余劍青

(深圳市市政設(shè)計研究院有限公司，深圳 518000）

0 引言

LED路燈(Light Emitting Diode，發(fā)光二級管）即半導(dǎo)體照明燈。它是一種基于半導(dǎo)體PN結(jié)形成的用微弱的電能就能發(fā)光的高效固態(tài)光源，在一定的正向偏置電壓和注入電流下，注入P區(qū)的空穴和注入N區(qū)的電子在擴(kuò)散至有源區(qū)后經(jīng)輻射復(fù)合而發(fā)出光子，將電能直接轉(zhuǎn)化為光能。它是一種固態(tài)冷光源，具有環(huán)保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點。發(fā)光性能會隨時間和溫度衰退已為人們所認(rèn)識，這是大功率LED照明當(dāng)前面臨的一個重要問題。由于大功率LED的價格還比較高，要想通過LED獲得相對其他光源更好的投資回報，就必須靠長壽命，同時盡可能節(jié)省電費來彌補(bǔ)燈具的高價格。目前國內(nèi)大功率LED照明為解決光衰問題，通常的做法是在燈具達(dá)到預(yù)期壽命前，燈具提供超過需要的光通量，在燈具的使用過程中光通量逐步降低，當(dāng)燈具到達(dá)預(yù)期壽命時燈具的光通量接近實際需要值。這種做法雖然簡單，但無疑浪費了電能，過度照明也影響了燈具的壽命，因此找到更好的光衰解決辦法是很有意義的。

1 研究的必要性

1.1 節(jié)能減排

大力響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，實現(xiàn)國務(wù)院提出的單位生產(chǎn)總值能耗降低20%左右，污染物排放總量減少10%的約束性指標(biāo)。

1.2 實施意見

根據(jù)廣東省政府近日印發(fā)的《廣東省推廣使用LED照明產(chǎn)品實施方案》意見，一是設(shè)定了推廣應(yīng)用的范圍。公共照明領(lǐng)域一律采用LED路燈、隧道燈、庭院燈和景觀燈等照明產(chǎn)品，原有的非LED照明產(chǎn)品，要在3年內(nèi)到2014年前實施分期分批改造完成。涉及財政及國有資本投資建設(shè)的LED照明示范工程一律使用LED照明產(chǎn)品。廣州的南沙、深圳的前海和珠海的橫琴等新規(guī)劃建設(shè)的新區(qū)一律使用LED照明產(chǎn)品。發(fā)改部門負(fù)責(zé)把使用LED照明產(chǎn)品作為財經(jīng)投資建設(shè)項目審批立項的前置條件。

1.3 城市形象

使用科技含量較高節(jié)能環(huán)保的綠色照明，有助于城市整體形象的提升。

1.4 照明質(zhì)量

與傳統(tǒng)路燈相比，LED路燈顯色指數(shù)高，真實反映路況和環(huán)境狀況，大大提高道路照明的質(zhì)量。

2 規(guī)范分析及與傳統(tǒng)照明比較

《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)CJJ45－2006》規(guī)定了機(jī)動車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 機(jī)動車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)

該標(biāo)準(zhǔn)基于高強(qiáng)氣體放電燈的應(yīng)用，參照了CIE的亮度評價系統(tǒng)，并根據(jù)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和城市道路照明狀況，提出了高檔值與低檔值的區(qū)分。目前隨著LED在道路照明的廣泛應(yīng)用，因LED燈具高顯色性、高色溫、定向發(fā)光等特點，對道路照明標(biāo)準(zhǔn)提出了新的課題。

傳統(tǒng)照明:按選定的照度，道路照明設(shè)計需考慮維護(hù)系數(shù)的影響，維護(hù)系數(shù)為光源光衰系數(shù)與燈具因污染、老化后的光衰系數(shù)之乘積。《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)CJJ45－2006》規(guī)定，不準(zhǔn)通行貨車的路段的維護(hù)系數(shù)取0.7，準(zhǔn)許通行貨車的路段的維護(hù)系數(shù)取0.65。可通行貨車，按規(guī)范規(guī)定維護(hù)系數(shù)取0.65，意味著在路燈初始安裝至光衰穩(wěn)定的較長時間內(nèi)，道路都處于過度照明的狀態(tài)中，最大可達(dá)35%。而CIE的研究表明，路面平均亮度超過2 cd/m2后，照明增加對能見度的改善微乎其微。這造成了極大的能源浪費。

傳統(tǒng)的HID道路照明燈具受調(diào)光技術(shù)的限制，無法有效解決這個問題。而LED燈具可以通過調(diào)整芯片驅(qū)動電流，在現(xiàn)有技術(shù)下即可輕松實現(xiàn)無級調(diào)光，完全解決上述問題。同時，在額定驅(qū)動電流以下，大部分LED芯片單位光效會高于額定光效，而且更有利于控制結(jié)溫的上升，從而減小光衰，延長壽命。

我國現(xiàn)階段適用于道路照明的光源有高壓鈉燈、陶瓷金鹵燈等氣體放電燈，以及近幾年新開發(fā)的光源LED燈。這三種代表性的光源性能參數(shù)比較見表2。

表2 光源性能參數(shù)比較

續(xù)表

3 具體應(yīng)用情況

(1）根據(jù)研究結(jié)果，在照明系統(tǒng)設(shè)計時，運用確定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行照度計算和設(shè)計。

(2）靜態(tài)補(bǔ)償——即研究LED芯片光衰曲線，將預(yù)補(bǔ)償曲線固化在LED燈具驅(qū)動模塊中，沿路的燈具獨立運行，按時間進(jìn)度自動進(jìn)行補(bǔ)償，以實現(xiàn)控制的智能化，同時實現(xiàn)節(jié)日/平時/后半夜燈多種照明模式運行。

(3）具體工程實例:深圳市高快速路照明及監(jiān)控設(shè)施工程，本項目的工程范圍包括:機(jī)荷高速公路、鹽壩高速公路(A段）、南光高速公路、龍大高速公路及清平高速公路一期工程。全程長120 km，該項目路燈全部采用LED靜態(tài)補(bǔ)償技術(shù)。傳統(tǒng)LED照明設(shè)計，在燈具壽命前燈具始終處于過度照明的狀態(tài)，對于新燈來說過照明甚至達(dá)到30%以上，而通過智能光衰補(bǔ)償方式，有效地延長了光源和驅(qū)動器的壽命，提高了照明質(zhì)量，充分體現(xiàn)了綠色照明理念，實現(xiàn)了節(jié)能減排。

4 小結(jié)

從LED的正常使用看，影響LED壽命的最主要的因素就是熱。熱量的來源，主要是LED產(chǎn)生的熱，大功率LED將20% ～30%的電能轉(zhuǎn)換成光，70%左右的轉(zhuǎn)換成了熱量，熱量的積累使得溫度升高，溫度升高使得芯片的性能衰退、材料老化、變性。當(dāng)前，另外應(yīng)用不當(dāng)(供電不當(dāng)、散熱不良等）也是引起光衰的原因，因此合理采用光衰預(yù)補(bǔ)償技術(shù)能夠有效解決燈具光衰問題，同時在LED燈的大范圍推廣方面也能夠起到至關(guān)重要的作用。