浅谈LED节能灯在城市路灯系统中的应用

陈 宾，黄双华，汪 杰 ，段寒风

(1. 西华大学绿色建筑重点实验室，四川成都 610039；2. 攀枝花学院土木与建筑工程学院，四川攀枝花 617000)

浅谈LED节能灯在城市路灯系统中的应用

陈 宾1, 2，黄双华1, 2，汪 杰1, 2，段寒风2

(1. 西华大学绿色建筑重点实验室，四川成都 610039；2. 攀枝花学院土木与建筑工程学院，四川攀枝花 617000)

受环境、光照等客观条件的限制及太阳能路灯产品本身存在的缺点，当前我国城市路灯照明系统节能的一个重要研究方向为LED灯管的推广和使用。作为新型节能产品，LED照明产业受到国务院和各级地方政府的高度重视。LED路灯光源特性具有光衰小，灯具寿命长，电压较低，产品安全可靠等方面的优势，使得产品在使用和推广过程中，取得了可喜的成绩；但是LED路灯在技术层面仍然存在一些未解的难题，需要我国及世界范围内对该项技术研究的不断深入，根据使用过程中出现的各类问题，有针对性地进行改进。

城市照明； 节能系统； LED路灯

1 LED节能路灯是城市照明的发展方向

城市照明用电在城市总耗电中占有较大比例，据中国科学院不完全统计，目前城市照明用电占城市总用电的12%以上，且有不断增长的趋势。道路照明节能正成为一项节约能源、保护环境的重要举措。

城市道路照明的作用和地位日益突出，已成为现代化都市的重要标志之一。一方面，市民和各级领导对亮灯率和维护及时性要求提高，城市路灯的覆盖范围、照明质量和数量也随之快速增加，致使城市路灯的能源消耗和运行成本急剧增加。而且随着近年社区整治、中小街道改造工作的深入发展，以及亮灯率指标的不断提高，路灯电耗将逐年快速增长。目前太阳能路灯在使用过程中主要存在的问题是：太阳能转化板能源转换效率较低，不足以支撑大功率用电；空气中大量存在的粉尘颗粒影响太阳能转化板的接收效率；城市树木对路灯太阳能板有遮挡作用；太阳能电池板的回收利用及综合处理困难等等。此外，对于一些盆地型城市(如成都)，受地域因素限制，风能、太阳能较贫乏，也一直制约着太阳能光电、风光互补照明路灯的应用和推广。现阶段我国路灯照明系统节能的一个重要研究方向为LED灯管的推广和使用。

2 LED照明产业介绍

作为新型节能产品，LED照明产业受到国务院和各级地方政府的高度重视，相继出台了很多支持产品开发、技术创新以及应用推广的政策措施。2009年9月，国家发展与改革委员会联合科技部、工业和信息化部等六部委发表《关于印发半导体照明节能产业发展意见的通知》。通知指出，半导体照明是继白炽灯、荧光灯之后照明光源的又一次革命。半导体照明技术发展迅速、应用领域广泛、产业带动性强、节能潜力大，被各国公认为最有发展前景的高效照明产业[1]。

3 LED路灯照明系统简介析

LED路灯即半导体照明灯。大功率LED路灯的光源通常采用低压直流供电，由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，以发光二极管作为光源。因它是一种固态冷光源，具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点，是具有广泛应用前景的一种节能型路灯系统。特别是其低耗电、无污染的性能，目前已在全世界范围内取得广泛共识。

以成都市长顺下街及周边部分支线为例，现场测试数据如表1所示，耗电量统计如表2所示。

表1 现场测试数据(电源电压稳定在220V交流电)

表2 耗电量统计 (kWh)

从表1、表2格可以明显看到，与传统高压钠灯相比，采用LED路灯作为城市照明路灯，不仅在耗电量上有高达40%以上的节能效率，而且LED路灯的均差和极差更小，路灯光照的均匀性得以进一步提升。

