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目前，使用于道路照明的光源主要以高壓鈉燈為主，其光源的初始光效在100lm/W以上，而市場上高功率LED器件光效約為90-100lm/W，略低于高壓鈉燈。但LED擁有顯色指數(shù)高，色溫可選擇等特點(diǎn)，可提供更高質(zhì)量的道路照明效果。加以LED光效隨著技術(shù)的演進(jìn)逐年提升，更可見其取代高壓鈉燈成為道路照明主要光源的強(qiáng)大潛力。
在實(shí)際應(yīng)用中，LED路燈的設(shè)計(jì)與開發(fā)首要著重的是光學(xué)、散熱、電源及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文以吳江市鱸鄉(xiāng)南路LED路燈項(xiàng)目為例，來分析這一技術(shù)的在節(jié)能與光效上的特點(diǎn)：
據(jù)了解，吳江鱸鄉(xiāng)南路配置的路燈為單桿雙燈方式，原單桿裝設(shè)2盞250瓦鈉燈。鈉燈在使用上需安裝鎮(zhèn)流器，因此整個(gè)系統(tǒng)功耗約320瓦，單桿功耗640瓦。鈉燈的顯色指數(shù)約為21，色溫為2100K。
換裝臺(tái)達(dá)LED配置后，在機(jī)動(dòng)車道使用200瓦LED路燈，非機(jī)動(dòng)車道使用120瓦LED路燈，將驅(qū)動(dòng)電源置于燈頭內(nèi)，無需另外安裝驅(qū)動(dòng)電源或鎮(zhèn)流器，因此系統(tǒng)功率僅為200瓦及120瓦，單桿功耗320W，色溫約3500K，顯色指數(shù)大于70。
由下圖可明顯看出照明效果的改善
實(shí)際量測安裝前后地面實(shí)際照度的數(shù)值可見下表，安裝前后機(jī)動(dòng)車道平均照度提升(28.2-22.8)/22.8=23.7%，非機(jī)動(dòng)車道照度提升(25.4-13)/13=95.4%，單桿功耗降低(640-320)/640=50%。不僅照度有顯著的提升，以換裝124盞250瓦鈉燈計(jì)算，每年節(jié)電超過6萬8千人民幣。
除了照度提升及節(jié)能效果外，使用LED取代高壓鈉燈的優(yōu)點(diǎn)還包括顯色指數(shù)的提升，以下圖為例，左圖為使用鈉燈為照明光源，由于顯色指數(shù)僅21，因此彩球的顏色無法清楚分辨。而右圖使用的光源為LED燈，彩球的顏色皆可清楚辨別。
為什么會(huì)有如此好的效果，還得從LED路燈設(shè)計(jì)要點(diǎn)來分析：
要點(diǎn)一：光學(xué)
目前國內(nèi)道路照明設(shè)計(jì)需依據(jù)"CJJ45-2006城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)"規(guī)范要求，而要在實(shí)際道路路面的長型區(qū)域達(dá)到要求的照度，必須透過二次光學(xué)的設(shè)計(jì)將LED器件泛光的光型，轉(zhuǎn)換為蝙蝠翼型的光分布。要達(dá)到蝙蝠翼型的光分布的二次光學(xué)設(shè)計(jì)主要有透鏡式及反射鏡式，兩種光學(xué)設(shè)計(jì)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。這次實(shí)例中應(yīng)用的LED路燈為反射鏡式專利機(jī)構(gòu)配光，使用高反射系數(shù)材質(zhì)為反射面，減少光損，表面使用強(qiáng)化玻璃，提供足夠的強(qiáng)度來阻擋異物的沖擊，且避免使用光學(xué)塑料透鏡老化的問題。
要點(diǎn)二：散熱
以目前的技術(shù)輸入LED的能量大約只有20%轉(zhuǎn)換為光，還有近80%的能量是以熱散出。而偏偏溫度又是影響LED輸出流明及壽命的一個(gè)很重要的變量，隨著溫度的上升，光輸出及壽命都很下降，所以散熱的設(shè)計(jì)在LED的應(yīng)用中扮演著很重要的角色。
除了在芯片p-n結(jié)到外延層的散熱，以及外延層利用共晶焊或倒裝封裝等手法增加封裝體到基板的散熱效率，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面亦要考慮基板的選擇及散熱翅片的設(shè)計(jì)，如何利用最少的翅片體積達(dá)到最佳的散熱設(shè)計(jì)。
要點(diǎn)三：電源
為了讓LED能達(dá)到宣稱的長壽命，而使用恒流方式輸出的LED驅(qū)動(dòng)電源。如使用恒壓輸出的LED驅(qū)動(dòng)電源，會(huì)造成各路LED單體通過的電流差異控制困難，導(dǎo)致其中一路電流大量升高而失效，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)LED燈具失效。即使同樣是恒流電源，亦有關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)可判定其優(yōu)劣：
1. 電源效率：由AC轉(zhuǎn)換為DC的效率。使用LED目的既然為了要節(jié)能，AC轉(zhuǎn)換DC的效率自然是越高越好。再者，效率越高，表示電源散出的熱越少，系統(tǒng)受熱的影響自然也最少，間接也降低LED的光衰。
2. 功率因子：高功因的驅(qū)動(dòng)電源，可降低電網(wǎng)諧波污染，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性及負(fù)荷。
3. 驅(qū)動(dòng)電流穩(wěn)定性：LED為具二極管特性的發(fā)光管，對(duì)驅(qū)動(dòng)電流相當(dāng)敏感，因此不穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流會(huì)使LED所接受的電流波動(dòng)大，造成光衰嚴(yán)重甚至失效。
要點(diǎn)四：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
LED既然被稱為新世代的光源，其帶給道路照明的改變不僅是光源的變化，其外型設(shè)計(jì)也應(yīng)帶給道路景觀現(xiàn)代化的印象。而同時(shí)，LED路燈的外型也要達(dá)到系統(tǒng)散熱的功能，才能維持LED長時(shí)間的正常工作。此案例使用的LED路燈使用模塊化的設(shè)計(jì)，可以替換單顆模塊，簡化維修的工作。而其開放式的架構(gòu)，除提高自然對(duì)流的散熱效率外，亦具備時(shí)代感的設(shè)計(jì)元素。
總結(jié)
由于物理特性的限制，鈉燈的色溫只限于2000K左右，并無高效高色溫的鈉燈可供選擇。然而，人眼光感受器按其形狀可分為兩大類，即視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞，視錐細(xì)胞主明視覺的感受，而視桿細(xì)胞主暗視覺的感受。而視桿細(xì)胞對(duì)藍(lán)綠波長的光線(一般為色溫較高的光線)較敏感。同時(shí)，依據(jù)研究，在相同亮度下，使用高暗/明視覺比值的光源，而有較佳的景深與分辨率，適合像道路環(huán)境這樣需要對(duì)環(huán)境變化做出明快反應(yīng)的場所。因此，以此觀點(diǎn)，高色溫的光源相較于低色溫的鈉燈更適合于道路照明。
隨著能源價(jià)格的高漲及環(huán)保意識(shí)的提高，LED照明以其高光效及無污染材質(zhì)的特點(diǎn)受到市場越來越多的關(guān)注。以LED路燈來看，已逐漸在各地干道上進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，盡管目前價(jià)格仍高，但隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破，LED的光效不斷地往上突破，價(jià)格也隨市場接受度提高而下降，相信在不久的將來，LED照明必定取代傳統(tǒng)光源，成為名符其實(shí)的新世代照明光源。
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