道路照明新技术：LED路灯

目前，使用于道路照明的光源主要以高压钠灯为主，其光源的初始光效在100lm/W以上，而市场上高功率LED器件光效约为90-100lm/W，略低于高压钠灯。但led拥有显色指数高，色温可选择等特点，可提供更高质量的道路照明效果。加以LED光效随着技术的演进逐年提升，更可见其取代高压钠灯成为道路照明主要光源的强大潜力。

在实际应用中，LED路灯的设计与开发首要着重的是光学、散热、电源及机构设计。本文以吴江市鲈乡南路LED路灯项目为例，来分析这一技术的在节能与光效上的特点：

据了解，吴江鲈乡南路配置的路灯为单杆双灯方式，原单杆装设2盏250瓦钠灯。钠灯在使用上需安装镇流器，因此整个系统功耗约320瓦，单杆功耗640瓦。钠灯的显色指数约为21，色温为2100K。

换装台达LED配置后，在机动车道使用200瓦LED路灯，非机动车道使用120瓦LED路灯，将驱动电源置于灯头内，无需另外安装驱动电源或镇流器，因此系统功率仅为200瓦及120瓦，单杆功耗320W，色温约3500K，显色指数大于70。

实际量测安装前后地面实际照度的数值可见下表，安装前后机动车道平均照度提升(28.2-22.8)/22.8=23.7%，非机动车道照度提升(25.4-13)/13=95.4%，单杆功耗降低(640-320)/640=50%。不仅照度有显著的提升，以换装124盏250瓦钠灯计算，每年节电超过6万8千人民币。

除了照度提升及节能效果外，使用LED取代高压钠灯的优点还包括显色指数的提升，以下图为例，左图为使用钠灯为照明光源，由于显色指数仅21，因此彩球的颜色无法清楚分辨。而右图使用的光源为LED灯，彩球的颜色皆可清楚辨别。

为什么会有如此好的效果，还得从LED路灯设计要点来分析：

要点一：光学

目前国内道路照明设计需依据"CJJ45-2006城市道路照明设计标准"规范要求，而要在实际道路路面的长型区域达到要求的照度，必须透过二次光学的设计将LED器件泛光的光型，转换为蝙蝠翼型的光分布。要达到蝙蝠翼型的光分布的二次光学设计主要有透镜式及反射镜式，两种光学设计各有其优缺点。这次实例中应用的LED路灯为反射镜式专利机构配光，使用高反射系数材质为反射面，减少光损，表面使用强化玻璃，提供足够的强度来阻挡异物的冲击，且避免使用光学塑料透镜老化的问题。

除了在芯片p-n结到外延层的散热，以及外延层利用共晶焊或倒装封装等手法增加封装体到基板的散热效　率，在系统设计方面亦要考虑基板的选择及散热翅片的设计，如何利用最少的翅片体积达到最佳的散热设计。

要点三：电源

为了让LED能达到宣称的长寿命，而使用恒流方式输出的LED驱动电源。如使用恒压输出的LED驱动电源，会造成各路LED单体通过的电流差异控制困难，导致其中一路电流大量升高而失效，进而导致整个LED灯具失效。即使同样是恒流电源，亦有关键技术指标可判定其优劣：　

1. 电源效率：由AC转换为DC的效率。使用LED目的既然为了要节能，AC转换DC的效率自然是越高越好。再者，效率越高，表示电源散出的热越少，系统受热的影响自然也最少，间接也降低LED的光衰。

2. 功率因子：高功因的驱动电源，可降低电网谐波污染，提高电网的稳定性及负荷。

3. 驱动电流稳定性：LED为具二极管特性的发光管，对驱动电流相当敏感，因此不稳定的驱动电流会使LED所接受的电流波动大，造成光衰严重甚至失效。

要点四：机构设计

　 LED既然被称为新世代的光源，其带给道路照明的改变不仅是光源的变化，其外型设计也应带给道路景观现代化的印象。而同时，LED路灯的外型也要达到系统散热的功能，才能维持LED长时间的正常工作。此案例使用的LED路灯使用模块化的设计，可以替换单颗模块，简化维修的工作。而其开放式的架构，除提高自然对流的散热效率外，亦具备时代感的设计元素。

总结

由于物理特性的限制，钠灯的色温只限于2000K左右，并无高效高色温的钠灯可供选择。然而，人眼光感受器按其形状可分为两大类，即视杆细胞和视锥细胞，视锥细胞主明视觉的感受，而视杆细胞主暗视觉的感受。而视杆细胞对蓝绿波长的光线(一般为色温较高的光线)较敏感。同时，依据研究，在相同亮度下，使用高暗/明视觉比值的光源，而有较佳的景深与分辨率，适合像道路环境这样需要对环境变化做出明快反应的场所。因此，以此观点，高色温的光源相较于低色温的钠灯更适合于道路照明。

随着能源价格的高涨及环保意识的提高，LED照明以其高光效及无污染材质的特点受到市场越来越多的关注。以LED路灯来看，已逐渐在各地干道上进行了试点应用，尽管目前价格仍高，但随着关键技术的突破，LED的光效不断地往上突破，价格也随市场接受度提高而下降，相信在不久的将来，LED照明必定取代传统光源，成为名符其实的新世代照明光源。