具有LED显示、体积小、重量轻、易携带、电池供电、性能价格比高等特点，直观快速，是一种使用极其简单方便的测试工具，产品经过防震防潮处理，可以在野外恶劣环境下长时间工作。 [全文]

可以率先在道路和隧道照明中应用。

　　用于道路照明的灯具，被称作路灯。以LED作为光源的道路照明灯具，则称作LED路灯。LED路灯的核心是LED光源。LED路灯光源，是由许多大功率白光LED通过混联方式连接而成的。LED路灯灯具除了LED模组之外，还包括驱动电源、光学元件及散热装置等。

　　一、道路照明的发展现状

　　当人们有了夜晚出行的需求时，便出现了道路照明。近代道路照明始于白炽灯的出现。道路照明是随着时代的发展、科技的进步和人们生活水平的不断提高而发展的。从人们仅要求照明路面察觉道路的情况，到帮助人们识别道路是行人还是障碍物，再到帮助机动车和非机动车驾驶者辨别行人的特征等。

　　道路照明的根本目的是在于为驾驶员和行人提供良好的视觉条件，指引他们行进，以便提高交通效率，降低夜间的交通事故和犯罪，同时帮助行人看清周围环境，辨别方向。随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们在夜间到户外休闲、购物、观光等活动越来越多，良好的道路照明也起到丰富生活、繁荣经济和提升城市形象的作用。

　　按照照明的观点，道路可分为四大类：汽车专用道路、一般街道、商业街及人行道。通常所讲的道路照明，乃指汽车专用道路照明。在道路照明的诸多目的中，为机动车驾驶员提供安全舒适的视觉条件是第一位的。

　　道路照明光源最早是路灯，后来相继出现了高压汞灯、高压钠（HPS）灯和金属卤化物灯、高效节能灯、无极灯及LED灯等。在目前比较成熟的路灯光源中，HPS灯的光效最高，一般达100~120lm/W，在目前的中国整个道路照明市场（拥有量约1500万盏）上，高压钠灯占据60%以上的份额。而在一些社区和乡村道路上的照明光源主要是电子节能灯（CFL），约占道路照明市场20%的份额。传统白炽灯和高压汞灯，正在逐步被淘汰。

　　LED照明是一种节能环保照明。LED道路照明示范正在全球展开，中国大陆成为先行者，台湾地区居次。在2009年4月28日，国家科技部正式发文[国科发高（2009）189号]，在天津、石家庄、大连、上海、杭州、厦门、南昌、成都、西安、重庆、深圳、东莞和山东潍坊等21个城市开展“十城万盏”计划试点工作，LED路灯以其突出的示范效应成为各类半导体照明技术中的一大亮点。

　　二、LED路灯的优势

　　与以高压钠灯为代表的传统路灯比较，LED路灯具有很多显在和潜在的优势。

　　（1）光效高，能耗低

　　目前大功率白光LED的光效已超过100lm/W，科锐（Cree）、欧司朗（Osram）光电半导体等公司的大功率白光LED的实验室水平早在2009年年初就达160lm/W。根据美国能源部（DOE）预测，到2020年前后，大功率LED商业产品的光效可以达到165lm/W，实验室样品光效可以达到230lm/W。到2020年之后，LED光效基本不再会有大的提高，将进入一个迟缓期。

　　在道路照明方面，高压钠灯因为其光效可达到120lm/W而占主导地位。但是，随着LED光效的不断提高，高压钠灯路灯的垄断地位岌岌可危。目前在次干道上使用的150W以下的LED路灯，已体现出明显的节能优势。

　　传统路灯光源一般向整个空间发光，但需要路灯照亮的只是行车和行人的路面，因此在路灯灯具设计时，为了尽可能地使灯光均匀并集中地投射到路面上，需要使用曲面反射器来收集光线，使其向所需要的方向照射。在光线传播过程中，由于光源的阻挡和反射面的吸收而损失，致使路灯的出光效率仅为65%~70%。反观LED路灯，因其具有良好的方向性，在采用二次光学透镜时，灯具效率可达80%左右。如果再进行三次光学设计，灯具的出光效率可达85%~90%。

　　表1列示了某一400W的高压钠灯与一盏250W的LED路灯灯具效率及路面利用率等参数比较。

表1 400W高压钠灯与250W的LED路灯参数比较

　　事实证明，用配光科学合理的100W的LED路灯替代次干道上使用的250W的高压钠灯路灯，不仅能达到道路照明标准要求的平均照度，而且均匀度也得到大幅提高。而高压钠灯路灯的平均照度局部区域可能较高，但均匀度却很差。由此可见，LED路灯具有相当大的节能空间。

　　高强度放电（HID）灯路灯，一般只能在小范围内进行调光，而LED路灯可以实现从0%~100%范围内的调光控制，可以根据环境光照和交通状况灵活调节光输出，在保证照明需求的情况下降低不必要的能耗。由此可见，对于占总照明用电量约为15%~20%的道路照明来说，大规模地推行LED路灯，对于节能降碳具有重要意义。

　　（2）使用寿命长

　　路灯的寿命直接影响整个道路照明的维护成本。目前高压钠灯的寿命一般为2万小时左右，道路照明用高压钠灯的使用寿命仅约5000小时，而大功率LED的寿命一般达5~7万小时。

　　高压钠灯和LED的平均寿命定义是不同的。高压钠灯的平均寿命定义为“将一批受试光源样品点燃至50%数量损坏时的时间”，而LED的平均寿命则是指“将一批受试样品点燃至50%数量的光衰至70%的时间”。

　　若按高压钠灯的寿命定义来衡量LED，寿命为5万小时的LED则可达10万小时；若按LED的寿命定义来衡量高压钠灯，寿命为2万小时的高压钠灯仅约1万小时。

　　当然，LED的寿命并不是LED路灯的寿命。LED路灯的寿命是由LED光源寿命和驱动电路的寿命共同决定的，而LED及其驱动电路的寿命取决于灯具的散热能力、电路拓扑结构及其电子元器件的选择等多种因素。从目前的技术水平看，LED路灯的寿命可以超过高压钠灯路灯。