LED路燈的難題到底在哪

LED(發(fā)光二極光)的應用可以說(shuō)無(wú)處不在。作為一種半導體發(fā)光材料，與其他發(fā)光材料相比較，LED以其綠色、高效、可靠、耐用的優(yōu)勢，使得其他發(fā)光材料黯然失色。隨著(zhù)大功率LED成本的不斷降低，逐步替代傳統燈具成為可能。LED光源在道路照明中的應用已成為近年來(lái)半導體照明行業(yè)的熱點(diǎn)，LED器件產(chǎn)品應用到路燈上，對技術(shù)有什么特殊要求?LED路燈與目前普通路燈相比有哪些優(yōu)勢?還存在哪些不足?如何解決?業(yè)界專(zhuān)家從不同側面給予了闡述。

　　制定國家標準是普及推廣有力手段

　　LED作為路燈主要有以下優(yōu)點(diǎn)或特點(diǎn)：發(fā)光效率高，燈具反射損失低，節省能源70%;配合數字控制亮度功能，更省電;不需高壓，安全性高;配合軟件可由遠程自動(dòng)遙控亮度;事故、多霧、雨天等特殊情況下提供超高亮度及顯色性高的照明光源;安裝維護簡(jiǎn)便;模塊安裝、無(wú)多余配線(xiàn);不會(huì )造成光污染或浪費;長(cháng)壽命，意味著(zhù)不需要經(jīng)常進(jìn)行更換，從而減少了交通中斷的潛在性，降低了為此支付的維修費用。有人計算過(guò)，采用LED路燈除了在單燈成本及最初安裝的造價(jià)比高壓鈉燈高外，在鋪設成本、耗電成本及壽命方面均大大優(yōu)于高壓鈉燈。

　　LED路燈面臨的主要技術(shù)問(wèn)題為：輸出功率及光通量、二次光學(xué)設計、散熱設計和電源系統設計。輸出功率及光通量的提高還需要從大功率白光LED的外延技術(shù)、芯片工藝等基礎層次進(jìn)一步提升。在二次光學(xué)設計方面，LED的輻射形式有朗伯型、側射型、蝙蝠翼型和聚光型幾種。在道路照明領(lǐng)域，根據設計經(jīng)驗朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過(guò)二次光學(xué)設計，使得 LED的光照范圍、光度曲線(xiàn)符合道路照明的需求。散熱是LED路燈需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一，由于LED路燈亮度要求高、發(fā)熱量大，并且戶(hù)外這種使用環(huán)境比較苛刻，如果散熱不好會(huì )直接導致LED快速老化，穩定性降低，除了需要功率型LED本身的散熱好外，由于路燈具有戶(hù)外夜間使用的特點(diǎn)，散熱面位于側上面有利于空氣自然對流散熱。LED路燈的電源系統也與傳統光源不同，LED的低能耗、低工作電壓和太陽(yáng)能電池組件的低輸出功率、低輸出電壓之間的配合非常合適，如何使緊密壓縮在一起的一組LED安全、可靠地工作也是考察LED路燈的一個(gè)指標。

　　綜合以上對LED路燈在市場(chǎng)前景及技術(shù)問(wèn)題方面的分析可以看出，影響其應用的因素為：

　　第一，LED路燈造價(jià)較高，不利于推廣普及。雖然目前初步解決了LED路燈的散熱問(wèn)題，但是過(guò)高的價(jià)格和過(guò)重的燈頭仍然會(huì )阻礙LED路燈的普及。

　　第二，LED路燈模塊化的可靠性仍需加強，由于驅動(dòng)電路等原因也會(huì )造成LED路燈的失效。

　　第三，無(wú)論是單點(diǎn)還是多點(diǎn)光源的LED路燈都存在著(zhù)散熱難的問(wèn)題。一盞采用250W高壓鈉燈的路燈，由于技術(shù)較成熟，散熱控制得很好，即使工作5000小時(shí)，光衰仍然較小，發(fā)光效率還可以達到70%以上。以目前的技術(shù)，相同條件下大功率LED路燈，由于散熱問(wèn)題不易解決，光衰較大，發(fā)光效率會(huì )下降到30%。如果想用加大電壓電流的方法提高光效，很容易造成LED 芯片損毀的現象。

　　第四，LED路燈射程短，因此LED路燈還需要進(jìn)一步加強如何在較高高度下工作的研究。此外，制定國家LED道路照明標準也是普及推廣LED路燈非常有力的手段。

散熱和可靠性是影響應用主要因素

　　LED光源有兩種做法，一種是使用傳統小功率LED作組合，一般多達上百顆甚至數百顆，電源設計復雜。另一種是使用大功率管作光源，價(jià)格比較貴。兩種方法都不可避免地要將散熱設計和工作可靠性作為主要設計考慮因素，國內多應用于政府示范性工程，真正市場(chǎng)化運作的工程很少，國外這方面的應用實(shí)例較多，但其最大的缺點(diǎn)依然是可靠性、出光流明數和價(jià)格，很多工程由于LED品質(zhì)低劣，沒(méi)有很好地表現出壽命長(cháng)的優(yōu)點(diǎn)。還有，從成本、市場(chǎng)的角度考慮，LED作為照明光源，其是否與太陽(yáng)能結合使用，在設計上需要走不同的路線(xiàn)，并不是單獨作為一種光源來(lái)開(kāi)發(fā)就能完成的。

