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  • 低温运行的LED道路照明

    低温运行的LED道路照明

    随着科学技术的发展，LED技术也在不断发展，为我们的生活带来各种便利，为我们提供各种各样生活信息，造福着我们人类。随着LED技术的快速发展，在国内的许多城市，道路照明已经不乏LED路灯的身影。尤其是大功率LED器件的光效超过100lm/W以后，LED路灯作为道路照明的发展趋势已经得到普遍认同。 2009年，国内几个城市分别组织了LED道路照明产品的评估测试工作，大多数LED路灯产品在配光曲线、系统光效等关键技术指标方面进步显着，在道路照明标准的符合性、节能效果等方面已经达到相关标准和规范的要求。尽管LED路灯技术水平的发展较快，但是大多数LED路灯厂商在产品研发过程中忽略了在寒地应用环境下的特殊技术要求。一个普遍的错误认识是，LED在寒冷地区应用有利于散热，不容易发生故障。殊不知，寒冷应用环境下，对LED路灯有着更为严格的技术要求，主要有以下两个方面： (1)寒冷地区气温较低，且温差大，骤变的冷热冲击和长期低温工作对于器件有着更为严格的质量要求。 (2)在寒冷地区应用的LED路灯必须要考虑防止冰凌凝结的预防措施。 鉴于上述原因，LED路灯在寒冷地区的推广应用，需要解决以下几个方面的关键技术问题。 冷热冲击的温度变化可能引起LED器件的失效 由于LED芯片封装后，属于固态的实心器件，存在着芯片、硅胶(或树脂)、金属支架以及引线之间膨胀系数的失配现象，加上寒冷地区温差较大的冷热冲击的影响，会使硅胶在温度变化的过程中膨胀和收缩加剧，器件内部应力过大，这将导致LED引线键合点位移增大，引线过早疲劳和损坏。同时也会使原本键合状态较差的焊点出现脱焊的可能，而造成焊球和芯片电极脱焊的现象，甚至使LED芯片出现分层脱落的失效现象。 一盏LED路灯应用的LED器件多达上百颗，通常采用以串联为主的混联组态方式，如果一颗LED发生故障，将会引起多颗LED连带失效，因此应用在寒冷地区的LED路灯首先要根据特定使用环境下的灯具温度变化特性，设置合理的超声功率、键合压力、键合时间及键合温度等封装工艺参数，保证每一颗LED器件在低温运行环境下的可靠性。 LED驱动装置低温运行的可靠性保障 另一项关键技术挑战在于LED路灯驱动装置在低温运行环境下的可靠性问题。目前大多数LED路灯驱动电源在寒地低温环境下表现出不同类型的水土不服现象，较为突出的表征是低温无法正常启动和长期低温运行环境下的失效率较高现象。上述问题出现的主要原因在于，驱动电源在设计阶段的器件选型没有考虑低温工作状态的可靠性，部分关键元器件低温环境下的特性发生变化，造成驱动装置无法低温启动或正常运行，引发故障的具体原因主要有以下几方面： (1)开关管在低温条件下载流子的密度和活性都会降低，过载保护的启动点也会因此降低。 (2)电解电容电解液在低温下冻结，失去电容效应(溶液中的离子此时只存在离子极化)，无带载能力。 (3)部分类型的光藕器件在低温状态下无法正常工作。 (4)输入端防止浪涌电流的热敏电阻，在低温下阻值变大(是常温的3~5倍)，也会造成低温无法正常启动。 上述问题的解决途径主要是从选择温度特性更好的器件入手。例如，不是所有的电解电容都无法在低温下工作，一般来讲，200V以上的电解电容耐低温特性较差，而160V以下的电解电容基本都能够在-40℃环境正常工作，只要选用两个低压电解串连使用就可以解决问题。器件选型的调整可能会略微提高驱动装置的成本，但是从LED路灯的整体成本来看可以忽略不计，考虑到提高可靠性和降低维护成本的因素，这种设计调整是非常必要和划算的。 LED路灯冰凌凝结危害的防护措施 路灯在寒冷地区推广应用非常容易被忽视的一个问题就是由于冰雪在灯具表面堆积，受热融化后形成的冰凌，冰凌一旦形成，则会对车辆和行人产生非常大的安全隐患。尤其是LED路灯，由于灯具壳体普遍采用铝材，表面的氧化铝属于亲水性材料，更容易产生冰凌凝结。2008年，我国南方大范围雪灾，造成铝制表面高压导线大量冰凌凝结，压塌损毁大量电力设施。这一灾害恶果不仅是气候造成的，氧化铝表面的高压线缆属于亲水性材料也是一个重要诱因。由于影响到道路交通的安全，因此防止冰凌凝结是LED路灯在寒冷地区应用必须考虑到的安全措施。 为了解决这一关键技术，我们通过对覆冰体表面进行显微成像分析，分析了水在物体表面结冰，以及冰在物体表面可以牢固附着的原因。实验结果发现，仅仅采用疏水性能优异的材料，防止冰凌凝结的效果并不理想，甚至水在某些材料表面可以冻得非常的结实。测试结果表明：冰可以附着在任何物体表面上;物体表面上的裂缝和凹陷，是冰可以牢固地粘附在物体表面上的另一个主要原因;单纯疏水性能好的材料，可以延缓结冰的过程，却无法阻止冰的形成。 为了更为准确地对比不同材料间防止冰凌凝结的能力，我们从不同角度深入研究了不同物件的表面结构、表面物性与覆冰的内在关系，包括：结构外形与覆冰、结构材质与覆冰、表面光洁度与覆冰、表面刚柔性与覆冰。研究结果表明：外形结构简单、组织结构紧密、表面防水、疏水性能优异的构件，就不容易发生冰凌凝结。 以此试验数据为基础，我们连续2年在冬季设立了不同外观和外壳材料的LED路灯，通过实验发现：凡是灯具外观圆滑、光洁、平整的;没有冰雪或水积存承载结构的;表面材料具备优异疏水性能的LED路灯就不会产生冰凌凝结。 我国寒冷地区大多处于高纬度地域，气候寒冷、温差较大，因此对LED道路照明产品的应用带来了新的挑战。另一方面，大多数寒冷地区年平均每天的照明时间长于国内平均水平，故照明耗电也高于国内平均水平，因此昼短夜长的地域特点带来了更多的LED照明应用需求。总之，既有挑战又有机遇。以上就是LED技术的相关知识，相信随着科学技术的发展，未来的LED灯回越来越高效，使用寿命也会由很大的提升，为我们带来更大便利。

    时间：2020-04-09 关键词： LED 低温 道路照明

  • 中国城市道路照明发展情况分析

    LED路灯进入人们的视野已有10年的历史，不论是炒得沸沸扬扬的“十城万盏”，还是前些年某省三年将路灯全部更换为LED，是否达到预期目标，有目共睹。 全球路灯到底保有量是多少?目前国际气候组织(The Climate Group)给出数据，全球路灯保有量为3.04亿盏，预计2025年达到3.52亿盏。 根据中国市政工程协会城市照明专业委员会的统计，截止2015年全国1065个城市现有路灯2317万盏，其中LED路灯占比13.57%。 相信这些数字对从事路灯生产的企业，特别是LED路灯生产企业，有一定参考价值。  

    时间：2016-04-20 关键词： 城市照明 道路照明 led路灯

  • 飞利浦率先推出3000K暖白光道路照明解决方案

    飞利浦近期在广州展示了其针对道路领域的最新LED科研成果，向中国市场率先推出了3000K暖白光LED道路照明解决方案，以突破创新的技术填补了目前LED道路照明市场的空缺。 此次首推的3000K暖白光LED道路照明新产品，既能提供充足的路面亮度以保证道路安全，又能以合适的色温带给驾乘者舒适的视觉感受，同时完成节能环保的社会责任，无疑将引领绿色道路照明的新趋势。 在道路照明的舒适度方面，飞利浦在世界范围内做了很多关于道路和街道的理论研究及实验测试，例如在法国里昂进行的关于不同光源照明表现的测试，发现暖白光光源因其光色舒适度和显色性得到了更多人的认可;而在中国苏州进行的关于三种不同色温的光源对比实验表明，63%的人更喜好接近3000K的色温。因此，对于LED道路照明而言，3000K暖白光被认为是更舒适的，明亮温暖的灯光让行人和驾乘者感到身心放松，从而更受人们欢迎。 如今，道路照明质量除了对可见度这一常用指标的考量以外，对舒适度的要求也越来越高，眩光、色温、显色性等都是影响舒适度的重要因素。正是基于对提高视觉舒适度的重视和探索，飞利浦推出了3000K暖白光LED高效道路照明解决方案，使其与人的心理和生理需求相契合，让道路环境变得更舒适和协调、能明显改善视觉能见度，使人们能更容易看清周围物体，方便司机或行人避让不明物体和车辆;无明显不舒适眩光，提升行车安全保证。 飞利浦此次推出的3000K暖白光LED道路照明解决方案在满足相同道路照明标准的前提下，可以带来至少30%的节能效果;并且由飞利浦欧洲光学设计团队特别设计的专用透镜，能显著提高照明利用系数，减少电能消耗;此外，特殊设计的散热器能确保LED光源工作期间的适宜温度，保证50000小时使用寿命的同时大大减少早期光衰的发生。 在展会现场，飞利浦向大众展示了新开发的BRP371/372/373系列LED路灯，采用3000K 暖白光大功率芯片，多芯片平面式排布成阵列，半截光路灯配光，能够营造安全的照明环境，舒适度最高，眩光最小;其良好的系统光效结合专业照明设计，能满足《城市道路照明设计标准》各项指标，兼具很好的节能性，完全能达到用户对道路照明安全和舒适的多重要求;同时配备行之有效的智能控制系统，轻松实现灯光管理，大大提高维护效率，降低人力成本。 飞利浦3000K暖白光LED道路照明解决方案的问世，不仅能为城市道路带来舒适安全的照明体验，同时其节能高效的特点，能把每一分能量运用到极致，为城市绿色可持续发展注入勃勃生机。

    时间：2013-07-09 关键词： 飞利浦 白光 道路照明 3000k

  • 美能源部发布LED道路照明相关规范

    近日,为了帮助市政部门和公共事业部门尽可能地节约能源，美国能源部发布了LED路灯灯具自适应控制和远程监控模块规格以及相关规范。该规范的发布使城市和地方机构以及公用事业更好地应用固态照明(SSL)技术。 据悉，去年发布过控制规范的草案，本次发布的控制规范是最终稿。该规格遵照固态照明路灯联盟发布的最初的道路灯具的基准模块规范文件、一个财务分析工具和演示报告。 美国能源部还提供了一个爱荷华周的项目范例，这是第一次使用路灯灯具规范的案例。这一范例的给出旨在让更多的城市使用LED照明。

    时间：2013-05-06 关键词： 发布 LED 能源 道路照明

  • 中国与沙特签署太阳能道路照明合作协议

    中国和沙特阿拉伯日前在首都利雅得签署太阳能照明合作协议，将由中国华为公司在利雅得市中心部分路段安装中国提供的太阳能路灯。 利雅得市政委员会工作组代表与沙特华为公司总经理签署了工程协议。中国驻沙特大使李成文、经济商务参赞王友、利雅得市政委员会副主席塔瑞格出席签字仪式。 今年初中国总理温家宝访问沙特期间，沙特商界提出了希望中国帮助沙特发展太阳能照明的愿望。根据协议，工程的设计施工由华为公司承担，工期约4个月。 塔瑞格表示，使用中国太阳能路灯将为建设绿色利雅得项目提供成功范例。李成文说，相信太阳能路灯项目成为扩大中沙新能源领域合作的良好开端。 据介绍，该示范项目的落实将为中国太阳能技术和产品进入沙特市场提供新机遇。

