LED光源应用于道路照明

LED照明技术经过多年的发展与积累，已进入快速发展阶段。而作为照明行业重要组成部分的道路照明，在整个国家的照明耗电量中约占20～30%，地位举足轻重。所以，LED在道路照明中的应用也越来越受到关注。许多企业为了抓住商机，抢占更多的市场，争相开发各种道路灯具来满足用户的需要，甚至一些原来不生产照明产品的企业也纷纷上马，但由于各种原因，造成了现在的半导体灯具产品混乱局面，一些企业产品还走入了误区，带来了很大的负面影响。笔者结合自身企业及道路照明的特点,就LED路灯的开发和推广应用过程中遇到的一些问题作一阐述

1、二次光学设计

目前用于道路照明的大功率LED光效基本在70-90Lm/W，这与高压钠灯(100-120Lm/W)相比还具有一定的差距，但由于LED具有定向发光特性，发光角度在120度以内，通过光学器件的合理设计，这两者差距就会明显缩小。

1.1 灯具效率 一般传统高压钠灯路灯的灯具效率在75%左右，而利用LED定向发光特性，灯具效率可以达到79%;

1.2 灯具出光效率的有效利用 传统路灯的光通量有效利用率50%，有一部分光线溢出并且无法利用，特别是朝向屋边的光线，不能准确地控制在照射面上，造成光污染，而LED路灯可以准确控制光线方向，有效利用率60%以上;

从上面两点可以看出，只要LED路灯二次光学设计合理，投向目标照射面的有效光通量和传统路灯基本接近。

1.3 一些不妥当的观点

在当前的道路照明领域中可能存在一些不太妥当的观点，归纳如下：

(1)强调灯具总流明数和灯下照度，忽视灯具应用场合和配光设计;

这样造成的结果就是：路灯中心照度太高，而均匀性不够完善。既浪费能源，还没有达到理想的效果;

(2) 不同配光需求的混同

路灯布置方式有单侧布灯、两侧交叉布灯、两侧相对布灯、丁字路口布灯、十字路口布灯和弯道布灯等多种形式。路灯不同的布置方式，其对应的配光要求是不同的。如果所有的应用场合都使用相同的配光设计，是不恰当的。

(3) 过分强调“环境比值SR”

由于道路等级和照明环境的不同,对路灯的总光通量显然是不同的。路灯除了照亮行车道外,还应对辅道和周围环境有一定的照明。这也是照明规范中提出“环境比值SR”的原因。但是“环境比值SR”用到任何道路就显得不可取。因为“环境比值SR”是考虑到行车安全而提出来的,在距离行车道周边一定范围内,有相当的照度水平,以供驾驶人员判别周围事物是否存在行车危险。目前,我国不少城市道路采用机非隔离或全封闭形式(如高架桥,快速线等),甚至还专门设置辅道照明灯,如果过分强调单个路灯的“环境比值SR”而提高灯具光通量,只会增加光污染。

2、LED路灯散热设计

2.1 散热问题的长期性

目前，我们可以使用的传热手段也基本明确：传导、对流、辐射和相变传热(热管就是相变传热的经典范例)。

根据光通量(流明)与辐射通量(瓦)以下的当量关系：

Km = 683 lm/w， 也就是说1W的辐通量在最理想的情况下(黑体辐射)可能产生683lm光通量。

由此可见，即使在某一天LED的光效达到200lm/w，也只有30%能量转化为光能输出，而其余的都转化为热能。所以，无论如何，LED灯具是必需有散热装置的。

2.2 路灯散热设计的方式选择

目前散热方式主要有：自然对流散热、风扇强制散热、热管和回路热管散热等。由于路灯在户外夜间使用、散热面大都位于灯体侧上面，型状、体积受限较小，自然散热条件要比其他灯具好，合理的结构设计`和良好的散热材料能确保LED结温处于正常范围。

3、驱动电路

LED驱动电路各式各样，用于路灯的LED电路要充分考虑功率因素和交直流转化效率，这样才能真正发挥节约用电的效果，目前相当一部分LED路灯的标称功率和实际输入端功率相差甚大，对用户造成经济损失。当前采用谐振和同步整流技术的驱动电路，功率因数在0.9以上，转换效率达85%以上。

4、工程应用

传统路灯由于灯具选型、工程安装、设计不合理，照明标准选择不当，造成了大量的光污染和浪费，这一问题长期存在。如果LED路灯的实际应用和设计条件不相符，这一现象将更为突出。所以企业必需正确引导客户使用LED灯具。

5、中间视觉

一般道路照明亮度要求在0.1-2.0 cd/㎡之间,属中间视觉(0.0034-3 cd/㎡)研究的范畴。要达到中间视觉效率最高，可以用相对照度，根据不同的光源，光谱分布来调整相应的照度。以达到不管是黄光还是白光，对亮度的感觉都应该是一样的。在道路照明的发展中，存在着黄光和白光的使用比较。黄光就是现在主流的高压钠灯，因为它光效高，寿命长。但黄光也有其不足之处。高压钠灯的波长接近589nm，在明视觉条件下光谱光视效率很高，但环境亮度降低到一定程度时，波长在500nm左右的白光就会显示出更高的光视效率。LED由于光色选择范围较广，在这方面具有优势。