LED在道路照明中的应用现状与趋势

叶 峰

(苏州市城市照明管理处/苏州市城市照明工程公司，江苏苏州 215000)

1 前言

半导体照明是目前被各国公认为的、最有发展前景的高效照明产业，被称作继白炽灯、荧光灯之后照明光源的又一次革命，代表了世界照明工业的未来发展方向。半导体照明也称固态照明，是指用固态发光器件作为光源的照明，包括发光二极管(LED)和有机发光二极管 (OLED)，具有技术发展迅速、应用领域广泛、产业带动性强、节能潜力大的特点。国家电网能源研究院副院长胡兆光指出，半导体照明有三大优点:一是节能，在同等照明亮度的状况下，LED灯比白炽灯、荧光灯平均节电40%至50%以上，且后期维修维护费用极低，安装使用后3至5年内几乎不产生任何维护费用;二是环保，该灯不含当前市场上普遍销售的普通节能灯所含的汞、铅等有害物质及有害气体;三是使用寿命长，平均使用寿命可达5万至10万小时，是普通灯的3至5倍。正是由于这些特点，半导体照明才被各国视为最有发展前景的高效照明产业。

LED照明产业作为近年来新兴的一个产业，颇具中国特色，虽然中国已成为世界最大的LED市场，也拥有最多的LED企业和产量，但是核心技术仍然掌握在外国人手中，目前我国绿色照明产业在政府大力支持和广阔的市场空间下，LED在应用领域尤其在城市照明中，将迎来前所未有的发展机遇。

2 LED照明产品技术及应用现状

2.1 LED照明产品技术现状

目前，半导体照明技术正处于快速发展时期，国际上大功率白光LED产业化的光效水平已经达到130lm/W(流明/瓦)，半导体照明产业正向更高光效、更低成本、更多种类和更大应用范围方向发展，竞争焦点集中在大功率高亮度LED芯片、蓝/紫光LED和白光LED，技术创新的速度超过预期。2010年，美国Cree公司大功率白光LED实验室光效已达208lm/W，日本Nichia公司的小功率白光LED实验室光效已达249lm/W，韩国首尔半导体光效为100 lm/W的AC LED产品开始量产 (详见表1)。

表1 世界主要半导体企业技术水平

国际LED领域的核心专利主要掌握在Nichia、Lumileds、Osram和Cree等几家国际大公司手中。我国在LED产业化技术研发方面落后于美国、日本等国家，在上游核心知识产权方面更是有较明显的差距。

2.2 中国LED照明产业现状

2010年是我国半导体照明产业快速发展的一年，也是产业规模迅速扩大和产业环境明显改善的一年。2010年，我国半导体照明完全摆脱了金融危机的影响，在国内产业政策和国际市场需求的双重拉动下，我国成为全球半导体照明产业发展最快的区域，其中外延芯片和照明应用新产品的发展最为突出 (详见表2)。

由表2可知:2010年，我国半导体照明应用的增长非常突出，应用领域的整体规模达到900亿元，整体增长率达到50%;其中，背光应用和通用照明应用的增长量最为突出。随着中国城镇化进程的持续进行以及节能减排的迫切需求，包含道路照明在内的LED通用照明产品的市场规模迅速扩大，2010年增长率达153%;LED通用照明产品逐步替代白炽灯等低效照明产品已成为大势所趋，通用照明将是未来最具潜力的应用领域。

表2 我国2010年半导体照明产值及增长率

3 LED路灯应用现状

国内LED路灯的应用主要分三种类型:一种是以“十城万盏”为代表的，包括2010年三部委试点示范工程，由中央部委组织，以推动行业技术和产业发展为目的的应用;另一种是地方政府大力推动，以拉动地方产业经济为目的的应用，如厦门、扬州等地大规模LED照明产品的应用。还有一种是各地照明管理部门尝试性的应用。

对于第一种类型在整个行业中影响力可谓声势浩大，但是其推动作用则不足，主要原因是应用规模的大小完全取决于地方财力。LED路灯算不上奢侈品，但也绝对算不上是大众化的产品。对于常规路灯而言，如飞利浦、GE等国际名牌的本地化产品，一般150～400W的灯具价格在1500～2500元范围，而LED超过100W的产品一般价格在3000～5000元，功率越大价格越高，200W以上的，甚至要7000～8000元。以一个灯盏数在10万盏的中型城市而言，且不论照明质量和产品质量如何，仅灯具主材一项，就要5亿元左右，这么大的投入不是一般城市能够承受的。因此，对于这种类型的应用，往往是响应积极，落实寥寥。由于这种类型的应用是面向全国开放的，因此参与的企业面广量多，经过激烈竞争，其入围或中标产品的质量水平相对而言较高。

