led光源與高壓鈉燈光源在城市道路照明中的應用

led光源與高壓鈉燈光源在城市道路照明中的應用

led燈對城市照明的影響《道路照明規(guī)則》（jj45-2006）明確規(guī)定，城市街道、主干道、支路和支路應采用高壓鈉燈。應在居住區(qū)的街道上使用高壓鈉燈或小功率金屬鹵化物燈。因此,目前在各類城市道路照明中,無論是設計者還是應用單位都會優(yōu)先考慮采用高壓鈉燈,高壓鈉燈成為目前應用在城市道路照明中最主要的光源。LED在照明領域具有廣闊的發(fā)展前景,已逐漸成為全球最熱門、最受矚目的光源,被認為是21世紀最有可能進入普通照明領域的一種新型固態(tài)冷光源,是照明史上繼白熾燈、熒光燈、氣體放電燈之后又一場照明光源的革命,已經被稱為第四代照明光源或綠色光源。2008年以來,LED路燈在我國步入快速增長的發(fā)展階段,國家政策給予大力支持。2009年4月,科技部核定21個大中型城市為“十城萬盞”政策試點城市,推行LED在各類城市道路照明工程試點工作?！笆侨f盞”工程描繪的前景十分誘人,大家看到這個巨大的商機,不論是路燈企業(yè)、半導體企業(yè)還是其他企業(yè)都紛紛加入到LED路燈的生產行列之中。全國試點和非試點單位城市一擁而上,開始大規(guī)模在新建道路上安裝建設LED路燈,有些城市甚至把高壓鈉燈路燈盲目更換為LED路燈,全國成了LED路燈的試驗場,但多數沒有達到預期效果。許多媒體沒有實事求是報道LED路燈的實際應用情況,過度炒作夸大LED路燈的性能和節(jié)能效果。目前,LED路燈確實存在一些爭議和待研究探討的問題,LED能否用于城市道路功能性照明,并在將來代替高壓鈉燈成為城市道路照明的主流光源,需要我們從不同的技術領域和不同的視角去客觀地分析。1高壓鈉路燈高壓鈉燈是一種高強度氣體放電燈,其發(fā)光效率高,在城市道路照明中應用已有30多年的歷史。1.1高壓鈉路燈的優(yōu)點1.1.1由于功率不同，高壓鈉光的光效源差異，通常為100.130w/w。功率越大，光效越高高光效高壓鈉燈的光效可達140lm/W左右。1.1.2影響因素的影響制造的質量原因外,高壓鈉燈的壽命還受環(huán)境溫度、鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器、燈具類型、電源電壓的穩(wěn)定性、燃點位置、開關次數等因素的影響。長壽命高壓鈉燈的壽命可達24000h以上。1.1.3實踐表明，快速路和主干道的地板都是低顏色的2000K左右)的高壓鈉燈路燈,駕駛員的視覺效果、心理安全感較好;在有霧、多塵、細雨環(huán)境下,高壓鈉燈的穿透能力更有獨特的優(yōu)勢。1.1.4高壓鈉光燈的二次光曲線為蝙蝠翼，最大光強方向為0°~75°,滿足設計標準中截光型、半截光型燈具的要求,控制眩光效果較為理想。1.2無核硅鈉路燈的缺點1.2.1機動車交通道路新規(guī)由于高壓鈉燈的顯色指數較低,因此《城市道路照明設計標準》(CJJ45-2006)明確規(guī)定:市中心、商業(yè)中心等對顏色識別要求較高的機動車交通道路可采用金屬鹵化物燈;商業(yè)區(qū)步行街、居住區(qū)人行道路、機動車交通道路兩側人行道可采用小功率金屬鹵化物燈、細管徑熒光燈或緊湊型熒光燈。1.2.2高壓鈉燈顯色電導率計算公式2.高顯色高壓鈉燈的色溫已可達到2300~3000K,顯色指數大約為80~88。顏色改進型的高壓鈉燈的光效比高顯色高壓鈉燈高。無論是顏色改進型的高壓鈉燈還是高顯色高壓鈉燈,都是以犧牲光效作為代價的。