中國LED路燈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及問題分析

　　各國積極推動落實節(jié)能減排項目,尤其中國的LED路燈因商機龐大而被受LED路燈廠家重視。路燈是城市照明的重要組成部分,傳統(tǒng)的路燈常采用高壓鈉燈,高壓鈉燈整體上光效低的缺點造成了能源的巨大浪費,因此,開發(fā)新型高效、節(jié)能、壽命長、顯色指數(shù)高、環(huán)保的路燈對城市照明節(jié)能具有十分重要的意義。

　　當(dāng)今LED路燈特點:

　　大功率LED路燈與常規(guī)高壓鈉燈路燈不同的是,大功率LED路燈的光源采用低壓直流供電、由GaN基功率型藍(lán)光LED與黃色熒光粉合成的高效白光二極管,發(fā)光二極管(LightEmittingDiode,簡寫為LED)是基于半導(dǎo)體PN結(jié)形成的用微弱的電能就能發(fā)光的高效固態(tài)光源,在一定的正向偏置電壓和注入電流下,注入P區(qū)的空穴和注入N區(qū)的電子在擴散至有源區(qū)后經(jīng)輻射復(fù)合而發(fā)出光子,將電能直接轉(zhuǎn)化為光能。

　　LED作為路燈的光源,它和傳統(tǒng)路燈光源比較有許多優(yōu)點。

　　1、LED路燈本身具有光的指向性,沒有光的漫射,保證光效；

　　2、LED路燈有獨特的二次光學(xué)設(shè)計,將LED路燈的光照射到所需照明的區(qū)域,即路面,進(jìn)一步提高了光照效率,達(dá)到節(jié)能目的；

　　3、LED的光源效率目前已達(dá)100lm/W,而且還有很大的發(fā)展空間,理論值能達(dá)到250lm/W。而高壓鈉燈的發(fā)光效率是隨功率增加才有所增加,因此,總體光效LED路燈比高壓鈉燈強；

　　4、LED路燈的光顯色性比高壓鈉燈高,高壓鈉燈顯色指數(shù)只有23左右,而LED路燈顯色指數(shù)可達(dá)到75以上,從視覺心理角度考慮,達(dá)到同等亮度,LED路燈的光照度平均可以比高壓鈉燈降低20%以上(參照英國道路照明標(biāo)準(zhǔn))；而且,在中間視覺水平下,人眼在高色溫環(huán)境里比低色溫環(huán)境更容易辨別事物,避免了某些危險狀態(tài)的發(fā)生；

　　5、LED路燈的光衰小,一年的光衰不到3%,使用10年仍達(dá)到道路使用照度要求,因此,LED路燈在使用功率的設(shè)計上可以比高壓鈉燈低；

　　6、LED路燈可以自動調(diào)光,能實現(xiàn)在滿足不同時段照明要求,最大可能的降低功率,節(jié)省電能；

　　7、LED是低壓直流器件,驅(qū)動單顆LED的電壓為安全電壓,所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源,特別適用于公共場所。直流的特點使LED特別適合與太陽能、風(fēng)電進(jìn)行結(jié)合；

　　8、每個單元LED晶粒只有很小體積,所以可以制備成各種形狀的器件,并且適合于易變、易震的環(huán)境；

　　9、壽命長：理論壽命能使用5萬小時以上；

　　10、LED可以進(jìn)行頻繁的開關(guān)而不用擔(dān)心其損壞；

　　11、安裝簡便：直接將LED路燈燈頭安裝于燈桿替換原有的鈉燈燈頭；
12、散熱控制出色：能將LED結(jié)點溫度降到70°C以下,隨著技術(shù)的發(fā)展,結(jié)點溫度還在進(jìn)一步下降,結(jié)點溫度越低,理論上LED芯片壽命就越長；

　　13、質(zhì)量可靠：電路電源全部采用高質(zhì)量元器件,每顆LED都有單獨過流保護(hù)及串并聯(lián)保護(hù),就算一顆損壞,也不會導(dǎo)致其他LED芯片失效；

　　14、LED光源不含有害金屬汞,不像高壓鈉燈或金屬鹵化物燈在報廢時對環(huán)境造成危害；

　　但是,最近聽到不少專家學(xué)者的意見,認(rèn)為LED作為路燈來取代高壓鈉燈在技術(shù)上還不成熟。主要的理由有以下幾點：

　　1．LED的發(fā)光效率無法和高壓鈉燈相比

　　2．LED的照射過于集中,其照射的均勻度差

　　3．LED路燈的光衰嚴(yán)重,壽命不長

　　4．LED路燈本身自重過重,不利于安裝,防風(fēng)

