摆脱光与热技术障碍 LED路灯系统设计大跃进

图6　一般回路热管标准模块

图7　回路热管在LED路灯的应用

　　市售150瓦LED路灯采用回路热管散热的实际测试结果如图8。经过有效的散热设计，重量仅8.5公斤，在环境温度30℃、无风的环境下，量测到的芯片温度为71℃，热阻值为0.27K/W。目前市场上，以回路热管散热方式制作的LED路灯仍在少数，但因其整体灯具重量轻，也吸引不少目光。

图8　回路热管在LED路灯的实测结果

　　由于近期业界的投入，LED路灯在热问题解决上渐渐成熟，上述的解决方式皆会因应用的方式与切入的角度，考虑有所不同。将上述方式就可靠度、成本、设计难易度以及重量四个角度切入评比，作一简单比较(图9)。若是主打低价市场，成本为第一考虑，鳍片或热管加鳍片即为较佳选择；若是在安全有顾虑，需要轻量化设计的路灯，回路热管散热在有效降低成本后，会是不错选择。

图9　不同散热方式比较

　　光均匀度为LED路灯另一大技术挑战

　　‧ LED发光效率/寿命/光色/演色性优于传统灯源
　　 将传统光源与LED光源总合作一比较，发光效率、寿命如图10，光色与显色性如图11。

图10　光源之发光效率与寿命比较

图11　光源之色温与显色性比较

　　从图10可看出LED灯发光效率与传统灯源相比，LED灯发光效率比水银灯高，但整体而言，高压钠灯发光效率最高，然LED灯使用寿命却远超过他种灯源。若再将灯具效率、电源效率等因素考虑进去，可以更明显可看出LED灯源的优点。

　　走夜路时，若对面过来一个看不清楚脸面和衣服颜色的人，会使人感觉到不安和可怕。能显示出表现物体颜色的光源性质叫做显色性(CRI)，在道路照明时，选择高显色性的光源，较容易辨识出交通状况，有效降低犯罪率。图11中，LED灯在显色性皆优于高压钠灯与水银灯。

　　在色温的选择上，因各地环境与设计状况不同，以东方人来说，主要是因为高温、高湿的环境，会选择白色或高色温的照明，若为气氛照明则选择以低色温为主；以台湾地处亚热带来说，色温选择水银灯或白光LED较佳。

　　以发光效率、寿命、光色以及演色性为四个主要评价点，将目前路灯光源市占率最多的水银灯、高压钠灯与LED灯做一比较(图12)。

图12　光源之综合比较图

　　‧ LED光均匀度须符合IES规范要求
　　LED因为指向性比较强，在路灯的应用须利用反射板或光学透镜等方式来达到一般道路规范均匀度的要求。一般道路照明最常引用之国外标准，不外是北美照明协会(IES)及国际照明委员会(CIE)之标准，因国内各地路灯亮度普遍高于国家标准，比美国亮两倍，比日本亮1.5倍，造成电力资源浪费，所以本文将以IES的规范来讨论。

　　路灯会依照安装的道路种类与区域分类规定，表2为IES辉度标准推荐值，表3为IES照度标准推荐值。以下利用市售150瓦LED路灯，其发光效率为每瓦58流明，规格样式与光形如图13，所模拟出的道路照明结果为表4(仿真软件为Dialux 4.4版)。在表4的模拟条件下所得到的结果，平均照度11 lux，以柏油路面来说，可以安装于住宅区内的快速道路与主要干道，若要装置于混合区或商业区内，则须要再增加发光效率或瓦数。照度均匀度来说，模拟结果之照度均匀度为1.43，小于3，符合所有道路种类与区域分类。

图13　市售150W LED灯具规格与光形

　　仿真结果之平均辉度为0.55cd/㎡，以柏油路面来说，仅能安装于住宅区内的次要道路，若要安装于住宅区内的快速道路与主要干道则须提升至0.6cd/㎡。辉度均匀度来说，模拟结果之辉度均匀度为1.33，小于3，符合所有道路种类与区域分类。

　　因此，以上述市售150瓦的模拟的例子来说，囿于成本考虑，仅采用发光效率每瓦58流明LED，所以在平均照度与平均辉度上，仅达到可安装于住宅区内的次要道路，但在照度均匀度与辉度均匀度这两个部分，皆可符合所有道路种类与区域分类。

　　LED路灯技术/规范有望推出市场成长

　　上述就发光效率、寿命、色温与显色性进行比较，以目前LED的规格，确实拥有取代传统光源的潜力，设计上端视道路类别与安装区域来选用适合的LED。而因为业界资源的陆续投入，LED路灯的均匀度，透过反射版与光学透镜的技术，已可达到道路照明规范。

　　LED路灯系统技术上，在热、光、机、电都已有解决方案，加上相关规范陆续出炉，有效把关灯具技术与质量，将可加强消费者与政府的信心，省电又省钱下，相信LED路灯的推广能为目前能源短缺的现况，提供一个良好的解决方案。