LED路灯的工作原理与应用
定义 道路照明是城市照明的重要组成部分,传统的路灯常采用,高压钠灯360度发光,光损失大的缺点造成了能源的巨大浪费。当前,全球的环境在日益恶化,各国都在发展清洁能源。而随着国民经济的高速增长,我国能源供需矛盾日渐突出,电力供应开始存在着严重短缺的局面,节能是所急需解决的问题。因此,开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的LED路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。 道路照明与人们生产生活密切相关,随着我国城市化进程的加快,LED路灯以定向发光、功率消耗低、驱动特性好、响应速度快、抗震能力高、使用寿命长、绿色环保等优势逐渐走入人们的视野、成为世界上有替代传统光源优势的新一代节能光源,因此,LED路灯将成为道路照明节能改造的选择。
特点 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,具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点,可广泛应用于城市道路照明。外罩可用PC管制作,耐高温达135度.耐低温达-45度。 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。
优点 1、LED路灯本身的特性——光的单向性,没有光的漫射,保证光照效率; 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,进一步提高了光照效率,以达到节能目的; 3、LED的光源效率目前已达90-110lm/W,而且还有很大的发展空间,理论值达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;(这个总体光效是理论上的,实际上250W以上高压钠灯的光效高于LED)。 4、LED路灯的光显色性比高压钠灯高许多,高压钠灯显色指数只有23左右,而LED路灯显色指数达到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,(参照英国道理照明标准); 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,而高压钠灯光衰大,一年左右已经下降30[%]以上,因此,LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低; 6、LED路灯有自动控制节能装置,能实现在满足不同时段照明要求情况下可能的降低功率,节省电能 7、LED是低压器件,驱动单颗LED的电压为安全电压,系列产品单颗LED功率都为1瓦,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(例如:路灯照明、厂矿照明、汽车照明、民用照明等) 8、每个单元LED小片只有很小体积,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变的环境。 9、寿命长:能使用5万小时以上,提供三年的质量保证。不足之处就是电源的寿命得不到保证。 10、光效高:采用≥100LM以上的芯片,相对于传统高压钠灯能节能75[%]以上。 11、安装简便:无需加埋电缆无需整流器等,直接将路灯灯头安装于灯杆接上或者将光源嵌套原有灯壳。 12、散热控制出色:夏天温度控制在45度以下,并采用被动散热方式,夏天的散热保障不足。 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,无需担心损坏。 14、光色均匀:不加透镜,不以提高亮度而牺牲均匀光色,从而保证无光圈光色均匀。 综合上述原理,大功率LED路灯的节能效果显著,代替高压钠灯可节电60[%]以上。有待考究维护成本低:相对于传统路灯,LED路灯维护成本极低,经过比较,不到6年即可收回全部投入成本。
指标 目前,LED照明技术日趋成熟,大功率LED光源功效已经达到100lm/W以上,这使得城市路灯照明节能改造成为可能。LED路灯,特别是大功率LED路灯,正以迅猛的速度冲击传统的路灯市场。 大功率LED路灯顾名思义是功率大于30瓦以上,采用新型LED半导体光源的路灯。目前LED路灯的标准一般是路面照度均匀度(uniformity of road surfaceilluminance)的平均照度0.48。光斑比值1:2,符合道路照度。(实际1/2中心光斑达到25LUX,1/4中心光强达到 15LUX,16米远的光强4LUX,重叠光强约6LUX。目前市场路灯透镜材料为改良光学材料,透过率≥93%,耐温-38-+90度,抗UV紫外线`黄化率30000小时无变化等特点。它在新型城市照明中有非常好的应用前景。