第二种类型主要以国家科技部在厦门、南昌、深圳、扬州、石家庄等半导体照明产业化基地为代表，地方政府出于地方经济发展与产业结构转型升级的目的，招商引入半导体照明企业，作为扶持政策或附加条件，积极在当地推广LED路灯的应用。地方政府的大力推动，对产品应用推广的力度是不言而喻的，这类城市的应用数量是最大的，应用份额甚至能超过传统路灯。但由于对当地企业的保护，产品的竞争是不充分的，局限于几家落户当地的LED照明企业，产品的价格与质量水平相对而言难以得到保证。

第三种类型是目前在全国范围内最普遍的，出于对城市照明系统稳定性的考虑，以及受现在LED路灯如火如荼的形势影响，各地照明管理部门，或多或少会对LED路灯作些样灯测试和尝试性的应用，少则几十盏，多则几千盏。由于各地照明管理部门技术水平和企业市场渠道的不同，这一类应用最是千差万别良莠不齐。总的来说，地方经济发达的、技术力量较强的城市，其LED产品的性价比会好一些。

4 LED大功率路灯推广应用存在的问题

为了进一步了解大功率LED路灯的特性，正确了解LED产品的性能和质量水平以及在推广运用中还存在的问题，我们对不同厂家的产品做了现场测试和比较，测试是在车流量少、环境照度低，光干扰少的相同路段进行，每月跟踪测试。通过近三年来的测试、应用和总结分析，表明大功率LED光源技术已可以适当地应用在城市道路的功能照明中，但还存在四方面的问题有待于解决。

4.1 照明质量方面

与同功率的高压钠灯比，测试的LED路灯的平均照度还是相对较低，因为目前LED的光效 (70～90lm/W)还无法超过高压钠灯 (100～140lm/W)，光通量低则必然照度值低。但部分产品的照度已达到国家行业标准中对次干道的要求，可应用在实际道路中。

LED路灯是由多颗LED光源组成，LED光源又有很强的定向性能，但光源的投射距离有限，造成灯下亮、两灯之间暗，照度均匀度差的现象。有些厂家的灯具应用了特殊的光学透镜进行二次配光，均匀度有了大幅提高，已达到道路照明配光需求，但也有一定的缺陷，光束均投射到车行道，未考虑灯后的人行道，造成灯后区域基本没有照度，道路照明的环境比很差。

有的产品因未做二次配光，因LED光源的定向照射特性，其灯下照度较高，但随着距离的延伸照度下降很快，水平照度均匀度很差，在实际应用中会在两灯之间会造成明显暗区，形成明暗相间的斑马纹，而且灯具产生的眩光严重。

4.2 产品质量方面

产品质量一是寿命、二是效率。

对于寿命，LED光源的寿命可达5～10万小时，但LED路灯是一个系统的集成，影响其寿命的因素很多，如封装工艺、LED颗粒的组合方式、散热方式、驱动电源等。若封装不好，灯脚接触不良，造成结温升高，将大大影响光源寿命。

大多测试灯具采用的散热方式是通过灯具结构散热片的设计，以期达到增加热传导散热面积。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造成散热片高低不平，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散热，导致灯具内部温度很高，从而导致LED路灯使用实际寿命的明显缩短。

驱动电源是由各种电子元件组成，而电子元件自身的寿命、稳定性直接影响到驱动电源整体的寿命，有些电子元件的寿命就达不到5万小时，国内的驱动电源的寿命也只有2万小时。本次测试就有一测试灯具运行未到二个月，就因驱动电源的损坏而熄灯。因此选择可靠的驱动电源也是关键。

经过长期各种类型的测试，各企业的产品可谓千差万别。有的能很好地控制光衰，有的则表现很差。实际应用中我们测试灯具的光照度年衰减达到5%～20%的都有。一般而言，其光衰情况比厂家所宣称的要差很多。由于LED产品更新快，理论寿命长，大部分光衰只能通过短时间测试后推算出来，无法真正实测，其结果的准确性也不得而知。

对于效率，其一是LED的光效，日前在产业化应用中的LED单颗粒光效，国产颗粒基本是60—70lm/w、国外的可以做到70～90 lm/w，而高压钠灯光效在120～140lm/w左右。因此LED光源要真正做到替换高压钠灯，成为比高压钠灯更节能绿色的产品，还有待于其本身光效的提高，弥补光源总光通量不足的缺陷。

其二是LED灯具的效率，有的灯具采用光学透镜二次配光，有的则采用传统的配光器，不同的配光方式将大大影响灯具的出光效率。另外，灯具的IP特性也对灯具效率有一定的影响。

