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led路灯百科

道路照明是城市照明的重要组成部分,传统的路灯常采用,高压钠灯360度发光,光损失大的缺点造成了能源的巨大浪费。当前,全球的环境在日益恶化,各国都在发展清洁能源。而随着国民经济的高速增长,我国能源供需矛盾日渐突出,电力供应开始存在着严重短缺的局面,节能是所急需解决的问题。因此,开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的LED路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。

道路照明与人们生产生活密切相关,随着我国城市化进程的加快,LED路灯以定向发光、功率消耗低、驱动特性好、响应速度快、抗震能力高、使用寿命长、绿色环保等优势逐渐走入人们的视野、成为世界上最具有替代传统光源优势的新一代节能光源,因此,LED路灯将成为道路照明节能改造的最佳选择。

特点

LED路灯与常规路灯不同的是,LED光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色合成的高效白光,具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点,可广泛应用于道路。外罩可用制作,耐高温达135度,耐低温达-45度。

优点

1、本身的特性——光的单向性,没有光的漫射,保证光照效率。

2、LED路灯有独特的二次光学设计,将LED路灯的光照射到所需照明的区域,进一步提高了光照效率,以达到节能目的。

3、LED的已达110-130lm/W,而且还有很大的发展空间,理论值达360lm/W。而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加,因此,总体光效LED路灯比高压钠灯强;(这个总体光效是理论上的,实际上250W以上高压钠灯的光效高于LED灯)。

4、LED路灯的光显色性比高压钠灯高许多,高压钠灯显色指数只有23左右,而LED路灯显色指数达到75以上,从视觉心理角度考虑,达到同等亮度,LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上,。

5、光衰小,一年的光衰不到3%,使用10年仍达到道路要求,而高压钠灯光衰大,一年左右已经下降30%以上,因此,LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低。

6、LED路灯有自动控制节能装置,能实现在满足不同时段照明要求情况下最大可能的降低功率,节省电能。可实现电脑调光,分时间段控制,光线控制,温度控制,自动巡检等人性化功能。

7、寿命长:能使用5万小时以上,提供三年的质量保证。不足之处就是电源的寿命得不到保证。

8、光效高:采用≥100LM以上的芯片,相对于传统高压钠灯能节能75%以上。

9、安装简便:无需加埋电缆无需整流器等,直接将安装于灯杆接上或者将光源嵌套原有灯壳。

10、散热控制出色:夏天温度控制在45度以下,并采用被动散热方式,夏天的散热保障不足。

11、质量可靠:电路电源全部采用高质量元器件,每颗LED都有单独过流保护,无需担心损坏。

12、光色均匀:不加透镜,不以提高亮度而牺牲均匀光色,从而保证无光圈光色均匀。

13、LED不含有害金属汞,在报废时不会对环境造成危害。

综合上述原理的节能效果显著,代替高压钠灯可节电60%以上。 维护成本低:相对于传统路灯,LED路灯维护成本极低,经过比较,不到6年即可收回全部投入成本。

缺点

1、单个LED功率低。为了获得大功率,需要多个并联使用。

2、显色性低。在LED照射下显示的颜色没有白炽灯真实,这要从光谱分布上来分析,属于技术问题。

3、光斑。由于白光LED本身制造工艺上缺陷加上与反射杯或透镜的配合误差,容易造成“黄圈”问题。

4、LED照射均匀度问题。如果不进行二次光学设计,LED的照射是比较集中,所以一定要进行二次光学设计,使其光强分布图呈蝙蝠形。

5、LED的光衰问题。相比小功率LED,大功率LED路灯的光衰就会要好很多。但是小功率LED热量散发很小。而大功率的LED是存在散热没有办法解决的问题,而且发热后亮度会明显降低,所以功率不能做大。现在市场销售的Spark LED路灯最大的是360W。

