業(yè)界專家從不同側(cè)面解析LED路燈應(yīng)用難題

LED(發(fā)光二極光)的應(yīng)用可以說無處不在。作為一種半導(dǎo)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(yīng)用已成為近年來半導(dǎo)體照明行業(yè)的熱點，LED器件產(chǎn)品應(yīng)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(biāo)準是普及推廣有力手段

　　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(shè)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(xué)設(shè)計、散熱設(shè)計和電源系統(tǒng)設(shè)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(chǔ)層次進一步提升。在二次光學(xué)設(shè)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(lǐng)域，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗朗伯型和蝙蝠翼型比較適用，通過二次光學(xué)設(shè)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(dǎo)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(biāo)。

　　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(yīng)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(biāo)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(yīng)用主要因素

　　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(shè)計復(fù)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(shè)計和工作可靠性作為主要設(shè)計考慮因素，國內(nèi)多應(yīng)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(shè)計，另外由于多顆LED組合，出光設(shè)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(xué)、散熱設(shè)計復(fù)雜。

　　技術(shù)上的不足：當(dāng)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(yīng)用于路燈需要專門的設(shè)計，也需要專門的標(biāo)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(yīng)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(shè)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(biāo)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(yīng)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(yīng)用的因素)：當(dāng)前價格還太高，光通量低，當(dāng)前同等照度設(shè)計的LED光源價格大約相當(dāng)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(yīng)用的空間還是比較大的)，在民用中難以承受。當(dāng)前設(shè)計和制造標(biāo)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(biāo)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

　　LED器件應(yīng)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(xué)設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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