其三是LED驱动电路的效率，根据LED光源的特点，LED驱动电路应该呈现恒流特性，如果驱动电路设计不当，驱动电路本身都会消耗很大的有功功率，将使转换效率下降。

4.3 价格成本方面

LED的价格成本是其软肋，目前30元左右/W的市场价，令LED灯具的价格远远高于传统路灯，由于其结构目前大都属于整体式，其维修的价格成本也是居高不下。传统路灯 (包括国产品牌和国际品牌的本地化产品)新灯及附件市场参考价格(RMB元)如表3。

表3 传统路灯新灯及维修元器件市场参考价格 (元)

而LED的价格大约是30元/W，100W左右的整灯在3000～4000元，200W左右的整灯在5000～7000元，目前大多数灯是整体式的，故障后只能整体更换，维修成本很高，也很不便利。现在有部分企业在做模块化的LED器件，每条30W价格在300～500元，驱动电源的成本大概在500～1000元左右，其寿命也并不比传统路灯的元器件长。

4.4 维护便利性

因影响LED路灯灯具的寿命有多种因素，要达到5万小时免维护较难。而高压钠灯光源寿命可达2.4万小时，镇流器的寿命更是超过了5万小时。目前LED路灯灯具的结构设计均为一体化设计，无论是LED灯具损坏还是驱动电源故障，一旦有问题则必须整体拆除更换，维护工作量大、费用高，而高压钠灯仅需更换灯泡或触发器，维护工作量较小、费用小。由于LED的技术发展速度很快，厂家的产品也会随着更新换代，产品的设计也因无标准约束而不同，可替换性较差，造成备品备件无法保证，给运行维护带来较大困难。

5 结论与发展趋势展望

我国的经济发展环境非常有利于LED照明产业的发展。多年以来，我国经济一直保持较高的增长率，为LED照明产业的发展提供了良好的经济环境。随着经济的发展和国民收入的增长，对LED照明的承受能力也在不断增强，为我国LED的大范围应用奠定了良好的经济基础。

现阶段的大功率LED路灯，作为新兴光源，部分产品已可以应用到实际中，体现出诸多优势，成为新一代光源的发展趋势。但仍需解决其性能不稳定，节能、寿命与理论相差太大，产品质量良莠不齐，没有统一标准，互换性差，价格高，维护成本高等问题。灯具厂家还需要根据LED光源的特性和道路照明产品的运用特点，扬长避短，在满足照明质量的前提下，提高产品的质量和寿命，降低产品成本，形成标准系列，便于产品维护更新，届时在城市照明中的推广运用也将是水到渠成的事了。

所以LED目前更适宜于做试点示范形式的应用，随着产品性能的不断提高，价格不断下降，标准和规格的逐渐规范统一，逐步扩大应用分额。以目前LED发展的技术成果和进度趋势而言，LED产品在道路照明中的应用份额的增加，是勿庸置疑的。但是其份额增加的速率是和产品的照明质量、产品质量、价格、应用的便利性密切相关的。

从应用的角度来看LED的发展趋势有以下几个方面:(1)性能的提高，LED的光效目前还没有超过钠灯，远没有达到理论上的300lm/W，光通量是硬道理，没有亮度和照度，无论是中间视觉或是其他的什么理论，都无济于事。(2)寿命的延长，这个寿命是有效寿命的概念，也是整灯寿命的概念。既要确保亮灯时间，更要保证光衰在30%以内。虽然和传统路灯一样，不是要求所有元器件寿命作为整灯寿命，但只有易更换部件才可以例外。(3)价格的下降，以现在LED的价格，其性价比远低于传统路灯，如果按照相同照明质量来衡量LED和传统钠灯，则没有一个EMC项目能够赢利，也没有多少城市能够用得起。因此必须要通过技术的革新和规模化的生产来降低成本。 (4)模块化和标准化，LED光源有具结构方式灵活的优点，但在道路照明应用中，这就未必是优点。一有故障就要整灯更换，各家自定规格不能通用，都造了维护工作的不便，让使用者望而却步。只有通过模块化和标准化，一则可以加强专业分工，二则有利于应用推广。

［1］陈炳欣.中国“十二五”期间半导体照明发展部署.半导体照明，2010年11月刊.

［2］万小妹.LED行业上中下游的思考.高工LED，2010年11月刊.

［3］半导体照明科技发展“十二五”专项规划.

［4］国家半导体照明研发及产业联盟.中国半导体照明产业发展年鉴 (2008—2009).北京新材料科技促进中心编，机械工业出版社，2009年4月第一版.

［5］仇卫平.国际经济形势新变化对我国出口贸易的影响与应对措施，现代财经，2010年第5期.