    时间：2012-12-28 关键词： 合作协议 太阳能 道路照明

  • 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。

    时间：2012-11-07 关键词： 应用于 LED 光源 道路照明

  • 道路照明设计中单相短路电流计算

    照明设计是城市道路设计中比较重要的一项设计内容。为了确保城市道路照明能为车辆驾驶人员以及行人创造良好的视看环境，达到保障交通安全，提高交通运输效率，方便人民生活，防止犯罪活动和美化城市环境的效果，建设部于91年特制定了《城市道路照明设计标准》CJJ45-91.标准要求道路照明设计原则为“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便。”并对照明标准、光源和灯具的选择、设计、照明供电和控制以及节能措施等方面做了较详尽的规定和要求，笔者在工程设计中运用和深入了解标准的过程中，确实得到了很多的益处，同时也发现一些不完善之处，比较突出的是规范中对照明供电保护及电缆选择没有做详细说明和要求，而这部分内容的设计正确与否直接影响到“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便”这个基本原则。在道路实际使用中发生的电气故障，小到电缆烧毁，大到人身触电伤亡事故的出现，都于与此相关。笔者希望本文起抛砖引玉的作用，以引起有关部门的重视，并与本行业同仁一同探讨。 在道路照明配电中，由于配电线路较长，配电线路零序阻抗较大，单相接地(零)短路电流相对较小。为了计算低压配电系统的单相接地(零)电流，需要利用不对称短路电流的计算方法。不对称短路电流可利用计算三相短路的原则进行计算。因为电压的对称分量与相应的电流对称分量成正比，因此在正序、负序和零序分量中，都能独立地满足欧姆定律和克希荷夫定律。正序、负序和零序电流也只产生相应地正序、负序和零序电压降，利用这一个重要的性质，可以用电工学中对称分量法分析在对称电路中所产生的各种不对称短路。 单相接地(零)短路电流的计算 不对称短路时，由于距发电机的电气距离很远 ，降压变压器容量与发电机电源容量相比甚小，因此，可假定正序阻抗约等于负序阻抗。单相接地(零)短路电流按下式计算： 式中Up平均线电压(V)R0Σ，X0Σ，Z0Σ配电网络的总零序电阻，总零序电抗，总零序阻抗。R1Σ，X1Σ，Z1Σ配电网络的总正序电阻，总正序电抗，总正序阻抗。 电路中主要元件阻抗 1、电力系统正序电抗的计算 在计算低压电力网络短路时，有时需要计入系统电抗XX，如果系统电抗不知，只有原线圈方面的短路容量或高压短路器的额定容量Sdn(MVA)时，则系统正序电抗可近似地按下式计算： 式中 Uj=Up平均线电压(V)Sdn原线圈方面的短路容量或高压短路器的额定容量(KVA)。 2、变压器阻抗的计算 变压器的正序电阻： 变压器的正序电抗：式中ΔPd 变压器短路损耗(kW)Ue 变压器二次侧额定电压(V)Se 变压器额定容量(KVA)Ud% 变压器阻抗电压百分比，变压器的零序电抗是与其本身结构和绕组的接法有关。目前不少厂家生产的Dyn11结线变压器比Yyn0结线变压器零序阻抗小，二次侧短路电流大，可提高一次侧过电流保护兼作二次侧单相接地保护的灵敏性。故建议使用Dyn11结线变压器，变压器的零序电阻，零序电抗的取值计算如下：R0=RⅠ+RⅡ=R1 X0=X1+XⅡ=X1 式中 R0，X0 变压器的零序电阻，零序电抗。RⅠ，X1变压器的一次绕组电阻，漏电抗。RⅡ，XⅡ变压器的二次绕组电阻，漏电抗。R1，X1变压器的正序电阻，正序电抗。 3、推导参见机械工业版社出版的高等学校教材《工厂供电》。铜、铝母线电阻电抗的计算(矩 形截面母线各相在同一平面内) 自动开关的选择 1、自动开关额定电流的确定 一千米路灯数量为14盏，高压钠灯功率因数为0.45.道路照明计算电流： Iez≥Ijs 取Iez=100A 2、自动开关长延时动作的过电流热脱扣器额定电流的确定IZd1≥KzlIjs=1×23=23A 取脱扣器额定电流为It.e=25A 照明用自动开关长延时脱扣 器对高压钠灯的计算系数取1.参见《工厂配电设计手册》第一版表11-21. 3、自动开关瞬时动作的过电流脱扣器的确定Izd3≥Kz3Ijs=6×23=138A 取 LZd3=150A，照明用自动开关瞬时脱扣器对高压钠灯的计算系数取6.参见《工厂配电设计手册》第一版表11-21. 4、按短路电流校验自动开关动作灵敏性自动开关动作系数取1.5时，灵敏性远远达不到要求。 用自动开关动作系数及短路电流确定自动开关瞬时脱扣器整定倍数值由于单相接地电流较小，现有的热磁式自动开关瞬时过电流脱扣器的整定电流值最小为3倍脱扣器额定电流，一般较难满足灵敏性的要求。如用过电流长延时脱扣器做后备保护，容易使电缆长时间过电流，轻则烧毁电缆，重则引起火灾。由于道路配电属于单相配电，即使配电中尽量使三相平衡，零序电流仍较大，也不能使用另加零序保护装置的措施。按“JB1284-73”的规定，非选择型配电用自动开关的瞬时过电流脱扣器的整定电流值为10倍脱扣器额定电流(可调式为3～10倍)，只具有瞬时过电流脱扣器的自动开关，其脱扣器整定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法： 1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。 2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。能满足保护要求。 由于本人才疏学浅，所述问题不够深入，愿与广大电气设计同仁一同探讨，同时希望引起低压厂商的注意，能生产出更多适用于各类特殊场合的产品来。于各类特殊场合的产品来。定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。 遗憾的是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。 目前解决这个问题的办法： 1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。 2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。 能满足保护要求。 由于本人才疏学浅，所述问题不够深入，愿与广大电气设计同仁一同探讨，同时希望引起低压厂商的注意，能生产出更多适用于各类特殊场合的产品来。于各类特殊场合的产品来。定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法： 1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。 2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。

    时间：2012-10-29 关键词： 单相 计算 道路照明 短路电流

  • 舒适安全是道路照明的最终目的

    在刚刚结束的“两会”上，发展“战略性新兴产业”成为热门话题之一。其中，LED产业更是成为两会代表委员们议论的一大焦点。如何应对LED这一“照明产业革命”的发展态势，提高质量、建立企业高度参与的标准制定体系、推进LED技术攻关成为探讨的核心。适逢国家质检总局在2011年底公布道路与街路照明灯具产品质量合格率仅为58.3%。 LED路灯作为一种更加环保、可靠、健康的节能照明方式，被业内一致公认为是下一代道路照明领域的主导。然而，各地新安装的LED路灯没有使用多久，便普遍在产品质量和照明效果方面出现了诸多问题;比较集中在道路照明的亮度不够，眩光大且刺眼，产品使用一段时间后出现比较严重的光衰、或根本不亮了的现象。在很短的时间内出现这么多问题，一定程度上制约了产品应用的进一步扩大，同时也让业内开始冷静思考LED路灯行业的未来如何发展。 针对所出现的问题，一些业内专家直接指出了症结所在 —— “一方面，是由于我们在发展上有些急功近利，很多技术还不够成熟，很多新进入这个领域的厂商并不具备足够的研发生及产能力;但更重要的是有相当一部分从业者对什么是节能路灯的理解还存在很大的误区，他们过于单纯地追求降低产品的单位能耗，而忽略了对产品应用环境的尊重”。 针对LED道路照明的现状和未来，飞利浦照明提出：道路照明的最终目的是舒适安全;以高效的能源利用与明亮的效果来映衬城市的夜晚，以安全的保障和舒适的感受来点亮人们前行的梦想。 标准和质量是推动行业发展的动力。在道路照明领域，飞利浦根据自己的全球经验，以及基于对中国道路状况的观察，将舒适与安全的目标融入到具体、可行的对标准的理解中。比如，近年来飞利浦在对LED产业以及城市、乡村对道路照明需求的发展趋势进行了充分研究后，提出采用平均照度等指标来衡量质量的方法有待完善，应该加入亮度等相关指标的标准将有助于对驾驶者和行人提供更好的体验，这也再次体现了飞利浦“以人为本”的企业理念。 在不断提高标准的努力外，飞利浦更是对自身的道路照明产品进行了精心的设计和严格的质量控制。首先，飞利浦道路灯具都通过了国家CQC安全实验并依照国际电工委员会IEC 60598-1及IEC 60598-2-3的规定而设计，并严格遵守CQC生产一致性要求。其次，在符合各项使用及安全的条件下，对灯具的效率及可靠性进行考核，并加大了对灯具各种不同配光性能进行配置，以期达到最佳的使用舒适度。 对于“十二五”期间中国道路及道路照明的发展，飞利浦照明大中华区专业照明副总裁Chandra Vaidyanathan表示：“制定符合中国道路照明状况和需求的LED标准，将为这一创新产业在中国的发展提供明确的目标和前行动力。飞利浦愿意与中国的伙伴进行深入的合作，让我们的产品为施工和维护者提供便利，让驾车者和行人能够分享LED带来的安全、舒适的照明体验。” 更多资讯请关注：21ic照明频道

    时间：2012-08-23 关键词： 道路照明

  • 试验显示LED道路照明可节能85%

    在日前结束的联合国可持续发展大会(里约+20峰会)上，气候组织发布的一项全球性技术试验结果显示，LED道路照明能够节省多达85%的能源。 作为里约+20峰会倡导的“清洁革命”运动的一部分，该报告由气候组织携手飞利浦共同完成，旨在支持“清洁革命”的主张，即以相对较小的成本在几乎一夜的时间里节约大量能源。 飞利浦照明全球公共与政府关系事务总裁Harry Verhaar表示：“我们相信，通过推动照明市场转型，飞利浦LED照明解决方案能够帮助宜居城市的建设，从而造福城市居民和参观者。” 据统计，全球19%的电力用于照明，而全球6%的温室气体排放也来自于照明。如果将全球照明效率提升一倍，对气候的影响相当于将欧盟温室气体排放量减少一半。 更多资讯请关注：21ic照明频道

    时间：2012-07-25 关键词： LED 85% 节能 道路照明

  • 美能源局发布道路照明报告

    美国能源局发布第一份基于美国中西部波特兰市一条住宅区公路所做的GATEWAY报告。道路名为NE Cully Boulevard，安装了6种不同类型的路灯，分别为三盏LED灯、一盏感应灯、一盏陶瓷金卤灯，还有一盏高压钠灯，高压钠灯是比较基准。重要结果如下： 1、安装的产品性能表现并不均一，不过和替换下来的高压钠灯相比，替代灯通常具有更高的能效、光线分布更合理并且光色更佳。   图：六种灯具的光分布 A：飞利浦(LED) B：GE(感应灯) C：Cooper(LED) D：GE(LED) E：飞利浦(陶瓷金卤灯) F：GE(高压钠灯) 2、一些替代灯不能保证机动车道、自行车道和人行道具有充足的照明，光衰问题甚至可能导致产品不符合设计标准。 3、由于该示范项目规模较小，灯具的采购数量不多，因而所计算出来的投资回报期最短为17.3年(Cooper公司的LED)，按照常规大量采购价格计算的话，投资回报期缩短至10年。 4、示范项目中所安装的灯具均配有网络控制系统，用记录下来的用电量和现场测量得到的用电量以及生产商提交的预期用电量比较，发现多数电量值和预期高度相符，但是其中一盏LED灯却明显偏低，低耗电当然是好事，但是报告值的准确更加重要。公用设施的关税和额定功率有关。

    时间：2012-07-16 关键词： 发布 报告 能源 道路照明

  • 道路照明光源的散热与配光应用

    一、立项的背景和意义 LED(Light Emitting Diode，称发光二极管)，属于固态光源。LED的应用已有较悠久的历史，以前主要应用在各种电子设备的指示灯、大屏幕显示器、信号灯和液晶屏幕背光源等领域。近些年来，随着GaP、GaN系Ⅲ-V族化合物半导体的结晶成长工艺技术及纳米技术的进步，LED的光效和大功率集成技术都有了很大的提高，LED已经开始在照明领域里初步应用，出现了LED路灯、LED矿灯、LED应急灯、LED车灯、LED景观灯等多种以大功率LED为光源的照明灯具。 LED发光原理为固体发光,按固体发光物理学原理，LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高达90%以上，因此，LED被誉为21世纪新光源，即将成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源，被公认为当前十大前沿技术之一, LED光源这种新型照明光源必将会取代传统照明光源，正带动着一场新的产业革命---照明革命。 二、当前国内外同类研究(技术)概况 近几年，随着LED的发光效率增长100倍，成本下降10倍，其在照明领域的发展前景，吸引全球照明大厂家都先后加入LED光源及市场开发中。美、日、欧及中国台湾省均推出了半导体照明计划。 我国2001年863计划立项，2003年紧急启动了“国家半导体照明工程”。从2006年的“十一五”开始，国家将把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。当前，我国经济快速增长，能源紧张的矛盾日益显现，我国照明所消耗的电能约占电力总消耗量的1/6，因此提高照明产品的能效水平，无疑将较大幅度降低能源消耗，有效缓解目前我国电力供应紧张的局面。国家将贯彻节能优先政策，并将“照明器具”列入节能重点领域，在“十一五”期间，大力推进绿色节能照明工程，LED路灯就是LED技术的重要节能应用。 日前，由多名留美归国博士创建的中微光电子(潍坊)有限公司研制成功100瓦大功率半导体发光二极管路灯照明系统，现已应用于潍坊高新技术创业园，其照明范围和亮度完全达到国家道路照明标准，寿命是传统路灯的10~20倍，耗电量却不到传统路灯的20%。 三、本课题研究的内容 我国虽有多家企业开发生产LED城市照明路灯，但很多是用小功率LED阵列作发光体，散热问题解决了，所用LED数量要很多，小功率LED光衰强，安装成本高;城市照明LED路灯采用大功率LED是发展的趋势，少数用大功率LED作发光体的路灯产品由于没有很好地解决功率达到一定量时，LED的散热问题;LED的散光和聚光控制问题;路灯在路面照射面的照度范围、型态和照度的均衡问题;光电转换效率太低，每瓦只有几个流明等问题。因此产品性能还不尽如人意;高性能的产品价位又居高不下，难以推广普及。 四、研究的技术路线和方法 (一)光源的选择： 光源比较：传统照明光源主要有3大类：白炽灯、荧光灯和稀有气体放电灯。与这些光源相比，LED光源光效比较高，使用寿命长，采用安全电压供电，不含有毒重金属，，使用寿命长，采用安全电压供电，不含有毒重金属，显色指数高，而且属于新型光源，发展潜力巨大，是未来传统光源理想的替代品。表1为几种照明光源的性能比较。 表1 几种照明光源的性能指标 注：白炽灯发光效率为3O w的数据 散热是LED路灯要重点解决的问题。LED是冷光源，不象白炽灯那样产生灼热的高温，但是，LED本身耐温能力比较差，所以必须将发光管工作时产生的热量有效的散发到空气中去，保证芯片工作在安全的温度环境下，这样LED灯才能真正的体现出长寿命的优势。 LED的管芯和涂覆的荧光粉都是在几百度的高温条件下生产出来的，本身有一定的耐温能力。但是，LED的外壳和管芯之间存在热阻，这个热阻使LED在使用时外壳和管芯之间出现温差，管芯的温度会高于外壳温度。