设计要求

1、照明用LED的最大特点是具有定向发射光的功能,因为功率型LED几乎都装有反射器,并且这种反射器的效率都明显高于灯具的反射器效率。另外,LED的光效检测时已经包括了自身反射器的效率。采用LED的道路灯具应尽可能地利用LED的定向发射光的特性,使道路灯具中的各个LED分别直接把光线射向被照路面的各个区域,再利用灯具反射器的辅助配光,来实现很合理的道路灯具的综合配光。应该说,道路灯具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115标准的照度和照度均匀度要求,灯具内应包含三次配光的功能才能比较好地实现。,而带反射器的并且具有合理的光束输出角度的LED本身就具有良好的一次配光功能。在灯具内,能按照路灯具高度及路面宽度设计各个LED的安装位置和发射光的方向就能实现良好的二次配光功能。在此类灯具中的反射器,只作为辅助的三次配光手段,来保证道路照度更好的均匀度。 在实际的道路照明灯具的设计中,可采用在基本设定每一个LED设射方向的前提下,把每一个LED用球形万向节固定在灯具上,当灯具使用于不同的高度和照射宽度时,可通过调整球形万向节使每一个LED的照射方向都达到满意的结果。在确定每一个LED的功率、光束输出角度时,可根据E(lx)=I(cd)/D(m)2(光强和照度距离平方反比定律),分别计算出各LED在基本选定光束输出角度时应该具备的功率,并且可以通过调整各LED的功率以及LED驱动电路输出给每一个LED不同的功率来使每一个LED的光输出都达到预计值。这些调整手段都是采用LED光源的道路灯具所特有的,充分利用这些特点就能实现在满足道路路面的照度和照度均匀度的前提下降低照明功率密度,达到节能的目的。

2、LED路灯的电源系统也与传统光源不同,LED所特需的恒流驱动电源,是保证其正常工作的一大基石,简单开关电源的方案常会带来LED器件的损伤。如何使紧密压缩在一起的一组LED安全、也是考察LED路灯的一个指标。LED对驱动电路的要求是能保证恒流输出的特性,因为LED正向工作时结电压相对变化区域很小,所以保证了LED驱动电流的恒定也就基本保证了LED输出功率的恒定。对于我国电源电压供应不稳定的现状,道路灯具LED的驱动电路具有恒流输出特性是十分必要,可保证光输出恒定并且防止LED的超功率运行。 要想使LED驱动电路呈现恒流特性,从驱动电路的输出端向内看,其输出内阻抗一定是高的。工作时,负载电流也同样通过这一输出内阻抗,如果驱动电路由降压、整流滤波后加直流恒流源电路或通用的开关电源加电阻电路组成,在其上必定也消耗很大的有功功率,所以此两类驱动电路在基本满足恒流输出的前提下,效率是不可能高的。正确的设计方案是采用有源电子开关电路或采用高频电流来驱动LED,采用上述两种方案可以使驱动电路在保持良好的恒流输出特性的前提下,仍具有很高的转换效率 我国的道路灯具,基本都采用HID光源加配触发器和电感镇流器的模式,这一模式虽说存在能效较低及频闪的问题。而采用电子驱动电路的LED灯具,在野外照明场合使用时,威胁其可塑性的一个重要方面是雷电感应问题。 众所周知,空中的闪电发射的是一广谱的无线电波,而架空的道路灯具供电线路,是良好的接受无线。两根电源线接收的同一闪电发出的无线电波,对驱动电路来讲是属于共模干扰信号,这种共模干扰对地可达数佰伏到数千伏,很容易击穿驱动电路内的EMC接地电容或较小的对地(对外壳)的电气间隙,造成驱动电路的损坏。 另外由于我国的供电线路是三相四线制中性线接地的极性电源,所以在两根架空供电线的各段,在感应到闪电的无线电波的瞬间,由于两根供电线对地的瞬时阻抗不同而使两根供电线间产生一个差模的干扰电压,这一瞬时差模干扰电压也可达到数百伏至3000多伏,这一电压往往会击穿驱动电路的电源整流二极管和印制线路板上的不同极性电极间的电气间隙,LED控制器同样会使驱动电路损坏。 要解决这一问题,必须在LED的驱动电路中的输入端,并接快速响应的压敏电阻,以保证差模干扰的泄放。由于闪电的感应干扰是重复多次的,当干扰电压高时,压敏电阻瞬时导通泄放的电流可能很大,所以采用的压敏电阻不仅应具有快速的响应能力,还应具备瞬时导通数十安培的泄放能力而不损坏。除了采用压敏电阻外,LED的驱动电路的输入端还应结合传导干扰(EMI)的防护,设计有复合的LC网络,使这些LC网络不仅能阻碍内部的EMI对电网的泄露,而且能对闪电的干扰信号起到明显的抑制作用。 还有,LED驱动电路各点对地的电气间隙应保持在7mm以上,EMI防护的接地电容以及驱动电路的对地绝缘强度,应达到强化绝缘(4V+2750V)的要求,这样能使LED的驱动电路具有良好的抗差模和共模雷电感应的能力。

