LED灯在道路照明方面的应用与发展方向
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作者: 甘宝元
摘 要： LED灯的技术发展，特别是小功率LED灯在景观照明、室内照明等领域能够发挥独特优势，有广阔的应用前景，为节能减排做出贡献。
关键词： 道路照明； LED灯； 节能环保
中图分类号： TU113 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）05-0077-01
当期中国正处于城镇化和工业化快速发展时期。近年来，城市的市政建设取得了飞速发展，城市照明质量不断提高。这对改善城市的投资环境，改变城市的夜间形象，促进经济快速发展，方便群众生活，美化城市和提高城市的知名度起了很大作用，但是伴随而来的是城市照明能耗的大幅度提高，特别是近年来能源价格大幅度提升，使城市照明的电费已经成为政府财政的负担，因此，有必要积极采取各项措施，以期减缓能耗上升的趋势。在全球都在提倡绿色照明、低碳生活的时代，节能成为任何一项工作可持续发展的必要条件。
一、LED光源的概念及发展历史
LED( Light Emitting Diode ),又称发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。应用半导体PN结发光原理制成的LED问世于20世纪60年代初，1964年首先出现红色发光二极管，之后出现黄色LED.直到1994年，蓝色、绿色LED才研制成功。1996年研发出白色LED。
二、LED发光原理
发光二极管主要由PN结芯片、电极和发光系统组成。其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量(带隙)越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。
三、LED的主要特点
1.发光效率高：LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明/瓦，荧光灯50～70流明/瓦，钠灯90～140流明/瓦，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到50～200流明/瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。
2.耗电量少：LED单管功率0.03～0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5～3.5伏，电流15～18毫安，反应速度快，可在高频操作。同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一。
3.使用寿命长：采用电子光场辐射发光、灯丝发光有易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均寿命达10万小时，光衰为初始的50%。LED灯使用寿命可达5～10年，可以大大降低光源的维护费用，避免经常换灯。
4.安全可靠性强：能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光;不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。
5.有利于环保：LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。
6.响应时间短：白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。
7.价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由300～500只二极管构成。
四、LED的主要应用
LED广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明、室内照明等领域，在我们的日常生活中处处可见。但由于其价格昂贵等条件的限制，无法作为通用光源推广应用。近几年来，随着LED制造工艺的不断进步和新材料的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近千倍，最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域开始跨越至高效率照明光源市场。
五、LED路灯与高压钠灯比较
1. LED灯与高压钠灯比较的优势
LED灯具显色性高于高压钠灯，能够创造更为舒适的视觉环境，从而提升驾驶安全、行走安全和社会安全。社会效益：从环境方面考虑，LED灯具发光效率高，不含汞、钠有害元素，不会对环境造成污染，是更符合绿色照明的产品，具有良好的社会效应。
LED灯发光效率高，测试中63W的灯具即可满足《城市道路照明设计标准》中城市支路标准，从而减少耗电量，节省能源。LED灯具使用寿命长，可以节省维护成本。
2.LED灯与高压钠灯在城市主干道照明方面比较的不足之处
造价：LED灯横向辐射面窄，均匀度低，同样里程道路比高压钠灯使用的灯数要高出80%左右（例如在相同亮度和均匀度的条件下250瓦高压钠灯，灯高12米，档距为50米，160瓦LED灯档距最大为30米。），并且灯具价格要高出高压钠灯3-4倍，初始投资成本远远高于高压钠灯。并且由于灯具数量增加，虽然维护成本和耗电量降低，但整体运行成本要高于高压钠灯。LED灯具光源指向性强，视觉效果眩光会略高于高压钠灯。
节能：在一定单位道路长度内，例如：一公里道路安装250瓦高压钠灯20组（档距为50米），总功率为5千瓦；安装160瓦LED灯34组（档距为30米），总功率为5.44千瓦。由此可见LED灯与高压钠灯相比，并不能达到节能目的。
寿命：高压钠灯其中：光源寿命2.4万小时，每年按3650小时计算，计6.5年，整流器寿命为3年，触发器寿命为1万小时以上，计3年，所以高压钠灯的整体寿命为3年；LED灯其中：发光体寿命为6万小时，计16年，整流电源寿命为3年，所以LED灯整体寿命为3年。
六、LED路灯应用结论
通过上述分析比较，我认为大功率LED路灯灯具从造价、寿命、节能等方面与高压钠灯相比均不占优势，所以LED路灯不适合在城市主干道道路照明方面推广。
随着LED技术发展，小功率LED灯在指示灯、信号灯、显示屏、景观照明、室内照明等领域可以发挥自身优势，节约能耗，有广阔的应用前景，例如：在室内照明方面3瓦的LED灯可以和11瓦节能灯达到相同的照明效果。它具有寿命长，节电效果明显的特点，现阶段未能大面积推广和进入家庭使用，主要原因是造价较高。现在市场上3瓦的LED灯的价格为80元左右，而11瓦节能灯价格为10元左右，两者之间差距为70元左右。根据美国国家能源部预测到2030年――2050年LED技术将会有巨大突破，随之而来的是技术的创新，成本的降低，这样为LED灯进入室内照明的大面积应用创造了条件，到那时LED灯进入百姓家庭，根据测算仅现有全世界的发电量1/2，即可满足人类全部用电的需求。
总之，随着我国绿色照明事业的不断发展，随着LED技术的不断发展和完善，LED灯将会克服自身的缺点和不足，发挥自身特性和优势，在绿色照明工程、节能减排等方面发挥自己的重要作用。可以预见，在不久的将来，LED灯的发展将掀起一场节能革命，将对世界能源的变化产生深远的意义。
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