LED光源在道路照明中应用的功效分析

摘 要：本文通过现场测试，以数据事实为依据，通过科学的计算和分析，对城市道路采用LED光源作为道路照明所产生的实际的效益进行了论述。

关键词：LED光源 道路照明 功效 分析

目前，通过各种渠道，大家对LED光源的优良特性都有了普遍的、概念性的认识，如节能、环保（无汞）、使用寿命长、抗震性好、体积小近似点光源、驱动简单、低压直流工作（能与太阳能电池相匹配）、色彩丰富、光束集中、响应速度快等诸多优点，LED点光源在景观照明中已有了广泛应用，这是大家有目共睹，毋庸置疑的事实；但在道路照明中，因其价格昂贵以及光效、光衰和光源系统整体寿命和配光特性等关键技术难题的限制，目前使用范围较少；有些生产厂家及经销商出于商业目的，不顾事实大肆宣传扩大LED的节能性，下面笔者就LED这种新型光源，在国内目前技术水平下，从其理论原理及实际应用的现场测试，两个方面，以LED光源已实际应用的事实为依据，进行合理的分析，通过此篇文章，我相信大家对LED光源在道路照明中应用时，究竟能产生多大的效益，会有个直观、清醒的认识。

一、从理论的角度对LED光源的特点及目前存在的问题进行分析：

（一）、LED光源特点：

（1）、由于LED发光机理上是冷光源，且辐射中光谱全在可见光范围内，因而实际效率有望更接近理论值。

（2）、与传统光源相比，LED光源体积小，在许多应用场合甚至可以将其当作点光源处理。同时它也是一个具有一定光分布的微型灯具。

（3）、白光LED显色性好，色温高，用于道路照明有利于提高人们对物体的辨别能力。

（4）、LED与传统光源在发光形态上最大的区别在于LED发出的光线是定向的，从LED发出的大部分光线就能直接射向被照面，利用的比例远要高于传统的光源。

（二）、LED光源目前存在的问题：

（1）、传统光源都是高温辐射体，高压钠灯、金卤灯等电弧管工作时，都需要外泡壳维持其很高的管壁温度，密闭的道路照明灯具对这种光源工作是有利的，然而对LED却十分有害，因为LED半导体光电器件是热敏元件，其散发的热量需要通过灯具有效地排除出去，否则会引起PN结温度升高，导致光通衰减，效率降低，严重时将完全失效，故散热是LED灯具设计中亟待又一关键技术。

大功率LED尚未解决的散热问题，导致了其光衰较快，有效寿命较短，还无法适应道路功能照明长时间高质量的使用要求。

（2）、半导体照明的配光系统也有待进一步开发，LED的方向性很强，也使这类灯具配光曲线很难满足道路照明蝙蝠翼形的配光要求，高质量的配光系统，成为阻碍LED光源在道路照明领域推广应用的又一技术瓶颈。目前，还没有能与现有气体放电灯配光系统相媲美的产品。

LED光源是与高压钠灯等传统光源很大不同的光源，用于道路照明不能简单的将LED取代现有的灯具，也不能简单的点亮LED即用于道路照明。

许多LED生产厂家及经销商都宣称，他们的LED路灯，在满足道路照明标准的情况下，可以用90W替代250W高压钠灯，节电效果显著，并承诺保用10年以上，我们不妨用90W LED（80lm/W）光源与250W高压钠灯（110lm/W）来进行分析，依据灯具有效利用率，250W高压钠灯有效光输出总量应为250×110×75%×60%=12375lm,而90W LED光源有效总光通量为90×80×75%=5400lm.显然，两者相差很大，不可能替代。如果在同样条件下相互比较要满足12375lm光通量要求，LED光源的功率应为12375/60=200W,节能20%.

二、从现场测试角度以数据事实为依据，对LED光源应用于道路照明所产生的效益进行分析

（1）、从LED造价及高压钠灯灯具价格上分析：按市场价格，1W LED40元，200W为200×40=8000元；普通250W 高压钠灯灯具价格约1500元左右。

每盏250W高压钠灯每年电费为：0.275（kw）×365（天）×11（小时）×0.5（元）=552元采用LED光源灯具节省电费为：552元×20%=110元

采用LED光源灯具增加的投资：8000元-1500元=6500元

需要约 6500/110=60（年）才能收回投资由此可见，目前使用LED 从经济角度考虑，实际并不划算。

（2）、众所周知，太阳能是当今各国大力开发利用的绿色能源，2007年，我市某条18m宽次干路，原设计为9m灯杆，250W高压钠灯光源，40m间距对称布置，由于春节前夕居民呼吁急需照明，在电源暂时解决不了的情况下，甲方强烈要求在原杆高、灯间距维持原设计不变的情况下，每灯为60W LED光源，并采用太阳能板（单晶/多晶太阳能电池）给LED路灯供电。

