LED路灯与高压钠灯性能分析探讨

                                                         长沙恒锐照明电器有限公司
                                                         廖仕念，刘解平，黎跃军
    摘要：照明级LED的应用，开创了照明市场的新篇章，“十城万盏”、“节能减排”的提倡，从规模和力度上加速了中国LED照明产品的升级。当前，人们过于片面强调和追求LED高亮度的同时还是需要全面了解LED产品能效、光色效果、寿命等的区别。

关键词：LED照明产品  高压钠灯  能效  光色效果  寿命   维护

1. 引言

中国科技部推出“十城万盏”半导体照明应用示范城市方案，美国的“下一代照明计划”，日本的“21世纪照明计划”，欧盟的“彩虹计划”，韩国的“固态照明计划”，这无疑都是LED照明产品的一种催化剂，从规模和力度上加速了LED照明产品的升级。巨大的市场激起了市场的投资热情，而下游环节由于进入壁垒低，产能扩张容易，这种“短、平、快”的经营模式总是更得人们青睐。在极进的同时需要对LED产品作出可靠的评估。

2. LED路灯与高压钠灯比较

2.1 光通量等值计算。
灯具效率（luminaire  efficiency）直接反应光源光通量利用率。
传统光源是360度发光，发出的光直接向四周散开，需要用特定形状的反射镜才能形成我们想要的照射状态，这样会有很多光损失在灯具的内壁和反射镜上，由于有各种光损失，实际的光输出量只有光源输出的45％－55％，以一只250W的高压钠灯为例，光源的光通量250W*110lm/w*0.75*0.6=27500lm，输出光通量12375lm~15125lm。LED本身具有光的指向性，没有光的漫射，保证光效，按现在市场成熟的LED技术12Olm/W来计算，250W高压钠灯实际光通量反算可以得出12375lm/110lm/w/0.9=125W，如果再配合透镜或特殊反射镜，光效还可以进一步提高，这也就说明125W的LED路灯实际利用光通与250W高压钠灯相当。

2.2 光源效率
LED的光源效率目前已达120lm/W, 随着研发新技术不断成熟，光效还有很大的提升空间，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；参照英国道路照明标准，达到同等亮度下，LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上。

                                          图4 各种光源参数对比表

注：图4数据来源“道路照明光源介绍及其对光源的要求” 张利超 吴佳梁上海市路灯管理所市区所（200235）

﹡表示该光源的主要特性还在进一步研究中：①光效为不含镇流器消耗时的数据；②发光体的平均亮度。

2.3 寿命计算

只要提到LED产品大家就对光衰的问题非常敏感，世界工厂CREE称LED产品只要在他们要求的使用范围之内都能保证在3.5万小时内不超过30%的光衰，那么我们又该如何才能真正知道LED产品寿命呢。
常规的做法就是当LED灯具达热平衡后用K型电藕线按照图5的测试点，测试得Tmount处的温度再加上灯珠热阻得到一个自认为最终的结温Tj，当Tj小于LED供应商提供的长期工作温度就认为自己的产品可以保证3.5万小时内30%。又为什么现在许多路面上的LED安装了不到一年就变成“星星点灯”呢，其中一个最大的问题还是实际的Tj温度远远大于供应商提供的Tj，我们如何才能测得真实的Tj，首先LED需用恒流驱动，将万用表连接到LED的输入端正负极，通电时立即记录第一个电压值V1,当达热平衡后再记录电压值V2,如果有N个串联，可得到LED的结温Tj=(V1-V2)/N/4Mv，再参照光衰曲线图6就可以知道该LED产品30%光衷时的真实寿命了。

2.4 LED路灯路面效果
长沙恒锐照明电器有限公司研发的HRDLW001-LED1*120型LED路灯，在维护系数0.8的情况下经过模拟与测试如下图的实际数据，完全达到了高压钠灯在次干路上的所要，次干路上的照度要求达到15lx，照度均匀度0.4，平均亮度要求达到1.0cd/m2，亮度总均匀度0.4，亮度纵向均匀度0.5，阈值增量≤10。

图7  “CJJ 45-2006城市道路照明设计标准”机动车交通道路照明标准值
2.5 LED高可靠性
LED是英文light emitting diode的缩写，即：光线激发二极管，它的发光原理是在PN结单侧注入少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放，从而把电能直接转换为光能，响应速度达微秒级别。LED不需要像白炽灯或者荧光灯那样在灯管内抽真空或者冲入特定气体，也就不存在污染，可以全布回收利用，因此他安全可靠。

图8  LED发光示意图
高压钠灯是由高温硬料玻璃制造的玻壳并在其内部加入钠汞封接，同时充入少量氙气。其中含有玻璃和有害金属汞，报废时会对环境造成危害；

图9  高压钠灯发光示意图
3. 结论
LED技术革新，散热问题的解决、光效不断提高、成本不断下降， 150W以下的中小功率LED路灯可以应用于次干道、支路、人行道、商业步行街、居住小区等道路。LED属于冷光源、穿透力不强，目前还不适合作为机动车行驶的快速道、主干道统。LED独特的指向性、可调光、长寿命、耐震、耐气候等优使LED路灯替换高压钠灯成为今后道路照明的必然趋势。