[技术交流] LED路灯道路照明的设计及应用浅析

随着世界能源越来越紧张，能源短缺成为国民经济发展的瓶颈问题，节能减排成为政府要解决的头等大事。这也为LED灯的发展带来了巨大的机遇。对城市耗电大户路灯照明系统进行改造升级成为了每座城市的首要任务。近年来LED路灯发展非常迅速，一些城市大力推广，实施LED路灯的改造升级计划。但是LED市场的产品太过复杂，如果想要好的产品或者说是性价比高的产品，那么就要求相关职能部门具有一双火眼金睛，能在庞杂的LED市场挑选出真正符合要求的产品。在实际运行中，我们发现LED路灯现阶段仍然存在一些制约因素，这在一定程度上阻碍了LED在道路照明方面的发展。
　　实际使用过程中发现LED路灯有较高色温和显色性，对周边景物突显、辨识度高，但因色温过高，视觉感过于阴冷，舒适感较差。同时电源可靠性稳定性问题仍存在。而且在经过长时间使用后，发现道路照度偏低，呈现“斑马效应”，光衰较明显。
　　通过实际的运用，以及对LED光源应用评估可知，LED路灯在实际运用中存在许多亟待解决的问题，并未达到理论上的效果。
　　1 配光设计问题
　　随着道路照明设计的不断发展，道路配光的评价标准从过去的照度均匀逐渐发展成为以亮度均匀为主，照度均匀为辅。配光曲线反映了灯具在空间某个截面上光强与发光角度的关系。一个理想的配光曲线的设计需要综合考虑灯具的安装高度、灯杆间距以及路面宽度等参数，使路面照度、亮度以及阈值增量等评价道路照明质量的参数指标都符合标准，并达到高效、健康和节能的照明目的。灯具的配光系统设计不合理，照明效果就不理想。
　　现有的LED灯具因受到发光源方向性的限制，难以达到理想的配光的要求，光线大部分直射向灯正下端路面，不能够将光照射到更远的方向，覆盖两灯之间的暗区。
　　2 LED路灯的光效及散热
　　经测试，大多数LED灯具在安装初始光效较高，但运行一段时间，光衰较为严重。这和灯具的温度有直接的关系。
　　LED的散热设计不仅直接关系到LED实际发光效率，也关系到实际使用寿命。LED是嵌入照明器具中使用的，由于LED芯片的发热量大，做成路灯灯具时的关键技术就是“散热”。在LED路灯的整体设计过程中快速有效地散热是LED路灯重点解决的问题，因为工作温度的高低直接影响LED光源的光衰和寿命。
　　虽然现在LED路灯散热经过了一定优化设计。但由于道路照明的应用环境一般都比较恶劣，尘埃较大且金属表面腐蚀氧化等原因，在安装初期尚能满足需求，维持较低的工作温度，但长期使用散热片之间难免积聚灰尘，必然在一定程度上影响灯具内光源及电器散热，从而导致LED路灯使用实际寿命的缩短。
　　另外LED灯具应满足道路照明设计标准要求，具有良好的防护等级（IP）防尘防水，但良好的IP防护又往往会妨碍LED的散热。如何解决这一矛盾是LED灯具亟待解决的难题之一。
　　3 LED路灯模块的可靠性
　　（1）电源系统稳定性。驱动电源是LED路灯的重要部件，其故障将导致整灯的失效。在LED路灯的实际应用中，电源故障是灯具故障的重要原因。经现场测试与检验，出现整灯熄灭、部分损坏、个别LED灯珠“死灯”等的现象时，电源自身故障的原因占到了较高比重。
　　（2）其他电子元器件、组件的寿命。LED灯具的寿命应该是系统寿命，它涉及的因素很多，诸如LED光源的组合、控制电路配套的元器件等等，如果选用元器件质量不佳，灯具系统稳定性、可靠性差，会增加发生故障的概率，极大地降低了整灯的可靠性。
　　4 性价比问题
　　近年来，随着LED技术的进步。LED灯具的价格已有较大幅度的下降，但总的来说其成本还是远高于高压钠灯的，“节能不节钱”的现象依然存在。就现状而言，LED路灯价格是高压钠灯的2～4倍。因此即使LED路灯的耗电量仅是高压钠灯的二分之一，但由于价格过高，用LED路灯代替高压钠灯成本回收周期仍然会很长。加之LED路灯质量参差不齐，宣称与实际相差甚远。使得LED路灯性价比不高。
　　LED道路灯具只有在保证各项技术指标，达到照明质量水平的基础上，有效地降低成本，才是未来得以顺利、快速发展的关键。
　　5 维护问题
　　目前LED路灯灯具的结构设计均为一体化设计，即其相关器件无法在现场更换，无论是LED光源损坏或是电源故障，一有问题则必须整灯拆除更换，维护工作成本大大增加。加之由于无统一的LED路灯技术标准，产品质量参差不齐，不同厂家的产品通用性极差，维护十分困难。
　　6 结束语
　　LED道路灯具在照明领域是技术要求很高的功能性照明产品，要使LED灯具广泛地应用于道路照明领域，目前有一些关键技术问题急需解决，如眩光控制、灯具配套等。并且LED灯具配光曲线、利用系数等计算资料还很少，不利于道路照明设计选用。近年来，随着LED灯具设计地不断优化和完善，LED路灯在次干道及支路的应用也日趋成熟，而广泛应用于城市主干道还需进一步探索。