    时间：2012-06-11 关键词： 散热 光源 配光 道路照明

  • 一种道路照明照度测试方法和数据处理系统

    半导体发光二极管(LED)作为一种新型光源[1]，与传统光源相比具有很多优点，例如体积小、重量轻、节省空间、光谱范围广、易于设计、能耗低等，而且可靠性好、寿命长，有着广阔的发展前景[2]。随着国家城市建设进程的加快和节能减排战略的落实，LED路灯产品在实际中的应用也会越来越广泛。 由于路灯铺设在室外，具有环境变化大、供电时间集中、测试环境危险和实施测试方案困难等很多特殊性，因此大型的实验室检测设备不易甚至无法在现场执行实地测量任务[3]。而路灯的质量及其稳定性又直接关系到交通运输的顺畅和人民生命财产的安全，因此有必要选择合适的设备和科学高效的方法对LED路灯进行现场试。本文分析了两种传统的道路照明照度测量方法，结合其优缺点并根据LED的特性提出了一种改进的道路照明照度现场测试方法，编写了相关的计算处理程序，大大提高测量工作效率，保证测量工作质量。 1　照度参数和测量方法 道路照明的功能是为司机和行人提供良好的视觉条件，它直接关系到道路行驶安全。而道路照明测量方法则是评价道路照明功能的主要手段，它主要依靠测量和计算所得的参数对道路照明功能进行评价。其中平均照度是LED路灯现场测试与评价的首要参数。平均照度是各个测量点的照度的平均值，它表征了道路表面被照明的程度[4]。如果道路的平均照度值过小，则表明灯具照射的效果不达标或照射程度不够均匀。照度均匀度的计算方法是所有测量点中的最小照度与平均照度的比值，是衡量所测灯具照射均匀程度的重要参数;如果这个均匀度的值过小，在路面上就会出现“斑马线”或“斑点”，会严重影响到司机和行人的视觉效果。平均照度不仅是评价LED路灯是否能够保证照明质量的一个主要数据，而且还是计算环境比、照度均匀度、照度维护系数、照明功率密度和应用光效等相关参数的重要数据。这些参数是评价道路照明的重要依据和主要组成部分，同时也是评价路灯的主体和最重要依据。 根据测量点的选择方式的不同，传统的道路照明照度测量的布点方法主要有四点法和中心法两种[5]。 1.1　四点法 四点法是把选定的同一侧两灯杆间的测量路段分成若干个大小相等的矩形网格，把测量点设置在每个矩形网格的四角，如图1所示。 四点法的平均照度计算较为复杂，但是相对比较精确。其中，两灯杆间道路纵向的网格数为M，两灯杆间横向的网格数为N，本文中的M 和N 的值都以4为例，实际情况下，当所测两灯杆之间的路段长度介于20～40m，宽度介于8～16m时，M 应取10～20的数值，N 应取3～6的数值，而平均照度为Eav，其公式为: 式中，E″av为平均照度值;E″0、E″1、E″2所代表的测量点与四点法相同 由于路面上各个测量点的照度测量值差异很大，因此既考虑到测量数值的特殊性，又考虑到计算的整体性[8]，采用了式(3)所示的平均算法，将测量区域归如下分类：位于灯杆正下方的4个位置、两灯杆间道路中心的若干位置、除第一类和第二类之外的道路边缘的若干位置。根据3个类型测量点的数量和司机的使用频率，分别将其乘以系数1、2、3，并且也考虑到布点区域网格的数量(M 和N)，改进的布点及计算方法所计算的平均照度值更加精确。 综上所述，在测试区域相同的条件下，传统的测量方法需要测量25个点(如图1、2所示)，而改进的测试方法法只需测量16个点。相比之下，测量时间节省1/5，而且有效地避免了传统测试方法中机动车道测量点与人行道测量点相重合的问题，并且计算的平均照度值更加精确。 2.2　参数计算程序 为了简化现场测试评价的步骤，进一步提高工作效率，本方案中的参数计算部分可以根据改进的测试和计算方法使用计算机程序完成相关参数的计算[9]。应用LabVIEW 软件编写了一个计算机计算程序，在输入各个测量点相应的照度测量值之后，首先自动计算出道路的平均照度、人行道的平均照度和照度纵向均匀度，再计算出照度均匀度、照度维护系数、照度功率密度、应用光效和环境比的数值结果，结果见5。如图5所示，该程序将LabVIEW 软件中数组函数应用于现场测试中，用两个二维数组分别包含机动车道和人行道所有测试点，并使用数组拆分函数和概率统函数以及公式(3)计算测试点的道路平均照度和人行道平均照度，进而计算出环境比;使用数组提取函数分别提取出数组中的最小照度和每一车道上的最小照度，并根据提取的值计算出测试路段的照度均匀度和照度纵向均匀度。最终完成了测量数据的计算和处理任务，即根据测量的照度值计算出平均照度、照度均匀度、纵向照度均匀度、环境比、照度维护系数、照明功率密度和应用光效等参数。 本程序还可以判定应用改进的方法测量和计算得出的参数是否符合国家道路照明规范的标准。如图5所示，灯亮为达标，灯灭为不达标。它的优点还在于计算速度快，而且可以连续执行，界面美观、简明，将复杂的计算流程隐藏到程序后端，使用快速简便，继而极大地简化了测试评价工作。图5中，指示灯点亮的参数达到了国家道路照明标准的要求，相反指示灯未点亮的参数则没有到达国家道路照明标准的要求。 图5为实际测试的计算和处理的界面。根据测试所得数据与国家道路照明规范所比较，在功率减小20%的情况下，所测路段的LED路灯平均照度值、环境比、照度功率密度和应用光效同样可以达到国家道路照明规范标准值的要求。由于平均照度值、环境比、照度功率密度和应用光效这些参数是衡量照明效果与节能的重要参数，因此LED路灯在道路照明中达到了节能高效的效果。而照度均匀度和纵向照度均匀度这两个参数未能达标，说明LED路灯在应用与道路照明中存在“斑马线”的问题。 3　结　论 本研究提出了一种改进道路照明照度测试方法。该方法与传统方法相比，既节省了1/5的测量时间，避免了机动车道测量点与人行道测量点相重合的问题，又改进了计算公式，使得计算得出的平均照度值更加精确，而且自行开发的一个自动数据计算和处理系统，更适用于实际测量和记录。本系统可以连续计算和处理数据，而不需要重新启动程序，并同时给出评价结果。因此，提出的道路照明照度测试方法的结果对道路照明照度及测试工程的开展和实施节能减排都有实际得参考价值。 公式(3)的系数是通过大量数据计算获得的结果，并且应用到大连市科技计划项目(2009A18GX016)的实际测量中。具体说，通过选取若干不同参数计算获得照度值，而后依次与LED灯出厂状态参数对比，与实际道路测量数据对比，通过选择获得本研究提供的系数。这些系数不但适合实际照度标准的获得，而且具有计算方便快捷的特点。特别是在实际应用中，道路中间测得的照度值与实际检测获得的照度值更接近，因此这种检测结果也更适于实际道路照明检测的需要，具有指导意义。

    时间：2012-05-22 关键词： 照度 测试方法 数据处理 道路照明

  • 基于层次分析法的道路照明设计评价方法

    引言 照明系统设计是道路照明的核心，理想的照明方案不仅要满足行人行车安全舒适的需求，还要节能环保，其涉及的评价指标[1，2]繁多，这使得评价方案的建立非常困难。此外，由于周围光环境的影响、车行的影响致使照明效果参数值的现场测试效率低、测量精度不高，这也对道路照明效果的评价造成了不便。目前，对道路照明系统设计的综合评价方法的研究仍处于探索阶段，如何便捷准确地获得道路照明设计指标值，进而对参数复杂多样的道路照明效果进行综合评价，成为道路照明设计方案选择的关键问题。 1  照明道路设计评价模型 层次分析法是一种多目标、多准则的决策分析方法，它将定量分析与定性分析相结合，具有将复杂问题结构化、条理清晰、统筹兼顾等优点，是项目选择、系统评价及资源配置等问题的一种有效解决方法[3～7]。本文基于层次分析法理论建立道路照明方案评价模型，如图1所示。模型包含有四部分:1)目标层:目标层是照明效果评价要达到的最终目的，即选择更合理的照明方案;2)准则层:准则层主要是目标层的影响因素，包括照明质量与能耗2个方面;3)指标层:该层主要是照明效果评价指标，由于该层元素原则上不能相关，而亮度与照度指标及亮度均匀度与照度均匀度之间具有相关性，同等的两者只能取其一;4)方案层:该层主要是道路照明不同的方案设计。依据以上分析建立照明方案评价的层次结构。 2  道路照明设计评价方法 2.1照明方案评价影响因素判断矩阵的确定 建立照明方案评价的递阶层次结构之后，通过将因素之间对于其上一层次因素的相对重要性进行两两比较，并按SattyTL提出的1～9标度[8]进行赋值建立判断矩阵，其含义如表1。如准则层B相对于目标层A建立判断矩阵A=[aij]n×n，其中，aij为层次B第i个因素与第j个因素相比对于其上一层次A的相对重要性比例标度。 2.2层次单排序与一致性检验 由判断矩阵A=[aij]n×n计算准则层B中的因素相对于目标层A的优先权重，然后由这些权重构成表示B层因素排序优先程度的单排序向量。层次单排序向量的计算可以归结为求解矩阵A最大特征值所对应的特征向量W。本文采用判断矩阵首行求方根并归一化方法，如式(1)、式(2)，进而可由式(1)、式(2)、式(3)式求得矩阵A最大特征值。 同理可以通过判断矩阵B求得指标层次C的单排序向量与矩阵B的最大特征值。 由于两两比较确定的判断矩阵存在主观差异，存在判断矩阵自相矛盾的风险，需对其进行一致性检验。根据CI=(λmax-n)/(n-1)，CR=CI/RI计算判断矩阵的一致性指标CI、随机一致性指标CR(RI为平均随机一致性指标，可查表获得)，对层次单排序一致性检验。若CR=0，判断矩阵有完全随机一致性;若CR<0.1，判断矩阵有满意随机一致性;若CR>0.1，判断矩阵需进行调整。 2.3层次总排序与此与一致性检验 从最高层到最低层，逐层计算同一层次所有元素相对最高层的重要性权值，并进行一致性检验，得出最低层各元素对总目标的相对重要性权值。设准则层B有m个元素，层次B相对于目标层A的单排序向量?AB=[A1，A2，…Am]，设指标层C包含n个元素，它们对于层次B的层次单排序?BC=[?C1，C2，…?Cn]，则层次C相对于层次A的总排序向量为： RI对F层的层次总排序进行一致性检验，依此类推。 2.4照明方案评价指标值的获得 照明方案评价指标分为两部分，能耗指标与照明质量指标。能耗指标LPD可依据灯具系统节能认证技术规范CQC3105—2009中的相应公式求得。而照明质量评价指标值是以路灯测试与道路照明仿真相结合的方法确定。 2.5照明方案判定评价 对照明方案Dk的评价指标cik进行归一化处理，如式(5) 式中i为指标编号，k为照明方案编号，qik为指标值归一化后的计算值。cimax为所有方案中第i个指标的最大值。 然后根据式(6)计算出照明方案Dk的期望值Ei 其中，?Ai表示第i个指标相对于目标层的排序向量值期望值Ei最大的照明方案便是最佳的照明设计方案。 3  实验 3.12种照明方案 2种照明方案都选用相同的布灯方式，路况与布灯状况如表2，而选用的灯具分别为新型150W的LED路灯和广为应用的250W高压钠灯。 3.2判断矩阵确定 根据图1所示照明方案评价的层次结构，由多位照明领域的专家依据1～9标度法，得出照明方案评价层次结构中准则层相对目标层的判断矩阵A～Bj和指标层相对于准则层B1的判断矩阵B1～Cj，分别如表3和表4所示。 由于准则层B2中包含的指标元素只有一项，可略去对B2判断矩阵的建立。 3.3照明方案层次排序与一致性检验 根据建立的判断矩阵并依据式(1)、式(2)计算两矩阵的特征向量分别为WA=[0.75，0.25]和WB1=[0.39，0.33，0.12，0.12，0.04].也就是对应的层次单排序A和B1，而B2的单排序为1。 再进行一致性检验，由于矩阵A中仅有2个元素，不需进行一致性检验，而对矩阵B1的一致性检验结果如表5所示，该矩阵具有满意的一致性。进而可由式(4)得层次总排序?AC=[0.29，0.25，0.09，0.09，0.03，0.25]，并对总排序进行一致性检验得CI=0.033，RI=0.839，CR=0.039<0.1，总排序具有满意的一致性。 3.4照明方案指标值确定 采用光强分布仪对两盏路灯进行光强分布测试[9，10]，将测得的灯具光强分布数据导入照明设计软件D IALux，对2种照明方案进行仿真，仿真结果如表5所示。 3.5照明方案评价 依据式(5)对照明评指标进行归一化处理，并依据式(6)计算出两种方案的值，最终结果如表6所示。 由表6照明方案期望值可知，LED灯期望值E1=0.884，高压钠灯期望值E2=0.772，E1>E2，故在同等路况和布灯方式条件下，规格150W的LED灯的照明效果优于规格250W的高压钠灯的照明效果。 4  结论 本文基于层次分析法建立了一种道路照明系统的评价方法。该方法通过建立不同评价指标的组合权重，并利用各归一化的评价指标参数进行系统综合评价值的计算和决策。由于该评价方法将各评价指标进行了合理量化分析，克服了评价过程中的主观性，有助于对道路照明系统进行客观有效的评价。具体到研究对象，通过对LED路灯和高压钠灯照明系统进行AHP分析，得出在同等路况和布灯方式下，规格150W的LED灯照明效果优于规格250W的高压钠灯，更具节能优势。