1.2.3用電離作用裝置的高壓鈉燈的最小干擾率為042左右,為提高功率因數需安裝電解電容。電子鎮(zhèn)流器可以不用安裝電解電容,但目前還不推薦使用150W以上的電子鎮(zhèn)流器。1.2.4抗電壓波動能力低。當供電電壓降至一定程度時，很容易停止1.2.5啟動和啟動時間長2led色度與顯示原理LED(LightEmittingDiode)是一種半導體固體發(fā)光器件。LED問世于20世紀60年代初,首先出現紅色發(fā)光二極管,之后黃色、藍色、綠色LED也先后研制成功,1996年白色LED成功開發(fā),到目前為止,色度方面已實現了可見光波段的所有顏色。LED在信號、顯示和背光源等方面得到廣泛的應用。近年來,隨著超高亮度大功率白光LED的研制成功,LED的應用領域從小功率背光照明等跨越至大功率功能性照明。2.1綠色路燈的優(yōu)點2.1.1產業(yè)規(guī)模已達100lm/w、量產水平的光效提高了近10倍,國外高品質芯片的光效研發(fā)水平已經達到190lm/W、量產水平已達到120lm/W。我國近期的產業(yè)計劃是要達到100lm/W的量產水平。未來LED很有可能成為光效最高的光源。2.1.2由于路燈的高顯示，通常為65.85間,較適合安裝在市中心、商業(yè)中心、居住區(qū)等對顏色識別要求較高的道路上。2.1.3由于電動汽車的高參考率，可達095以上,不需安裝電解電容。2.1.4cek使用環(huán)氧樹脂密封，抗振動，特別是在振動較大的情況下，如道路和橋梁等2.1.5由于絕緣材料中沒有鉛和鈉等有害因素，大多數綠色能源產品對環(huán)境沒有影響2.1.6由于這種新型材料的耐色性，它從3000公里到8000公里不容易選擇用戶2.1.7由于絕緣光的輸出具有頻率，它對照明運動物體非常有用2.1.8由于ce啟動功能好，可以隨時啟動2.1.9由于戶外能源輸入的交流范圍很大，特別適用于長距離路燈的電纜電路，幾乎沒有自我衰減2.2德國的路燈不足2.2.1燈具的光學配光高,這在信號、指示和景觀照明等小功率使用領域是優(yōu)勢,但給LED路燈燈具的光學配光增加了很大的難度。LED光源發(fā)光角度較小,燈下光線比較集中,使兩個燈桿之間部分的亮度太暗,不能滿足亮度(照度)均勻度等道路照明評價指標的要求,以致于目前LED路燈不能用在主干道和次干道上。2.2.2尚未解決的色散問題帶來了它光衰較快,有效壽命較短,還無法適應道路照明長時間(連續(xù)11~12h)高質量的使用要求。2.2.3100000h,生產廠家標稱的LED燈具(含光源、驅動器)壽命已可達30000~50000h。除制造工藝對質量產生的影響外,LED燈具的壽命還受IP防護等級、燈具散熱、驅動電路電子元器件(部分電子元器件的壽命較短,如電解電容只有15000h的平均壽命)、雷電感應等因素的影響,實際上LED燈具的壽命比生產廠家標稱的壽命小許多。2.2.4多霧+細環(huán)境分,舒適感較差,視覺效果不易為人們所接受,眩光會比高壓鈉燈大些,也不太適合多霧和細雨的環(huán)境。2.2.5LED光源在路燈中由于受到亮度(照度)均勻度和功率小的限制,以現在的技術水平無法在城市道路主干道與次干道中應用,只適宜在城市支路、小區(qū)道路等中使用。3高壓鈉路燈與綠色路燈的分析與比較以下結合城市道路照明的特點,對LED路燈與高壓鈉燈路燈在節(jié)能、經濟性、運行維護、產品標準等方面進行分析與對比。