LED路燈

LED路燈的寫法

LED路燈介紹

LED路燈是指用LED燈具制作的路燈，具有高效、安全、節能、環保、壽命長、響應速度快、顯色指數高等獨特優點，對城市照明節能具有十分重要的意義。

定義

道路照明是城市照明的重要組成部分，傳統的路燈常采用，高壓鈉燈360度發光，光損失大的缺點造成了能源的巨大浪費。當前，全球的環境在日益惡化，各國都在發展清潔能源。而隨著國民經濟的高速增長，我國能源供需矛盾日漸突出，電力供應開始存在著嚴重短缺的局面，節能是所急需解決的問題。因此，開發新型高效、節能、壽命長、顯色指數高、環保的LED路燈對城市照明節能具有十分重要的意義。道路照明與人們生產生活密切相關，隨著我國城市化進程的加快，LED路燈以定向發光、功率消耗低、驅動特性好、響應速度快、抗震能力高、使用壽命長、綠色環保等優勢逐漸走入人們的視野、成為世界上有替代傳統光源優勢的新一代節能光源，因此，LED路燈將成為道路照明節能改造的選擇。

特點

LED路燈與常規高壓鈉燈路燈不同的是，大功率LED路燈的光源采用低壓直流供電、由GaN基功率型藍光LED與黃色熒光粉合成的高效白光二極管，具有高效、安全、節能、環保、壽命長、響應速度快、顯色指數高等獨特優點，可廣泛應用于城市道路照明。外罩可用PC管制作，耐高溫達135度.耐低溫達-45度。

發光二極管(LightEmittingDiode,簡寫為LED)是基于半導體PN結形成的用微弱的電能就能發光的高效固態光源，在一定的正向偏置電壓和注入電流下，注入P區的空穴和注入N區的電子在擴散至有源區后經輻射復合而發出光子，將電能直接轉化為光能。

優點

1、LED路燈本身的特性——光的單向性，沒有光的漫射，保證光照效率；

2、LED路燈有獨特的二次光學設計，將LED路燈的光照射到所需照明的區域，進一步提高了光照效率，以達到節能目的；

3、LED的光源效率目前已達90-110lm/W，而且還有很大的發展空間，理論值達250lm/W。而高壓鈉燈的發光效率是隨功率增加才有所增加，因此，總體光效LED路燈比高壓鈉燈強；(這個總體光效是理論上的，實際上250W以上高壓鈉燈的光效高于LED）。

4、LED路燈的光顯色性比高壓鈉燈高許多，高壓鈉燈顯色指數只有23左右，而LED路燈顯色指數達到75以上，從視覺心理角度考慮，達到同等亮度，LED路燈的光照度平均可以比高壓鈉燈降低20[%]以上，（參照英國道理照明標準）；

5、LED路燈的光衰小，一年的光衰不到3[%]，使用10年仍達到道路使用照度要求，而高壓鈉燈光衰大，一年左右已經下降30[%]以上，因此，LED路燈在使用功率的設計上可以比高壓鈉燈低；

6、LED路燈有自動控制節能裝置,能實現在滿足不同時段照明要求情況下可能的降低功率，節省電能

7、LED是低壓器件，驅動單顆LED的電壓為安全電壓，系列產品單顆LED功率都為1瓦，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所（例如：路燈照明、廠礦照明、汽車照明、民用照明等）

8、每個單元LED小片只有很小體積，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環境。9、壽命長：能使用5萬小時以上，提供三年的質量保證。不足之處就是電源的壽命得不到保證。