    时间：2012-05-22 关键词： 道路照明 层次分析法 评价方法

  • 基于物联网的道路照明系统设计

    1引言 随着城市经济和规模的发展，各种类型的道路越来越长，机动车数量迅速增加，夜间交通流量也越来越大，道路照明质量直接影响交通安全和城市发展。如何提高道路照明质量、降低能耗、实现绿色照明已成为城市照明的关键问题。道路照明的首要任务是在节约公共能源的基础上，提供安全和舒适的照明亮度，达到减少交通事故，提升交通运输效率的目的。由于基础设施的条件所限，目前普遍缺少路灯级的通信链路，路灯控制方式一般只能对整条道路统一控制，无法测量和控制到每一盏灯。本文基于物联网，设计了一种嵌入式无线路灯控制模块，实现了每盏路灯的无线自主组网，使每一盏路灯都能遥测和遥控，与路灯设施中的一些单元（如电子镇流器等）连接，达到路灯的亮度（或照度）在30%～100%无级可调，在保证道路照明质量、改善辨认可靠和视觉舒适情况下，根据环境光强度和时段，节约电能20～30%。 2系统结构 基于物联网道路照明系统的结构如图1所示，通过在每盏路灯嵌入一个无线通信模块，使它们自组网络，接受控制中心的命令并将路灯的状态反馈给控制中心；HG－2控制箱采用ZigBee技术与所管辖道路的所有路灯通信，采用GPRS与控制中心通信，根据控制中心的指令或时间和日照亮度对每盏路灯发出控制命令（路灯开启、关闭、照明度（功率大小）等），自动调节整条道路的功率平衡；控制中心由服务器、大屏显示、CenterView中央控制系统软件平台等组成，CenterView中央控制系统软件平台采用3D设计，通过缩放变换以俯视的角度观察和控制到整个城市、一个街道、一条道路、甚至一盏路灯的照明情况；移动计算工具（笔记本电脑、PDA、手机）和路灯维护车也能通过控制中心进行远程遥测和遥控。 3无线通信模块 3.1模块设计 无线通信模块的MCU为Freesclae公司MC13213，MC13213采用SiP技术在9×9mm的LGA封装内集成了MC9S08GT主控MCU和MC1320x射频收发器。MC13213拥有4KB的RAM、60KB的FLASH，具有1个串行外设接口（SerialPeripheralInterface，SPI），2个异步串行通信接口（SerialCommunicationsInterface，SCI），1个键盘中断模块（KeyboardInterrupt，KBI），2个定时器/脉宽调制模块（Timer/PWM，TPM），1个8通道10位的模数转换器（Analog/DigitalConverter，ADC），以及多达32个的GPIO口等。如图2所示。 无线通信模块采用ZigBee技术、IEEE802.15.4协议，通信覆盖半径可达150m，能与在其覆盖范围内的任何路灯节点自组网络和进行通信，除了实现路灯的物物相联以外，还具有调节电子镇流器的功率输出（30%～100%），实现节能和绿色照明，检测供电线路的电流、电压、功率因数以及、每一盏灯的工作状态，当发生故障（如灯具损坏、灯杆撞击、人为破坏）时，实时向监控中心和相关部门报警等功能。 无线通信模块还进行了防雨、防潮、防雷电、防电磁干扰设计，并充分考虑了安装方便、维护简单和可恢复性（接入两根线就实现了路灯级的无线控制，拆除两根线又恢复到原来的状态），可以嵌入在路灯的不同位置（灯杆底部、灯杆内、灯罩内）。 3.2通信协议 无线通信模块的通信协议如下：对照明实施按路段顺序编号，通过命令转发和状态返回实现节点之间“手拉手”的通信。命令转发机制：每个节点通过一个位示图结构来记录哪些帧已经被转发（位示图最多可以表示256帧），如果节点接收到命令帧后，判断该帧是否已经被该节点转发，如已转发则丢弃该帧（节点只对收到的命令帧进行转发，对帧的内容不做修改），从而保证了以最快的速度控制一条线路，并且有效防止了某个节点故障影响整条线路的工作；状态返回机制：命令帧发送到达指定节点后，该指定节点则接收该命令并立即返回状态；转发规则：只有节点号比目标节点号小才转发，状态返回过程则相反。 3.3与中央监控的连接 一条传输通信链路由若干个ZigBee节点组成，在这些节点的中间设置一个簇节点（一条道路可以设置1个或多个簇节点），其作用是以GPRS的方式与控制中心通信（命令接受和状态返回），簇节点采用Freescale公司32位CodeFire系列MCF52223芯片作为控制单元，GTM900B（华为GPRS通讯模块）和EM770W（华为WCDMA的3G通讯模块）作为远距离无线通信模。MCF5222x系列利用常用的V2ColdFire内核构建而成，在80MHz的频率下性能高达76MIPS（Dhrystone2.1），接口功能包括：1个MiniUSB接口，支持USBOTG功能，3个2线串口，1个麦克风输入接口，1个HEADSET输入/出接口，1个HANDSET输入/出接口，1个8Ω/16Ω扬声器输出接口，1个132*96点阵LED，1个5*5按键键盘，支持RTC、ADC、PIT＆GPT、PWM等；GTM900B和EM770W则完成远距离的GPRS通信。 4控制中心软件设计 控制中心的软件设计平台为Windows2003，开发工具是微软VisualStudio2005，数据库使用SQLServer2005，与地理信息系统相结合，在获取了街道、建筑物以及路灯的位置、形状等特征信息后，设计以路灯为主体的3维虚拟城市，在控制中心大屏幕上动态显示道路的照明效果，并可以通过平移，放大，缩小等几何变换，观察整个城市、街道甚至每一盏路灯的照明情况。该软件主要有5个功能模块：系统设置、智能控制、电量核算、故障处理和紧急预案。系统设置中的区域设置有市，区，街道和电控箱4种；路灯设置有路灯的位置、型号、生产单位、施工单位、维护责任人，安装日期、清洗维护日期等；亮灯方式设置有全开，全关，单号路灯开，单号路灯关，双号路灯开，双号路灯关，1/3路灯开，1/3路灯关，1/4路灯开，1/4路灯关，智能控制等11种控制方式；时段设置可根据不同的城市不同的季节设置不同时段的亮灯方式；智能控制有两方面内容：针对安装了电子型路灯的路段，根据季节变化和天气状况，通过实时采样环境光强度，对路灯的照明亮度进行智能调节；在夜间，特别是深夜当检测到汽车和行人的流量十分稀少时，在不影响辨认可靠的情况下，适当降低道路的照明亮度，节约电耗；电量核算能对市，区，街道、电控箱甚至每盏路灯进行用电量的统计和核算；故障处理是对灯具损坏、断电、断相、过流、过压、三相不平衡以及人为破坏等情况，在第一时间向监控中心报警后迅速生成故障报告；故障处理的另一个功能是按路段和时段（年、季度、月）统计亮灯率、故障率、每次故障处理的效率（平均修理时间）；紧急预案是对一些突发事件制定度紧急预案，在特殊情况下，尽可能提供合适的道路照明，保证人民生命财产的安全。图3是控制中心软件的运行界面之一。 5实际应用 物联网的道路照明系统自2009年5月以来，在某国家级工业园区进行了安装和测试，安装环境为同一条道路两边的各100盏路灯，道路左边的100盏路灯采用无线传感智能控制，共增加成本24600.00元人民币，道路右边的100盏路灯采用常规的控制方式（半夜后单双号间隔开灯18:30～6:30），测试结果如表1所示。 从表1中可以看出，采用物联网的智能控制，通过实际测试，物联网控制的100盏路灯在91天中，节约电能15925度，一般情况下在产品投入的半年内就可以收回全部投资。电耗降低有以下几个方面因素：开启关闭时间的调整，道路右边的路灯控制方式是根据季节设定开闭时间（定时控制）并且是全功率开全功率闭，道路右边的路灯控制方式是环境光强度和季节自动控制开闭时间，开启时，由于路面上尚有较强的环境光，路灯以补光的方式工作，逐渐增加照明强度，路灯关闭控制类似；深夜控制模式，由于深夜时企业与居民用电负荷减少，低压电网电压升高，常规控制方式下的路灯（道路右边）异常明亮、眩目，往往造成过度照明，不仅大大增加耗电，同时也导致灯具、电器实际使用寿命迅速下降，大量增加维护量和维护费用，深夜控制模式（道路左边），采用降功率照明，不但降低耗电，还能改善道路照明质量和视觉舒适度，延长灯具、电器的实际使用寿命；道路照明的智能控制，对有学校、居民密集的小区、道路转弯处、事故多发地带等特殊路段，适当提高照明亮度，其余路段则适当降低照明亮度。 采用物联网智能路灯控制后对故障自动侦测、报警具有实时性好、可靠性强各项优点，极大地缩短了由人工定期巡查检测的时间和劳动强度。 6结语 先进的道路照明不但可以提升城市的形象、提高交通运输效率，减少交通事故，还能节约大量的公共电能消耗。但对于大多数城市，由于缺少的必需基础设施（路灯级的通信链路），无法实现先进控制方法，物联网（物联网）出现和应用，有效地解决以上问题，本文基于无线传感网络，选择Freesclae公司MC13213芯片，设计了一种嵌入式无线通信模块，使整条道路的每一盏路灯自主联网，使用Freescale公司的MCF52223芯片、华为公司的GTM900B和EM770W作为远程通信模模块，实现了路灯的遥测、遥控，对节约公共资源，建设数字化和节约型城市有较高的实际应用价值。

