LED路灯五大设计难题重点分析

LED(发光二极光)的应用可以说无处不在。作为一种半导体发光材料，与其他发光材料相比较，LED以其绿色、高效、可靠、耐用的优势，使得其他发光材料黯然失色。随着大功率LED成本的不断降低，逐步替代传统灯具成为可能。LED光源在道路照明中的应用已成为近年来半导体照明行业的热点，LED器件产品应用到路灯上，对技术有什么特殊要求?LED路灯与目前普通路灯相比有哪些优势?还存在哪些不足?如何解决?业界专家从不同侧面给予了阐述。

制定国家标准是普及推广有力手段

LED 作为路灯主要有以下优点或特点：发光效率高，灯具反射损失低，节省能源70%;配合数字控制亮度功能，更省电;不需高压，安全性高;配合软件可由远程自动遥控亮度;事故、多雾、雨天等特殊情况下提供超高亮度及显色性高的照明光源;安装维护简便;模块安装、无多余配线;不会造成光污染或浪费;长寿命，意味着不需要经常进行更换，从而减少了交通中断的潜在性，降低了为此支付的维修费用。有人计算过，采用LED路灯除了在单灯成本及最初安装的造价比高压钠灯高外，在铺设成本、耗电成本及寿命方面均大大优于高压钠灯。

LED路灯面临的主要技术问题为：输出功率及光通量、二次光学设计、散热设计和电源系统设计。输出功率及光通量的提高还需要从大功率白光LED的外延技术、芯片工艺等基础层次进一步提升。在二次光学设计方面，LED的辐射形式有朗伯型、侧射型、蝙蝠翼型和聚光型几种。在道路照明领域，根据设计经验朗伯型和蝙蝠翼型比较适用，通过二次光学设计，使得LED的光照范围、光度曲线符合道路照明的需求。散热是LED路灯需要重点解决的问题之一，由于LED路灯亮度要求高、发热量大，并且户外这种使用环境比较苛刻，如果散热不好会直接导致 LED快速老化，稳定性降低，除了需要功率型LED本身的散热好外，由于路灯具有户外夜间使用的特点，散热面位于侧上面有利于空气自然对流散热。LED路灯的电源系统也与传统光源不同，LED的低能耗、低工作电压和太阳能电池组件的低输出功率、低输出电压之间的配合非常合适，如何使紧密压缩在一起的一组 LED安全、可靠地工作也是考察LED路灯的一个指标。

综合以上对LED路灯在市场前景及技术问题方面的分析可以看出，影响其应用的因素为：

第一，LED路灯造价较高，不利于推广普及。虽然目前初步解决了LED路灯的散热问题，但是过高的价格和过重的灯头仍然会阻碍LED路灯的普及。

第二，LED路灯模块化的可靠性仍需加强，由于驱动电路等原因也会造成LED路灯的失效。

第三，无论是单点还是多点光源的LED路灯都存在着散热难的问题。一盏采用250W高压钠灯的路灯，由于技术较成熟，散热控制得很好，即使工作5000小时，光衰仍然较小，发光效率还可以达到70%以上。以目前的技术，相同条件下大功率LED路灯，由于散热问题不易解决，光衰较大，发光效率会下降到 30%。如果想用加大电压电流的方法提高光效，很容易造成LED芯片损毁的现象。

第四，LED路灯射程短，因此LED路灯还需要进一步加强如何在较高高度下工作的研究。此外，制定国家LED道路照明标准也是普及推广LED路灯非常有力的手段。

散热和可靠性是影响应用主要因素

LED 光源有两种做法，一种是使用传统小功率LED作组合，一般多达上百颗甚至数百颗，电源设计复杂。另一种是使用大功率管作光源，价格比较贵。两种方法都不可避免地要将散热设计和工作可靠性作为主要设计考虑因素，国内多应用于政府示范性工程，真正市场化运作的工程很少，国外这方面的应用实例较多，但其最大的缺点依然是可靠性、出光流明数和价格，很多工程由于LED品质低劣，没有很好地表现出寿命长的优点。还有，从成本、市场的角度考虑，LED作为照明光源，其是否与太阳能结合使用，在设计上需要走不同的路线，并不是单独作为一种光源来开发就能完成的。