发光效率

技术日趋成熟,大功率LED光源已可以满足一般路灯所需的。一般的高压钠灯的光效是100LM/W,常用的大功率LED是50-60LM/W,用国外最好的LED芯片可以达到80LM/W,发光效率越高,意味着节能效果越好,这也是选择LED路灯最重要的指标之一。不过,LED的标准中并未对此有明确规定,所以在采购LED路灯时必须仔细确认。

光衰

而有的商家,为了降低成本,就采用几百只0.5W的小功率LED。然而这种小功率的LED的光衰是非常严重的,其光衰至80%的寿命只有1000小时。所以,作为需要长期使用的路灯是绝对不能允许采用这种小功率LED的,选用大功率LED(一般指30W以上),其光衰就要好很多。

自重问题

LED路灯由于技术含量高、成分复杂等原因,一些大功率灯头重量会远远超过普通高压钠灯,因此对相应的支撑材料要求较更高。不过,一些LED路灯厂家已经尽可能的在减少LED灯头的自重,从原来的单个灯头约30公斤左右,降到了10多公斤,重量的减轻还有进一步下降的趋势。

散热

LED因为是半导体元器件,其晶片受到温度影响而减少到初始光通量的30%时,就将失去照明意义,也就是寿命终结了,理论上大功率LED路灯的寿命在3-5万小时,但其重要前提是有良好的散热性。值得一提的是,国内已有厂家采用了全球领先的针状散热技术。

成本对比

假设某城市有三段道路长度分别为3公里、5公里、10公里,铺设路灯以每隔30米一盏,每边一盏计算,这三段路所需的路灯总数分别为202盏、334盏、668盏,传统路灯以功率为250W 的高压钠灯为准,LED路灯以功率为50W为准进行对比。 传统路灯单价为1000元/盏,LED路灯单价为3000/盏,那铺设传统路灯三种长度的道路所需光源成本分别为:202*1000=20.2万元,334*1000=33.4万元,668*1000=66.8万元,铺设LED路灯三种长度的道路所需的光源成本分别为:202*3000=60.6万元,334*3000=100.2万元,668*3000=200.4万元。 我们来分析三段长度的道路两种光源铺设电缆的成本,3公里道路传统路灯主干线电缆负载流量I=P/U=202*250/220=230A,它需横截面积为60mm2的铜芯电缆,其单价为120元/米,则其电缆成本为120*3000=36万元,LED路灯干线电缆负载流量l=P/U=202*50/220=44A,它需横截面积为1Omm2的铜芯电缆,它需横截面12mm2的铜芯电缆,单价为12元/米,电缆成本为12*300=3.6万元,5公里道路传统路灯主干线电缆负载流量I=P/U=333*250/220=377A,它需横截面为90mm2的铜芯电缆,单价为180元/ 米,电缆成本为980*5000=90万元,LED路灯主干线电缆负载流量I=P/U=333*50/220=73A,它需横截面为20mm2的铜芯电缆,单价为25元/条成本为25*5000=12.5万元,10公里道路传统路灯主干线电缆流量I=P/U=666*250/220=680A,它需横截面为400m2的铜芯电缆,单价为360元/米,电缆成本为360*10000=360万元,LED路灯主干线电缆负载流量I=P/U= 666*50220=146A, 它需横截面为42mm2铜芯电缆,单价为60元/米,成本为60万元。