    时间：2012-05-08 关键词： 物联网 系统设计 道路照明

  • 道路照明节能措施

    从道路照明的节能标准、照明器材的选择、路面照度的控制以及照明供电和控制几个方面介绍道路照明的节能方法和技术措施。采用这些措施，可使道路照明达到良好的节能效果。   随着我国城市道路建设的脚步日益加快，道路照明的用电量不断上升，占国内照明总用电量的比重逐年提高。在世界能源严重紧缺的今天，道路照明如何才能做到节能降耗、绿色环保，是我们目前迫切需要解决的问题。文章将从4 个方面阐述道路照明的节能方法和技术措施。 1 节能标准 1. 1 道路照明应根据道路的级别、类型以及被照场所的要求和特点合理选定照明标准值，在确保各级道路符合相应的照明标准的前提下考虑节能，不能为节能而不顾合理的照明需求。道路照明的照明标准值应按“CJJ 45 － 2006 城市道路照明设计标准”的规定来确定。 1. 2 道路照明应以照明功率密度( LPD) 作为照明节能的*价指标，道路照明功率密度值应符合“CJJ 45－ 2006 城市道路照明设计标准”的规定，各级道路照明的实际能耗不得超过标准规定的功率密度限值。当设计计算照度高于照度标准值时，照明功率密度值不得相应增加。 2 照明器材的选择 2. 1 光源及镇流器 道路照明所使用的光源及镇流器的性能指标应符合国家现行有关能效标准规定的节能*价值要求，如“GB 19573 － 2004 高压钠灯能效限定值及能效等级”、“GB 19574 － 2004 高压钠灯用镇流器能效限定值及节能*价值”等标准。 2. 1. 1 光源的选择 道路照明光源应采用节能高效的绿色光源，应通过比较各种光源的光效、显色性、寿命等性能参数，同时考虑道路照明的要求和照明效果来综合确定。道路照明应选择高压钠灯、金属卤化物灯、细管径荧光灯、紧凑型荧光灯和LED 作为照明光源，不应采用低光效的自镇流高压汞灯和白炽灯作为照明光源。 (1) 高压钠灯的光效高，寿命长，显色性符合一般道路照明的要求，可作为机动车交通道路照明的首选光源，在各类道路上使用;(2) 金属卤化物灯、细管径荧光灯和紧凑型荧光灯的显色性好，发光效率较高，可作为商业区和居住区的人行道路照明光源。金属卤化物灯还可用于市中心、商业中心等对显色性要求较高的机动车交通道路照明;(3) LED 作为一种新型照明光源具有发光效率高、显色性好、寿命长、光方向性强、响应快、污染少等诸多优点，正逐步被推广应用于道路照明领域。LED技术正处于快速发展阶段，未来将取代其他光源，广泛应用于道路照明领域。 2. 1. 2 镇流器的选择 应按光源要求配套符合相应能效标准的、功率损耗低、性能稳定的镇流器。如高压钠灯、金属卤化物灯应配用节能型电感镇流器( 与普通电感镇流器相比，节能型电感镇流器可节约近50% 的电能) ，光源功率较小时(150W 以下) 可配用电子镇流器。在电源电压波动较大的场所，为了节能和保持光输出稳定，延长光源的使用寿命，宜配用恒功率镇流器。细管径荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器。 2. 2 灯具 2. 2. 1 选择灯具时，在满足灯具相关标准以及光强分布和眩光限制要求的前提下，应采用高效率的灯具。常规道路照明灯具效率不得低于70% ;泛光灯具效率不得低于65%。 2. 2. 2 灯具的利用系数是道路照明灯具的重要光学性能指标，它是指落在被照道路上的光通量与灯具中光源的额定光通量的比值。在保证道路要求的照度标准值的前提下，灯具的利用系数越高越节约能源，因此应根据不同道路的级别，选择灯具利用系数高的配光类型合适的灯具。 2. 2. 3 提高灯具的防护等级可以有效地减少灯具维护工作量，提高灯具的维护系数，有利于节约能源。 因此道路照明应采用密闭式灯具，灯具光源腔的防护等级不应低于IP54。环境污染严重、维护困难的道路和场所，光源腔的防护等级不应低于IP65。 2. 2. 4 提高照明线路的功率因数，可以有效减少照明线路的电能损耗。气体放电灯的功率因数一般在0. 4 ～ 0. 6，为了提高照明线路的功率因数，气体放电灯每盏灯具内应安装电容器进行无功补偿，补偿后的功率因数不应低于0. 9。 3 路面照度的控制 在深夜，由于道路车流量小，降低路面照度是节能效果最为明显的一项措施。除居住区和少数有特殊要求的道路以外，在深夜宜选择以下措施降低路面照度。 (1) 深夜关闭不超过半数的灯具，但不得关闭沿道路纵向相邻的两盏灯具，以免道路照明均匀度降低过多，影响交通安全。当路灯为单侧布置时，应采用间隔熄灯的方式;当路灯为双侧交错布置时，应采用熄灭一侧路灯的方式;当路灯为双侧对称布置时，应采用交叉熄灯的方式;(2) 采用双光源灯具，深夜时关闭1 只光源。如将1 盏灯具内的2 只光源在上半夜全部点亮，下半夜道路车流量小时关掉其中1 只光源;(3) 采用能在深夜自动降低光源功率的装置，如变功率镇流器或智能型照明调控装置等。变功率镇流器是通过时间控制器和电子开关来调节镇流器的电抗，减小光源回路电流，从而调节灯管的功率，从全功率降至60% ～ 70% 的功率。如高压钠灯灯具内安装变功率镇流器时，深夜能自动降低光源的功率(400W 降至250W，250W 降至150W，150W 降至100W) ，从而达到节能的目的。智能型照明调控装置是一种智能型降压稳压调光装置，能够根据电网电压的波动，平滑地对路灯输入电压进行动态调整，自动调光。在深夜电网电压升高、道路车流量小时进行自动调压，降低光源的功率，从而降低路面照度，达到节能的效果。 比较上述3 种方法，第1 种方法是以往常用的“全、半夜灯”做法，其优点是简单，节电效果明显，可节电50% 左右;缺点是会导致道路路面照度均匀度降低，还会增加电缆的用量，增加投资。第2 种、第3种方法既可以达到节能的目的( 节电30% ～ 50% ) ，又不会影响路面照度均匀度，还可以节省电缆的用量，减少投资，是较为合理的方法。但双光源灯具对灯具与光源的配合有一定的要求;智能型降压稳压调光装置的设备费较高;而采用变功率镇流器的方法对灯具和电源端设备无特别的要求，因此是最简便、经济、实用、可靠的节能方法。 4 照明供电和控制 4. 1 照明供电 城市道路照明宜采用路灯专用变压器供电，配电变压器的负荷率宜为70% ，变压器应选用10 型及以上的节能环保型、低损耗、低噪音、结线组别为D，yn11 的三相配电变压器。道路照明宜采用三相供电并尽可能使三相负荷平衡，减小供电线路的电流，从而降低线路的电能损耗和电压损失。 4. 2 照明控制 4. 2. 1 道路照明应根据所在地区的地理位置和季节变化合理确定开关灯时间，并应根据天空亮度变化进行必要修正。宜采用光控和时控相结合的控制方式，以时控为基础，并辅以光控功能，采用可靠度高和一致性好的控制设备，使道路照明的开、关控制准确合理。道路照明开灯时的天然光照度水平宜为15lx;关灯时的天然光照度水平，快速路和主干路宜为30lx，次干路和支路宜为20lx。 4. 2. 2 道路照明宜采用智能化控制，通过计算机网络技术，利用有线和无线传输方式，对路灯的启闭、运行状态、故障情况等进行遥控、遥测、遥信，从而实现对路灯的远距离监控和管理。通过时控、光控、程控等多种智能化控制模式，实现对道路照明的动态智能化场景控制，从而达到长期安全、节能运行和科学管理的目的。 5 总结 道路照明节能是一项复杂的系统性工程，涉及到多方面的内容，为此应制定一套完善的道路照明节能措施，合理地确定道路照明照度标准，严格控制道路照明的功率密度值，选择高效率的光源和照明灯具，采用先进的智能化照明控制技术，从而达到节能降耗、绿色环保的目的，创造良好的经济和社会效益。

    时间：2012-03-09 关键词： 节能措施 道路照明

  • LED道路照明与传统道路照明的比较

    　　如某城市城区道路需建设2km 的道路照明，路灯高度为10m，路灯间隔为40m，两侧对称布置、所需102 盏路灯。有两种方案可供选择，方案一是采用高压钠灯作为光源，方案二是采用LED 路灯作为光源。以250W 钠灯为标准，比较其成本。 　　5.1 方案1 成本分析 　　传统路灯灯具（含光源电器）单价为1,000 元，合价为102,000 元；电缆规格16mm2 单价为70 元/m， 合价为280,000 元；路灯灯杆单价为2,000 元，合价为204,000 元。 　　年使用电费每千瓦1.2 元，每天使用10 小时计算，365×10×1.2×102×0.25=111,690 元。 　　5.2 方案2 成本分析 　　LED 灯具（70W LED 光源及控制器） 单价为3,500 元，合价为357,000 元；电缆规格6mm2 单价为30 元/m， 合价为120,000 元；路灯灯杆单价为2,000 元，合价为204,000 元。 　　年使用电费每千瓦1 元，每天使用10 小时计算，365×10×1.2×102×0.07=31273.2 元。 　　5.3 两种方案成本比较（以上两种方案没有将维护成本考虑进去） 　　第一年LED 路灯照明使用费计算如表1 所示，第二年LED 路灯照明使用费计算如表2 所示。 表1 第一年LED 路灯照明使用费 表2 第二年LED 路灯照明使用费 　　5.4 两种方案使用寿命比较 　　考虑到LED 年光衰7%的实际状况，目前LED路灯寿命在3 万小时到5 万小时左右，而高压钠灯实际使用以1 万小时计。LED 路灯可以使用8 年左右（不考虑使用条件对其寿命的影响），传统路灯可以使用2 年左右（不考虑使用条件对其寿命的影响）。 　　从以上数据可以看出，采用LED 路灯照明方案在第二年后的总成本就低于采用传统路灯的照明方案。再考虑到维护等因素，一般情况下，采用LED 照明路灯的方案投资成本在LED 目前的技术条件下，可以在5 年内在节约用电费用中收回。 　　6 LED 路灯投资建设的建议 　　由于LED 路灯目前生产成本较高，市场价比传统高压钠灯要高出许多，无形中增加了投资或建设成本。但是考虑到LED 照明技术的不断进步，LED的光效随着技术进步不断提高及实用化，同时从节能的角度来考虑，LED 照明前景远大。 　　从两组数据比较可以看出，采用LED 路灯比采用传统路灯年节电8 万千瓦，年节省电费8 万余元。 　　此数据还没有考虑到减少其它资源的消耗等社会效应。而LED 路灯的建设成本为68 万余元，比传统路灯的建设成本仅高出10 万有余，随着LED 路灯价格的下降，其建设成本也将随之下降，因此，其高于传统路灯的部分可以通过节省电费来实现。 　　7 结论 　　根据以上数据，通过比较，为了能让LED 路灯照明在我国迅速推广应用，可以采用目前较流行的BOT 投资方式来解决LED 路灯照明中建设投资经费。建设主管部门通过精确测算传统路灯照明方式的电量消耗，通过考核LED 路灯照明的电量消耗，用两种照明方式的电量消耗差作为LED 路灯照明建设投资方的收益来实现。一般实际投资回收期为5 年。因此，采用LED 路灯有两方面的优势，一是投资成本可用节省电费方式支出；另一方面在目前能源资源日趋紧张的条件下，尽可能减少资源的消耗。由于全国照明用电量占总用电量的13%，而路灯照明用电量又占照明用电量的30%左右，采用LED 道路照明节约电力资源的效果是显而易见的。   　　摘要：文章主要对LED 道路照明与传统路灯在体积、反应速度、抗震性、使用寿命、使用电源适应性、成本等方面进行了一系列比较。就目前而言，LED 路灯照明与传统路灯各具优势， 而LED 照明更先进且受期待、前景广阔。我国LED 路灯开发走在国际前列，但也存在诸多问题，其中之一是针对投资建设成本高的问题。LED 路灯是道路照明的发展方向，未来将有更大机遇。文章主要提出了以BOT 投资方式来建设LED 路灯照明。 　　引言 　　路灯是城市照明的重要组成，传统的路灯常采用高压钠灯，而高压钠灯整体上光效低的缺点造成了能源的巨大浪费。因此，开发高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的新型路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。近年来LED 路灯在国内发展迅速，市场规模不断扩大，但前期投资成本要比传统路灯高出很多，本文提出了以BOT 投资方式来建设LED 路灯照明。 　　1 LED 路灯的特点 　　大功率LED 路灯的光源采用低压直流供电、由GaN 基功率型蓝光LED 与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于城市道路照明。 　　2 LED 路灯的优点 　　（1）LED 路灯本身的特性———光的单向性，没有光的漫射，保证光照效率； 　　（2）LED 路灯有独特的二次光学设计，将LED路灯的光照射到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以达到节能目的； 　　（3）LED 的光源效率目前已达90～110 lm/W，而且还有很大的发展空间，理论值达250 lm/W。而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加，因此，总体光效LED 路灯比高压钠灯强； 　　（4）LED 路灯的光显色性比高压钠灯高许多，高压钠灯显色指数只有23 左右，而LED 路灯显色指数达到75 以上，从视觉心理角度考虑，达到同等亮度，LED 路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上（参照英国道路照明标准）； 　　（5）LED 路灯的光衰小，一年的光衰不到7%，使用10 年仍达到道路使用照度要求，而高压钠灯光衰大，一年左右就下降30%以上，因此LED 路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低； 　　（6）LED 路灯有自动控制节能装置，能实现在满足不同时段照明要求情况下最大可能地降低功率，节省电能； 　　（7）LED 是低压器件，驱动单颗LED 的电压为安全电压，系列产品单颗LED 的功率都为1W，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所（如路灯照明、厂矿照明、汽车照明、民用照明等）； 　　（8）每个单元LED 小片体积小，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境； 　　（9）寿命长：能使用5 万小时以上； 　　（10）光效高：采用≥100 lm 以上的芯片，相对于传统高压钠灯能节能75%以上； 　　（11）安装简便：直接将路灯灯头安装于灯杆或者将光源嵌套原有灯壳； 　　（12）质量可靠：电路电源全部采用高质量元器件，每颗LED 都有单独的过流保护，无需担心损坏。 　　综合上述原理，大功率LED 路灯的节能效果显着，代替高压钠灯可节电60%以上。相对于传统路灯，LED 路灯维护成本极低，经过比较，不到6 年即可收回全部投入成本。 　　3 LED 路灯的缺点 　　（1）单个LED 功率低。为了获得大功率，需要多个同时使用； 　　（2）光斑。由于白光LED 本身制造工艺上的缺陷以及与反射杯或透镜的配合误差，容易造成“黄圈”问题； 　　（3）散热。路灯都是用大功率的LED，大功率的LED 是需要设置合适的散热装置来保证LED 的正常使用，其成本的80%是用在散热器上。现在市场销售的LED 路灯最大的是250W，价格很高； 　　（4）电源寿命得不到保证。 　　4 技术指标 　　目前，LED 照明技术日趋成熟，大功率LED 光源功效已经达到100 lm/W 以上，这使得城市路灯照明节能改造成为可能。LED 路灯，特别是大功率LED 路灯，正以迅猛的速度冲击传统的路灯市场。 　　（1）LED 发光效率≥80 lm/W 。LED 路灯使用的LED 光源发光效率不能低于此值； 　　（2）透镜透过率≥93％，耐温- 38～+90℃。主要用于LED 路灯的透镜，光斑为矩形，材料是PMMA 光学材料，也可以是硼砂玻璃，可以保证透镜的使用寿命； 　　（3）路面照度均匀度比平均照度≥0.4。光斑比值1：2 ； 　　（4）符合道路照度要求。实际1/2 中心光斑达到25LUX，1/4 中心光强达到15LUX，16 米远的最低光强4LUX，重叠光强约6LUX； 　　（5）输入电压：AC90V～280V/50Hz； 　　（6）功率消耗：实际功率消耗与整灯功率消耗比≥80%； 　　（7）功率因素≥0.9； 　　（8）适应湿度≤95%； 　　（9）灯具外表温度≤60℃。 　　尽管LED 路灯的发展速度迅猛，但LED 路灯的标准却相对滞后，各地区对LED 路灯的标准在指标上不尽相同。 5 LED 路灯与传统路灯使用之比较