现场路面照度测试结果如下

路宽 　　灯间距0m

5.7m

11.4m

17.1m

22.8m

28.5m

34.2m

40m

0m

7.8lx

6.5lx

2.6lx

1.8lx

1.8lx

3.8lx

6.8lx

7.7lx

4.5m

7.8lx

6.0lx

2.1lx

1.4lx

1.4lx

2.5lx

6.9lx

9.1lx

9m

9.5lx

4.7lx

1.1lx

0.6lx

0.6lx

1.8lx

7.3lx

9.4lx

经计算：路面平均照度约为E平均=4.65lx;路面照度均匀度约为U=0.13.

由此可见路面平均照度值4.65lx,不足5lx 远远低于原设计采用的高压钠灯光源，路面平均照度大于25lx;路面照度均匀度大于0.4的标准。很明显，LED光源光效远低于高压钠灯光源光效。

此外，太阳能光电池每瓦约40元左右的价格相对来说已经很贵，而且太阳能LED路灯存在以下问题：

1、受环境影响大。无日照的情况太阳能光电池只能持续供电三天。如果连续阴天三天以上，或路两侧有高层建筑影响采光，将直接影响太阳能光电池储能，LED路灯发光时间及效能将不能保证。

2、太阳能光电池和蓄电池寿命大约3-4年，寿命到后更换这二个部件又需要一笔投资费用。当今价格，一根60W太阳能LED路灯是普通高压钠灯路灯造价的两倍以上。

另外应甲方邀请，我们对某公司的LED路灯经安装在另一条15m宽次干道路，灯间距25m交错布置，安装的两种光源分别为90W、120W的LED路灯进行现场测试，测试数据如下：

90W LED光源现场测试数据

路宽　 灯间距0m

6.25m

12.5m

0m

19.3lx

15.8lx

3.6lx

3.75m

16.3lx

10lx

6.0lx

7.5m

8.1lx

5.1lx

3.8lx

11.25m

3.6lx

3.2lx

3.3lx

15m

2.6lx

2.0lx

2.1lx

120W LED光源现场测试数据

路宽　 灯间距0m

6.25m

12.5m

0m

26.4lx

18.5lx

5.8lx

3.75m

24.0lx

18.1lx

8.8lx

7.5m

12.7lx

7.7lx

5.7lx

11.25m

5.8lx

3.5lx

3.6lx

15m

3.5lx

2.9lx

3.0lx

经计算90wLED光源路面平均照度约为E平均=8lx;路面照度均匀度约为U=0.25.

经计算120wLED光源路面平均照度约为E平均=11lx;路面照度均匀度约为U=0.27.

按CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》要求，次干道路面照度应不低于10lx,均匀度不低于0.35.

从实际测试的数据可见，采用120w LED光源，照度刚能满足城市道路照明设计标准，但均匀度不能满足。在道路的同等条件下，若采用250W高压钠灯光源测试，路面照度最高能达到35lx以上，若选用好一些的灯具，路面平均照度能达到25lx、均匀度能达到0.4.

从一次性投资情况看120W LED灯具是普通高压钠灯灯具的2~3倍。显而易见，采用LED光源应用于道路照明，既浪费资金，照明效果又不太好。

由上述分析可见：成本是LED光源取代传统照明的最大障碍；由于目前技术质量方面的原因，LED光源路灯未能实现批量生产，虽然市场上有不同价格的产品，但总体价格比传统路灯要高出很多，而且其发光效率、寿命、配光目前还比不上传统气体放电灯，在同样照明质量的前题下，存在虽然节省20%电费，但同时又需要增加一笔可观的投资，需要数年才能用节省的电费收回增加投资的状况，因此大大阻碍了半导体照明在城市道路照明领域中的推广应用。

通过以上分析并不表示LED路灯前途堪忧，就目前高品质LED的科学应用时，相对高压钠灯光源已有节能效果体现， 若按前几年光效从30-80lm/W的速度增长，赶上和超过高压钠灯完全可以实现，但在当前LED光源路灯热潮中要避免浮躁，急功近利情绪，不要过分扩大它的效能。由于半导体照明产业具有一定的发展势头和广阔前景等多种特点，LED光源无疑在道路照明领域拥有很大的发展潜力。事实上高压钠灯光源也在发展当中，我国政府补贴扶持的节能照明产品中，高压钠灯光源仍是其中一员，所以目前要更换替代高压钠灯光源尚不是时候，作为设计人员，我们需要做的工作应当根据每种光源各自的特点，在不同的场所让每种光源充分发挥其优势。