LED光源在道路照明中应用的功效分析

摘 要：本文通过现场测试，以数据事实为依据，通过科学的计算和分析，对城市道路采用LED光源作为道路照明所产生的实际的效益进行了论述。

关键词：LED光源 道路照明 功效 分析

目前，通过各种渠道，大家对LED光源的优良特性都有了普遍的、概念性的认识，如节能、环保（无汞）、使用寿命长、抗震性好、体积小近似点光源、驱动简单、低压直流工作（能与太阳能电池相匹配）、色彩丰富、光束集中、响应速度快等诸多优点，LED点光源在景观照明中已有了广泛应用，这是大家有目共睹，毋庸置疑的事实；但在道路照明中，因其价格昂贵以及光效、光衰和光源系统整体寿命和配光特性等关键技术难题的限制，目前使用范围较少；有些生产厂家及经销商出于商业目的，不顾事实大肆宣传扩大LED的节能性，下面笔者就LED这种新型光源，在国内目前技术水平下，从其理论原理及实际应用的现场测试，两个方面，以LED光源已实际应用的事实为依据，进行合理的分析，通过此篇文章，我相信大家对LED光源在道路照明中应用时，究竟能产生多大的效益，会有个直观、清醒的认识。

一、从理论的角度对LED光源的特点及目前存在的问题进行分析：

（一）、LED光源特点：

（1）、由于LED发光机理上是冷光源，且辐射中光谱全在可见光范围内，因而实际效率有望更接近理论值。

（2）、与传统光源相比，LED光源体积小，在许多应用场合甚至可以将其当作点光源处理。同时它也是一个具有一定光分布的微型灯具。

（3）、白光LED显色性好，色温高，用于道路照明有利于提高人们对物体的辨别能力。

（4）、LED与传统光源在发光形态上最大的区别在于LED发出的光线是定向的，从LED发出的大部分光线就能直接射向被照面，利用的比例远要高于传统的光源。

（二）、LED光源目前存在的问题：

（1）、传统光源都是高温辐射体，高压钠灯、金卤灯等电弧管工作时，都需要外泡壳维持其很高的管壁温度，密闭的道路照明灯具对这种光源工作是有利的，然而对LED却十分有害，因为LED半导体光电器件是热敏元件，其散发的热量需要通过灯具有效地排除出去，否则会引起PN结温度升高，导致光通衰减，效率降低，严重时将完全失效，故散热是LED灯具设计中亟待又一关键技术。

大功率LED尚未解决的散热问题，导致了其光衰较快，有效寿命较短，还无法适应道路功能照明长时间高质量的使用要求。

（2）、半导体照明的配光系统也有待进一步开发，LED的方向性很强，也使这类灯具配光曲线很难满足道路照明蝙蝠翼形的配光要求，高质量的配光系统，成为阻碍LED光源在道路照明领域推广应用的又一技术瓶颈。目前，还没有能与现有气体放电灯配光系统相媲美的产品。

LED光源是与高压钠灯等传统光源很大不同的光源，用于道路照明不能简单的将LED取代现有的灯具，也不能简单的点亮LED即用于道路照明。

许多LED生产厂家及经销商都宣称，他们的LED路灯，在满足道路照明标准的情况下，可以用90W替代250W高压钠灯，节电效果显著，并承诺保用10年以上，我们不妨用90W LED（80lm/W）光源与250W高压钠灯（110lm/W）来进行分析，依据灯具有效利用率，250W高压钠灯有效光输出总量应为250×110×75%×60%=12375lm,而90W LED光源有效总光通量为90×80×75%=5400lm.显然，两者相差很大，不可能替代。如果在同样条件下相互比较要满足12375lm光通量要求，LED光源的功率应为12375/60=200W,节能20%.

