高速公路中LED的應(yīng)用前景探究

　1 前言

　　近年來LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極管）技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。LED作為新型光源，具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、功耗低、調(diào)光性能好、顯色指數(shù)高、不怕震動(dòng)、方向性好、工作電壓低、環(huán)保、發(fā)展?jié)摿Υ蟮缺姸鄡?yōu)勢(shì)，這使LED成為高速公路照明的節(jié)能光源選項(xiàng)，陸續(xù)在國內(nèi)多條高速公路安裝使用。失敗案例不少，但也有成功案例，而由于LED材料的價(jià)格等因素又使得成功案例的初期投入相對(duì)較大。在國家節(jié)能降耗的政策指導(dǎo)下，LED照明在高速公路的應(yīng)用也進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。到底LED照明是否適合高速公路的未來發(fā)展呢？

　　2 大功率LED的優(yōu)點(diǎn)

　?。?）節(jié)能

　　陜西吳子高速公路前義坪隧道原設(shè)計(jì)采用高壓鈉燈，箱變?yōu)?15kVA，后在實(shí)際使用中改用LED，用80kVA箱變，實(shí)際功率僅為60kW，實(shí)際使用中，照明效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。相對(duì)高壓鈉燈，使用LED照明可以節(jié)能約70％左右。

　?。?）壽命長(zhǎng)

　　LED是一種半導(dǎo)體，在散熱良好的情況下，當(dāng)光通量衰減到80％時(shí)，其壽命達(dá)到50000小時(shí)。而金屬鹵化物燈的壽命約12000小時(shí)，高壓鈉燈的壽命約20000小時(shí)。經(jīng)銷商在推介L(zhǎng)ED照明的一個(gè)重要宣傳點(diǎn)就是基本10年內(nèi)免維護(hù)，可見LED照明的長(zhǎng)壽命。LED的長(zhǎng)壽命能有效減少燈具的維護(hù)工作，降低運(yùn)行成本。

　?。?）顯色性好

　　LED光源輸出白光，色溫適中，為5000K～6000K，相比高壓鈉燈，光色更為自然，顯色性也比高壓鈉燈好很多，高壓鈉燈的顯色指數(shù)只有20左右，而白光LED可以達(dá)到65～80。LED的高顯色性無疑有助于司機(jī)及行人識(shí)別目標(biāo)，在同樣的路面亮度下提供更好的通行條件。

　　（4）光源方向性好

　　高壓鈉燈或金屬鹵化物燈是全空間發(fā)光的光源，需要將一個(gè)半空間發(fā)射的光線通過反射器改變180°方向投向另一半空間內(nèi)，反射器對(duì)光線的吸收和光源自身的擋光是不可避免的，燈具效率一般僅有70％左右。與傳統(tǒng)光源不同，LED是定向發(fā)光的，LED的光源由非常多個(gè)LED組成，通過設(shè)計(jì)每個(gè)LED的投射方向，使受照路面獲得均勻的照度，光線的利用率比傳統(tǒng)光源高很多。

　　3 制約因素

　　LED雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際運(yùn)行中，LED光源的應(yīng)用在現(xiàn)階段仍然存在一些制約因素，正是這些原因在一定程度上阻礙了LED在高速公路上的發(fā)展。

　　（1）發(fā)熱問題

　　改善LED的發(fā)熱問題是攻克大功率照明燈具的關(guān)鍵。LED的工作狀態(tài)和散熱設(shè)計(jì)不僅直接關(guān)系到LED實(shí)際發(fā)光效率，也關(guān)系到實(shí)際使用壽命。通常所說的LED芯片光效是指結(jié)溫在25℃時(shí)的芯片光效，由于散熱設(shè)計(jì)和環(huán)境溫度的影響，在實(shí)際使用中，結(jié)點(diǎn)溫度往往會(huì)大大高于25℃，導(dǎo)致光效大幅下降。以結(jié)溫25℃時(shí)100lm／W的芯片為例，實(shí)際使用中可能只有60～70lm／W。

　　臺(tái)灣的一家科技公司發(fā)明了回路熱管（LHP）冷卻技術(shù)來替代現(xiàn)時(shí)常用的散熱片散熱技術(shù)，已經(jīng)很好地解決了這個(gè)問題，大大提高了LED燈具的使用壽命。經(jīng)過3年實(shí)際測(cè)試表明，每天工作12h，其光衰小于3％。預(yù)計(jì)在工作10年以后，其光衰只有20％。這就基本上解決了壽命的問題。

　　（2）性價(jià)比問題

　　由于目前LED芯片的價(jià)格仍處于較高水平，LED路燈的價(jià)格與傳統(tǒng)燈具相比仍較高。列出上海某市政道路的實(shí)際數(shù)據(jù)如表1所示。

　　通過以上比對(duì)可發(fā)現(xiàn)，目前LED光源的性價(jià)比仍處于較低水平。但LED是半導(dǎo)體元件，隨著電子科技的飛速發(fā)展，技術(shù)越來越先進(jìn)，價(jià)格會(huì)越來越低廉。作為新興光源，LED正處于飛速發(fā)展的階段，目前大功率白光LED的光效已達(dá)到150lm／W，通過對(duì)其發(fā)光機(jī)理的研究，推算出LED的理論光效可達(dá)350lm／W，具有很大的發(fā)展空間和潛力。

　　（3）沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

　　目前還沒有統(tǒng)一的LED光源生產(chǎn)國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)廠家按自己的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)自己的產(chǎn)品，彼此間很難通用。LED光源燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均為一體化設(shè)計(jì)，即其相關(guān)器件無法現(xiàn)場(chǎng)更換，無論是LED光源損壞或是電源故障，一有問題則必須整燈拆除更換，維護(hù)工作成本大大增加。LED產(chǎn)品的升級(jí)換代速度很快，接口又沒有國標(biāo)約束，隨著芯片的更新，廠家很難保證在若干年后還生產(chǎn)現(xiàn)有的產(chǎn)品。屆時(shí)產(chǎn)品的備品包括維護(hù)就成為運(yùn)行維護(hù)部門棘手的問題，一條路一種路燈的尷尬現(xiàn)象會(huì)顯現(xiàn)出來。

　　4 結(jié)語

　　近年來，在國家節(jié)能減排政策的號(hào)召下，國內(nèi)多條高速公路上馬LED照明，有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有失敗的教訓(xùn)。

　　在統(tǒng)一的LED國家標(biāo)準(zhǔn)沒有制定出來之前，LED行業(yè)魚龍混雜，大家一擁而上搶占市場(chǎng)，但是由于目前的LED芯片核心技術(shù)及貨源均在國外，國內(nèi)在沒有完全處理好后工藝封裝散熱技術(shù)和沒有對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行充分的可靠性試驗(yàn)的情況下，就不負(fù)責(zé)任的匆忙將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，一些高速公路和市政道路就不幸的作了試驗(yàn)的小白鼠。但瑕不掩瑜，由于LED光源的顯著優(yōu)點(diǎn)和白光LED技術(shù)的日臻成熟，節(jié)能、長(zhǎng)壽、光照均勻、靈活方便、綠色環(huán)保的半導(dǎo)體光源在高速公路照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)節(jié)省建設(shè)資金，緩減用電矛盾，減少建成后的維護(hù)保養(yǎng)工作，構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)具有重大意義。相信LED光源在高速公路上有著廣闊的應(yīng)用前景。