    时间：2011-08-22 关键词： LED 比较 道路照明

  • 一款太阳能道路照明设计

    　　2.1 现场勘查 　　太阳能路灯由于采用太阳能辐射进行发电，对于路灯安装的具体地点具有特殊的要求，太阳能路灯安装前必须对安装地点进行现场勘查。勘查的内容主要有： 　　a  察看安装路段道路两侧（主要是南侧或东、西两侧）是否有树木、建筑等遮挡，有树木或者建筑物遮挡可能影响采光的，测量其高度以及与安装地点的距离，计算确定其是否影响太阳能电池组件采光；对太阳能光照的一般要求是太阳能光照至少能保证上午9：00至下午3：00之间不能有影响采光的遮挡。 　　b  观察太阳能灯具安装位置上空是否有电缆、电线或其它影响灯具安装的设施（注意：严禁在高压线下方安装太阳能灯具）； 　　c  了解太阳能路灯基础及电池舱部位地下是否有电缆、光缆、管道或其它影响施工的设施，是否有禁止施工的标志等。安装时尽量避开以上设施，确实无法避开时，请与相关部门联系，协商同意后方可进行施工。 　　d  避免在低洼或容易造成积水的地段安装； 　　e  对安装地段进行现场拍照； 　　f  测量路段的宽度、长度、遮挡物高度和距离等参数，记录路向并和照片等资料一起提供给方案设计者供参考。 　　2.2 安装布置 　　（1）根据道路的宽度、照明要求，选择安装布灯方式： 　　a、单侧布置 　　b、双侧对称布置； 　　c、双侧交错布置 图1 太阳能路灯布置的三种方式 　　（2）灯具的悬臂长度不宜超过安装高度的1/4，灯具的仰角不宜超过15°； 　　（3）灯具的安装高度（H）、间距（S）与路宽（W）和布置方式间的关系如下： 表1 灯具的安装高度（H）、间距（S）与路宽（W）和布置方式间的关系 　　2.3 光源选择 　　太阳能路灯光源的选择原则是选择适合环境要求、光效高、寿命长的光源。同时为了提高太阳能发电的使用效率，尽量选择直流输入光源，避免由于引入逆变器而带来的功率损失（由于小型逆变器的效率比较低，一般低于80%）。 　　常用的光源类型有：三基色节能灯、高压钠灯、低压钠灯、LED、陶瓷金卤灯、无极灯等。现针对应用最多的太阳能灯具光源加以分析比较：     下表为常见直流输入光源的特性表：     表2 常见直流输入光源特征一览表 　　具体选用时参照道路状况和客户要求进行选择，需要注意的是各种光源都有一定的功率限制和常用规格，选择功率时尽量选择常用的光源功率。近年来也出现了一些新型的光源，如混光型节能路灯灯具，将高显色性、高色温的金卤灯和高效光源低压钠灯两种光源系统一体化置于灯具电器仓内，使整体光效及显色性色温明显提高的同时，一定程度上也提高了照明质量。 　　2.4 系统配置计算 　　太阳能路灯配置的计算一般按照独立光伏系统的设计方法进行，可以采用专用的设计软件来进行设计，近年来使用较多的如加拿大环境资源部和美国宇航局（NASA）联合开发的RetScreen软件等。下面介绍太阳能路灯配置的简单估算方法： 　　2.4.1 峰值日照时数的计算 　　公式如下： 　　峰值日照时数=A/（3.6×365） 　　A为倾斜面的上年辐照总量，单位为MJ/m2 　　例如：某地的方阵面上的年辐照为6207 MJ/m2，则年峰值日照时数为： 　　6207÷3.6÷365=4.72小时 　　2.4.2 系统电压的确定 　　a  太阳能路灯光源的直流输入电压作为系统电压，一般为12V或24V，特殊情况下也可以选择交流负载，但必须增加逆变器才能工作； 　　b  选择交流负载时，系统的直流电压在条件允许的情况下，尽量提高系统电压，以减少线损； 　　c  系统直流输入电压选择还要兼顾控制器、逆变器等电器件的选型。 　　2.4.3 太阳能板的容量计算 　　对于太阳能路灯，整体系统配置计算公式如下： 　　P= 光源功率×光源工作时间×（17/12）÷峰值日照时数÷（0.85×0.85） 　　其中P为电池组件的功率，单位为W； 　　光源工作时间单位为h； 　　峰值日照时数单位为h； 　　0.85分别为蓄电池的库仑效率和电池组件衰减、方阵组合损失、尘埃遮挡等综合系数； 　　例如：光源功率为18W，每天工作8小时，当地的年日照时数为4.0，则需要的太阳能板功率为18×8×（17/12）÷4÷（0.85×0.85）=70.5W 　　具体选择太阳能板的功率时根据太阳能板的规格进行选取即可。 　　2.4.4 蓄电池容量计算 　　首先根据当地的阴雨天情况确定选用的蓄电池类型和蓄电池的存贮天数，一般北方选择的存贮天数在3**5天，西部少雨地区可以选用2天，南方的多雨地区存贮天数可以适当增加。容量计算公式如下： 　　蓄电池容量=负载功率×日工作时间×（存贮天数+1）÷放电深度÷系统电压 　　其中：蓄电池容量单位为Ah; 　　负载功率单位为W； 　　日工作时间单位为h； 　　存贮天数单位为d； 　　放电深度，一般取0.7左右 　　系统电压单位为V 　　例如：光源功率为18W，每天工作8小时，蓄电池存贮天数为3天，则需要的蓄电池容量为：18×8×4÷0.7÷12=68Ah 　　然后根据系统电压和容量的要求选配蓄电池。 　　以上计算没有考虑温度的影响，若蓄电池的最低工作温度低于-20℃，应对蓄电池的放电深度加以修正，具体修正系数可咨询蓄电池厂家。   2.4.5 平均照度计算 　　在对道路进行照明设计时，对照度、亮度及均匀度的计算是必不可少的，一般情况下可以采用道路照明设计软件或照明计算表进行计算，也可以根据灯具的配光曲线进行简单的计算。下面给出常用道路的平均照度计算公式，读者可以进行照度计算或者根据照度计算路灯间距及光源功率等参数，供读者自行参考。 　　计算公式 　　其中：F---光源的总光通量（lm）； 　　U---利用系数（由灯具利用系数曲线查出）； 　　K---维护系数； 　　W---道路宽度（m）； 　　S---路灯安装间距（m）； 　　N---与排列方式有关的数值，当路灯一侧排列或交错排列时N=1，相对矩形排列时N=2。 　　2.4.6 灯杆设计 　　太阳能路灯常用的是钢质锥形灯杆，其特点是美观、坚固、耐用，且便于做成各种造型，加工工艺简单、机械强度高。常用锥形灯杆的截面形状有圆形、六边形、八边形等，锥度多为1：90，1：100，壁厚根据灯杆的受力情况一般选在3-5mm。 　　由于太阳能路灯工作的环境是室外，为了防止灯杆生锈腐蚀而降低结构强度，必须对灯杆进行防腐蚀处理。防腐蚀的方法主要是针对锈蚀原因采取预防措施。防腐蚀要避免或减缓潮湿、高温、氧化、氯化物等因素的影响。常用的方法如下： 　　a  热镀锌：将经过前处理的制件浸入熔融的锌液中，在其表面形成锌和锌铁合金镀层的工艺过程和方法，锌层厚度在65-90um。镀锌件的锌层应均匀、光滑、无毛刺、滴瘤和多余结块，锌层应与钢杆结合牢固，锌层不剥离，不凸起。 　　b  喷塑处理：热镀锌后再进行喷塑处理，喷塑粉末应选用室外专用粉末，涂层不得有剥落、龟裂现象。喷塑处理可以更高的提高钢杆的防腐性能，且大大提高灯杆的美观装饰性，颜色也可以有多种选择。 　　此外，由于太阳能灯杆内安装有控制器等电气件（有的蓄电池也安装在灯杆内），设计太阳能灯杆除了要满足强度和造型方面的要求外，还必须注意灯杆防水性能和防盗性能，防止雨水进入灯杆内造成电气故障；维护门避免采用常规的工具就能打开（如内六角螺栓、钳子等），防止人为进行破坏或盗窃。 　　3  太阳能路灯设计中的特殊情况 　　3.1 集中供电太阳能路灯 　　针对部分有遮挡地段需要安装太阳能路灯的情况，可以对灯具采用集中供电的方式，即：将所有太阳能灯具需要的太阳能电池板集中到一个不影响采光的支架上安装，然后由系统对各个路灯进行供电。 　　3.2 市电切换太阳能路灯 　　在政府机关大院安装的太阳能路灯：由于周围有楼房遮挡，但路灯的安装位置已经确定，同时院内对于路灯的开启时间不能有差异，必须实现同时开关，独立太阳能路灯显然不能满足系统的要求， 　　同时路灯不能出现阴雨天不能点亮的情况，针对这种情况，可以采用太阳能市电互补系统+集中供电的方式，将系统所需要的太阳能电池板集中安装在楼顶，并对整个路灯系统实现集中控制，可实现同时点亮，当太阳能供电不足时，可以采用市电进行补充。 　　4  小结 　　总之，太阳能路灯涉及到很多领域方面的知识，对于系统配置的设计优化、配件选择等都需具备一定的专业知识。当然，影响太阳能路灯工程质量的原因很多，除了设计要尽可能完善之外，工程施工也是一个非常重要的环节，有关施工方面的专业知识，这里不再赘述。 　1  引言 　　太阳能道路照明装置是一种利用太阳能作为能源的照明装置，因其具有不受市电供电影响，不用开沟埋线或架空电线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点而受到人们的广泛关注。太阳能道路照明装置的主要应用就是太阳能路灯。其广泛应用于乡村旅游道路，城乡结合公路、偏远山区等，尤其适合安装在交通不便的偏远山区和不方便接入市电的地区，具有广泛的市场前景。 　　2  太阳能路灯设计