　　5．LED路燈造價過高,無法普及

　　我們根據(jù)以上的觀點逐一進(jìn)行分析：

　　1．發(fā)光效率問題

　　目前來說,LED的發(fā)光效率從數(shù)字上來看的確不如高壓鈉燈。LED現(xiàn)在的光效一般在65~75lm/w,而且隨著技術(shù)的發(fā)展,LED的光效每年都在提高,而高壓鈉燈可以達(dá)到125lm/w。但是,高壓鈉燈的光譜比較集中于黃色,它的色溫比較低,只有2000~2500K,而LED的色溫較高,可以達(dá)到3500~4500K以上。另外高壓鈉燈的光線是向四處發(fā)射的,有很大一部分光無法到達(dá)路面。還有,高壓鈉燈的顯色指數(shù)差,只有23左右,感覺昏暗；而LED的顯色指數(shù)高,可以達(dá)到75~80。路面明亮,感覺舒適。所以從實際的發(fā)光效果來看,LED反而可以比高壓鈉燈高出很多。135W的LED可以取代250W的高壓鈉燈,或300W的水銀燈。135W的LED,其輸出光通量大約只有7020流明(經(jīng)過二次光學(xué)設(shè)計,會有所損失),到達(dá)路面時的流明數(shù)仍為6500流明,而路面的平均照度可以達(dá)到16Lux(12m高桿)。250W高壓鈉燈的輸出光通量為20,000流明。但到達(dá)路面的流明數(shù)就只有7000流明。路面的照度大約為30~40Lux,由于顯色系數(shù)的差別,LED的照度修正系數(shù)為2.35倍,高壓鈉燈的修正系數(shù)為0.94倍。所以135W的LED經(jīng)過修正以后地面的照度為37.6Lux,而高壓鈉燈的修正后的照度為28.2~37.6。二者相當(dāng)。所以,135W的LED可以取代250W的高壓鈉燈,LED可以節(jié)能1.85倍,節(jié)能效率約為50%。

　　2．照射均勻度問題

　　的確,如果不進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計,LED的照射是比較集中,所以一定要進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計,使其光強分布圖呈蝙蝠形。

　　3．LED的光衰問題

　　現(xiàn)在有的商家,為了降低成本,就采用幾百只φ5的小功率LED。然而這種小功率的LED的光衰是非常嚴(yán)重的,其光衰至80％的壽命只有1000小時。所以,作為需要長期使用的路燈是絕對不能允許采用這種小功率LED的。作為大功率LED,其光衰就要好很多。

　　4．LED路燈的自重問題

　　LED路燈,在和高壓鈉燈的替換過程中,為了防止LED路燈燈頭過重,一些LED路燈廠家盡可能的在減少LED燈頭的自重。從原來的單個燈頭約30公斤左右,降到了現(xiàn)在的10多公斤。重量的減輕還有進(jìn)一步下降的趨勢。

　　5．LED路燈造價過高,無法普及

　　LED路燈是由很多部分組成的,而其中發(fā)光最有效的元件是芯片,價格最貴的部分也在芯片。現(xiàn)在的芯片的光效在65~75lm/w,但是各大芯片廠商都在研制更大光效的芯片。試想一下,隨著科技的進(jìn)步,光效一旦發(fā)展到很高的水平,那么使用芯片的數(shù)量會比現(xiàn)在的少,而且芯片的價格也會同時下降。到那時,LED路燈整體價格也會下降。

　　未來LED路燈特點:

　　個人認(rèn)為,LED路燈替換高壓鈉燈,是今后節(jié)能減排的一個趨勢。LED路燈要發(fā)展,我認(rèn)為在以下幾個方面需要注意：

　　1.提高光通

　　2.弄好二次光學(xué)

　　3.解決散熱

　　4.模塊化

　　A.光通的提高還需要從大功率的LED的外延技術(shù)、芯片工藝等基礎(chǔ)層次進(jìn)一步提升。目前,國內(nèi)外制作白光LED的方法是先將LED芯片放置在封裝的基片上,用金絲進(jìn)行鍵合,然后在芯片周圍涂敷YAG熒光粉,再用環(huán)氧樹脂包封。樹脂既起保護(hù)芯片的作用又起到聚光鏡的作用。從LED芯片發(fā)射出的藍(lán)色光射到周圍的熒光粉層內(nèi)經(jīng)多次散亂