LED路灯目前存在的问题及未来的发展前景

汪飞佳

(宁波路灯管理所，浙江宁波 315000)

1 前言

在当前全球能源短缺的背景下，LED路灯作为一种新型的绿色节能照明产品，在未来将有很好的发展前景。

LED光源是一种固态光源，具有节能、环保、寿命长、体积小、光效高、抗震动、易调光等特点。随着半导体技术的不断发展，LED的光效在不断地提高。目前，美国CREE公司实验室已经研发出光效达200lm/W以上的LED芯片，真正量产的LED芯片光效有的也达到了160lm/W以上。将高光效高性能的LED芯片通过合理的配光和散热设计运用到道路照明中，与其他普通光源相比较，LED光源节能效益可观。

2 LED路灯现状

近年来，大功率LED路灯的开发有了一定的进步，一些技术能力强的厂家的LED路灯产品配光设计比以前更加合理，散热设计也更加科学，整灯效能在不断提高。与传统光源路灯相比，质量过关的LED路灯在显色性、节能、响应速度、以及调光控制等方面都有着突出优势。虽然LED路灯有些方面比传统路灯有优势，但我们也应理性的看待目前市场上的LED路灯质量良莠不齐，价格昂贵，维修麻烦，性价比不高，而且目前真正解决LED路灯的配光和散热问题的厂家不多，因此在道路照明中用LED路灯大规模的替换传统光源路灯还不现实。下面我们将从4个方面对LED路灯进行分析，了解LED路灯目前还存在的一些不足和缺陷。

2.1 LED路灯的光效和配光

作为道路照明的产品，LED路灯的光效和配光至关重要。目前市场上一些国外大厂的LED芯片光效在120－140lm/W之间，而国内厂家的LED芯片光效比较低，在80－100lm/W之间。LED芯片光效不等于LED路灯的光效，LED路灯的整灯光效在经过灯具光学系统后存在光损失，所使用的LED控制装置也存在着系统损耗，一般LED路灯的整灯光效为LED光源光效的70%左右。而目前高压钠灯的光效一般为120lm/W左右，高光效高压钠灯的光效则可达到135lm/W。使用高压钠灯作为光源的路灯使用曲面反射器来收集光线，使光源发出的光向所需要的方向照射，一般的传统光源路灯效率 (灯具发出的总光通量与灯具内的光源所发出的总光通量之比)为70%－80%左右，配光优秀的传统光源路灯整灯效率在80%以上。两者相比较而言，现阶段LED路灯和使用高压钠灯作为光源的传统路灯的输出光效差不多，LED路灯没有特别突出。但目前LED路灯技术正处在发展阶段，LED芯片光效每年都在提升，相信在不久的将来，LED路灯整灯光效将超过使用高压钠灯作为光源的传统路灯。

一个路灯要有好的光效离不开好的配光设计，使用高压钠灯作为光源的传统路灯如此，LED路灯也是如此。传统路灯的配光设计目前已经比较成熟，而LED路灯作为一种新产品，面向市场的时间比较短，配光设计还不够合理和完善。目前常规的LED路灯配光设计是使用光学透镜对LED路灯进行二次配光，对LED光源所发出的光进行整形和改变，合理地控制光的分布，避免光的叠加浪费，降低光损耗，实现灯杆之间带状光斑的彼此连接，使路灯获得的配光曲线接近于蝙蝠翼型。但实际生产的LED路灯光输出特性还达不到设计所要求的理想状态，光学透镜的角度设计不合理，使得有些LED路灯在道路方向上的光输出角度有限，造成灯下路面特别亮，两灯之间由于没有光的平滑叠加过渡而形成明显的暗区——斑马效应，照度均匀度差，无法满足城市主干道路对路灯光输出特性的要求。因此，现阶段的LED路灯只能在照明级别比较低，对光输出特性要求不高的次干道、乡村道路上使用。

2.2 LED路灯的散热设计

一款LED路灯的使用寿命长短取决与它的散热设计的好坏。LED芯片是一种将电能转化成可见光的半导体发光器件，目前的转换效率还不高，在其工作过程中只有15%～25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，LED的光效随着温度的升高而下降。如果LED结温超过最高允许温度，LED将会因过热而损坏，严重影响了LED路灯使用寿命。因此在LED路灯设计中，散热设计至关重要。