10、光效高：采用≥100LM以上的芯片，相對于傳統高壓鈉燈能節能75[%]以上。

11、安裝簡便：無需加埋電纜無需整流器等，直接將路燈燈頭安裝于燈桿接上或者將光源嵌套原有燈殼。

12、散熱控制出色：夏天溫度控制在45度以下，并采用被動散熱方式，夏天的散熱保障不足。

13、質量可靠：電路電源全部采用高質量元器件，每顆LED都有單獨過流保護，無需擔心損壞。

14、光色均勻：不加透鏡，不以提高亮度而犧牲均勻光色，從而保證無光圈光色均勻。

綜合上述原理，大功率LED路燈的節能效果顯著，代替高壓鈉燈可節電60[%]以上。有待考究維護成本低：相對于傳統路燈，LED路燈維護成本極低，經過比較，不到6年即可收回全部投入成本。

指標

目前，LED照明技術日趨成熟，大功率LED光源功效已經達到100lm/W以上，這使得城市路燈照明節能改造成為可能。LED路燈，特別是大功率LED路燈，正以迅猛的速度沖擊傳統的路燈市場。

大功率LED路燈顧名思義是功率大于30瓦以上，采用新型LED半導體光源的路燈。目前LED路燈的標準一般是路面照度均勻度（uniformityofroadsurfaceilluminance)的平均照度0.48。光斑比值1：2，符合道路照度。（實際1/2中心光斑達到25LUX,1/4中心光強達到15LUX，16米遠的光強4LUX，重疊光強約6LUX。目前市場路燈透鏡材料為改良光學材料，透過率≥93％，耐溫-38－+90度，抗UV紫外線`黃化率30000小時無變化等特點。它在新型城市照明中有非常好的應用前景。對深度的調光，且顏色和其他特性不會因調光而變化。太陽能LED路燈就是指采用太陽能硅板為供應電源的LED路燈。

標準：

1.光的轉化率17[%]，（每平方太陽能量為1000W，實際利用效率為170W）

2.目前市場路燈透鏡材料為改良光學材料，透過率≥93％，耐溫-38－+90度。

3.LED路燈透鏡，主要用于LED路燈的透鏡，光斑為矩形，材料是PMMA光學材料，透過率≥93％，耐溫-38－+90度，抗UV紫外線`黃化率30000小時無變化等。

4.路面照度均勻度（uniformityofroadsurfaceilluminance)的平均照度0.48。光斑比值1：2

5.符合道路照度。（實際1/2中心光斑達到25LUX,1/4中心光強達到15LUX，16米遠的光強4LUX，重疊光強約6LUX。

6.它在新型城市照明中有非常好的應用前景。對深度的調光，且顏色和其他特性不會因調光而變化。

7.適應濕度：≤95

盡管LED路燈的發展速度迅猛，但led路燈的標準卻相對滯后。在全球范圍內，LED的路燈標準也不是都沒有，像LED路燈的歐洲標準現在就有。事實上，各地區對LED路燈的標準，在指標上不盡相同，LED路燈要在標準上符合銷售區的要求，因此投標LED路燈工程要深入研究當地的LED路燈標準，只有這樣才會在激裂的市場競爭中占有一席之地。

改造方案

隨著能源的不斷消耗，資源的日益匱乏，溫室效應對人類的危害日趨顯著，大氣環境對地球的污染越來越嚴重，國際上要求節能降耗的呼聲越來越高，當今節約能源成為各國工作的重中之重。我國早在1996年就正式啟動綠色照明工程，提出照明工程要節約資源，防止污染，造福后代。多年來通過各界的共同努力，做為第四代的光源半導體（LED）照明產品有了飛躍性的發展，在節能方面取得了令人矚目的成就。

我國戶外道路照明約占整個照明用電量的30％，與人們生產生活密切相關。LED路燈作為戶外照明的重要應用，其優越性：

1、大功率LED路燈的壽命長

對這個大家十分關注的焦點問題，正如許多國內外專家和公司的產品宣傳畫冊所描述的5-10萬小時，并持樂觀態度，其實，大功率LED路燈的壽命取決于以下幾點：

（1）LED光源的芯片質量，光衰減值。

（2）LED的封裝質量.一致性及可靠性。

（3）LED作為冷光源，但LED半導體本身會產生熱。LED的散熱，保證LED的良好工作條件。

（4）電源、恒流驅動的壽命質量保證。

2、節能效率高

照明工程是個系統工程，不管是明視照明還是氣氛照明都是通過電能轉換成光，再通過燈具投影，使某一個局部的被照面達到一定的照度、均勻度、顯色性，多個被照面的局部合成一個完整的照明工程，不能簡單的用功耗來比較，而是要通過綜合、全面的分析進行比較。

