led光源与高压钠灯光源在城市道路照明中的应用

led光源与高压钠灯光源在城市道路照明中的应用

led灯对城市照明的影响《道路照明规则》（jj45-2006）明确规定，城市街道、主干道、支路和支路应采用高压钠灯。应在居住区的街道上使用高压钠灯或小功率金属卤化物灯。因此,目前在各类城市道路照明中,无论是设计者还是应用单位都会优先考虑采用高压钠灯,高压钠灯成为目前应用在城市道路照明中最主要的光源。LED在照明领域具有广阔的发展前景,已逐渐成为全球最热门、最受瞩目的光源,被认为是21世纪最有可能进入普通照明领域的一种新型固态冷光源,是照明史上继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后又一场照明光源的革命,已经被称为第四代照明光源或绿色光源。2008年以来,LED路灯在我国步入快速增长的发展阶段,国家政策给予大力支持。2009年4月,科技部核定21个大中型城市为“十城万盏”政策试点城市,推行LED在各类城市道路照明工程试点工作。“十城万盏”工程描绘的前景十分诱人,大家看到这个巨大的商机,不论是路灯企业、半导体企业还是其他企业都纷纷加入到LED路灯的生产行列之中。全国试点和非试点单位城市一拥而上,开始大规模在新建道路上安装建设LED路灯,有些城市甚至把高压钠灯路灯盲目更换为LED路灯,全国成了LED路灯的试验场,但多数没有达到预期效果。许多媒体没有实事求是报道LED路灯的实际应用情况,过度炒作夸大LED路灯的性能和节能效果。目前,LED路灯确实存在一些争议和待研究探讨的问题,LED能否用于城市道路功能性照明,并在将来代替高压钠灯成为城市道路照明的主流光源,需要我们从不同的技术领域和不同的视角去客观地分析。1高压钠路灯高压钠灯是一种高强度气体放电灯,其发光效率高,在城市道路照明中应用已有30多年的历史。1.1高压钠路灯的优点1.1.1由于功率不同，高压钠光的光效源差异，通常为100.130w/w。功率越大，光效越高高光效高压钠灯的光效可达140lm/W左右。1.1.2影响因素的影响制造的质量原因外,高压钠灯的寿命还受环境温度、镇流器、触发器、灯具类型、电源电压的稳定性、燃点位置、开关次数等因素的影响。长寿命高压钠灯的寿命可达24000h以上。1.1.3实践表明，快速路和主干道的地板都是低颜色的2000K左右)的高压钠灯路灯,驾驶员的视觉效果、心理安全感较好;在有雾、多尘、细雨环境下,高压钠灯的穿透能力更有独特的优势。1.1.4高压钠光灯的二次光曲线为蝙蝠翼，最大光强方向为0°~75°,满足设计标准中截光型、半截光型灯具的要求,控制眩光效果较为理想。1.2无核硅钠路灯的缺点1.2.1机动车交通道路新规由于高压钠灯的显色指数较低,因此《城市道路照明设计标准》(CJJ45-2006)明确规定:市中心、商业中心等对颜色识别要求较高的机动车交通道路可采用金属卤化物灯;商业区步行街、居住区人行道路、机动车交通道路两侧人行道可采用小功率金属卤化物灯、细管径荧光灯或紧凑型荧光灯。1.2.2高压钠灯显色电导率计算公式2.高显色高压钠灯的色温已可达到2300~3000K,显色指数大约为80~88。颜色改进型的高压钠灯的光效比高显色高压钠灯高。无论是颜色改进型的高压钠灯还是高显色高压钠灯,都是以牺牲光效作为代价的。1.2.3用电离作用装置的高压钠灯的最小干扰率为042左右,为提高功率因数需安装电解电容。电子镇流器可以不用安装电解电容,但目前还不推荐使用150W以上的电子镇流器。1.2.4抗电压波动能力低。当供电电压降至一定程度时，很容易停止1.2.5启动和启动时间长2led色度与显示原理LED(LightEmittingDiode)是一种半导体固体发光器件。LED问世于20世纪60年代初,首先出现红色发光二极管,之后黄色、蓝色、绿色LED也先后研制成功,1996年白色LED成功开发,到目前为止,色度方面已实现了可见光波段的所有颜色。LED在信号、显示和背光源等方面得到广泛的应用。近年来,随着超高亮度大功率白光LED的研制成功,LED的应用领域从小功率背光照明等跨越至大功率功能性照明。2.1绿色路灯的优点2.1.1产业规模已达100lm/w、量产水平的光效提高了近10倍,国外高品质芯片的光效研发水平已经达到190lm/W、量产水平已达到120lm/W。我国近期的产业计划是要达到100lm/W的量产水平。