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LED路燈應用的發展現狀與技術分析(圖)[2]

2016/8/8 11:13:04      點擊:754

  目前,在許多工廠設計的LED 路燈中也不乏有配光姣好的例子。比如圖4 是一款120WLED 路燈的配光曲線。它的最大光強通過c 角15°,γ 角57.5°。c=0°、180、15°的配光曲線的形狀接近于公式1 的函數關系式。此燈具用在四車道的次干路上,雙側對稱布置,當燈桿高度為8 米,燈具間距30 米時,照明質量符合國家關于道路照明標準的要求,結果如表1。其照明功率密度(LPD)是0.70,也達到了對高壓鈉燈路燈的照明功率密度要求。

  前面提到過LED 光源的半空間發光的特點,LED 光源在燈具內使用,光源光通量的損失比高壓鈉燈或金屬鹵化物燈少。就目前來講,LED 光源的光效達不到高壓鈉燈或金屬鹵化物燈的水平,即相同功率的光源,光通量沒有高強度氣體放電燈高。但是,由于LED 光源的半空間發光的特點,使得LED 燈具的光通量輸出可以接近于高強度氣體放電燈燈具水平。當路燈將光線照射到路面上,光線的投射方向只存在半個空間。高強度氣體放電燈的發光空間占據了整個空間,見圖5(a)。如果沒有燈具,光源的上半空間光線全部浪費。使用燈具,反射器可以將上半空間的光線反射到下半空間內,但反射器對光線的吸收作用,以及光線反射時受到光源自身的遮擋轉換成熱能,或反射器對光線二次反射的再吸收,光源的一部分光線損失了。

  燈具效率是反映光源光線損失程度的參數。從小功率高壓鈉燈路燈(70W~150W)光度性能狀況來看,燈具效率一般處于65~75%的水平。以100W 高壓鈉燈為例,也就是說即使光源的光通量達到8000lm,路燈的光通輸出有5200lm~6000lm。LED光源在這方面是具有優勢的,LED 的發光只存在于半個空間,見圖5(b),在不用燈具的情況下,也能將光線100%投射到路面。對燈具需要設計的是在較小的角度范圍內改變光線的投射方向,在這個過程中,光的損失是微小的。目前,LED 路燈的光效達到了40~50lm/W,以100WLED 路燈為例,燈具光通量輸出可以達到4000~5000lm。目前,LED 路燈才剛剛起步,相信不斷地加強設計力量,路燈的配光會更加優化,最后達到完美。

目前,LED 路燈還不能用于主干路。主干路是連接城市各主要分區的干路,采取機動車與非機動車分隔形式。機動車在主干路上的行駛速度比次干路快,照明水平比次干路高。主干路的照度要求達到30lx,照度均勻度0.4,平均亮度要求達到2.0cd/m2,亮度總均勻度0.4,亮度縱向均勻度0.7,閾值增量≤10。達到節能水平的路燈,應在照明質量應達到以上要求的同時照明功率密度應小于國家標準的規定,當車道數≥6 條時,照明功率密度≤1.05,車道數<6 條時,照明功率密度≤1.25。主干路上大多使用250W 或400W 高壓鈉燈路燈,250W或400W 高壓鈉燈的光源光通量達到28000lm(250W)和48000lm(400W)。這種大功率路燈的燈具效率一般在75~85%之間,因此,燈具的光通量輸出最低也有21000lm。以一盞250W高壓鈉燈路燈為例,燈具效率83.5%,配光曲線如圖6 所示,其最大光強通過c 角10°,γ角70.0°。c=0°、180、10°的配光曲線的形狀良好。這款路燈可使用在四至六車道的主干路,路面照明質量結果如表2。目前,光通量小是LED 路燈不能應用在主干路上的主要原因。不同光通量檔次的燈具應使用在不同級別的道路,否則,達不到節能的效果。

  LED 作為新光源,應在照明設備中充分利用它的優點,改善它的缺點。LED 是嵌入照明器具中使用的,由于LED 芯片的發熱量大,在做成大功率燈具時遇到了困難。各公司目前正在努力解決的課題之一就是“散熱”。雖說發光效率越來越高,但LED 芯片的發熱量仍然很大。如果采取散熱措施,LED 芯片的溫度就會過高、導致芯片本身及封裝樹脂性能的惡化,從而最終引起發光效率的降低和壽命的縮短。LED 最重要的性能就是“長壽命”,為了不影響這一指標,就需要設法將芯片上產生的熱量散出去。改善LED 的發熱問題是攻克大功率照明燈具的關鍵。

表2

  關于LED 燈具的節能狀況,對于不同的產品應用類型應區分認識。與傳統光源相比,白光二極管不如單色光二極管在節能上有突出的貢獻。最初LED 用作儀器儀表的指示光源,后來各種光色的LED 在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用,產生了很好的經濟效益和社會效益。以12 英寸的紅色交通信號燈為例,本來是采用低光效的140 瓦白熾燈作為光源,它產生2000 流明的白光。經紅色濾光片后,光損失90%,只剩下200 流明的紅光。

  而在新設計的交通信號燈中,采用了18 個紅色LED 光源,包括電路損失在內,共耗電14瓦,即可產生同樣的光效。汽車信號燈也是LED 光源應用的重要領域。1987 年,我國開始在汽車上安裝高位剎車燈,由于LED 響應速度快(納秒級),可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況,減少汽車追尾事故的發生。白光二極管燈具的節能主要體現在小功率的、原來使用白熾光源的燈具,比如手電筒、筒燈等。LED 路燈一直在不斷進步,步子越走越快。希望在不遠的將來,LED 路燈以優異的表現更廣泛出現在城市的脈絡中。

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