太阳能LED路灯在城市道路照明中的应用研究

2021-09-27李明霞段景曦

光源与照明 2021年2期

关键词：渑池县钠灯照度

李明霞，段景曦

1.山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原 030032 2.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原 030006

0 引言

我国从1996年以来实施的绿色照明工程，推动了太阳能照明产品技术的发展，加快了相应的产品和工程建设标准等相关政策措施的实施，使太阳能照明成为绿色照明工程的主力军。

1 太阳能LED路灯简介

1.1 工作原理

太阳能发光二极管（LED）路灯系统由太阳能电池板、蓄电池、智能控制器、LED光源、电池箱、主灯头、灯杆和电缆线组成。白天，在智能控制器的控制下，太阳能电池板吸收太阳能光并转换成电能，为蓄电池组充电；晚上，蓄电池组放电，为LED灯光源供电，实现照明功能[1]。

1.2 光源

LED利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合作用放出过剩的能量而引起光子发射，发出红色、黄色、蓝色、绿色、青色、橙色、紫色、白色的光。

1.3 灯具

灯具外壳选用压铸铝材质，表面运用先进纳米镀膜技术，无氧化问题，表面不集尘、腐蚀，符合有效防水、防尘、密封要求，达到IP65防护等级，满足城市主干道环境下的要求。

1.4 控制器

控制器可实现精准的放电控制、智能红外遥控控制、无级功率控制等；具有防过充过放、电子短路、过载保护、防反接等全方位的全自动保护控制功能；使用数字LED显示和设置，极其方便直观[2]。

1.5 灯杆

灯杆选用优质钢件模压而成，连续自动弧形焊接一次成形，线条流畅，造型美观，锥度比合理，抗风、防水措施可靠。

2 应用实例

渑池县新华大道路灯布置横断面图如图1所示。道路起点位于渑池县城仰韶路与新华路交叉口南，终点与果园乡政府修建的和谐大道顺接。

图1 渑池县新华大道路灯布置横断面图（单位：cm）

根据目前我国太阳能路灯的平均技术水平和本地的太阳能资源，该工程照明路灯全部采用太阳能LED 路灯，照明灯具电源可完全由自带蓄电池组提供，无须另接市政电源。所有灯具均采用截光型灯具，所有光源均选用I级能效产品。

通过对路线方案进行交通量预测，确定该项目道路等级为城市主干路，设计行车速度为60 km/h。道路照明按照国家规定的标准，该道路按城市Ⅰ级主干道设计，机动车道平均照度（Ea）≥20 lx，照度均匀度u≥0.4；非机动车道平均照度（Ea）≥10 lx，照度均匀度u≥0.4；交汇区平均照度（Ea）≥30 lx，照度均匀度u≥0.4[3]。

该道路照明工程设计，采用10 m+8 m双悬臂路灯，车行道侧安装180 W分体式物联网光能智慧灯具，人行道侧安装72 W一体化物联网光能智慧灯具。沿道路双侧对称布置，布置间距均为30 m。灯杆挑出悬臂1.5 m，倾角为5°。道路有侧分带时，将路灯安装在侧分带内，距离机动车道边缘1～1.5 m；无侧分带时，将其安装在人行道内侧，距离内边缘0.75～1 m处。

根据照明设计手册公式计算路面照度值[4]，结果如表1所示。

表1 路面照度值

计算结果表明，设计方案满足规范要求。根据方案布置需要路灯数量为双臂灯（H10/8，180 W/72 W）480套。

3 太阳能LED路灯与传统高压钠灯的比较

3.1 使用性能和安全性能

（1）太阳能LED路灯光源是LED，为绿色无污染光源。

（2）LED路灯的发光颜色更接近于自然光，显色指数可达80以上，而传统高压钠灯发光颜色显色指数仅为20左右。

（3）LED路灯不存在启动延时问题，可实现智能化节能控制，而传统高压钠灯启动时间较长，启动后5～10 min才能达到正常的亮度，且两次启动时间间隔需大于5 min。

（4）LED光源属于冷光源，灯亮与灯灭温差不大，而传统高压钠灯的灯亮和灯灭的温差较大，需要加呼吸系统来减少温差。

（5）LED路灯无眩光，路面照度均匀，有助于减少交通事故，提高行车安全性。

（6）太阳能路灯的供电电压不超过36 V，为安全电压等级，更安全[5]。

通过比较可知，相比传统高压钠灯，太阳能LED路灯具有更加良好的使用性能和安全性能。

3.2 经济性和环保性

在满足道路照明的情况下，渑池县新华大道照明工程如果选用双臂高压钠灯（H10/8，300 W/100 W）需要524套，而且需要敷设YJV-0.6/1-4×25+1×16电缆33.8 km，敷设YJV-8.7/10-3×50电源电缆10 km，20 kVA路灯箱变9台，路灯控制器9台。若选用双臂太阳能LED灯，只需要（H10/8，180 W/72 W）482套。太阳能LED路灯与高压钠灯的投资对比如表2所示。