3.1 LED路灯的优势

(1)LED路灯光源特性。

LED路灯形成单向性光源，由于没有发生光的漫反射，能够保证光照效率以达到节能目的。

(2)LED路灯拥有比高压钠灯更高的光显色性。

LED光源输出白光显色性高达70以上，色温适中：5000～6000 K，相比钠灯，光色更为自然。LED路灯的高显色性能在同样的路面亮度下提供更好的通行条件，使得路面看起来更加明亮，方便司机及行人识别目标，提升安全感。

(3)LED路灯光衰小。

LED路灯kh光通量减弱不到3%[2]，正常使用10年仍能满足道路照明要求；而高压钠灯光衰大，每年光通量下降值将达到30%，甚至更高；因此，在路灯功率的设计上，LED路灯可以比高压钠灯低，节省耗电。

(4)LED路灯有自动控制节能装置，可实现0～100%连续调光，可根据环境光照及交通状况灵活调整光输出[3]。

LED路灯这一特性，能够在保证照明质量的同时降低不必要的功耗，在满足不同时段照明要求情况下最大可能的降低功率，节省电能。受最低工作电压要求的局限性，采用传统钠灯及金卤灯的路灯，一般只能实现小范围的调光控制。

(5)LED路灯电压较低，产品安全可靠。

LED路灯是低压光电器件，单颗LED功率只有1 W左右，驱动单颗LED的电压只有3～3.5 V，采用对人体不会造成明显损伤的安全电压，更加适用于公共场所的照明。

(6) LED灯具寿命长，在良好的散热条件下可在连续开关闪断的状态下工作达5 000 h，光衰小，有效降低维护工作，减少运行成本。

3.2 LED路灯在使用过程中存在的主要问题

(1)散热问题。

LED是个光电器件，其工作过程中只有15%～20%的电能转换成光能，能源利用效率不够高；而且，由于大量电能转换成热能，将使得LED路灯的温度急剧升高。灯盏温度过高，遭遇空气冷气流时容易造成灯罩的骤冷形成裂缝，影响LED的使用寿命。

(2)光源穿透力较差。

目前的LED路灯采用的是白光芯片，虽然显色性高于高压钠灯，但白光的穿透性弱于黄光，对于诸如成都、昆明等内陆多雾城市，将降低道路照明的诱导性，给交通安全带来一定安全隐患。

(3)使用寿命受限。

LED的一大优势是长寿命，大功率LED芯片的寿命可达5 000 h[4]。城市路灯管理部门及房地产开发商在选用路灯产品时，除考虑节能经济性外，往往同时考虑产品的维修成本。事实上，受驱动电源等电子元件寿命的局限，虽然LED芯片的寿命可以达到甚至超过5 000 h，LED灯具整体使用寿命却通常只有2 000 h不到。

4 结论

综合上述分析可知，以LED路灯替代传统钠灯照明系统作为城市照明，将改变传统高压钠灯存在的耗电严重、视觉效果差、维护成本高、交通隐患多等缺点，虽然目前在技术层面仍然存在一定的难度。但应当看到作为新兴产品，LED路灯光源高显色性，可实现0～100 %连续调光等方面的优势，特别是其光衰小，使用寿命长等优点更是其他路灯光源所不能比拟的。伴随着我国及世界范围内对该项技术研究的不断深入，根据使用过程中出现的各类问题，有针对性地进行改进，LED路灯明天将更加灿烂，并为城市的节能减排工作提供有效推动作用。

[1] 国家发展与改革委员会 半导体照明节能产业发展意见[S].2009

[2] 夏洧博，牛越，王康,等.LED城市路灯的发展现状及展望[J].灯与照明，2011，(2)

[3] 叶峰，林海阔. 新兴LED路灯与传统HPS路灯的应用比较[C]//2010中国道路照明论坛论文集.2010

[4] 林清洪. LED路灯运用推广的意义[C]//太阳能光伏照明LED技术与应用研讨会.2011

四川省高等学校绿色建筑与节能重点实验室项目(Szjj2014-022)

陈宾(1987～)，男，硕士研究生，主要从事新能源方面研究。

TU998.9

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[定稿日期]2014-12-03