　　LED器件產(chǎn)品應用到路燈上，技術(shù)上的特殊要求主要是要結合LED光強和發(fā)光角度來(lái)設計，另外由于多顆LED組合，出光設計方面要兼顧照射面域，燈具方面需要重點(diǎn)考慮散熱的有效性。

　　LED路燈與普通路燈的對比優(yōu)勢：節能、環(huán)保，易于和低壓適配，也可和太陽(yáng)能系統直接配套，無(wú)需額外的逆變、轉換過(guò)程，能達到最大的能源利用率。

　　不足：照明角度偏小、不均勻，顏色顯色指數偏低，光學(xué)、散熱設計復雜。

　　技術(shù)上的不足：當前技術(shù)下的光通量還不夠，光效太低，品質(zhì)難以保證。

　　解決措施：LED產(chǎn)品應用于路燈需要專(zhuān)門(mén)的設計，也需要專(zhuān)門(mén)的標準(用傳統光源的測試數據來(lái)評價(jià)LED光源往往并不客觀(guān))。

　　LED應用于路燈有先天的優(yōu)勢也有劣勢。優(yōu)勢在于：第一，LED作為點(diǎn)光源，如果設計合理，很大程度上可以直接解決傳統球狀光源必須依靠光發(fā)射來(lái)解決的二次取光及光損耗問(wèn)題;第二，對光照射面的均勻度可控，理論上可以做到在目標區域內完全均勻，這也能避免傳統光源“燈下亮”現象中的光浪費;第三，色溫可選，這樣在不同場(chǎng)合的應用中，也是提高效率、降低成本的一個(gè)重要途徑;第四，技術(shù)進(jìn)步空間依然很大。

　　劣勢(影響路燈推廣應用的因素)：當前價(jià)格還太高，光通量低，當前同等照度設計的LED光源價(jià)格大約相當于傳統光源的4倍(不過(guò)在路燈產(chǎn)品中，光源部分占總成本并不高，所以在工程安裝中的成本提高比例也不會(huì )太高，應用的空間還是比較大的)，在民用中難以承受。當前設計和制造標準比較混亂，損壞比例高，影響了LED的壽命優(yōu)勢。

　　建議：統一LED標準，提升品質(zhì)穩定性，成立市場(chǎng)競爭協(xié)調組織，避免惡性競爭，大力宣傳LED的品質(zhì)觀(guān)念，避免受不良實(shí)例的影響，要讓人們從思想上接受LED其實(shí)是可以實(shí)現其壽命長(cháng)的優(yōu)點(diǎn)的，提高選擇和使用LED的水平。

　　對白光大功率LED需求將達到3億顆

　　LED器件應用到路燈上，技術(shù)上的特殊要求主要體現在以下兩個(gè)方面：首先，良好的發(fā)光效率穩定性，不能衰減太快。其次，光色的一致性和可維持性要好，不能因為較長(cháng)時(shí)間使用白光顏色發(fā)生變化。這兩點(diǎn)都要求燈具的整體散熱要好，光學(xué)設計要到位。

　　LED路燈與目前普通的高壓鈉燈路燈相比優(yōu)勢如下：

　　第一，節能：目前白光LED的發(fā)光效率約為80lm/W，較傳統高壓鈉燈可以節電50%～60%，隨著(zhù)LED效率的快速提升，半導體路燈在節能方面顯示出了巨大的潛力。

　　第二，低維護成本：以目前的技術(shù)水平和測試結果推算，大功率LED光源可以正常使用10年不用更換，而傳統高壓鈉燈平均1年半就要更換一次，使用半導體光源可以大大降低維護成本。

　　第三，顯色性佳：LED的顯色指數高(75～80)，人們的反應速度快，路面看起來(lái)更明亮，感覺(jué)更舒適，駕駛人員也感覺(jué)更安全。而高壓鈉燈光譜窄，顯色性差(20～40)，感覺(jué)昏暗。

存在的不足主要如下：

　　第一，發(fā)光效率還不夠高：目前雖然試驗室水平大功率白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過(guò)了100lm/W，但量產(chǎn)的、性?xún)r(jià)比高的大功率白光LED發(fā)光效率還在60lm/W左右，節能優(yōu)勢還沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。

　　第二，地面對LED光的反射率低：由于目前白光LED 光譜特征，路面及周邊物體對其反射率低，所以路面的亮度較低，與鈉燈的黃光相比，這是它的一個(gè)弱點(diǎn)。

　　大功率白光LED光源目前的發(fā)光效率還在約70lm/W～80lm/W的階段，理論其發(fā)光效率可以達到300lm/W左右，因此在技術(shù)上還有非常大的發(fā)展空間。同時(shí)半導體光源路燈目前正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的開(kāi)始階段，在提高散熱效率、驅動(dòng)控制系統優(yōu)化、配光設計方面還有非常大的提升空間，還有大量的研發(fā)工作需要深入開(kāi)展。

　　目前一盞LED路燈平均需要100顆左右的1W白光LED，以全國每年路燈需求300萬(wàn)盞來(lái)計