3、常規燈具與半導體LED照明燈具的差異化

燈具是光源、電源、燈罩和其他附件等裝配組合而成的照明器具，它又是用來控制光源、光線投照的方式，同時又能起到保護光源，提高照明效率的照明工具。

常規路燈照明燈具主要由燈殼體、光源腔、電器室等組成。因其有足夠的殼體空間及活性炭和泡沫硅橡膠的密封安裝散熱，保證了光源的工作條件。其光源腔的防護等級IP65、電器室的防護等級IP45。常規路燈照明只要保證此防護條件，可以做成任意形狀，我國的常規道路照明燈具設計精彩紛呈，真是顯現出白天觀景、夜晚觀燈的景象。

而半導體LED路燈的面世，其光源的長壽命獨特性，具有易合理配光的優越性，色溫的可變性，顯色指數高的優勢，低電壓、電流的光源供電具備了高效節能的發展趨勢。

對于LED應用于路燈有先天的優勢,其優勢在于：

1.LED作為點光源，如果設計合理，很大程度上可以直接解決傳統球狀光源必須依靠光發射來解決的二次取光及光損耗問題；

2.對光照射面的均勻度可控，理論上可以做到在目標區域內完全均勻，這也能避免傳統光源“燈下亮”現象中的光浪費；

3.色溫可選，這樣在不同場合的應用中，也是提高效率、降低成本的一個重要途徑；

4.技術進步空間依然很大。

4.LED路燈的光學合理性配光

LED與傳統的照明燈不同,它具有點光源、高亮度、窄光束輸出等特點。做LED路燈首先要考慮把有限的光通量充分的利用到有效的照射范圍，路燈要求的是路面照明效果，超出路面的空地不是路燈照明的有效范圍。因此，有效的控制光線的分布范圍，使發光管發出的光成為一個長條形光帶沿路面方向鋪展，同時也要兼顧眩光的產生，是對LED新型燈具的設計人員提出的更高要求。

5、當前LED路燈的主要技術性能指標對比：

6、節能指標計算（每天按12小時計算）：

每年節約電能=365*12*（0.5-0.16）=1489.2

每年節約電費=1489.2*0.8=1191.36元

經過LED路燈改造后，每盞燈每年節約電費1191.36元。如果整條路路面都采用LED路燈那么每年將為國家節省大量的電能，就經濟效益而言，節省了大量的金錢。

發展難題

1.由于對LED光源工作條件的要求不甚了解造成光衰減嚴重甚至于死燈。

2.對道路照明要求感悟不足，科學性點光源光學配光難點及對色溫在道路照明中的重要性忽略，易造成眩光，斑馬效應和在空氣污染嚴重，下雨有霧天氣的環境中，造成燈亮地面不夠亮的現象。

3.對保證LED工作條件和對電源技術性的認知程度不足，造成產品在電源上的故障層出不窮。

4.對當今LED路燈實用性道路的應用概念不清，盲目的與大功率氣體放電燈“媲美”不計成本的制作超大功率LED路燈，造成不切合實際的價格昂貴的路燈產品難以推廣。

5.對道路照明要求模糊，實際使用維護的欠考慮，造成直接使用業主的抵制。

解決方案：

對LED光源的工作環境這個問題的討論，需具備了解LED的基本常識;發光二極管其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光，其現今大功率LED發光效率約為30[%]，70[%]將是熱能，需要將其散熱處理。大功率白光LED的結溫TJ在亮度衰減70[%]時與壽命的關系可看出：TJ=50℃時，壽命為90000小時，TJ=80℃時，壽命降到34000小時，TJ=115℃時，其壽命只有13300小時了。TJ在散熱設計中要提出允許結溫值TJmax，實際的結溫值TJ應小于或等于要求的TJmax，即TJ≤TJmax。