    时间：2011-08-22 关键词： 太阳能 道路照明

  • 大功率LED道路照明光源的调光方案

    前言 　　商品化的、发光效率大于100 lm/W 的照明级高亮度白光LED（HBW-LED，以下简称为LED）技术的飞速发展，为第四代照明带来了前所未有的机遇，是一种具有广泛应用前景、性能优良的道路照明光源。 　　虽然如此，应该看到在实际使用中，人们不仅对道路照明的现场环境、照明舒适度以及照明节能的要求越来越高，而且对品种丰富多样、功率越来越大的LED 道路照明光源的光输出特性要求也不同。主要体现在以下两个方面： 　　●道路照明光环境的多样性，即从单一照明时段满光输出到根据需求不同时段的可变光的输出； 　　●道路照明节能的要求，即整个照明时段从全功率照明到某些时段的降功率照明，这样既可以满足道路安全的要求，又可以节约大量的能源。 　　因此，针对上述两点，需要对不同照明模式下LED道路照明光源的调光方案进行专门研究。 　　1 发光二极管道路灯具的调光特性分析 　　无论是从当前道路照明的角度出发还是从节能方面的考量，LED 道路照明的调光需求都是合理且必要的。由于LED 器件自身固有的特性，调光不仅造成光输出量减少的单一变化，而且会带来一系列相关联的特性改变。主要的相互关联有：LED 芯片的发热温升、出光效率、使用寿命的变化，以及照明光源的光输出特性、道路的照明效果、驱动器工作特性、寿命变化等等一系列的问题。 　　1.1 LED 道路照明光源的调光模式 　　从实际使用的角度来看，LED 道路照明光源的调光模式主要分为有级型和无级型两大类，具体的分析如下： 　　1.1.1 LED 的有级型调光模式 　　LED 的有级型调光是最常见的，也是最简单、使用最方便的调光方式。 　　鉴于单片封装LED功率的相对较小及光源整体散热的限制，LED 道路照明光源一般均采用多单元的阵列结构。每一个LED 单元都具有独立的配光特性，采用在驱动器的输出制式配合下，单元分组调光这种最简单的形式或者借鉴传统道路照明调光方式的路灯间隔照明的减光方式。不仅如此，依据LED 道路照明光源调光对其光输出特性的影响，又可以细分为以下几种： 　　1.1.1.1 LED 单元的均匀分组调光 　　对于具有满足道路照明要求光输出特性的LED单元，其均匀分组调光只改变道路照明光源光输出强度的大小，几乎不改变其光输出的特性，可以获得调光前后一致的整体光输出特性，是一种较为优良的调光方式。在驱动器的配合下，可以实现多档调光。 　　图1 给出了在同一道路照明光源内多单元LED（在采用透镜配光的、单一的LED 单元就能够满足配光特性要求的前提下）的调光原理a 及光源内LED 单元均匀分组排列的结构示意b（一种样式）。由此可以得出，调光前后的对比只是改变光源光强输出的大小，而不改变本身的配光特性，因此调光的效果是比较理想的，但是调节明暗的平滑度稍差，不能随意地调节。 　　1.1.1.2 LED 单元的非均匀分组调光 　　同一道路照明光源内LED 单元的非均匀分组调光，主要是每个LED 单元分别担任不同的光输出角色，总体用来形成满足配光要求的光输出特性，具有构成简单、操控方便等特点。通过LED 单元非均匀分组排列的形式来获得在调光模式下保证道路照明效果。 　　图2 给出了这种调光原理a 及调光前后的LED 单元组亮灭的变化情况b。例如，城市道路照明中的前、后半夜需要不同的照明模式：前半夜为主、次车道全照明模式（组1 ＋组2），以保障主/快车道及次/慢车道的交通安全；后半夜交通流量很小，仅为主/快车道的道路照明模式（组2）。由此可见在同样的照明光源功率下，这种调光的方式较图1 来说就显得更为简单明了。 　　1.1.1.3 LED 道路光源的间隔调光 　　LED道路照明光源的间隔调光是仿照传统道路照明，如高压钠灯（HPS）路灯的调光方式，通过开闭相隔的光源来达到调光/减光的目的，方法简易、操控方便。虽然单个光源的光输出特性、照明效果、芯片的发热量、出光效率、使用寿命以及驱动器特性、使用寿命等在调光前后没有变化，并且也能够获得很高的节能效果（50%），但是其致命的缺点是对总体道路照明的光照均匀度影响较大，易形成照明暗区即所谓的“斑马效应”， 严重影响到道路的行车安全，达不到国家对道路照明的规范要求，因此只适宜于对照明要求不太严格的次/慢车道和小道上使用。 　　1.1.2 LED 的无级型调光模式 　　LED道路照明的无级型调光方式是一种比较理想的、在一定范围内随意平滑的调光方式。其主要特点是：参与调光的每个LED 单元的工作状态不再是只有亮和灭两种状态，而是工作于其中的某一中间环节，LED 单元按照需要平滑的改变工作状态，使得光源输出的光通量在大范围自由变化，可以得到良好的道路照明、调光和节能效果。 　　1.1.2.1 LED 的无级型线性调光 　　LED的无级型线性调光是基于恒压驱动器的条件下，通过在其输出端串联线性元件的方式来改变驱动器输出电流的大小值，即调节LED 单元的发光亮度。 　　构成的方式有两种：一是串联——可调电阻（手动调节，见图3a），二是串联——工作于放大区域的大功率晶体管（可以利用小信号来调节）。从LED 的正向电流与光输出的对应关系来看，在允许的范围内，这种对应的关系几乎是线性的。图3 给出了这种LED 线性调光的原理a 和对应关系曲线b。该方案存在的主要问题是：基于白光LED 的特性使然，调光时的色温将发生变化，不适合对色温要求恒定的照明光源，但是对于不太重要的道路照明可能影响不大，选用时需要慎重考虑。另外输出端引入的线性元件将带来加大总体损耗、降低效率的不良后果。 　　因此不是一种理想的道路照明调光方案。 　1.1.2.2 LED 的无级型模拟调光 　1.2.1.1 LED 的光输出及出光效率 　　目前，主流的、照明用大功率白色LED 的工作原理都是利用蓝光LED激发YAG荧光粉来获得白光的。 　　由图7 可知蓝光LED的光输出随着正向电流的增加呈近似的线性增加，这说明电流大小与光输出多少成正比，而其光效＝ / （lm/W） 则随着正向电流的增加而近似线性下降，原因是其中相当多的能量被晶格吸收转变为热量消耗掉，没有发挥应有的作用。 　　由此可见，由于道路照明的LED 在调光运行模式下，电流的减小将带来光输出的减小和出光效率的增大，对LED 道路照明的运行有利。再进一步推断：对于上述通过改变LED正向电流来进行调光运作的道路照明模式，照明光源中LED 的运行也将处于较为有利的工作条件下，对于采用PWM 模式来进行调光的LED 由于间断的运行模式也对改善LED 的运行条件有利。 　　1.2.1.2 LED 的色温变化 　　在调光运行的模式下，由于白光LED 正向电流发生了变化，因此依据不同的调光方式其色温变化情况也不尽相同。 　　在图8 中，LED 的光输出所对应色坐标x 和y 的值随着LED 正向电流的变化而有规律地变化。调光时LED 的电流减小，此时x 值增大，y 值减小，从而导致人们不希望的色温变化的出现。对于采用PWM 调光模式运行的情况，由于LED 工作时的瞬时电流不变，因而可以较好地解决色温的偏移问题，但是发光的效率有所降低。归纳起来就是，白光LED 在道路照明应用时，采用何种调光模式，需要基于道路照明的要求并根据人们对调光时白光LED电流减小导致色温变化（红移）的适用性（主要是辨识障碍物的能力）及容忍性的大小等来进行选择。 　　1.2.1.3 LED 芯片的温升和寿命 　　LED芯片的工作温升与其使用寿命有着直接的关系。相对而言，温升越低，其使用的寿命就越长。例如：当LED 芯片温度45℃时，LED 的使用寿命为1×106 h，而温度在105℃时，其寿命锐减为2×105 h。 　　在道路照明中，由于室外的环境条件较为恶劣，位于光源内（温度有80~90℃以上）LED 的温度较高，极端条件下几乎接近于其所允许的最高范围，因此散热问题是LED 道路照明的核心问题之一，需要下工夫来解决。具体可参见图9 所示。 　　基于此，在调光运行模式下LED 所具有的较低运行温度对于提高其使用的寿命是非常有益的。                                                                                                 1.2.2 LED 驱动器的特性及寿命 　　要使LED 道路照明能够有效地发挥其固有的优势，驱动器的性能至关重要，也就是说驱动器性能的优劣直接关联到LED 道路照明的使用和照明效果。由于道路照明环境的严酷性和高可靠性的要求，通常驱动器需要具备以下的基本性能： 　　①输出余量：20%~-40%； 　　②输入电压：90~305 VAC； 　　③效率： 80%~92%； 　　④功率因数：0.90~0.99； 　　⑤多级驱动隔离； 　　⑥5×104 h 耐久性测试； 　　⑦8 000 kV 浪涌测试； 　　⑧内外部防雷系统； 　　⑨防水等级：IP67~68。 　　特别是在要求调光的情形下，LED 的表现更直接受制于驱动器的性能优劣。目前对LED 器件及道路照明配光特性研究的文献较多，而对其在实际照明光源条件下的工作条件、整体输出特性可靠性及使用寿命等的研究相对较少。经统计显示，影响LED 驱动电源寿命的一大主要因素是输入滤波电解电容器在道路照明光源内高温环境下（80~90℃）的有效寿命问题，一般规律是：使用的环境温度每升高10℃，电解电容器寿命将会减少一半。通常电解电容器的使用寿命在5000 h 以下，并且与使用的环境温度有很大关系。虽然目前市场上有一种105℃的高温电解电容器的标称寿命为1×105 h，并且在85℃环境下理论工作寿命可达4×105 h。按每天LED 照明光源工作12 h 来计算，理论上可用10 年，但是其造价较高，并且不同厂家的产品差异也较大。基于此，研究减少直至取消电解电容器的LED 驱动器是一课题方向。 　　图10给出了基于某种特定产品的LED 驱动器的使用寿命与温度的关系、驱动器输出功率与其温升的关系。 　　由图10 所示，LED 驱动器的工作寿命与其温度呈现出较大的衰减特性。在调光运行的条件下，由于LED 负载变轻导致驱动器输出功率降低，其内部开关等器件的温升较低，因此从使用的角度来考量调光运行对驱动器的使用寿命是有利的，即能够在较大的程度上提高其使用寿命，但是从其整体效率上来说，由于输出功率的减小（特别是在调光的最小输出状态下），而其自身功耗的减小程度相对输出功率来说比较小，因此将造成其整体效率的下降，这需要特别注意。 　　1.2.3 LED 光源的光输出特性及道路照明效果 　　一般来说，LED 道路照明光源的光输出特性是依据道路照明规范的要求来确定的。在LED 道路照明光源光输出特性的设计上，主要是采用LED 的一次配光（自身的封装透镜形成LED 器件）、二次配光（外加配光透镜形成LED 单元）和三次配光（光源内安装的排列方式）或其中的一、二次配光方式来获得满意的道路照明效果。而在调光的运行模式下，LED 光源的光输出特性及道路照明效果就变得较为复杂，要分别加以分析。 　　1.2.3.1 LED 道路光源的光输出特性 　　对于满足道路照明要求的、具有独立的光输出特性的单个LED（单元）而言，有两种情况需要考察： 　　①采用无级调光（线性、模拟或PWM）的方式，即所有LED 均参与调光，调光的结果只改变光源的整体光输出的大小，而不改变其光输出的特性，因此是一种理想的调光方式； 　　②通过LED（单元）来分组调光的情形，由于不是每个LED（单元）都参与调光运行的，因此调光后光源的光输出特性是改变的，此时光源的光输出特性有可能不能满足道路照明的相关要求，需要分门别类地加以认真考虑和选择。 　　1.2.3.2 LED 道路光源的照明效果 　　在上述光输出特性中提到，在调光模式下LED 道路照明光源的配光曲线有可能发生改变，而光源的光输出特性对道路照明的效果起到决定性的作用，因此撇开采用间隔照明在道路上形成的连续暗区、严重影响道路交通安全不说，单单就上述的具有不同的光输出特性的LED 道路照明光源来说，光源的光输出特性都是在全功率输出条件下获得的，因此凡是调光后光输出特性改变的，不管改变多少，程度如何，对道路的照明都存在着一定的影响。因此，LED 道路照明的调光问题是一个综合性的问题，实际运用时应该以保证道路的照明效果和交通安全为前提，不能为了节能而节能，忽视了道路的交通安全，否则将是得不偿失。 　　2 结束语 　　总之，社会经济及城市化进程的快速发展，使得LED 道路照明在实际使用过程中，人们不仅满足于对其光输出特性的要求，而且对道路照明光源所提供的照明品质、照明环境、照明舒适度和照明节能等也提出了更高的要求，特别是对LED 道路照明条件下的交通安全、治安环境等要求也很高。这就要分别加以认真分析和仔细研究。特别是要依据不同调光方式下LED道路照明光源所所具有的各自特点以及相适用的道路照明现场环境，对LED 道路照明光源的设计进行改进和优化。这样，对今后LED 道路照明光源大范围的推广和应用都具有积极的意义。 　　LED的无级型模拟调光是基于恒流的驱动条件下，通过在驱动器的控制端加以直流控制电压（如0~10V）或电阻等方式来改变驱动器输出电流的大小值，也即可以调节道路照明LED 单元的发光强度，对应的关系近似为线性，调光原理光输出与可调电阻对应关系可参见图4 所示。该模拟调光具有电路简单、调节时电流的过冲小、效率相对较高优点。存在的主要问题是： 　　调光时的色温将发生变化，不适合对色温要求恒定的照明光源，但是对于不太重要的道路照明可能影响不大。因此是一种较理想的、具有较好效果的道路照明调光方案。 　　1.1.2.3 LED 的脉宽调制（PWM） 型无级调光 　　为了解决LED 的无级型线性调光和LED 的无级型模拟调光方案所带来的诸多不利问题，提高LED 道路照明的效果及调光运行的效率，通过利用人眼的暂留视觉特性，在不改变LED 瞬时电流大小的前提下，只改变其输出电流的占空比（即电流有效值改变），来获得调光的目的，就是一种理想的调光方式。调光的关系式可表述为： 　　DIM-LED= DIM× LED, 　　（式中： DIM-LED 为LED 调光的平均电流， DIM 为调光控制波形的占空比； LED 为LED 正常电流。）图5 给出了具体的应用原理a、光输出与调光信号占空比的对应关系b，可供参照。 　　其主要的优势是：基于白光LED 的特性，调光时光源的色温将能够保持不变，因此对道路照明的效果就更为有利；不足之处是：调光运行时LED 的过冲电流较大，发光效率有所降低，并且整个电路也较为复杂。 　　1.1.2.4 LED 交流输入的相控调光 　　通过采用交流相位调压原理来改变驱动器输入电压的大小来调节LED照明光源的光通量也是一个可行的方案，并且具有通用性。最常用的白炽灯调光方案是依靠一个成熟的元件晶闸管SCR改变输入交流电压来实现的，但是直接采用晶闸管SCR 来对LED 调光将会有以下的问题： 　　①光源的功率因数问题：SCR 的导通角愈小，功率因数就愈低。当调到1/4 亮度时，功率因数将低于0.25； 　　②光源的效率及照明效果：在调光为低点时，LED电流不足，会造成SCR 的提早关闭，导致SCR 调光器中RC 延时电路的时间发生错乱，造成LED 照明光源的闪烁不定。 　　为此，需要研发出一种能够适用于SCR 调光的专用LED 照明光源的驱动芯片，用来满足采用常规SCR调光器对LED 照明光源的调光要求。图6给出了这种相控调光原理、相应的光输出与输入功率的对应关系。 　　1.2 LED 道路照明的调光特性 　　由上述分析可知：LED 照明光源的调光问题不仅是造成光输出量减少的这一变化外，还会给LED 及整个照明光源带来一系列相关联的特性改变，因此需要分别对其调光运行的特性加以研究。 　　1.2.1 LED 的特性变化 　　由于LED进行调光的机理就是改变其正向的电流有效值大小，而LED 的诸多特性都是与其直接相关联的，因此在调光模式下LED 的特性变化主要体现在以下几个方面：

