擺脫光與熱技術(shù)障礙 LED路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)大躍進(jìn)

圖6　一般回路熱管標(biāo)準(zhǔn)模塊

圖7　回路熱管在LED路燈的應(yīng)用

　　市售150瓦LED路燈采用回路熱管散熱的實(shí)際測試結(jié)果如圖8。經(jīng)過有效的散熱設(shè)計(jì)，重量僅8.5公斤，在環(huán)境溫度30℃、無風(fēng)的環(huán)境下，量測到的芯片溫度為71℃，熱阻值為0.27K/W。目前市場上，以回路熱管散熱方式制作的LED路燈仍在少數(shù)，但因其整體燈具重量輕，也吸引不少目光。

圖8　回路熱管在LED路燈的實(shí)測結(jié)果

　　由于近期業(yè)界的投入，LED路燈在熱問題解決上漸漸成熟，上述的解決方式皆會(huì)因應(yīng)用的方式與切入的角度，考慮有所不同。將上述方式就可靠度、成本、設(shè)計(jì)難易度以及重量四個(gè)角度切入評比，作一簡單比較(圖9)。若是主打低價(jià)市場，成本為第一考慮，鰭片或熱管加鰭片即為較佳選擇；若是在安全有顧慮，需要輕量化設(shè)計(jì)的路燈，回路熱管散熱在有效降低成本后，會(huì)是不錯(cuò)選擇。

圖9　不同散熱方式比較

　　光均勻度為LED路燈另一大技術(shù)挑戰(zhàn)

　　? LED發(fā)光效率/壽命/光色/演色性優(yōu)于傳統(tǒng)燈源
　　 將傳統(tǒng)光源與LED光源總合作一比較，發(fā)光效率、壽命如圖10，光色與顯色性如圖11。

圖10　光源之發(fā)光效率與壽命比較

圖11　光源之色溫與顯色性比較

　　從圖10可看出LED燈發(fā)光效率與傳統(tǒng)燈源相比，LED燈發(fā)光效率比水銀燈高，但整體而言，高壓鈉燈發(fā)光效率最高，然LED燈使用壽命卻遠(yuǎn)超過他種燈源。若再將燈具效率、電源效率等因素考慮進(jìn)去，可以更明顯可看出LED燈源的優(yōu)點(diǎn)。

　　走夜路時(shí)，若對面過來一個(gè)看不清楚臉面和衣服顏色的人，會(huì)使人感覺到不安和可怕。能顯示出表現(xiàn)物體顏色的光源性質(zhì)叫做顯色性(CRI)，在道路照明時(shí)，選擇高顯色性的光源，較容易辨識(shí)出交通狀況，有效降低犯罪率。圖11中，LED燈在顯色性皆優(yōu)于高壓鈉燈與水銀燈。

　　在色溫的選擇上，因各地環(huán)境與設(shè)計(jì)狀況不同，以東方人來說，主要是因?yàn)楦邷?、高濕的環(huán)境，會(huì)選擇白色或高色溫的照明，若為氣氛照明則選擇以低色溫為主；以臺(tái)灣地處亞熱帶來說，色溫選擇水銀燈或白光LED較佳。

　　以發(fā)光效率、壽命、光色以及演色性為四個(gè)主要評價(jià)點(diǎn)，將目前路燈光源市占率最多的水銀燈、高壓鈉燈與LED燈做一比較(圖12)。

圖12　光源之綜合比較圖

　　? LED光均勻度須符合IES規(guī)范要求
　　LED因?yàn)橹赶蛐员容^強(qiáng)，在路燈的應(yīng)用須利用反射板或光學(xué)透鏡等方式來達(dá)到一般道路規(guī)范均勻度的要求。一般道路照明最常引用之國外標(biāo)準(zhǔn)，不外是北美照明協(xié)會(huì)(IES)及國際照明委員會(huì)(CIE)之標(biāo)準(zhǔn)，因國內(nèi)各地路燈亮度普遍高于國家標(biāo)準(zhǔn)，比美國亮兩倍，比日本亮1.5倍，造成電力資源浪費(fèi)，所以本文將以IES的規(guī)范來討論。

　　路燈會(huì)依照安裝的道路種類與區(qū)域分類規(guī)定，表2為IES輝度標(biāo)準(zhǔn)推薦值，表3為IES照度標(biāo)準(zhǔn)推薦值。以下利用市售150瓦LED路燈，其發(fā)光效率為每瓦58流明，規(guī)格樣式與光形如圖13，所模擬出的道路照明結(jié)果為表4(仿真軟件為Dialux 4.4版)。在表4的模擬條件下所得到的結(jié)果，平均照度11 lux，以柏油路面來說，可以安裝于住宅區(qū)內(nèi)的快速道路與主要干道，若要裝置于混合區(qū)或商業(yè)區(qū)內(nèi)，則須要再增加發(fā)光效率或瓦數(shù)。照度均勻度來說，模擬結(jié)果之照度均勻度為1.43，小于3，符合所有道路種類與區(qū)域分類。

圖13　市售150W LED燈具規(guī)格與光形

　　仿真結(jié)果之平均輝度為0.55cd/㎡，以柏油路面來說，僅能安裝于住宅區(qū)內(nèi)的次要道路，若要安裝于住宅區(qū)內(nèi)的快速道路與主要干道則須提升至0.6cd/㎡。輝度均勻度來說，模擬結(jié)果之輝度均勻度為1.33，小于3，符合所有道路種類與區(qū)域分類。

　　因此，以上述市售150瓦的模擬的例子來說，囿于成本考慮，僅采用發(fā)光效率每瓦58流明LED，所以在平均照度與平均輝度上，僅達(dá)到可安裝于住宅區(qū)內(nèi)的次要道路，但在照度均勻度與輝度均勻度這兩個(gè)部分，皆可符合所有道路種類與區(qū)域分類。

　　LED路燈技術(shù)/規(guī)范有望推出市場成長

　　上述就發(fā)光效率、壽命、色溫與顯色性進(jìn)行比較，以目前LED的規(guī)格，確實(shí)擁有取代傳統(tǒng)光源的潛力，設(shè)計(jì)上端視道路類別與安裝區(qū)域來選用適合的LED。而因?yàn)闃I(yè)界資源的陸續(xù)投入，LED路燈的均勻度，透過反射版與光學(xué)透鏡的技術(shù)，已可達(dá)到道路照明規(guī)范。

　　LED路燈系統(tǒng)技術(shù)上，在熱、光、機(jī)、電都已有解決方案，加上相關(guān)規(guī)范陸續(xù)出爐，有效把關(guān)燈具技術(shù)與質(zhì)量，將可加強(qiáng)消費(fèi)者與政府的信心，省電又省錢下，相信LED路燈的推廣能為目前能源短缺的現(xiàn)況，提供一個(gè)良好的解決方案。