從以上的測試數據圖示經測試發光二極管可正常工作的環境溫度其結溫溫度應(<85℃)。高于此溫度范圍效率將大大降低，甚至于燒毀?？梢钥闯鰷囟葘ζ渲苯佑绊懙闹匾?。特別值得一提的是，對散熱材料的熱平衡速度要求重視度，造成光源的熱得不到有效的處理引起光衰減嚴重?，F在許多生產廠家大功率LED的熱沉散熱殼體應用基本采用不同的合金鋁材料，其導熱系數不一，一些材料的散熱速率難以滿足LED工作條件。不可忽略的鋁基板及導熱硅膠，硅脂材料的導熱環節，使用材料的實際壽命質量，將直接影響LED的工作散熱條件。如何減少中間環節，直接與熱沉散熱近距離接觸將熱量快速達到平衡的有效散熱，是現今高質量的LED燈具產品開發需考慮的方向。

先從材料分析：

金屬的熱傳導系數表：

銀429銅401金317鋁237鐵80錫67鉛34.8

銀熱傳導系數比較好，但缺點就是價格太高，純銅散熱效果則次之，但已經算是非常的了。不過銅也有缺點：造價高、重量重、不耐腐蝕等。所以現在大多數散熱片都是采用輕盈堅固的鋁材料制作的，其中鋁合金的熱傳導能力，好的風冷散熱器一般采用鋁合金制作。至于銅，目前市場上也出現了純銅的散熱器，銅的導熱性能比起鋁要快的多，但銅的散熱沒有鋁快，銅可以快速的把熱量帶走，但無法在短時間內把本身的熱量散去，另外銅的可氧化性是銅本身的弊病。當銅一旦出現氧化狀態，從導熱和散熱方面都會大大的下降。

從對比上看，的散熱材料也并不是鋁材。銅和鋁的對比中形成了一種新型的工藝——銅鋁結合。所謂的銅鋁結合就是把銅和鋁用一定的工藝完美的結合到一塊，讓銅快速的把熱量傳給鋁，再由大面積的鋁把熱量散去，這不但增充了鋁的導熱不及銅，還彌補了銅的散熱不如鋁，有機的結合從而達到急速傳熱快速散熱的效果。

多篇文章中都闡述了散熱是靠面積而不是看體積的大小，許多企業都了解了個中道理，殼體采用多層翅片散熱，但對熱沉散熱殼體的翅片忽略了防塵和積塵，日積月累將會影響殼體的散熱效果。應從在自然條件下規避積塵的最小化，不同方向的風和雨的自然沖刷可易性和清除灰塵的粘敷性。保證熱沉殼體的散熱效果不受惡劣環境的影響，散熱通道的暢通，做到真正的長壽命。

大家共同來探討一個設計方式：散熱是靠面積的道理顯而易見，是否可以將散熱面做成柱狀或多面形錐體。

在增加散熱面保證散熱效果的基礎上，解決了不同方向的風和雨的自然沖刷可易性和清除灰塵的粘敷性的問題，保證了熱沉殼體的散熱效果不受惡劣環境的影響。

以現在的金屬加工技術來看，機械加工是不可能做出理想化的的平整表面，即便是鏡面，也有很多細小的坑凹，只是肉眼不太容易發現，除了表面上存在坑凹外，還會有很多細小雜質，如灰塵什么的。當散熱器表面和芯片表面接觸時，存在的很多溝壑或空隙中都是空氣?？諝獾膶崮芰懿?，因此必須用其它物質來降低熱阻，否則散熱器的性能會大打折扣，甚至無法發揮作用。