LED路灯热量的主要传输通道为:PN结-Cu柱-MCPCB-散热器-空气 (环境)。散热器的设计制作是LED路灯散热设计最重要部分。目前LED路灯一般使用铝合金来制作散热器，常见的结构形式主要有鳍片式、开放式和热管这么几类。鳍片式散热器有的为铝压铸成型，有的则采用铝型材挤压成型，采用铝型材制作的鳍片式散热器效果更好，采用铝压铸的鳍片式散热器根据灯具外形要求，更容易做造型，但散热效果不如铝型材。铝型材鳍片式散热器主要材料是6063，热传导系数为201，而铝压铸的鳍片式散热器主要材料为ADC12，热传导系数只有96，所以一般建议使用铝型材制作散热器，散热效果更好。鳍片式散热器在设计中目前存在着一些问题，包括散热片面积随意设定，散热片布置方式不合理，强调热传导环节、忽视对流散热环节。开放式散热器有利于空气流通，但外界的灰尘杂质容易进入到散热器内部，从而导致散热器散热不畅。采用热管散热技术制作散热器，散热效果较好，但工艺复杂，成本很高，性价比低。后两种散热方式采用的厂家很少。目前大多数的生产厂家LED路灯的散热设计还不专业，特别是大功率的LED路灯，对散热要求特别高，散热设计不合理的话，就严重影响了灯具的使用寿命。有的厂家标称使用寿命达50000小时，但散热不合理的话，可能真正的使用寿命都不到5000小时。

2.3 LED路灯的使用寿命

虽然LED光源寿命可以达到50000小时，但LED路灯不同于LED光源，它是一个整体，涉及到电子电路、机械结构、热学等多方面。需要考虑LED光源因为结温过高而失效，还有驱动电源的使用寿命等。目前市场上性能比较好的驱动电源的使用寿命在两到三年左右，所以LED路灯的使用寿命并不能以LED光源的寿命来理解。目前质量良好的LED路灯正常使用寿命在20000小时左右，而一些质量不过关的LED路灯有时在使用一两个月后就因为散热性能差，导致光衰严重而不能正常工作，另外一些LED路灯使用的驱动电源性能不可靠，也直接影响了LED路灯的使用寿命。合理科学地进行散热设计并使用高质量的驱动是保证LED路灯的使用寿命的关键。

2.4 LED路灯的成本

成本高是目前LED路灯难以大规模推广的又一问题。一款采用250W高压钠灯作为光源的传统路灯价格一般在1000元左右，而一款功率在150W左右的LED路灯价格在3000元左右，两灯价格相差三倍，采用LED路灯一次性投入较大，同时由于目前LED路灯质量良莠不齐，使用寿命相比传统光源路灯优势不明显，且可维护性差，一旦损坏，则要整灯更换，维护费用高。而传统光源路灯只要更换相应的光源或电器即可实现灯具的再次使用。

3 LED路灯的发展前景

目前的LED路灯比较适宜安装在照明级别比较低，对照度要求不高的次干道路、小区道路和乡村道路上，可用来替换250W以下的常规光源路灯，还不能大规模的用来替换高功率高压钠灯等传统光源路灯，特别是对照度、均匀度要求高的城市主干道上的传统光源路灯。但是随着LED路灯技术不断完善，LED光源特点的充分利用，LED路灯配光问题和散热问题的妥善解决，成本的降低，产品质量的提高，相应的国家和行业标准的完善，相信不久的将来，LED路灯将替换传统光源路灯，成为道路照明节能改造的最佳选择。

［1］中国建筑科学研究院．CJJ45—2006城市道路照明设计标准．中国建筑工业出版社，2007年1月．

［2］张万路等．LED道路照明灯具散热系统分析．中国照明电器，2009，2．

［3］李秋红．LED光源在道路照明中应用的功效分析［J］．中国市政工程，2009(2)．

［4］刘磊实，冀晓健．LED光源在城市道路功能照明中的试验与分析［J］．照明工程学报，2008，19(4)．