    时间：2011-08-08 关键词： LED 大功率 光源 道路照明

  • 道路照明中变压器的晶闸管调压方法的设计研究

    0  引言 　　随着我国经济的迅猛发展及人们生活条件的不断改善，道路照明在满*通安全、城市美化的同时,其电能消耗也成为城市能源消耗的一大部分。开展道路照明的节能降耗工作已迫在眉睫。 　　高压钠灯以其能耗低、光效好、透雾性强、使用寿命长等特点被广泛使用。在实际应用中发现，以高压钠灯为主的道路照明均为 全夜亮 模式，因此还有很大的节能空间。目前采用最多的是分时控制。就贵阳市而言，根据当地交通实情，可分为三时段控制——高峰期、正常、低峰期。在交通正常期和低峰期，照明电压降为额定电压的88% 和80%; 高峰期应保证足够照度，故使高压钠灯工作在额定电压的93% ，这是因为此时能使灯的寿命提高两倍但照度只降低5%，而此照度的变化人眼很难察觉。所以，采取有效的、可行的降压稳压手段非常关键。 　　传统的调压方式是采用自耦变压器，通过改变匝数比将电压降为实际电压的93% ，88%，80% 。该方法最大问题是，电网电压波动时无法保证高压钠灯的稳压且无法精确地将电压调至预定值。另外，切换开关较多采用有触点开关，因此易产生电弧而影响电路正常工作。 　　笔者提出了晶闸管组合变压器副边绕组改变高压钠灯两端电压，在单片机控制下精确降压并稳压。笔者采用串联变压器副边，利用其多绕组的不同组合，灵活升高、降低负载电压，并结合单片机检测实时电压以控制晶闸管，达到定时精确调压、随时稳压的目的。此方法非常适合我国道路照明的实情及节能需要。 　　1  调压原理 　　1. 1  变压器调压 　　在高压钠灯主线路中串入变压器副边，如图1所示。该副边有多个匝数不同的绕组，各绕组的空载电势分别为E 1，E2，E 3 等。通过开关K1 ~ K12的开断将各绕组组合，可得到不同的E ab，从而改变Eb c。如K2,K3，K5，K8，K9，K12闭和时，E ab = E2 + E3 - E1。因此只需选择合理的控制方案，就可精确得到预定电压。同时，由于本方案调控范围大，精度高，故在需稳压时也可通过K1 ~ K12的开断来调控负载电压。 图1  高压、稳压原理 图2  方案改进示意图 　　另外，晶闸管具有动作迅速、无电弧等特点被广泛作为开关应用于工业生产中。笔者所提方案中可将其代替图1中的K1 ~ K12，利用其触发角的可控性,灵活选择开断时间。 　　1. 2  控制电路设计 　　本文中控制电路需要实现电压采样比较，晶闸管触发信号的产生，实时时钟、实时电压显示及人机对话等功能。单片机具有运行速度快，工作电压低，功耗低，输入输出直接驱动能力大，价格低，体积小等特点，因此得到广泛应用。89C51片内的4 K 程序存储器是FLASH 工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，而且对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密。另外，其售价比8031还低，市场供应也很充足。因此本文采用89C51作为控制芯片，完成变压器调压控制。 　　1. 3  主电路改进 　　1. 1中当调压范围扩大时副边绕组数目增加，晶闸管的数目也随之增加，不仅加大了控制难度，还增大了电路规模。若将原方案按图2 改进，显然，变压器二次绕组容量大约提高了一倍，但每相接通的晶闸管开关数目比图1减少，这有利于晶闸管开关工作可靠性提高。 　　2  副边电势的确定 　　变压器副边绕组个数、匝数等应根据具体情况而定。一般情况下，三个典型数值是必需的，即E 1 =1 V，E2 = 3 V，E3 = 9 V。通过晶闸管的组合可组成±1 V~ ± 13 V 精度为± 1 V共25档补偿电压。若再增加一个20 V 绕组，则可将调压范围扩大。因此在理论上，本文方案可将调压范围扩大至无穷。 　　3  实例分析 　　把本文所提方案应用于蔡关线——工学院道路照明系统。取A相为实验相，其他两相为参照相。各相所接高压钠灯220 V，250 W 共25 盏，均配有电容器。 表1  节能模式及其工作电压时 　　采用2. 5 kVA，220 V 单相变压器，副边有四组电压: 1 V，3 V，9 V，20 V。依据时间及具体交通状况，按时间分为四个模式: 启动、正常、高峰及节能模式。对应各模式的调压稳压范围如表1所示。2010年4月1日- 4月3日测量参数如表2所示。表2表明，采用本文所提方案后可明显降低能耗，同时由于电网电压波动使未采取措施的路灯耗能浮动较大。 　表2  4月1日-4月3日耗电量 　　4  小结 　　本文所提调压稳压方法具有精度高、调节范围宽、可频繁动作且不易产生电弧等优点。不仅可以用于道路照明，还可用于其他采用高压钠灯且有调压空间的场合。但是，LED 照明不在本文讨论范围，因此读者可参阅其他相关文献。

    时间：2011-06-30 关键词： 晶闸管 变压器 道路照明 调压方法

  • 道路照明中大功率LED路灯散热方案

      　　创建节约型社会已成为人们的共识，但是目前道路照明中仍然大量使用的高压钠灯灯具的综合效率并不高，只有70%左右，且显色指数偏低，夜间照明感觉昏暗，不利于汽车驾驶人员和行人对目标和障碍物的分辨，对道路交通安全存在一定的影响。 　　目前，大功率白光LED在发光效率（>80lmPW）、使用寿命（>50000h）、光输出特性、显色性能（75～80）、色温的选择、可调控性以及绿色无污染等方面具有独特的优势，能够按照城市道路照明设计标准的要求，方便灵活地设计出合乎光输出要求的、令人满意的路灯，成为具有极强竞争力的新型优质光源。在决定LED路灯应用的几个关键技术中，散热设计是非常重要的一环，也是制约其能否获得广泛使用的技术瓶颈之一。也就是说，散热设计的好坏将直接决定LED路灯的性能指标优劣以及实际的推广应用能否获得成功。      大功率LED是构成LED路灯的基本发光源，目前的芯片电P光转换效率很低，只有15%～20%,芯片的物理尺寸为1～6125mm2,面积很小，功率密度及发热量很大，所消耗电能中的80%～85%将转换为热能而需要被散发掉，并且芯片的温度超过一定值时，发光波长变长，颜色发生红移，将导致芯片出光效率下降和使用寿命减少等诸多问。因此要保证大功率LED能够正常有效地使用，散热是首先需要解决的关键问题。 　　大功率LED芯片工作时的结温高低与光通量、寿命的关系极为密切。为了将高达80%～85%的热量散发掉，LED在封装时就采用了科学的热流程设计和卓有成效的封装工艺。通过应用高导热的材料（内部热沉）来保证由芯片产生的高热能够顺利地导出，使得封装成型后的LED具有良好的导热和热散出性能。 　　2.1.1　LED结温与光通量、寿命的关系 　　基于大功率LED的工作特性，其结温的高低与光通量的大小、使用寿命的长短有直接的利害关系。 　　图1给出了某国际品牌LED芯片的结温与光通量（图1（a））以及使用寿命（图1（b））的关系。 　　由图1可见，随着LED芯片的结温升高，其输出的光通量在有规律地下降，使用寿命也呈现出快速下降的趋势。因此设法将芯片的温度维持在允许的范围内，是LED应用首先要解决的关键性技术问题。 　　2.1.2　LED封装的一次散热 　　LED封装的一次散热设计是由LED生产阶段的工艺来确定的。图2给出了LED封装散热设计的一般流程示意，主要是由芯片内部的热设计和封装的热设计构成。这样一来，通过科学合理的设计就能够得到令人满意的LED导热和散热效果。   　　图3给出了典型的LED封装结构。由图3可见，封装透镜材料几乎是不导热的，其作用是将芯片的光输出进行分配和取出，芯片的热量主要由内部热沉导出后再通过外部散热器进行散热，因此LED封装的一次散热设计就是针对其使用的要求和条件，通过内部热沉的科学设计将芯片产生的高热有效地导出并传导给散热器。 　　 　　对于已经商品化的大功率LED,由其芯片封装所构建的一次散热设计已经固定，使用时无法更改，因此作为发光光源在路灯中使用时，就需要根据现场的实际工况及工作条件等进行二次散热方案的设计。 　　2.2.1　LED二次散热设计流程 　　LED二次散热设计流程见图4所示。主要表述为：计算热阻和结温，看能否满足LED的散热要求，如果能够满足散热要求就直接输出结果，如果不能满足LED的散热要求就要进行散热器设计，然后再看设计能否满足LED的散热要求，能就需要进行下一步的优化设计，不能的话就需要重新进行散热器设计，直到能够满足要求为止。 　　LED二次散热设计的热阻网络示意图见图5所示。图中虚线框内的为LED的一次封装散热，主要由LED芯片PD产生的热量，通过内热阻Rj-c向外传递，由外壳和封装透镜向外扩散，热阻为RTP。其热传导过程表述如下： 　　LED的内部热沉通过粘结层将热量传递给金属线路板，内部热沉与金属线路板间的热阻为Rc-b,再由线路板通过粘结层传递给散热器，热阻为Rb-s,散热器将热量通过热阻Rs-a向空气中散发。 　　（Tc——内部热沉的温度；Ts——散热器最高点温度；Ta——环境温度）。 　　2.2.2　二次散热的影响因素 　　通过分析LED二次散热的方案和机理，可以看出影响LED散热的主要因素有： 　　（1）散热基板作用是与LED的内部热沉相连接，将热量导出和散发掉，常见的有： 　　金属PCB线路板——为了解决单元LED之间的电路联结与散热通道相互独立的问题而采用的技术手段。存在的问题是膨胀系数大、比重大、重量重等。 　　常见的有将陶瓷与金属结合形成的金属低温烧结陶瓷基板等。 　　金属基复合材料板——金属基复合材料板为金属PCB线路板的改进型。将金属材料的高导热性与增强材料的低膨胀性相结合，具有膨胀系数可调、比重小、导热率高的特点。 　　（2）均温板 　　将LED单元之间高热点的热量进行导出和扩散，使其在散热面上获得均匀的温度分布，提高散热效果，有利于散热器的总体散热。 　　（3）粘结层常用于LED芯片与热沉的粘结材料有3种： 　　导热胶——硬化温度低于150℃，热导率小，导热效果差。 　　导电银浆——硬化温度低于200℃，具有良好的导热性和较好的粘接强度。 　　锡浆——与上述两种粘接剂相比，锡浆应该优先选用，因为其导热性为最优，导电性能也很优越。 　　（4）散热装置散热装置的设计方案及形式较多，归纳起来主要分为两大类： 　　被动式散热——特点是散热时不需要消耗额外的能源（电能），但总体的散热能力有限，适用于中、小功率的LED路灯散热。 　　主动式散热——特点是散热时需要消耗额外的电能，但散热的效果好，适用于较大功率LED路灯的散热。 　　（5）改进的散热设计为了尽量减小LED的总体热阻，即减少热阻的数量，文献中提出了一些改进方式，归纳起来主要有以下两种： 　　薄膜集成封装——取消金属PCB板，在金属散热器上直接生成绝缘膜和电极膜，由此所得到的散热效果远远优于常规的金属PCB板，能够进一步减小LED的总体热阻。 　　散热器上芯片直接封装—取消常规的LED内部热沉，而将芯片直接封装在预先设计好的具有特殊结构的金属散热面上，再进行整体封装。这样一来也能够进一步减少热阻。 　　2.2.3　LED被动式散热方案 　　LED的被动散热主要适用于中、小功率的LED来散热。由于不需要额外消耗电能，故应用时总体的效率不受影响。 　　（1）自然散热       自然散热工作原理是在基板的外侧加上散热器，通过热传导将芯片高热量导出，然后再通过热对流与空气进行交换，将散热器上热量散发掉。 　　热传导的基本公式： 　　式中，Q为热量，也就是热传导的热量；K为材料的热传导系数，热传导系数越高，其比热的数值也就越低；A为传热的面积（或是两物体的接触面积）；ΔT为两端的温度差；ΔL为两端的距离。因此，从公式就可以发现，热量传递的大小同热传导系数、热传热面积、两端的温度差成正比，同距离成反比。也就是散热器的材料要具有高的导热率，且自身的温升要低，比热要大，一般采用具有高导热性且热容量大的材料（铜、铝）制成（参见表1）。 　　热对流的基本公式： 　　式中，Q为热量，也就是热对流所带走的热量；H为热对流系数值；A为热对流的有效接触面积；ΔT为固体表面与区域流体之间的温度差。因此热对流传递中，热量传递的大小同热对流系数、有效接触面积和温度差成正比关系。为了增加散热效果，即增加其表面与空气的接触面积，散热器的外表面可被制成鳍片状。鳍片的形状也有多种多样，并且鳍片的数量、位置、尺寸大小、倾斜角度及厚薄等都需要进行认真研究，除了常见的直线形外，还有波浪形、螺旋形、圆柱形和锥台形等，不一而足，目的是为了便于空气对流、雨水冲刷，以获得最佳的散热效果。在使用的材料上，铜的导热性能比起铝要快得多，但铜的散热没有铝快，由此便形成了一种新型的铜铝复合型散热器—将铜铝各自的优点结合起来，铜可以快速地把LED芯片的高热量传给铝，再由大面积的铝鳍片把热量散去，从而达到更加良好的散热效果。

    时间：2011-06-17 关键词： LED 路灯 大功率 道路照明

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