作為解決辦法，導熱介質就應運而生了，它的作用就是填充兩個接觸表面之間大大小小的空隙，增大發熱源與散熱片的接觸面積。導熱硅脂是我們最常見的導熱介質。

導熱硅脂是用來填充鋁基板與散熱片之間的空隙的材料的一種，這種材料又稱之為熱界面材料。其作用是用來向散熱片傳導鋁基板散發出來的熱量，使鋁基板溫度保持在一個可以穩定工作的水平，防止鋁基板因為散熱不良而損毀，并延長使用壽命。

作為一種化學物質，導熱硅脂有著一些反映自身特性的相關性能參數。了解這些參數的含義，大致上可以判斷一款導熱硅脂產品的性能高低。

導熱系數(ThermalConductivity)

導熱系數的單位為W/m?K(或W/m?℃)，表示截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開爾文(K=℃+273.15)時的熱傳導功率。數值越大，表明該材料的熱傳遞速度越快，導熱性能越好。

目前主流導熱硅脂的導熱系數均大于1W/m?K，的可達到6W/m?K以上，是空氣的200倍以上。但是和銅鋁這些金屬材料相比，導熱硅脂的導熱系數只有它們的1/100左右，換而言之，在整個散熱系統中，硅脂層其實是散熱瓶頸之所在。對于一個散熱系統而言，不僅是散熱器的事，導熱介質也是很重要的組成部分：

散熱系統的總熱阻=散熱器熱阻+導熱介質熱阻

導熱硅脂作為我們最常用的導熱介質，其重要性不言而喻了，要降低其熱阻，一方面取決于產品本身的性能，另一方面取決于對產品的使用。因此我們要盡量選用那些導熱性能好熱阻低的導熱硅脂，并在使用上多加注意，在保證硅脂完全填充熱源和散熱器表面空隙前提下，涂抹方式硅脂層盡可能地薄。

值得大家注意的是普通導熱硅脂在高溫環境中使用一段時間后會出現“干化”或“硬化”現象，將會大大影響散熱效果。因此在鋁基板與熱沉之間的導熱環節需重視。

有關人士正研究在熱沉材料上進行特殊的陶瓷化處理直接安裝線路，經過這樣的優化后將會根本解決散熱的導熱環節。

從國內現有參與制作LED路燈的企業廠家來看，大部分是沒有制作過路燈，對路燈制作的技術具體要求較模糊，互相參照模仿，以常規傳統“蛇頭”形狀制作具多。當今LED路燈矩形狀的重量與風阻影響著路燈的改造安裝，在光學配光和維護要求上與其常規氣體放電燈燈具相比難度較大，特別是直接的使用方業主反應強烈，給應用推廣帶來了困難。

我從國家電光源檢測中心得到的相關信息，在諸多廠家送檢產品中就在IP防護這一項目上，絕大多數存在問題，而且意識不到問題的所在，認為我們的產品在水里都浸泡過也沒有問題，怎么到檢測中心就出問題?相信也有些產品在使用一段時間暴露出光源腔體存有水氣。我看到許多廠家在檢測中心排隊送檢的產品，感到心痛，很多彎路是可以避免的。在燈體密封結構上，在密封圈的材料選用上,飛利浦的燈具在這方面就做了專門的研究。

在路燈造型結構設計上，不要跟著傳統路燈的模樣走。路燈的功能是要達到道路照明的要求，可以發揮LED光源的任意組合強項，可制作成“變形金剛”的特點，能真正做到“白天觀景，夜晚觀燈”的城市景觀效果。道路照明要求的是;一定的照度和路面均勻度與平均照度，常規照明燈具反射器的缺憾在路面平均照度上難以達到標準要求。在燈具出光效率的有效利用上，傳統路燈的效率標準應≥70[%]為合格，但實際上有一部分溢散光不能準確地控制在照射面上并且無法利用，造成光污染，有效利用率約50[%]，而LED路燈的光學配光可以準確控制光線方向，有效利用率達60[%]以上。