未来LED很有可能成为光效最高的光源。2.1.2由于路灯的高显示，通常为65.85间,较适合安装在市中心、商业中心、居住区等对颜色识别要求较高的道路上。2.1.3由于电动汽车的高参考率，可达095以上,不需安装电解电容。2.1.4cek使用环氧树脂密封，抗振动，特别是在振动较大的情况下，如道路和桥梁等2.1.5由于绝缘材料中没有铅和钠等有害因素，大多数绿色能源产品对环境没有影响2.1.6由于这种新型材料的耐色性，它从3000公里到8000公里不容易选择用户2.1.7由于绝缘光的输出具有频率，它对照明运动物体非常有用2.1.8由于ce启动功能好，可以随时启动2.1.9由于户外能源输入的交流范围很大，特别适用于长距离路灯的电缆电路，几乎没有自我衰减2.2德国的路灯不足2.2.1灯具的光学配光高,这在信号、指示和景观照明等小功率使用领域是优势,但给LED路灯灯具的光学配光增加了很大的难度。LED光源发光角度较小,灯下光线比较集中,使两个灯杆之间部分的亮度太暗,不能满足亮度(照度)均匀度等道路照明评价指标的要求,以致于目前LED路灯不能用在主干道和次干道上。2.2.2尚未解决的色散问题带来了它光衰较快,有效寿命较短,还无法适应道路照明长时间(连续11~12h)高质量的使用要求。2.2.3100000h,生产厂家标称的LED灯具(含光源、驱动器)寿命已可达30000~50000h。除制造工艺对质量产生的影响外,LED灯具的寿命还受IP防护等级、灯具散热、驱动电路电子元器件(部分电子元器件的寿命较短,如电解电容只有15000h的平均寿命)、雷电感应等因素的影响,实际上LED灯具的寿命比生产厂家标称的寿命小许多。2.2.4多雾+细环境分,舒适感较差,视觉效果不易为人们所接受,眩光会比高压钠灯大些,也不太适合多雾和细雨的环境。2.2.5LED光源在路灯中由于受到亮度(照度)均匀度和功率小的限制,以现在的技术水平无法在城市道路主干道与次干道中应用,只适宜在城市支路、小区道路等中使用。3高压钠路灯与绿色路灯的分析与比较以下结合城市道路照明的特点,对LED路灯与高压钠灯路灯在节能、经济性、运行维护、产品标准等方面进行分析与对比。3.1led灯灯光非线性技术城市道路照明是一项社会公共服务,其目的是为各种车辆的驾驶人员和行人创造良好的视觉环境,保障交通安全,并应在保证照明效果的前提下,尽可能地节约电能。从发光效率看,道路照明用高压钠灯的发光效率一般为90~130lm/W,功率越大,光效越高,高光效高压钠灯的光效可达140lm/W左右。目前,LED路灯的发光效率为50~90lm/W,少部分可达100lm/W左右,即使考虑LED灯具的效率比高压钠灯灯具高的因素,现阶段LED路灯的实际光效还是低于高压钠灯路灯。LED路灯是在其灯具内安装几十个甚至上百个1~3W的LED芯片(光源)所集成的,芯片自身带有小型反光镜或透镜。由于LED路灯灯具本身的结构特点,在光源光通量相同的情况下,直接到达路面的光通量比高压钠灯少,其整体灯具的利用系数比高压钠灯灯具低,因此LED路灯的实际平均照度就相应偏低了。LED路灯灯具配光不尽合理,从厂家提供的配光曲线图可以看出,LED路灯灯具的配光类型基本上都是属于截光型,灯杆间距应不大于3倍灯具安装高度;高压钠灯路灯大都使用半截光型灯具,灯杆间距应不大于3.5倍灯具安装高度。安装LED路灯的灯杆数(路灯数)比安装高压钠灯路灯多出20%左右。从附属配套装置的电气线路看,LED路灯的驱动电源消耗约占其标称功率的6%~12%;高压钠灯节能型电感镇流器消耗功率约占其标称功率的8%~12%。LED路灯附属配套装置的功耗与高压钠灯路灯相比差别不大。高压钠灯可安装可调功率镇流器,主要规格有400W→250W、250W→150W、150W→100W,在后半夜,通过改变阻抗参数而改变工作电流,降低光源的消耗功率,节电效果显著,保证照度均匀度和光源电气产品的安全性,是目前应用在高压钠灯上效果较好的节电方式。高压钠灯的功率因数为0.42左右,安装电解电容后可达到0.85~0.9;LED路灯的功率因数≥0.95,无需安装电解电容,LED路灯在这方面占有较大的优势。综合以上分析,在达到相同照明数量和质量(按《城市道路照明设计标准》(CJJ45-2006)的要求)前提下,LED路灯的综合节能量化评价指标(每瓦功率提供的照度)大都不如高压钠灯,LED路灯与高压钠灯路灯相比,在节能方面没有明显的优势,甚至可以说是不节能的。