中国LED路灯技术发展现状及问题分析

　　各国积极推动落实节能减排项目,尤其中国的LED路灯因商机庞大而被受LED路灯厂家重视。路灯是城市照明的重要组成部分,传统的路灯常采用高压钠灯,高压钠灯整体上光效低的缺点造成了能源的巨大浪费,因此,开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。

　　当今LED路灯特点:

　　大功率LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是,大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管,发光二极管(LightEmittingDiode,简写为LED)是基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源,在一定的正向偏置电压和注入电流下,注入P区的空穴和注入N区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而发出光子,将电能直接转化为光能。

　　LED作为路灯的光源,它和传统路灯光源比较有许多优点。

　　1、LED路灯本身具有光的指向性,没有光的漫射,保证光效；

　　2、LED路灯有独特的二次光学设计,将LED路灯的光照射到所需照明的区域,即路面,进一步提高了光照效率,达到节能目的；

　　3、LED的光源效率目前已达100lm/W,而且还有很大的发展空间,理论值能达到250lm/W。而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加,因此,总体光效LED路灯比高压钠灯强；

　　4、LED路灯的光显色性比高压钠灯高,高压钠灯显色指数只有23左右,而LED路灯显色指数可达到75以上,从视觉心理角度考虑,达到同等亮度,LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上(参照英国道路照明标准)；而且,在中间视觉水平下,人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物,避免了某些危险状态的发生；

　　5、LED路灯的光衰小,一年的光衰不到3%,使用10年仍达到道路使用照度要求,因此,LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低；

　　6、LED路灯可以自动调光,能实现在满足不同时段照明要求,最大可能的降低功率,节省电能；

　　7、LED是低压直流器件,驱动单颗LED的电压为安全电压,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所。直流的特点使LED特别适合与太阳能、风电进行结合；

　　8、每个单元LED晶粒只有很小体积,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变、易震的环境；

　　9、寿命长：理论寿命能使用5万小时以上；

　　10、LED可以进行频繁的开关而不用担心其损坏；

　　11、安装简便：直接将LED路灯灯头安装于灯杆替换原有的钠灯灯头；
12、散热控制出色：能将LED结点温度降到70°C以下,随着技术的发展,结点温度还在进一步下降,结点温度越低,理论上LED芯片寿命就越长；

　　13、质量可靠：电路电源全部采用高质量元器件,每颗LED都有单独过流保护及串并联保护,就算一颗损坏,也不会导致其他LED芯片失效；

　　14、LED光源不含有害金属汞,不像高压钠灯或金属卤化物灯在报废时对环境造成危害；

　　但是,最近听到不少专家学者的意见,认为LED作为路灯来取代高压钠灯在技术上还不成熟。主要的理由有以下几点：

　　1．LED的发光效率无法和高压钠灯相比

　　2．LED的照射过于集中,其照射的均匀度差

　　3．LED路灯的光衰严重,寿命不长

　　4．LED路灯本身自重过重,不利于安装,防风

　　5．LED路灯造价过高,无法普及

　　我们根据以上的观点逐一进行分析：

　　1．发光效率问题

　　目前来说,LED的发光效率从数字上来看的确不如高压钠灯。LED现在的光效一般在65~75lm/w,而且随着技术的发展,LED的光效每年都在提高,而高压钠灯可以达到125lm/w。但是,高压钠灯的光谱比较集中于黄色,它的色温比较低,只有2000~2500K,而LED的色温较高,可以达到3500~4500K以上。另外高压钠灯的光线是向四处发射的,有很大一部分光无法到达路面。还有,高压钠灯的显色指数差,只有23左右,感觉昏暗；而LED的显色指数高,可以达到75~80。路面明亮,感觉舒适。所以从实际的发光效果来看,LED反而可以比高压钠灯高出很多。135W的LED可以取代250W的高压钠灯,或300W的水银灯。135W的LED,其输出光通量大约只有7020流明(经过二次光学设计,会有所损失),到达路面时的流明数仍为6500流明,而路面的平均照度可以达到16Lux(12m高杆)。250W高压钠灯的输出光通量为20,000流明。但到达路面的流明数就只有7000流明。路面的照度大约为30~40Lux,由于显色系数的差别,LED的照度修正系数为2.35倍,高压钠灯的修正系数为0.94倍。所以135W的LED经过修正以后地面的照度为37.6Lux,而高压钠灯的修正后的照度为28.2~37.6。二者相当。所以,135W的LED可以取代250W的高压钠灯,LED可以节能1.85倍,节能效率约为50%。

　　2．照射均匀度问题

　　的确,如果不进行二次光学设计,LED的照射是比较集中,所以一定要进行二次光学设计,使其光强分布图呈蝙蝠形。

　　3．LED的光衰问题

　　现在有的商家,为了降低成本,就采用几百只φ5的小功率LED。然而这种小功率的LED的光衰是非常严重的,其光衰至80％的寿命只有1000小时。所以,作为需要长期使用的路灯是绝对不能允许采用这种小功率LED的。作为大功率LED,其光衰就要好很多。

　　4．LED路灯的自重问题

　　LED路灯,在和高压钠灯的替换过程中,为了防止LED路灯灯头过重,一些LED路灯厂家尽可能的在减少LED灯头的自重。从原来的单个灯头约30公斤左右,降到了现在的10多公斤。重量的减轻还有进一步下降的趋势。

　　5．LED路灯造价过高,无法普及

　　LED路灯是由很多部分组成的,而其中发光最有效的元件是芯片,价格最贵的部分也在芯片。现在的芯片的光效在65~75lm/w,但是各大芯片厂商都在研制更大光效的芯片。试想一下,随着科技的进步,光效一旦发展到很高的水平,那么使用芯片的数量会比现在的少,而且芯片的价格也会同时下降。到那时,LED路灯整体价格也会下降。

　　未来LED路灯特点:

　　个人认为,LED路灯替换高压钠灯,是今后节能减排的一个趋势。LED路灯要发展,我认为在以下几个方面需要注意：

　　1.提高光通

　　2.弄好二次光学

　　3.解决散热

　　4.模块化

　　A.光通的提高还需要从大功率的LED的外延技术、芯片工艺等基础层次进一步提升。目前,国内外制作白光LED的方法是先将LED芯片放置在封装的基片上,用金丝进行键合,然后在芯片周围涂敷YAG荧光粉,再用环氧树脂包封。树脂既起保护芯片的作用又起到聚光镜的作用。从LED芯片发射出的蓝色光射到周围的荧光粉层内经多次散乱