十城万盏

为发挥科技支撑作用,促进经济平稳较快发展,着力突破制约的重要关键技术,推动节能减排,有效引导我国半导体照明应用的健康快速发展,扩大半导体照明市场规模,拉动消费需求,促进产业核心技术研发与创新能力的提高,迅速提升我国半导体照明产业的整体竞争力,经我部研究,同意在天津市、石家庄市、河北省保定市、辽宁省、黑龙江省哈尔滨市、上海市、扬州市、宁波市、、福建省、福建省、江西省、山东省潍坊市、郑州市、武汉市、广东省、广东省、四川省、四川省绵阳市、陕西省等21个城市开展半导体照明应用工程(简称“十城万盏”)试点工作。

发展情况

截止2007年底,城市道路照明的路灯总数达1395万盏,并以年均10%至20%的速度递增。因此,城市道路照明的节电市场不容忽视。 在2009年的国务院常务会上,半导体照明被列入扩大内需的举措。2009年4月28日,科技部批准21个城市为“十城万盏”半导体照明应用工程试点。通过“十城万盏”示范工程,推进LED照明技术的应用,实现经济增长的目标。

工作目标

试点阶段(2009年)目标:到2009年,在21个试点城市,应用100万盏LED市政照明灯具。包括道路照明、隧道照明、地铁车厢站台、地下停车场、加油站等公共场所。LED器件国产化比例为60%。预期年节电2.2亿度。 试点阶段期间主要的工作内容还包括制定出示范标准,进行评估与验收,同时加强制定产品标准与检测平台。 示范阶段 (2010~2012年)目标:至2010年,在全中国完成50个半导体照明示范城市建设工作,应用200万盏LED市政照明灯具。国产化比例为70%,预期年节电达10亿度。 工作内容:定期发布产品指南与优秀企业。并且由财政部与科技部研究制定财政补贴标准,对示范城市进行财政补贴。 推广阶段 (2013~2015年)目标:至2015年,半导体照明进入30%通用照明市场。预期年节电1400亿度。创造100万人以上就业,并且成为半导体照明产业第三强。 工作内容:通过试点阶段的引导,形成成熟的市场推广模式,达到全国30%通用照明采用半导体照明。

产业发展案例

在“国家半导体照明工程”的推动下,中国的LED产业已经形成了四大聚集地、七个产业化基地。形成了包括的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。

1、深圳市LED相关企业数量由2007年的700余家,迅速发展到了2009年的2000多家。

2、世界照明工业巨头——通用电气纷纷与半导体公司合作,成立照明企业。

3、日亚化工、丰田合成、SONY、佳友电工都已有LED照明产品问世。LED产量仅次于日本,位居第二,列之前。

应用案例

1、广东省从2009年起,开始大规模实施“千里十万”LED路灯产业化示范推广工程,建设总里程1500公里左右、规模约10万盏的LED路灯示范推广工程。

2、计划两年投入3.3亿元应用5万盏LED灯具升级城市道路照明。

3、计划两年推广3万盏LED道路照明灯具。

4、计划实施1.5万盏LED路灯推广项目。

5、山东省潍坊市于2006年开始实施LED照明示范工程,安装LED路灯已超过3万盏。今后,新建道路和公共场所一律安装LED灯,到2011年累计安装LED路灯10万盏。

6、将推广使用8000盏LED路灯。其他城市LED道路照明项目都已经陆续启动。

7、美国计划5年内设置14万盏LED路灯,犹他州已经启动LED路灯的招标;宣示三年内更换128万盏LED路灯。

8、半导体照明产品应用示范工程

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