2010年6月底起,中国市政工程协会城市道路照明专业委员会就LED路灯能否代替高压钠灯路灯、城市照明行业实际应用情况如何等问题,开展了对21个试点示范城市关于“十城万盏”LED路灯应用情况的调查。从18个试点示范城市返回的调查表中可以看出,在现阶段LED路灯还没有达到厂家和部分媒体所宣传的节能效果,也不能得出LED路灯比高压钠灯路灯节能的令人信服的结论。3.2氧漂灯设备价格调整器led灯灯杆、灯具LED光源在路灯中由于受到均匀度和功率小的限制,同样里程的道路比使用高压钠灯所需的灯杆、灯具多出20%左右,并且LED灯具价格要高出高压钠灯灯具(含光源及附属电气装置)3~5倍,增加初始投资成本。从设计和使用角度来看,使用LED路灯并不能较大程度地减少箱式变压器的容量和路灯电力电缆的线径,减少投资成本不明显。3.3高压钠灯灯系统故障分析目前,全国有几千家LED照明产品生产企业,各厂家生产的LED路灯的产品外观、LED芯片的排布方式和数量、功率规格、散热方式、驱动电路的外观尺寸和内部设计等多种多样,这给LED路灯的维护工作带来极大不便,也不符合市政公用设施标准化、通用化的设计原则。高压钠灯路灯经过几十年的实践应用,产品生产工艺成熟,产品性能稳定;各种产品配光形式多样,能适合不同场合的需要;市场发展平稳有序,有许多著名品牌。高压钠灯路灯的日常维护工作主要涉及光源和附属电器装置。由于系统结构简单,在故障时易于维修,而且产品规格型号有统一标准,不同厂家的灯具、光源、电器等可以互换,维护成本低,因此高压钠灯路灯现场维修很方便。而LED路灯产品标准中没有关于灯规格的要求,目前各厂家产品的品种规格繁多,产品之间没有互换性,甚至自家产品之间也没有互换性,给维修带来极大困难。LED路灯发生故障时,现场很难维修,只能整体更换,或拆回寄到厂家维修,路灯的亮灯率难以达到要求,如果要大面积使用LED路灯将给路灯管理部门带来极大不便,同时整体运行维修成本大大高于高压钠灯。高光效高压钠灯的寿命已可达20000h左右。LED光源和其驱动器均为电子元器件,在条件恶劣的室外,在光照、自身发热、雨雪、震动、灰尘、雷电及线路故障等不利因素的作用下,其实际寿命必将缩短。目前,LED路灯的寿命比不过高压钠灯,稳定性差,维修和更换的频率更高。3.4高压钠灯灯检测工艺至今为止,我国对高压钠灯光源及其附属电器装置(镇流器等)所制定的国家标准系列是很完善的,基本上涵盖了对产品各个方面的技术要求和安全要求,对高压钠灯路灯的产品设计、制造和检测具有实际的指导意义,其检测体系也十分完善,产品质量有保证。LED路灯由于发展很快,而产品标准的制修订需要一定的时间,所以现行LED路灯产品标准的各项性能指标都低于目前技术成熟产品的性能指标,这在一定程度上导致国内市场上销售的产品技术水平及产品质量差异较大,使得整个LED路灯产业的发展受到制约。4led灯光学性能LED路灯作为近几年才快速发展的产品,目前遇到许多技术瓶颈,主要有:(1)大功率LED的发热问题。LED光源的长寿命是基于其温度控制基础的,PN结温度升高会造成器件性能变化和衰减,并影响显色性和色温的稳定。要解决大功率LED的发热问题,首先应该制造出具有良好质量的LED芯片,少产生热量,其次LED灯具应在满足IP防护要求的前提下,保证散热的可靠和持续有效;(2)LED的光谱、配光与传统光源有很大不同,整个光度学和色度学的评价体系需要重新建立;(3)LED的二次光学配光设计。配光设计对LED路灯的配光及光输出效率至关重要,良好的道路照明要求LED路灯的极坐标配光曲线图为蝙蝠翼形,等照度曲线图以矩形或近矩形为宜;(4)LED路灯的光效有待于进一步提高,达到或超过高压钠灯的光效水平;(5)大功率、高光效LED芯片的性价比还较低。5加大led灯的应用,建立先进的党组织生活通过以上对高压钠灯路灯与LED路灯的综合应用分析与对比可以看出,目前LED路灯在性能、成本效益等许多方面并没有明显超过高压钠灯路灯的优势,高压钠灯在城市道路照明中仍占主要地位,并且还要持续相当长一段时间。但由于高压钠灯的光色差、显色指数低,未来将有可能被其他优质高效的绿色电光源所替代。目前,在国外,LED应用于城市道路照明仅处于试验阶段,但LED可应用于城市道路照明已是业界的共识,要做到大规模的应用尚待时日。LED在功能性城市道路照