3.1led燈燈光非線性技術城市道路照明是一項社會公共服務,其目的是為各種車輛的駕駛人員和行人創(chuàng)造良好的視覺環(huán)境,保障交通安全,并應在保證照明效果的前提下,盡可能地節(jié)約電能。從發(fā)光效率看,道路照明用高壓鈉燈的發(fā)光效率一般為90~130lm/W,功率越大,光效越高,高光效高壓鈉燈的光效可達140lm/W左右。目前,LED路燈的發(fā)光效率為50~90lm/W,少部分可達100lm/W左右,即使考慮LED燈具的效率比高壓鈉燈燈具高的因素,現階段LED路燈的實際光效還是低于高壓鈉燈路燈。LED路燈是在其燈具內安裝幾十個甚至上百個1~3W的LED芯片(光源)所集成的,芯片自身帶有小型反光鏡或透鏡。由于LED路燈燈具本身的結構特點,在光源光通量相同的情況下,直接到達路面的光通量比高壓鈉燈少,其整體燈具的利用系數比高壓鈉燈燈具低,因此LED路燈的實際平均照度就相應偏低了。LED路燈燈具配光不盡合理,從廠家提供的配光曲線圖可以看出,LED路燈燈具的配光類型基本上都是屬于截光型,燈桿間距應不大于3倍燈具安裝高度;高壓鈉燈路燈大都使用半截光型燈具,燈桿間距應不大于3.5倍燈具安裝高度。安裝LED路燈的燈桿數(路燈數)比安裝高壓鈉燈路燈多出20%左右。從附屬配套裝置的電氣線路看,LED路燈的驅動電源消耗約占其標稱功率的6%~12%;高壓鈉燈節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器消耗功率約占其標稱功率的8%~12%。LED路燈附屬配套裝置的功耗與高壓鈉燈路燈相比差別不大。高壓鈉燈可安裝可調功率鎮(zhèn)流器,主要規(guī)格有400W→250W、250W→150W、150W→100W,在后半夜,通過改變阻抗參數而改變工作電流,降低光源的消耗功率,節(jié)電效果顯著,保證照度均勻度和光源電氣產品的安全性,是目前應用在高壓鈉燈上效果較好的節(jié)電方式。高壓鈉燈的功率因數為0.42左右,安裝電解電容后可達到0.85~0.9;LED路燈的功率因數≥0.95,無需安裝電解電容,LED路燈在這方面占有較大的優(yōu)勢。綜合以上分析,在達到相同照明數量和質量(按《城市道路照明設計標準》(CJJ45-2006)的要求)前提下,LED路燈的綜合節(jié)能量化評價指標(每瓦功率提供的照度)大都不如高壓鈉燈,LED路燈與高壓鈉燈路燈相比,在節(jié)能方面沒有明顯的優(yōu)勢,甚至可以說是不節(jié)能的。2010年6月底起,中國市政工程協(xié)會城市道路照明專業(yè)委員會就LED路燈能否代替高壓鈉燈路燈、城市照明行業(yè)實際應用情況如何等問題,開展了對21個試點示范城市關于“十城萬盞”LED路燈應用情況的調查。從18個試點示范城市返回的調查表中可以看出,在現階段LED路燈還沒有達到廠家和部分媒體所宣傳的節(jié)能效果,也不能得出LED路燈比高壓鈉燈路燈節(jié)能的令人信服的結論。3.2氧漂燈設備價格調整器led燈燈桿、燈具LED光源在路燈中由于受到均勻度和功率小的限制,同樣里程的道路比使用高壓鈉燈所需的燈桿、燈具多出20%左右,并且LED燈具價格要高出高壓鈉燈燈具(含光源及附屬電氣裝置)3~5倍,增加初始投資成本。從設計和使用角度來看,使用LED路燈并不能較大程度地減少箱式變壓器的容量和路燈電力電纜的線徑,減少投資成本不明顯。3.3高壓鈉燈燈系統(tǒng)故障分析目前,全國有幾千家LED照明產品生產企業(yè),各廠家生產的LED路燈的產品外觀、LED芯片的排布方式和數量、功率規(guī)格、散熱方式、驅動電路的外觀尺寸和內部設計等多種多樣,這給LED路燈的維護工作帶來極大不便,也不符合市政公用設施標準化、通用化的設計原則。