從當今大功率LED路燈點光源及光效的特點來看，要滿足道路照明的要求，必須要把有效的光強利用到有效的照明范圍，道路照明的燈桿間距基本在30—40m，要保證道路的平均照度要求，其點光源LED燈具配光要使得路面沒有斑馬效應，需進行相應的二次光學系統配套設計。

以某款燈為例：見附圖;高質量的大功率LED路燈用模塊化配套的二次光學系統可以有效控制路燈照明的平均照度，10米高時為34米×12米近似矩形光斑，光斑形狀與均勻度均能滿足道路照明要求。

從以上兩點可以看出，只要LED路燈二次光學設計合理，投向目標照射面的有效光通量和傳統路燈基本接近。

目前LED路燈的配光技術已經有了很大的發展，有些廠家已經開發出良好的二次配光系統，而不再是單純依靠光源排列來配光，但綜合看，配光還不能做到完全合理，有些在道路內側的配光較亮，均勻度也能滿足要求，但人行道側環境光的亮度明顯不足，SR值明顯不符合要求，還是廠家設計人員對道路照明標準的要求理解不夠。

LED路燈的色溫問題：

目前大功率LED路燈基本上是采用5000K左右所在色溫的白光。作為道路照明光源，視覺感過分陰冷，同時遠視時觀察能力會下降，在這方面路燈使用單位最有發言權，3000K左右的黃光或暖白光是比較適合道路照明的，因此日光色的LED路燈不適合做路燈使用。

當今LED路燈在產品規格方面缺少統一的技術標準，目前還沒有統一的LED路燈生產技術標準，每個廠家按自己的標準生產自己的產品，彼此間是很難通用的，另外LED路燈生產廠家的燈具自成體系，光源電器組裝和燈具捆綁在一起，各自不同的工作特性難以維護，維護時必須使用原廠產品。而高壓鈉燈由于技術標準的統一，燈具、光源、電器方面通用性較強，不同廠家之間的產品可以互用，從維護角度考慮，這是非常重要，而維護對于路燈管理單位來說則又是重中之重，只有這樣才可以及時對故障路燈進行維護，保證完好的亮燈率(上級部門對路燈管理考核中最重要的一項內容)，同時大大降低維護成本?？梢哉f在LED路燈目前的發展狀況下，一旦出現故障時，只能整個燈具進行更換，除了高額成本外，而維護的時間也要大大廷長，這對使用單位來說的非常不利的。對燈具的維護，常規照明燈具要簡易的多，可在現場直接更換光源電器，成本也較低。而當今許多生產廠家的LED路燈，可能廠家認為是免維護的，所以現場的維護就無法進行了，維修方面真正的負擔還是交給了生產廠家。殊不知;造成產品難以推廣的瓶頸還是來之于直接使用單位。

針對當今LED路燈應用推廣其中的兩大難題：

1.維護困難

2.大功率LED電源的瓶頸

從安全、維護方便更換，規避大功率電源的質量風險。模塊化組合式設計一定是發展的方向。做成標準模塊化，諸如30w，40w，50w連同適合本功率電源一體化。不但解決了大功率電源的風險，而且遇到故障換用方便。單組模塊又可以一款燈多用途，可改裝為LED隧道燈、LED頂棚燈、LED洗墻燈、LED投光燈、LED隧道燈等，一套方案多款燈具。

散熱材料，導熱環節和科學化的造型結構設計，在現今大功率LED路燈的制作中，值得大家去感悟。從LED路燈市場的置疑甚至排斥，走到了現在的嘗試與接納，我們看到了前景的曙光，但我們還需要一段路要走。隨著大功率LED光效的不斷提高和硅基LED日新月異的發展，將根本解決半導體照明光源高價格的瓶頸，讓我們共同攜起手來摸索與探討，相信在大家的努力下，用第四代光源做出更好的LED路燈照明燈具，取代高壓鈉路燈這段路不會很遠。