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                        LED光源应用于道路照明的若干问题探讨

                        来源:hkguanyu.com 发布时间:2019-01-15 返回

                         1、二次光学设计

                            目前用于道路照明的大功率LED光效基本在70-90Lm/W,这与高压钠灯(100-120Lm/W)相比还具有一定的差距,但由于LED具有定向发光特性,发光角度在120度以内,通过光学器件的合理设计,这两者差距就会明显缩小。

                            1.1 灯具效率   一般传统高压钠灯路灯的灯具效率在75%左右,而利用LED定向发光特性,灯具效率可以达到79%;

                            1.2 灯具出光效率的有效利用  传统路灯的光通量有效利用率50%,有一部分光线溢出并且无法利用,特别是朝向屋边的光线,不能准确地控制在照射面上,造成光污染,而LED路灯可以准确控制光线方向,有效利用率60%以上;

                             从上面两点可以看出,只要LED路灯二次光学设计合理,投向目标照射面的有效光通量和传统路灯基本接近。

                          1.3 一些不妥当的观点

                          在当前的道路照明领域中可能存在一些不太妥当的观点,归纳如下:

                          (1)强调灯具总流明数和灯下照度,忽视灯具应用场合和配光设计;

                           这样造成的结果就是:路灯中心照度太高,而均匀性不够完善。既浪费能源,还没有达到理想的效果;

                          (2) 不同配光需求的混同

                           路灯布置方式有单侧布灯、两侧交叉布灯、两侧相对布灯、丁字路口布灯、十字路口布灯和弯道布灯等多种形式。路灯不同的布置方式,其对应的配光要求是不同的。如果所有的应用场合都使用相同的配光设计,是不恰当的。

                            (3) 过分强调“环境比值SR”
                            由于道路等级和照明环境的不同,对路灯的总光通量显然是不同的。路灯除了照亮行车道外,还应对辅道和周围环境有一定的照明。这也是照明规范中提出“环境比值SR”的原因。但是“环境比值SR”用到任何道路就显得不可取。因为“环境比值SR”是考虑到行车安全而提出来的,在距离行车道周边一定范围内,有相当的照度水平,以供驾驶人员判别周围事物是否存在行车危险。目前,我国不少城市道路采用机非隔离或全封闭形式(如高架桥,快速线等),甚至还专门设置辅道照明灯,如果过分强调单个路灯的“环境比值SR”而提高灯具光通量,只会增加光污染。
                             

                         2、LED路灯散热设计

                          2.1 散热问题的长期性

                          目前,我们可以使用的传热手段也基本明确:传导、对流、辐射和相变传热(热管就是相变传热的经典范例)。
                          根据光通量(流明)与辐射通量(瓦)以下的当量关系:
                         Km = 683 lm/w, 也就是说1W的辐通量在最理想的情况下(黑体辐射)可能产生683lm光通量。
                          由此可见,即使在某一天LED的光效达到200lm/w,也只有30%能量转化为光能输出,而其余的都转化为热能。所以,无论如何,LED灯具是必需有散热装置的。

                          2.2 路灯散热设计的方式选择

                          目前散热方式主要有:自然对流散热、风扇强制散热、热管和回路热管散热等。由于路灯在户外夜间使用、散热面大都位于灯体侧上面,型状、体积受限较小,自然散热条件要比其他灯具好,合理的结构设计`和良好的散热材料能确保LED结温处于正常范围。

                            3、驱动电路

                           LED驱动电路各式各样,用于路灯的LED电路要充分考虑功率因素和交直流转化效率,这样才能真正发挥节约用电的效果,目前相当一部分LED路灯的标称功率和实际输入端功率相差甚大,对用户造成经济损失。当前采用谐振和同步整流技术的驱动电路,功率因数在0.9以上,转换效率达85%以上。

                            4、工程应用

                           传统路灯由于灯具选型、工程安装、设计不合理,照明标准选择不当,造成了大量的光污染和浪费,这一问题长期存在。如果LED路灯的实际应用和设计条件不相符,这一现象将更为突出。所以企业必需正确引导客户使用LED灯具。

                            5、中间视觉

                           一般道路照明亮度要求在0.1-2.0 cd/㎡之间,属中间视觉(0.0034-3 cd/㎡)研究的范畴。要达到中间视觉效率最高,可以用相对照度,根据不同的光源,光谱分布来调整相应的照度。以达到不管是黄光还是白光,对亮度的感觉都应该是一样的。在道路照明的发展中,存在着黄光和白光的使用比较。黄光就是现在主流的高压钠灯,因为它光效高,寿命长。但黄光也有其不足之处。高压钠灯的波长接近589nm,在明视觉条件下光谱光视效率很高,但环境亮度降低到一定程度时,波长在500nm左右的白光就会显示出更高的光视效率。LED由于光色选择范围较广,在这方面具有优势。

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