高壓鈉燈路燈經過幾十年的實踐應用,產品生產工藝成熟,產品性能穩(wěn)定;各種產品配光形式多樣,能適合不同場合的需要;市場發(fā)展平穩(wěn)有序,有許多著名品牌。高壓鈉燈路燈的日常維護工作主要涉及光源和附屬電器裝置。由于系統(tǒng)結構簡單,在故障時易于維修,而且產品規(guī)格型號有統(tǒng)一標準,不同廠家的燈具、光源、電器等可以互換,維護成本低,因此高壓鈉燈路燈現場維修很方便。而LED路燈產品標準中沒有關于燈規(guī)格的要求,目前各廠家產品的品種規(guī)格繁多,產品之間沒有互換性,甚至自家產品之間也沒有互換性,給維修帶來極大困難。LED路燈發(fā)生故障時,現場很難維修,只能整體更換,或拆回寄到廠家維修,路燈的亮燈率難以達到要求,如果要大面積使用LED路燈將給路燈管理部門帶來極大不便,同時整體運行維修成本大大高于高壓鈉燈。高光效高壓鈉燈的壽命已可達20000h左右。LED光源和其驅動器均為電子元器件,在條件惡劣的室外,在光照、自身發(fā)熱、雨雪、震動、灰塵、雷電及線路故障等不利因素的作用下,其實際壽命必將縮短。目前,LED路燈的壽命比不過高壓鈉燈,穩(wěn)定性差,維修和更換的頻率更高。3.4高壓鈉燈燈檢測工藝至今為止,我國對高壓鈉燈光源及其附屬電器裝置(鎮(zhèn)流器等)所制定的國家標準系列是很完善的,基本上涵蓋了對產品各個方面的技術要求和安全要求,對高壓鈉燈路燈的產品設計、制造和檢測具有實際的指導意義,其檢測體系也十分完善,產品質量有保證。LED路燈由于發(fā)展很快,而產品標準的制修訂需要一定的時間,所以現行LED路燈產品標準的各項性能指標都低于目前技術成熟產品的性能指標,這在一定程度上導致國內市場上銷售的產品技術水平及產品質量差異較大,使得整個LED路燈產業(yè)的發(fā)展受到制約。4led燈光學性能LED路燈作為近幾年才快速發(fā)展的產品,目前遇到許多技術瓶頸,主要有:(1)大功率LED的發(fā)熱問題。LED光源的長壽命是基于其溫度控制基礎的,PN結溫度升高會造成器件性能變化和衰減,并影響顯色性和色溫的穩(wěn)定。要解決大功率LED的發(fā)熱問題,首先應該制造出具有良好質量的LED芯片,少產生熱量,其次LED燈具應在滿足IP防護要求的前提下,保證散熱的可靠和持續(xù)有效;(2)LED的光譜、配光與傳統(tǒng)光源有很大不同,整個光度學和色度學的評價體系需要重新建立;(3)LED的二次光學配光設計。配光設計對LED路燈的配光及光輸出效率至關重要,良好的道路照明要求LED路燈的極坐標配光曲線圖為蝙蝠翼形,等照度曲線圖以矩形或近矩形為宜;(4)LED路燈的光效有待于進一步提高,達到或超過高壓鈉燈的光效水平;(5)大功率、高光效LED芯片的性價比還較低。5加大led燈的應用,建立先進的黨組織生活通過以上對高壓鈉燈路燈與LED路燈的綜合應用分析與對比可以看出,目前LED路燈在性能、成本效益等許多方面并沒有明顯超過高壓鈉燈路燈的優(yōu)勢,高壓鈉燈在城市道路照明中仍占主要地位,并且還要持續(xù)相當長一段時間。但由于高壓鈉燈的光色差、顯色指數低,未來將有可能被其他優(yōu)質高效的綠色電光源所替代。目前,在國外,LED應用于城市道路照明僅處于試驗階段,但LED可應用于城市道路照明已是業(yè)界的共識,要做到大規(guī)模的應用尚待時日。LED在功能性城市道路照