LED路灯应用的发展现状与技术分析(图)[2]
目前,在许多工厂设计的LED 路灯中也不乏有配光姣好的例子。比如图4 是一款120WLED 路灯的配光曲线。它的最大光强通过c 角15°,γ 角57.5°。c=0°、180、15°的配光曲线的形状接近于公式1 的函数关系式。此灯具用在四车道的次干路上,双侧对称布置,当灯杆高度为8 米,灯具间距30 米时,照明质量符合国家关于道路照明标准的要求,结果如表1。其照明功率密度(LPD)是0.70,也达到了对高压钠灯路灯的照明功率密度要求。
前面提到过LED 光源的半空间发光的特点,LED 光源在灯具内使用,光源光通量的损失比高压钠灯或金属卤化物灯少。就目前来讲,LED 光源的光效达不到高压钠灯或金属卤化物灯的水平,即相同功率的光源,光通量没有高强度气体放电灯高。但是,由于LED 光源的半空间发光的特点,使得LED 灯具的光通量输出可以接近于高强度气体放电灯灯具水平。当路灯将光线照射到路面上,光线的投射方向只存在半个空间。高强度气体放电灯的发光空间占据了整个空间,见图5(a)。如果没有灯具,光源的上半空间光线全部浪费。使用灯具,反射器可以将上半空间的光线反射到下半空间内,但反射器对光线的吸收作用,以及光线反射时受到光源自身的遮挡转换成热能,或反射器对光线二次反射的再吸收,光源的一部分光线损失了。
灯具效率是反映光源光线损失程度的参数。从小功率高压钠灯路灯(70W~150W)光度性能状况来看,灯具效率一般处于65~75%的水平。以100W 高压钠灯为例,也就是说即使光源的光通量达到8000lm,路灯的光通输出有5200lm~6000lm。LED光源在这方面是具有优势的,LED 的发光只存在于半个空间,见图5(b),在不用灯具的情况下,也能将光线100%投射到路面。对灯具需要设计的是在较小的角度范围内改变光线的投射方向,在这个过程中,光的损失是微小的。目前,LED 路灯的光效达到了40~50lm/W,以100WLED 路灯为例,灯具光通量输出可以达到4000~5000lm。目前,LED 路灯才刚刚起步,相信不断地加强设计力量,路灯的配光会更加优化,最后达到完美。
LED 作为新光源,应在照明设备中充分利用它的优点,改善它的缺点。LED 是嵌入照明器具中使用的,由于LED 芯片的发热量大,在做成大功率灯具时遇到了困难。各公司目前正在努力解决的课题之一就是“散热”。虽说发光效率越来越高,但LED 芯片的发热量仍然很大。如果采取散热措施,LED 芯片的温度就会过高、导致芯片本身及封装树脂性能的恶化,从而最终引起发光效率的降低和寿命的缩短。LED 最重要的性能就是“长寿命”,为了不影响这一指标,就需要设法将芯片上产生的热量散出去。改善LED 的发热问题是攻克大功率照明灯具的关键。
表2
关于LED 灯具的节能状况,对于不同的产品应用类型应区分认识。与传统光源相比,白光二极管不如单色光二极管在节能上有突出的贡献。最初LED 用作仪器仪表的指示光源,后来各种光色的LED 在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用,产生了很好的经济效益和社会效益。以12 英寸的红色交通信号灯为例,本来是采用低光效的140 瓦白炽灯作为光源,它产生2000 流明的白光。经红色滤光片后,光损失90%,只剩下200 流明的红光。
而在新设计的交通信号灯中,采用了18 个红色LED 光源,包括电路损失在内,共耗电14瓦,即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED 光源应用的重要领域。1987 年,我国开始在汽车上安装高位刹车灯,由于LED 响应速度快(纳秒级),可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况,减少汽车追尾事故的发生。白光二极管灯具的节能主要体现在小功率的、原来使用白炽光源的灯具,比如手电筒、筒灯等。LED 路灯一直在不断进步,步子越走越快。希望在不远的将来,LED 路灯以优异的表现更广泛出现在城市的脉络中。
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