LED器件产品应用到路灯上，技术上的特殊要求主要是要结合LED光强和发光角度来设计，另外由于多颗LED组合，出光设计方面要兼顾照射面域，灯具方面需要重点考虑散热的有效性。

LED路灯与普通路灯的对比优势：节能、环保，易于和低压适配，也可和太阳能系统直接配套，无需额外的逆变、转换过程，能达到最大的能源利用率。

不足：照明角度偏小、不均匀，颜色显色指数偏低，光学、散热设计复杂。

技术上的不足：当前技术下的光通量还不够，光效太低，品质难以保证。

解决措施：LED产品应用于路灯需要专门的设计，也需要专门的标准(用传统光源的测试数据来评价LED光源往往并不客观)。

LED 应用于路灯有先天的优势也有劣势。优势在于：第一，LED作为点光源，如果设计合理，很大程度上可以直接解决传统球状光源必须依靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题;第二，对光照射面的均匀度可控，理论上可以做到在目标区域内完全均匀，这也能避免传统光源“灯下亮”现象中的光浪费;第三，色温可选，这样在不同场合的应用中，也是提高效率、降低成本的一个重要途径;第四，技术进步空间依然很大。

劣势(影响路灯推广应用的因素)：当前价格还太高，光通量低，当前同等照度设计的LED光源价格大约相当于传统光源的4倍(不过在路灯产品中，光源部分占总成本并不高，所以在工程安装中的成本提高比例也不会太高，应用的空间还是比较大的)，在民用中难以承受。当前设计和制造标准比较混乱，损坏比例高，影响了LED的寿命优势。

建议：统一LED标准，提升品质稳定性，成立市场竞争协调组织，避免恶性竞争，大力宣传LED的品质观念，避免受不良实例的影响，要让人们从思想上接受LED其实是可以实现其寿命长的优点的，提高选择和使用LED的水平。

对白光大功率LED需求将达到3亿颗

LED器件应用到路灯上，技术上的特殊要求主要体现在以下两个方面：首先，良好的发光效率稳定性，不能衰减太快。其次，光色的一致性和可维持性要好，不能因为较长时间使用白光颜色发生变化。这两点都要求灯具的整体散热要好，光学设计要到位。

LED路灯与目前普通的高压钠灯路灯相比优势如下：

第一，节能：目前白光LED的发光效率约为80lm/W，较传统高压钠灯可以节电50%～60%，随着LED效率的快速提升，半导体路灯在节能方面显示出了巨大的潜力。

第二，低维护成本：以目前的技术水平和测试结果推算，大功率LED光源可以正常使用10年不用更换，而传统高压钠灯平均1年半就要更换一次，使用半导体光源可以大大降低维护成本。

第三，显色性佳：LED的显色指数高(75～80)，人们的反应速度快，路面看起来更明亮，感觉更舒适，驾驶人员也感觉更安全。而高压钠灯光谱窄，显色性差(20～40)，感觉昏暗。

存在的不足主要如下：

第一，发光效率还不够高：目前虽然试验室水平大功率白光LED的发光效率已经超过了100lm/W，但量产的、性价比高的大功率白光LED发光效率还在60lm/W左右，节能优势还没有充分发挥出来。

第二，地面对LED光的反射率低：由于目前白光LED光谱特征，路面及周边物体对其反射率低，所以路面的亮度较低，与钠灯的黄光相比，这是它的一个弱点。

大功率白光LED光源目前的发光效率还在约70lm/W～80lm/W的阶段，理论其发光效率可以达到300lm/W左右，因此在技术上还有非常大的发展空间。同时半导体光源路灯目前正处于产业发展的开始阶段，在提高散热效率、驱动控制系统优化、配光设计方面还有非常大的提升空间，还有大量的研发工作需要深入开展。