二、从现场测试角度以数据事实为依据，对LED光源应用于道路照明所产生的效益进行分析

（1）、从LED造价及高压钠灯灯具价格上分析：按市场价格，1W LED40元，200W为200×40=8000元；普通250W 高压钠灯灯具价格约1500元左右。

每盏250W高压钠灯每年电费为：0.275（kw）×365（天）×11（小时）×0.5（元）=552元采用LED光源灯具节省电费为：552元×20%=110元

采用LED光源灯具增加的投资：8000元-1500元=6500元

需要约 6500/110=60（年）才能收回投资由此可见，目前使用LED 从经济角度考虑，实际并不划算。

（2）、众所周知，太阳能是当今各国大力开发利用的绿色能源，2007年，我市某条18m宽次干路，原设计为9m灯杆，250W高压钠灯光源，40m间距对称布置，由于春节前夕居民呼吁急需照明，在电源暂时解决不了的情况下，甲方强烈要求在原杆高、灯间距维持原设计不变的情况下，每灯为60W LED光源，并采用太阳能板（单晶/多晶太阳能电池）给LED路灯供电。

现场路面照度测试结果如下

由此可见路面平均照度值4.65lx,不足5lx 远远低于原设计采用的高压钠灯光源，路面平均照度大于25lx;路面照度均匀度大于0.4的标准。很明显，LED光源光效远低于高压钠灯光源光效。

此外，太阳能光电池每瓦约40元左右的价格相对来说已经很贵，而且太阳能LED路灯存在以下问题：

1、受环境影响大。无日照的情况太阳能光电池只能持续供电三天。如果连续阴天三天以上，或路两侧有高层建筑影响采光，将直接影响太阳能光电池储能，LED路灯发光时间及效能将不能保证。

2、太阳能光电池和蓄电池寿命大约3-4年，寿命到后更换这二个部件又需要一笔投资费用。当今价格，一根60W太阳能LED路灯是普通高压钠灯路灯造价的两倍以上。

另外应甲方邀请，我们对某公司的LED路灯经安装在另一条15m宽次干道路，灯间距25m交错布置，安装的两种光源分别为90W、120W的LED路灯进行现场测试，测试数据如下：

90W LED光源现场测试数据

120W LED光源现场测试数据

       经计算90wLED光源路面平均照度约为E平均=8lx;路面照度均匀度约为U=0.25.

经计算120wLED光源路面平均照度约为E平均=11lx;路面照度均匀度约为U=0.27.

按CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》要求，次干道路面照度应不低于10lx,均匀度不低于0.35.

从实际测试的数据可见，采用120w LED光源，照度刚能满足城市道路照明设计标准，但均匀度不能满足。在道路的同等条件下，若采用250W高压钠灯光源测试，路面照度最高能达到35lx以上，若选用好一些的灯具，路面平均照度能达到25lx、均匀度能达到0.4.

从一次性投资情况看120W LED灯具是普通高压钠灯灯具的2~3倍。显而易见，采用LED光源应用于道路照明，既浪费资金，照明效果又不太好。

由上述分析可见：成本是LED光源取代传统照明的最大障碍；由于目前技术质量方面的原因，LED光源路灯未能实现批量生产，虽然市场上有不同价格的产品，但总体价格比传统路灯要高出很多，而且其发光效率、寿命、配光目前还比不上传统气体放电灯，在同样照明质量的前题下，存在虽然节省20%电费，但同时又需要增加一笔可观的投资，需要数年才能用节省的电费收回增加投资的状况，因此大大阻碍了半导体照明在城市道路照明领域中的推广应用。

通过以上分析并不表示LED路灯前途堪忧，就目前高品质LED的科学应用时，相对高压钠灯光源已有节能效果体现， 若按前几年光效从30-80lm/W的速度增长，赶上和超过高压钠灯完全可以实现，但在当前LED光源路灯热潮中要避免浮躁，急功近利情绪，不要过分扩大它的效能。由于半导体照明产业具有一定的发展势头和广阔前景等多种特点，LED光源无疑在道路照明领域拥有很大的发展潜力。事实上高压钠灯光源也在发展当中，我国政府补贴扶持的节能照明产品中，高压钠灯光源仍是其中一员，所以目前要更换替代高压钠灯光源尚不是时候，作为设计人员，我们需要做的工作应当根据每种光源各自的特点，在不同的场所让每种光源充分发挥其优势。