LED光源在道路照明中的发展和应用

摘要：近年来，很多厂家相继推出了大功率LED照明灯具，并作为节能产品越来越多的应用于道路照明中。本文就LED路灯在发展应用中的几个问题做粗略探讨。分析了LED光源在城市道路照明中的发展历程，以及实际应用中“光学设计、散热等主要技术、国家标准的制定、产品的标准化和通用性以及应用功效”等问题。

目前，通过各种渠道，大家对LED光源的优良特性都有了普遍的、概念性的认识，如节能、环保（无汞）、使用寿命长、抗震性好、体积小近似点光源、驱动简单、光束集中、响应速度快等诸多优点，LED点光源在景观照明中已有了广泛应用，这是大家有目共睹，毋庸置疑的事实；在道路照明领域，LED路灯应用发展迅速，正在逐步取代一直在道路照明中起着主导地位的高压钠灯与金属卤化物灯。

由于LED发光机理上是冷光源，且辐射中光谱全在可见光范围内，因而实际效率有望更接近理论值。与传统光源相比，LED光源体积小，是一个具有一定光分布的微型灯具。白光LED显色性好，色温高，用于道路照明有利于提高人们对物体的辨别能力。LED与传统光源在发光形态上最大的区别在于LED发出的光线是定向的，从LED发出的大部分光线就能直接射向被照面，利用的比例远要高于传统的光源。我们相信，在逐步解决了散热、光衰等一系列关键技术难题，并实现造价大幅度降低后，LED光源在道路照明领域同样有着良好的发展前景。2009年中国科技部组织实施了“十城万盏”计划，得到了21个城市的积极响应，创造出庞大的LED路灯市场，应用试点示范正在如火如荼的展开。

一、为LED道路照明灯具提供平台

为了落实国务院节能减排的决定及建设部绿色照明规划纲要，确保武汉市道路照明标准化、系列化、通用化的要求，针对LED道路照明产品质量与现状，对其进行性能测试与评估，为道路照明建设提供合格的LED路灯制造供应商，以保证武汉市道路照明设施高水平建设、高效能运行。

在测试评估的一年期中，根据相关标准，进行12次路面平均照度（Eav）和均匀度（UE）等数据测试，同时还要进行灯具输入功率、功率因数、光效、配光曲线、色温、色坐标、色度容差、显色指数等特性测试，以及对低压线路谐波含量、接地措施、介电强度和灯具IP等级的测试。实施半导体照明应用示范工程，是推进中国科技部“十城万盏”计划的重大举措。通过示范工程营造市场环境，带动市场需求，在武汉市现有LED资源的基础上，引国内外先进的半导体照明技术和产品，鼓励国内外企业积极参与武汉市半导体照明应用示范工程的建设，共同推动武汉市半导体照明技术的集成和创新。

二、LED光源在道路照明应用中存在的问题

在全球能源危机与环保压力日益凸显的形势下，LED光源在道路照明中的应用已成为近年来半导体照明行业的热点。LED器件产品应用到路灯上，对技术有什么特殊要求，LED路灯与目前高压钠灯相比有哪些优势，还存在哪些不足，如何解决这一系列问题，都值得我们认真研究和思考。

（一）光学设计、散热是LED路灯面临的主要技术问题

虽然大功率LED路灯研制发展的速度很快，但在应用中还不同程度的存在着每瓦发光流明低、二次光利用水平较低、系统光效较低、光衰快、寿命短、色温偏差、光色不一、驱动器故障多等一系列问题。其中二次光学设计、散热设计和电源驱动器系统设计等主要技术问题，是提高发光效率和延长寿命的关键。

半导体照明的配光系统也有待进一步开发，由于LED光辐射方向性很强，配光曲线很难满足道路照明蝙蝠翼形的配光要求，高质量的配光系统，成为阻碍LED光源在道路照明领域推广应用的技术瓶颈。香港理工大学的蒋金波博士介绍过两种LED路灯的配光设计：第一种LED路灯采用轴对称的全反射透镜或反光杯，LED透镜模组排列于一个弧面上以产生长方形的配光。全反射透镜的引入可以极大地提高光的利用效率，但是弧形的LED模组的排列使高功率LED的散热设计和机械结构比较麻烦。第二种LED路灯则采取非对称的自由曲面透镜，可以将长方形的配光直接由单个LED光学元件完成。整体灯头只需将具有长方形配光的LED模组简单的排列在一个平板上即可，这种LED路灯在机械结构、散热及电源控制方面比较简单，不同等级公路和不同灯杆高度的道路照明只需要增加不同数量的LED模组即可。非对称自由曲面二次光学元件的采用可以使LED路灯的长方形配光直接在单个LED模组上实现。整体路灯只需要将这些LED模组阵列按照相同方向排列即可，从而可以简化路灯灯具结构、散热及控制电源的设计。目前LED的辐射形式有朗伯型、侧射型、蝙蝠翼型、矩形、蝶翼和聚光型几种。通过二次光学设计，使得LED的光照范围、光度曲线符合道路照明的需求。