谈谈LED路灯应用是否成熟?(图)
摘要: LED路灯是一种新型节能道路照明电器,与传统路灯相比,在节能、寿命、配光、亮度控制等各方面都已经有了明显的优势。
LED路灯是一种新型节能道路照明电器,与传统路灯相比,在节能、寿命、配光、亮度控制等各方面都已经有了明显的优势。但是,正如《对LED路灯在发展过程中利弊的研判》一文所说的,在这一功能性要求较高的领域里,LED却遇很大的阻力,显然LED路灯在目前的发展中暴露出它的一些不足。我们不难看到各地LED道路照明项目大多独立实施,良莠不齐,存在着反复试验,反复浪费的状况。
《对LED路灯在发展过程中利弊的研判》一文指出了阻碍LED在道路照明方面发展的主要障碍有(应该也是目前业界所认为的):
1、配光设计问题;
2、散热问题;
3、维护问题;
4、性价比问题。
对此,本人有如下看法。
首先谈谈配光问题。所谓配光,就是把光线分配投射到所需要的位置上,并尽可能提高亮度的均匀性。LED作为点光源,比高压钠灯和无极灯的柱状光源和球面光源更好配光,通过一次透镜配光,辅以二次凹面反射镜配光,可以使LED路灯灯具的利用系数达到70%以上,均匀度也达到40%以上(本公司在杆间距35米,路宽14米,对称布置的道路上实现)。毫无疑问,其灯具利用系数和均匀度都优于高压钠灯路灯灯具。
关于散热问题。LED是一种光电器件,但其工作过程中只有一部分的电能转换成光能,其余的电能几乎都转换成热能,即使LED的光效达到200 lm/W,也只有29%的电能转化成光能,其余的几乎都转化成热能,使LED的温度升高。而LED结温升高会使LED光效降低,寿命缩短,当其结温上升超过最大允许温度时,大功率LED会因过热而损坏。因此在大功率LED灯具设计中,散热设计是最重要的。
在各芯片厂家的实验数据来看,白光LED的光效随结温的升高而下降的比例大致相同,结温每升高20℃光效要下降5%左右(见图1、图2)。而各芯片厂家的白光LED寿命模型因为制造工艺的不同,所得白光LED寿命与结温关系数据却有较大差异(见图3、图4)。
按图3的的数据,结温在90℃时,LED寿命只有25700小时(足以让路灯寿命达6年)。按照图4的数据模型,电流密度350mA/m2时,结温在160℃,白光LED的理论寿命仍然能达到60000小时以上。所以,只要有性能良好的散热器,LED路灯的寿命是能得到保障的。
目前LED路灯的散热方式主要有:自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。加装风扇强制散热方式系统复杂、可靠性低,热管和回路热管散热方式成本高。所以自然对流散热方式是性价比最高的散热方式。
现有的LED灯具一般通过散热片散热,但是由于散热片之间的空隙呈平行排列,在平行于散热基板的水平方向上,只能形成一个方向纵向的对流,无法利用风从垂直于散热片表面的方向吹来所形成的对流,散热片之间的空气流通不顺畅,散热效果不好。
本公司的散热技术(发明专利200810218683.2)提供了一种散热效果优异的大功率LED灯具散热装置(图6)。其方案是:将散热基板背面的片状散热面改成若干个柱状散热棒,增加散热面积,同时,利用空气的水平方向自然对流加速散热速度。通过实验对比,能使LED的结温比采用片状散热器低20℃以上。根据以上各图(图1-图4)的试验数据和LED寿命模型推断,在同等环境温度下使用,此散热器可使白光LED光效提高5%,寿命延长10000小时以上。
关于维护问题。由于LED路灯标准尚未颁布,造成LED路灯的寿命得不到保障,同时造成维护上的困难,甚至无法维护。广州南科LED路灯实行3年包换的销售策略,应能解决客户所担心的这些问题。
关于性价比问题。性价比也是目前阻碍LED路灯发展的大问题。《对LED路灯在发展过程中利弊的研判》的算法是:
传统250W高压钠灯:灯具单价2000元,高压钠灯光效120 lm/W,按灯具效率0.50计算
2000元/(250W*120lm/W*0.50)=0.13元/lm
LED路灯:单价4000元,LED实际光效50lm/W,按灯具效率0.65计算
4000元/(135W*45lm/W*0.65)=0.76元/lm
本人在此问题上的看法是。首先,按灯具光效计算路灯流明成本不是很合适,应按灯具利用系数计算路灯流明成本比较合适;其次,计算流明成本应该在其使用寿命范围内计算,而不应该只计算首次投资成本;再次,50 lm/W的LED路灯光效,显然是2年前的LED路灯性能参数,现在的LED路灯光源光效至少也是80 lm/W,灯具利用系数为70%(灯高10米,机动车道宽14米),而135WLED路灯价格也已经降到了2600元左右。
综合各方资料得知,目前高压钠灯路灯灯具利用系数为25%-35%(灯高10米,机动车道宽14米左右),如果按35%计算,那么:
1.3年内250W高压钠灯路灯的使用成本为
(1)购置费:2000元;
(2)维护费:400元 (200元/年盏);
(3)电费:
【(250W120%12h/天365天/年3年)1000W/度】0.8元/度=3154元
合计:2000+400+3154=5554(元)
3年内250W高压钠灯路灯的流明成本为:5554元(250W120lm/W0.35)=0.53元/lm
2.3年内135WLED路灯的使用成本为
(1)购置费:2600元;
(2)维护费:0元(3年包换);
(3)电费:
【(135W106%12h/天365天/年3年)1000W/度】0.8元/度=1504元
合计:2600+0+1504=4104(元)
3年内135W LED路灯的流明成本为:4104元(135W80lm/W0.70)=0.54元/lm
由此可见,按目前LED的性能和价位,3年之内LED路灯的流明成本,基本相当,首次投资高出部分已经返还,3年之后,每盏LED路灯每年还可以为政府节省电费500多元,随着2009年光效为100 lm/W以上LED的推出,首次投资高出部分返还的时间更早,何乐而不为?
另外,高色温也是一些人认为LED路灯不如黄光的高压钠灯的理由,说是穿透性差。其实,世界各地有雾天气都不多,更何况LED路灯的显色性高于黄光的高压钠灯的1-2倍,强调穿透性已经没有什么实际意义了。
所以,本人认为LED路灯已经基本成熟。
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