LED在城市照明应用和发展前景探讨
桂林市城市照明管理处（541004）
摘 要：近年来，全球性的能源紧张一直在持续并有日渐严重的趋势。原油价格的暴涨带动其数量庞大的下游产品价格也不断激增。据联合国公布的数字，按照目前的开采速度，全球的石油、天然气等主要能源将在数十年内耗尽和枯竭。随着能源情况的不断恶化，我国政府提出建立“节约型社会”的主张，并将能源安全上升到国家战略的层面，予以从未有过的高度重视。本文主要针对LED光源在城市照明应用存在的问题和发展前景作一探讨。
关键词：LED光源 城市照明 存在问题 发展前景
国务院《节能减排综合性工作方案》中明确规定对省级人民政府领导班子和领导干部实行“问责制”和“一票否决”制。2007年，温总理明确提出了关于落实节能减排的10大工作中，半导体照明（LED照明）等高效节能灯照明为代表的绿色照明就作为其中的一项主要工作位列其中。
LED照明系列产品的先进性主要体现在其卓越的节能优势和环保特性。用它对汞灯、钠灯、金卤灯、日光灯等传统照明光源进行替代可以很好的解决传统光源普遍面临的耗电量高、发热量大、光效低且损坏率高、含有汞、钠蒸汽和金属卤化物等有毒有害物质的问题。大功率LED路灯是一种通过直流低压点亮发光二极管组成实现照明需求的一种新型照明方式，具有亮度高、显色性好等特点；另外，由于LED路灯的输入为低压直流，能与太阳能结合起来，使得太阳能LED路灯成为了未来道路照明方式的一种可能。
一、LED光源简介
LED（Light-Emitting-Diode）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，又称发光二极管，是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端施加正向电压时，半导体中载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光、远红外、近红外光，在照明中只利用了LED的可见光。
LED作为照明光源，其特点如下：
1、高效率，高亮度：按照通常的光效定义，LED的发光效率并不高（一般10-30lm/W,目前已知光效最高的橙红色LED光效可以达到55lm/W），但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可以达到80-90%,而光效差的白炽灯其可见光效率仅为10-20%.
2、低热量：由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，LED属于典型的绿色照明光源。相比传统光源来讲，可称为冷光源。
3、高纯度光色：典型的LED光谱狭窄，发出的光线很纯，还原于自然色彩。
4、多色彩：赤橙黄绿青蓝紫，理论上可有无数种组合。
5、能耗小：单体LED的功率一般在0.03-1W,通过集群方式可以满足各种造型的需要。
6、寿命长：光通量衰减到70%的理论寿命为10万小时，实际应用中至少可达5万小时。
7、体积小：可平面封装易开发成轻薄短小产品，做成点、线、面各种形式的具体应用产品。
8、安全：LED单体工作电压1.5-5V之间，工作电流20-70mA之间，人体接触无危险。
9、响应快：适合于频繁开关以及高频运作的场合。
10、无污染：LED光源不含汞、铅等有害物质，废弃物可回收，没有污染，可谓绿色照明。
11、控制灵活：通过调整电流可以调光，不同光色的组合可以调色，加上时序控制电路可以达到多样的动态变化效果。
12、防撞击和防震动，采用环氧树脂的封装结构可承受高强度的机械冲击和震动。
13、冷启动和低直流：在-40℃的环境下也可启动，LED灯是电流驱动的固态照明装置，在3.5VDc环境下照常工作。
14、免维修：一般情况下，5年~10年不用维修。
二、目前LED在城市照明中的主要应用形式
1、景观照明
一般景观灯包括庭院灯和草坪灯等，由于LED不像传统灯具光源多是玻璃泡壳，它可以与城市街道家具很好的有机结合。可以在城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺区域进行照明。对于花卉或低矮的灌木，可以使用LED作为光源进行照明。
LED隐藏式的投光灯具会特别受到青睐。固定端可以设计为插拔式，依据植物生长的高度，方便进行调解。桂林市“两江四湖”景区已广泛采用。
2、道路照明
随着LED技术的发展，在道路照明中的应用也逐渐受到重视。目前主流LED照明公司正在积极开发出将LED技术应用于道路照明的最佳方案，从而研发出更加耐用、低能耗的道路照明设备。研究人员表示，LED节能省电，在降低能源消耗以及整体操作成本的同时，LED路灯有助于减少光污染，此外，大城市向天空排放热量的时代可能就要成为过去。我市于2008年5月已建成芙蓉路LED绿色照明示范街。
3、利用太阳能电池作为能源的LED灯具
目前大多数太阳能路灯所用的光源都是LED光源，因为LED低耗电的特点使利用太阳能电池作为能源大规模应用成为现实，极低的工作电压省去了传统光源必需的DC-AC转换电路，使能源的利用率大大提高，扩大了灯具的应用范围，节约能源，有利环境保护。桂林市芙蓉路绿色照明示范街正在试用。
三、目前LED在城市照明应用中存在的问题
