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LED路燈大規(guī)模商用分析（上）
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http://www.china-zesir.com 發(fā)稿日期:2008-3-7
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LED(發(fā)光二極管)的應用可以說無處不在。作為一種半導體發(fā)光材料，與其他發(fā)光材料相比較，LED以其綠色、高效、可靠、耐用的優(yōu)勢，使得其他發(fā)光材料黯然失色。隨著大功率LED成本的不斷降低，逐步替代傳統(tǒng)燈具成為可能。LED光源在道路照明中的應用已成為近年來半導體照明行業(yè)的熱點，LED器件產(chǎn)品應用到路燈上，對技術(shù)有什么特殊要求？LED路燈與目前普通路燈相比有哪些優(yōu)勢？還存在哪些不足？如何解決？業(yè)界專家從不同側(cè)面給予了闡述。
制定國家標準是普及推廣有力手段
中國科學院半導體所所長李晉閩
LED作為路燈主要有以下優(yōu)點或特點：發(fā)光效率高，燈具反射損失低，節(jié)省能源70%；配合數(shù)字控制亮度功能，更省電；不需高壓，安全性高；配合軟件可由遠程自動遙控亮度；事故、多霧、雨天等特殊情況下提供超高亮度及顯色性高的照明光源；安裝維護簡便；模塊安裝、無多余配線；不會造成光污染或浪費；長壽命，意味著不需要經(jīng)常進行更換，從而減少了交通中斷的潛在性，降低了為此支付的維修費用。有人計算過，采用LED路燈除了在單燈成本及最初安裝的造價比高壓鈉燈高外，在鋪設成本、耗電成本及壽命方面均大大優(yōu)于高壓鈉燈。
LED路燈面臨的主要技術(shù)問題為：輸出功率及光通量、二次光學設計、散熱設計和電源系統(tǒng)設計。輸出功率及光通量的提高還需要從大功率白光LED的外延技術(shù)、芯片工藝等基礎層次進一步提升。在二次光學設計方面，LED的輻射形式有朗伯型、側(cè)射型、蝙蝠翼型和聚光型幾種。在道路照明領域，根據(jù)設計經(jīng)驗朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過二次光學設計，使得LED的光照范圍、光度曲線符合道路照明的需求。散熱是LED路燈需要重點解決的問題之一，由于LED路燈亮度要求高、發(fā)熱量大，并且戶外這種使用環(huán)境比較苛刻，如果散熱不好會直接導致LED快速老化，穩(wěn)定性降低，除了需要功率型LED本身的散熱好外，由于路燈具有戶外夜間使用的特點，散熱面位于側(cè)上面有利于空氣自然對流散熱。LED路燈的電源系統(tǒng)也與傳統(tǒng)光源不同，LED的低能耗、低工作電壓和太陽能電池組件的低輸出功率、低輸出電壓之間的配合非常合適，如何使緊密壓縮在一起的一組LED安全、可靠地工作也是考察LED路燈的一個指標。
綜合以上對LED路燈在市場前景及技術(shù)問題方面的分析可以看出，影響其應用的因素為：第一，LED路燈造價較高，不利于推廣普及。雖然目前初步解決了LED路燈的散熱問題，但是過高的價格和過重的燈頭仍然會阻礙LED路燈的普及。
第二，LED路燈模塊化的可靠性仍需加強，由于驅(qū)動電路等原因也會造成LED路燈的失效。
第三，無論是單點還是多點光源的LED路燈都存在著散熱難的問題。一盞采用250W高壓鈉燈的路燈，由于技術(shù)較成熟，散熱控制得很好，即使工作5000小時，光衰仍然較小，發(fā)光效率還可以達到70%以上。以目前的技術(shù)，相同條件下大功率LED路燈，由于散熱問題不易解決，光衰較大，發(fā)光效率會下降到30%。如果想用加大電壓電流的方法提高光效，很容易造成LED芯片損毀的現(xiàn)象。
