大功率LED路灯在路灯改造项目中的应用

大功率LED路灯在路灯改造项目中的应用

何健明

广东中天市政工程设计有限公司528000

摘要：随着城市的发展，城市道路照明尤为重要，为改善目前路灯照明系统，实现道路照明高效节能的目标，本文对城市路灯改造工程规划对策进行详细介绍，通过LED路灯实际应用，提出了具体改进和完善措施，为LED路灯在城市道路照明领域发展起积极推动作用。

关键词：LED路灯；改造；应用

前言

节能减排是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措，是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，对于调整经济结构、转变增长方式、提高人民生活质量、维护中华民族长远利益，具有极其重要而深远的意义，也是我国对国际社会应该承担的责任。广东省政府已将LED产业列为最主要的战略性新兴产业之一，同时制订了半导体照明技术发展路线图，组织实施了“绿色照明工程”、“节能减排与可再生能源”重大科技专项，同时启动实施了“千里十万”大功率LED路灯产业化示范推广工程，大力参与和推进制订国家半导体照明的相关标准。

一、现状道路道路照明状况分析

以广东省佛山市禅城区为例，中心城区现有路灯约5.5万盏，其中城网路灯约3.3万盏，农网路灯约2.2万盏。目前区内道路照明灯具多数采用的是传统的高压钠灯，经过一、二期试探性的LED路灯改造工程后，只有主城区内的部分道路换成了LED路灯，如魁奇路、绿景路、亲仁路、人民路等路段，共更换的LED路灯数量只有约9372盏。经过长时间的使用，目前道路照明使用的高压钠灯及其他气体放电灯灯具存在不少关键的问题，例如：1、部分路段的路灯功率选用过大，功率密度值及照度水平远远超过国家标准，这种过高的路面亮度（照度）实际是一种巨大的能源浪费。2、部分路段的路灯投入使用的时间过长，灯具反光器老化，透光罩积尘严重。3、由于多种原因，现状绝大多数的路灯都是采用两条电缆供电、上半夜全亮，下半夜间隔熄灯的方式来控制的。4、目前所使用的高压钠灯或其他气体放电灯普遍采用的都是电感镇流器，这种传统的电感镇流器不仅功耗大（约占灯具功率的25%），而且不能根据电网电压的高低来自适应调整输出功率，灯具长期在非额定的状况下供电，大大缩短了灯泡的寿命。

二、大功率LED路灯的发展

长久以来，传统光源高压钠灯及部分金属卤化物灯一直在道路照明中起着主导作用。较早时期的大功率LED路灯只是模仿以高压钠灯为主的道路照明灯具的形式，通过利用LED来替代常用的高压钠灯光源，结构非常简单。一般直接选用常规的路灯外壳、结构件及光输出角度较大的功率LED作为发光器件，采用在兼有反光器和散热器功能、背面有散热鳍片的金属平面上将LED简单地等距离排列，并通过LED阵列混联的方式来获得较大的灯功率输出和较强的光输出。随着LED技术的快速进步，性能指标有了显著的提高，特别是作为第四代照明主流的大功率白光LED的性能有了很大的提高。依据使用要求的不同，从LED封装透镜的配光输出光强特性来区分，主要有：朗伯型、侧发光型、蝙蝠翼型、聚光型（准直）等类型，输出的特性曲线如图所示。

目前，路灯中选择LED的主流趋势是：单个LED的功率在1瓦至数瓦左右、显色性好、色温一致、光效140~160lm／W的优质产品为设计的最佳选择。在路灯的功率上，通过多颗阵列混联的方式来得要求的总的发光功率；在光的输出特性上，朗伯型、蝙蝠翼型和聚光型应用较多，但是一般都不能直接应用到路灯中去，必须通过再次的配光设计来获得满足道路照明要求的灯光输出特性。

LED路灯的中体效率是受到驱动电路效率的影响的。因此，便需要做好驱动电路的设计工作，尽量使驱动电路的效率得到有效提升。近年来，得益于电子元件的可靠及电磁兼容性的提升，使LED路灯驱动电路的可靠性得到有效提升，进而对驱动电路的保护功能加以完善，LED路灯的整体效能便能得到全面提升。

三、LED路灯改造的局限性

随着LED封装封装技术的不断发展，LED路灯单灯功率不断提高，在道路照明中得到更加广泛的使用。但是由于芯片散热瓶颈的制约，采用多芯片组合封装的单片超大功率LED的散热相对困难，光效相对较低，几乎功率越大的单片LED相对的光效就越低。在大功率LED路灯的设计中，大功率LED的选择需要考虑一次封装特性、发光效率、安装工艺要求、二次三次配光设计、使用环境、散热条件、与驱动控制器的输出特性配合等诸多问题。受制于技术上的限制，目前LED路灯功率还不能做得很大，这影响到在一些需要大功率照明的场所的应用。

四、LED路灯选用的基本原则

1、为车辆和行人创造良好的视觉环境，保障交通安全，提高交通运输效率，方便人民生活，美化城市环境。2、投资合理。在保证满足照明功能要求的前提下，选择比较经济的设计方案。3、节约电能。在方案设计、照明器材设备选择、照明系统的控制方式、以及运行管理等方面都应体现出节能的思想和原则。4、保护环境。道路照明不应破坏城市的夜晚环境、不应干扰城市居民的工作和生活、不应影响其他城市功能、不应妨碍其他需要在夜晚进行的工作。

五、LED路灯的替换方案

以广东省佛山市禅城区为例，区现状道路差别较大，有主干道、次干道、支路之分，有些路面为混凝土，有些路面铺设有沥青，主干道、次干道、支路的路面宽度也不一样，所以确定用哪一种规格的LED路灯来替代现状的高压钠灯比较困难，必须根据各条道路的具体情况来确定。通过对现状禅城区道路状况的调研，并根据照度计算软件的计算，高压钠灯替换为LED路灯的理论方案如下：

以下为典型道路形式的LED路灯照度计算：

1、路灯参数：

灯具功率：240W，灯具安装高度11~12米（根据现场实际情况调整），灯具仰角不大于15度，灯具间距30~40米（参考现状实际灯杆间距），

2、适用范围：

城市主干道

3、道路照明模拟计算照度值：

六、节能效益分析

按照本设计方案，更换为LED路灯后年节约用电达到8532057.5度，详细分析如下表：

结束语

我国照明用电量约占全社会总用电量的12%，户外道路照明约占照明总用电量的30％。据专家测算：如果把现有的普通白炽灯、高压钠灯等全部更换成LED，全国一年可节电600多亿千瓦时，相当于07年三峡水电站全年的发电量。LED光源是一种绿色光源，它没有频闪，无红外和紫外辐射，并且发出的光色度纯，这些都是高压钠灯永远也达不到的。按照科学发展观，大力推行绿色照明，不单是解决电力紧缺矛盾的重要途径，更重要的是节约能源、保护环境、促进健康、可持续发展的必然需要。从这一意义出发，我们应加速推进绿色照明的进程，为广大人民创造一个安全、健康、舒适、高品位的现代文明的城市照明环境。

参考文献：

[1]CJJ45-2015.城市道路照明设计标准[S].

[2]窦林平.国内LED照明应用探讨[J].照明工程学报，2011.12

[3]陈向华.佛山市禅城区LED路灯改造工程的管理及应用[J].照明工程学报，2013，06

[4]陈雅.王文旭.大功率LED路灯的发展及应用[J].照明工程学报.2015.05