随着LED应用技术水平的提高，LED被广泛地应用于城市夜景中，给城市夜景的表现增添了新的活力，因而备受青睐。但是我们应该看到：由于一些城市在进行城市夜景建设前没有进行总体的规划和定位，在夜景建设上大面积地采用LED照明，使一些城市夜景显得零乱无序，缺乏品位，城市夜景的特色无法体现，影响到城市的形象。
目前LED在户外照明应用中具体存在如下问题：
1、缺乏规划设计，亮化工程中LED被盲目应用一些城市在进行夜景建设前，没有进行城市夜景照明的专项规划，即使一些单体的景观照明设计也
往往由灯具厂商或工程商提供照明方案后进行招标建设，特别是近年来LED在城市夜景应用中所占的比例越来越重，建设速度越来越快，大有“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”之势。同时，在使用LED时，对光色不加控制，彩色光使用越来越花俏，变化闪动频率越来越高，使夜景视觉效果较为混乱。一些城市的标志性建筑、行政办公建筑、居民住宅建筑等也因不恰当地使用LED,使这些建筑景观照明失去应有的风采，甚至影响了居民的夜间生活，干扰交通。
2、LED产品过于单一，表现手法过于简单由于LED产品仍处于研发阶段，目前市场上用于夜景照明工程的LED灯具品种常见的有LED轮廓灯、扁线灯带、点光源、线型洗墙灯等。尽管一些厂商也开发了大功率LED投光灯、洗墙灯等，但因其成本过高难以得到应用。尤其是在建筑景观照明上，大量的采用了LED轮廓勾边、横向纵向布阵、点线结合等简单设计方法，造成了城市夜景点线重复交叉、图案化、雷同化、构图混乱，导致夜景效果缺乏艺术性。
3、LED光源性能需进一步提高：
LED光通量有待进一步提高。LED的光效与高强度气体放电灯（HID）相比仍有较大差距，采用LED作为照明光源，必须可以发出更多的光，必须具有更高的能量转换效率，目前世界各国均加紧了对提高LED发光效率方面的研究；LED发出的光与自然光相比仍有一定的差距。自然光具有非常强的黄色光谱成分，给人一种温暖的感受；而白光LED发出的白光带有较多的蓝光成分，在这种光的照明下，人们的视觉不很自然。
4、彩色和动态光使用不当。
5、成本较高，这是影响高品质LED照明灯具普及的主要原因。
6、产品的一致性、可靠性和标准规范化有待提高。
7、电光源技术与微电子技术的集合程度不够，控制方式较为单调，控制手段比较原始。
四、LED城市照明在未来的发展前景
过去10年来，LED在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。LED以其令人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源无可比拟的作用。
首先，高亮度的LED（HB-LED）技术的飞速发展使LED成为普通照明光源变为现实。LED发光效率、寿命以及光输出的明显改善激活了LED照明应用的早期专用市场，看好LED照明的人士深受鼓舞。实际上，美国、日本、韩国及中国（包括台湾地区）等都已提出LED照明计划，并正在进行相关研究与开发。
其次，LED色彩饱和和设计灵活，设计人员非常青睐。绝大多数LED照明应用都是彩色的。红、绿、黄LED的组合使色彩及灰度（1670万色）的选择具有较大的灵活性。
此外，与传统光源相比，LED可节能约90%,并且光束不产生热量。在白光应用中，LED的发光效率是白炽灯及卤素灯的2倍以上，并且最好的白色LED比标准100W白炽灯的效率要高出许多。目前，在实验室中演示的白色LED的发光效率已接近荧光灯（80lm/W）。照明用电占整个用电量约五分之一，因此LED的首要目的就是节能，其次可减少石油进口、降低温室效应。我国目前每年用于照明的电力接近2500亿度，其中若能有1/3采用半导体照明，每年就可节电800亿度左右，基本上相当于三峡电站的年发电量。
而且，LED理论寿命长达10万小时，意味着每天工作八小时，可以有35年免维护的理论保障。低压运行，几乎可达到100%的光输出，调光时低到零输出，可以组合出成千上万种光色，二发光面积可以很小，能制作成1平方毫米。经过二次光学设计，照明灯具达到理想的光强分布。快速发展的LED将为照明设计与应用带来崭新的可能性，这是许多传统光源不可能实现的。
近期LED在照明领域应用的关键是避开传统照明灯具而瞄准传统照明灯具没有明显优势的市场领域。
主流照明公司已着手评估LED的潜力，已开发出基于LED的系列产品。Strategies Unlimited公司对全球LED及其照明市场的发展预测，预计未来整个LED市场的年均增长率为21%,2008年将达50亿美元。
目前，LED的主要缺点是成本高、光输出低，这是LED技术攻关要解决的主要问题，最近几年已取得较大进展。对商业白色LED来说，利用大面积芯片及特殊封装技术可以使每个器件的光输出提高100倍，并使每流明光输出的成本下降80%.有关人员称，将来正式生产时其性能还会提高成本还会下降，预计在未来5年内LED在照明市场应用将取得实质性进展。
不管怎样，今天全世界的目光都聚焦在LED这个新型的光源上，被誉为21世纪的绿色照明产品，甚至人们预言未来会大部分取代传统的光源。LED固态照明带来的第三次照明领域的革命，将会成为最有效的节能和环保手段，通过改善人类生存环境、发展照明的新概念和新模式来改善和提高人类的生活质量。