第四，LED路燈射程短，因此LED路燈還需要進一步加強如何在較高高度下工作的研究。此外，制定國家LED道路照明標準也是普及推廣LED路燈非常有力的手段。
散熱和可靠性是影響應用主要因素
江蘇穩(wěn)潤光電有限公司副總經(jīng)理陳和生
LED光源有兩種做法，一種是使用傳統(tǒng)小功率LED作組合，一般多達上百顆甚至數(shù)百顆，電源設計復雜。另一種是使用大功率管作光源，價格比較貴。兩種方法都不可避免地要將散熱設計和工作可靠性作為主要設計考慮因素，國內(nèi)多應用于政府示范性工程，真正市場化運作的工程很少，國外這方面的應用實例較多，但其最大的缺點依然是可靠性、出光流明數(shù)和價格，很多工程由于LED品質(zhì)低劣，沒有很好地表現(xiàn)出壽命長的優(yōu)點。還有，從成本、市場的角度考慮，LED作為照明光源，其是否與太陽能結(jié)合使用，在設計上需要走不同的路線，并不是單獨作為一種光源來開發(fā)就能完成的。
LED器件產(chǎn)品應用到路燈上，技術(shù)上的特殊要求主要是要結(jié)合LED光強和發(fā)光角度來設計，另外由于多顆LED組合，出光設計方面要兼顧照射面域，燈具方面需要重點考慮散熱的有效性。
LED路燈與普通路燈的對比優(yōu)勢：節(jié)能、環(huán)保，易于和低壓適配，也可和太陽能系統(tǒng)直接配套，無需額外的逆變、轉(zhuǎn)換過程，能達到最大的能源利用率。
不足：照明角度偏小、不均勻，顏色顯色指數(shù)偏低，光學、散熱設計復雜。
技術(shù)上的不足：當前技術(shù)下的光通量還不夠，光效太低，品質(zhì)難以保證。
解決措施：LED產(chǎn)品應用于路燈需要專門的設計，也需要專門的標準(用傳統(tǒng)光源的測試數(shù)據(jù)來評價LED光源往往并不客觀)。
LED應用于路燈有先天的優(yōu)勢也有劣勢。優(yōu)勢在于：第一，LED作為點光源，如果設計合理，很大程度上可以直接解決傳統(tǒng)球狀光源必須依靠光發(fā)射來解決的二次取光及光損耗問題；第二，對光照射面的均勻度可控，理論上可以做到在目標區(qū)域內(nèi)完全均勻，這也能避免傳統(tǒng)光源“燈下亮”現(xiàn)象中的光浪費；第三，色溫可選，這樣在不同場合的應用中，也是提高效率、降低成本的一個重要途徑；第四，技術(shù)進步空間依然很大。
劣勢(影響路燈推廣應用的因素)：當前價格還太高，光通量低，當前同等照度設計的LED光源價格大約相當于傳統(tǒng)光源的4倍(不過在路燈產(chǎn)品中，光源部分占總成本并不高，所以在工程安裝中的成本提高比例也不會太高，應用的空間還是比較大的)，在民用中難以承受。當前設計和制造標準比較混亂，損壞比例高，影響了LED的壽命優(yōu)勢。
建議：統(tǒng)一LED標準，提升品質(zhì)穩(wěn)定性，成立市場競爭協(xié)調(diào)組織，避免惡性競爭，大力宣傳LED的品質(zhì)觀念，避免受不良實例的影響，要讓人們從思想上接受LED其實是可以實現(xiàn)其壽命長的優(yōu)點的，提高選擇和使用LED的水平。
對白光大功率LED需求將達到3億顆
上海藍寶光電材料公司總經(jīng)理梁秉文
LED器件應用到路燈上，技術(shù)上的特殊要求主要體現(xiàn)在以下兩個方面：首先，良好的發(fā)光效率穩(wěn)定性，不能衰減太快。其次，光色的一致性和可維持性要好，不能因為較長時間使用白光顏色發(fā)生變化。這兩點都要求燈具的整體散熱要好，光學設計要到位。
LED路燈與目前普通的高壓鈉燈路燈相比優(yōu)勢如下：
第一，節(jié)能：目前白光LED的發(fā)光效率約為80lm/W，較傳統(tǒng)高壓鈉燈可以節(jié)電50%～60%，隨著LED效率的快速提升，半導體路燈在節(jié)能方面顯示出了巨大的潛力。