对深度的调光,且颜色和其他特性不会因调光而变化。太阳能LED路灯就是指采用太阳能硅板为供应电源的LED路灯。 标准: 1. 光的转化率17[%],(每平方太阳能量为1000W,实际利用效率为170W) 2. 目前市场路灯透镜材料为改良光学材料,透过率≥93%,耐温-38-+90度。 3.LED路灯透镜 ,主要用于LED路灯的透镜,光斑为矩形,材料是PMMA光学材料,透过率≥93%,耐温-38-+90度,抗UV紫外线`黄化率30000小时无变化等。 4. 路面照度均匀度(uniformity of road surfaceilluminance)的平均照度0.48。光斑比值1:2 5.符合道路照度。(实际1/2中心光斑达到25LUX,1/4中心光强达到15LUX,16米远的光强4LUX,重叠光强约6LUX。 6.它在新型城市照明中有非常好的应用前景。对深度的调光,且颜色和其他特性不会因调光而变化。 7.适应湿度:≤95 尽管LED路灯的发展速度迅猛,但led路灯的标准却相对滞后。在全球范围内,LED的路灯标准也不是都没有,像LED路灯的欧洲标准现在就有。事实上,各地区对LED路灯的标准,在指标上不尽相同,LED路灯要在标准上符合销售区的要求,因此投标LED路灯工程要深入研究当地的LED路灯标准,只有这样才会在激裂的市场竞争中占有一席之地。
改造方案 随着能源的不断消耗,资源的日益匮乏,温室效应对人类的危害日趋显著,大气环境对地球的污染越来越严重,国际上要求节能降耗的呼声越来越高,当今节约能源成为各国工作的重中之重。我国早在1996年就正式启动绿色照明工程,提出照明工程要节约资源,防止污染,造福后代。多年来通过各界的共同努力,做为第四代的光源半导体(LED)照明产品有了飞跃性的发展,在节能方面取得了令人瞩目的成就。 我国户外道路照明约占整个照明用电量的30%,与人们生产生活密切相关。LED路灯作为户外照明的重要应用,其优越性: 1、大功率LED路灯的寿命长 对这个大家十分关注的焦点问题,正如许多国内外专家和公司的产品宣传画册所描述的5-10万小时,并持乐观态度,其实,大功率LED路灯的寿命取决于以下几点: (1)LED光源的芯片质量,光衰减值。 (2)LED的封装质量. 一致性及可靠性。 (3)LED作为冷光源,但LED半导体本身会产生热。LED的散热,保证LED的良好工作条件。 (4)电源、恒流驱动的寿命质量保证。 2、节能效率高 照明工程是个系统工程,不管是明视照明还是气氛照明都是通过电能转换成光,再通过灯具投影,使某一个局部的被照面达到一定的照度、均匀度、显色性,多个被照面的局部合成一个完整的照明工程,不能简单的用功耗来比较,而是要通过综合、全面的分析进行比较。 3、常规灯具与半导体LED照明灯具的差异化 灯具是光源、电源、灯罩和其他附件等装配组合而成的照明器具,它又是用来控制光源、光线投照的方式,同时又能起到保护光源,提高照明效率的照明工具。 常规路灯照明灯具主要由灯壳体、光源腔、电器室等组成。因其有足够的壳体空间及活性炭和泡沫硅橡胶的密封安装散热,保证了光源的工作条件。其光源腔的防护等级IP65、电器室的防护等级IP45。常规路灯照明只要保证此防护条件,可以做成任意形状,我国的常规道路照明灯具设计精彩纷呈,真是显现出白天观景、夜晚观灯的景象。 而半导体LED路灯的面世,其光源的长寿命独特性,具有易合理配光的优越性,色温的可变性,显色指数高的优势,低电压、电流的光源供电具备了高效节能的发展趋势。 对于LED应用于路灯有先天的优势,其优势在于: 1.LED作为点光源,如果设计合理,很大程度上可以直接解决传统球状光源必须依靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题; 2.对光照射面的均匀度可控,理论上可以做到在目标区域内完全均匀,这也能避免传统光源“灯下亮”现象中的光浪费; 3.色温可选,这样在不同场合的应用中,也是提高效率、降低成本的一个重要途径; 4.技术进步空间依然很大。 4. LED路灯的光学合理性配光 LED与传统的照明灯不同,它具有点光源、高亮度、窄光束输出等特点。做LED路灯首先要考虑把有限的光通量充分的利用到有效的照射范围,路灯要求的是路面照明效果,超出路面的空地不是路灯照明的有效范围。因此,有效的控制光线的分布范围,使发光管发出的光成为一个长条形光带沿路面方向铺展,同时也要兼顾眩光的产生,是对LED新型灯具的设计人员提出的更高要求。 5、当前LED路灯的主要技术性能指标对比: 6、节能指标计算(每天按12小时计算): 每年节约电能=365*12*(0.5-0.16)=1489.2 每年节约电费=1489.2*0.8=1191.36元 经过LED路灯改造后,每盏灯每年节约电费1191.36元。如果整条路路面都采用LED路灯那么每年将为国家节省大量的电能,就经济效益而言,节省了大量的金钱。