第二，低維護成本：以目前的技術(shù)水平和測試結(jié)果推算，大功率LED光源可以正常使用10年不用更換，而傳統(tǒng)高壓鈉燈平均1年半就要更換一次，使用半導體光源可以大大降低維護成本。
第三，顯色性佳：LED的顯色指數(shù)高(75～80)，人們的反應速度快，路面看起來更明亮，感覺更舒適，駕駛?cè)藛T也感覺更安全。而高壓鈉燈光譜窄，顯色性差(20～40)，感覺昏暗。
存在的不足主要如下：
第一，發(fā)光效率還不夠高：目前雖然試驗室水平大功率白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過了100lm/W，但量產(chǎn)的、性價比高的大功率白光LED發(fā)光效率還在60lm/W左右，節(jié)能優(yōu)勢還沒有充分發(fā)揮出來。
第二，地面對LED光的反射率低：由于目前白光LED光譜特征，路面及周邊物體對其反射率低，所以路面的亮度較低，與鈉燈的黃光相比，這是它的一個弱點。
大功率白光LED光源目前的發(fā)光效率還在約70lm/W～80lm/W的階段，理論其發(fā)光效率可以達到300lm/W左右，因此在技術(shù)上還有非常大的發(fā)展空間。同時半導體光源路燈目前正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的開始階段，在提高散熱效率、驅(qū)動控制系統(tǒng)優(yōu)化、配光設計方面還有非常大的提升空間，還有大量的研發(fā)工作需要深入開展。
目前一盞LED路燈平均需要100顆左右的1W白光LED，以全國每年路燈需求300萬盞來計算，每年對白光大功率LED的需求將達到3億顆。
標準規(guī)范欠缺無法全面推廣
中國光學光電子行業(yè)協(xié)會光電器件分會秘書長彭萬華
由于LED路燈有兩個突出優(yōu)點：節(jié)能(據(jù)報道可節(jié)電能50%以上)、長壽命(可減少維修和延長更換時間)，所以目前國內(nèi)有關(guān)LED路燈的開發(fā)、應用發(fā)展很快。很多大、中城市均有一些道路在試用LED路燈，但均未大批量采用。
LED路燈目前主要問題是無標準規(guī)范，無法全面推廣，其中LED用于路燈的幾個主要參數(shù)如：色溫、顯色性(顯色指數(shù))和眩光等尚未確定。
另外，LED路燈的價格過高，目前根據(jù)不同功率和安裝高度，其價位在3000元～5000元/只，大面積推廣應用有困難。
路燈的城市管理體制是多頭負責，這給LED路燈推廣應用帶來很大困難。
建議相關(guān)部門盡早組織制定LED路燈的相關(guān)標準和建立相關(guān)的檢測機構(gòu)。
建設部新制定的路燈設計標準“城市道路照明設計標準”(CJJ45-2006)于2007年7月1日開始執(zhí)行，其中未提到使用LED路燈的問題。在此，相關(guān)部門要組織有關(guān)人員認真討論，采用LED路燈是否可符合上述設計標準或需要提出哪些補充修改意見作為正式的標準規(guī)范要求。
另外，盡快制定采用LED路燈的道路路面測試方法標準，制定LED路燈的燈具(含LED燈)標準，提出LED路燈的主要參數(shù)包含色溫、顯色指數(shù)、眩光、發(fā)光強度(或照度)、角度以及熱阻和可靠性等指標要求，制定LED路燈的燈具測試方法標準，建立公正的權(quán)威的LED路燈相關(guān)檢測機構(gòu)。
要不斷提高LED技術(shù)水平，降低LED路燈成本。隨著LED技術(shù)的不斷突破，特別是LED發(fā)光效率的不斷提高以及LED封裝和燈具設計水平的提高，將可減少使用LED的個數(shù)和其他元器件數(shù)，即可大大降低LED路燈的成本。
希望城市道路的路燈管理能由一個部門統(tǒng)一管理，這樣在推廣LED路燈應用時會順利些。
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