目前大功率白光LED的光效已超过100lm/W,科锐(Cree)、欧司朗(Osram)光电半导体等公司的大功率白光LED的实验室水平早在2009年年初就达160lm/W。根据美国能源部(DOE)预测,到2020年前后,大功率LED商业产品的光效可以达到165lm/W,实验室样品光效可以达到230lm/W。到2020年之后,LED光效基本不再会有大的提高,将进入一个迟缓期。
在道路照明方面,高压钠灯因为其光效可达到120lm/W而占主导地位。但是,随着LED光效的不断提高,高压钠灯路灯的垄断地位岌岌可危。目前在次干道上使用的150W以下的LED路灯,已体现出明显的节能优势。
传统路灯光源一般向整个空间发光,但需要路灯照亮的只是行车和行人的路面,因此在路灯灯具设计时,为了尽可能地使灯光均匀并集中地投射到路面上,需要使用曲面反射器来收集光线,使其向所需要的方向照射。在光线传播过程中,由于光源的阻挡和反射面的吸收而损失,致使路灯的出光效率仅为65%~70%。反观LED路灯,因其具有良好的方向性,在采用二次光学透镜时,灯具效率可达80%左右。如果再进行三次光学设计,灯具的出光效率可达85%~90%。
表1列示了某一400W的高压钠灯与一盏250W的LED路灯灯具效率及路面利用率等参数比较。
表1 400W高压钠灯与250W的LED路灯参数比较
事实证明,用配光科学合理的100W的LED路灯替代次干道上使用的250W的高压钠灯路灯,不仅能达到道路照明标准要求的平均照度,而且均匀度也得到大幅提高。而高压钠灯路灯的平均照度局部区域可能较高,但均匀度却很差。由此可见,LED路灯具有相当大的节能空间。
高强度放电(HID)灯路灯,一般只能在小范围内进行调光,而LED路灯可以实现从0%~100%范围内的调光控制,可以根据环境光照和交通状况灵活调节光输出,在保证照明需求的情况下降低不必要的能耗。由此可见,对于占总照明用电量约为15%~20%的道路照明来说,大规模地推行LED路灯,对于节能降碳具有重要意义。
(2)使用寿命长
路灯的寿命直接影响整个道路照明的维护成本。目前高压钠灯的寿命一般为2万小时左右,道路照明用高压钠灯的使用寿命仅约5000小时,而大功率LED的寿命一般达5~7万小时。
高压钠灯和LED的平均寿命定义是不同的。高压钠灯的平均寿命定义为“将一批受试光源样品点燃至50%数量损坏时的时间”,而LED的平均寿命则是指“将一批受试样品点燃至50%数量的光衰至70%的时间”。
若按高压钠灯的寿命定义来衡量LED,寿命为5万小时的LED则可达10万小时;若按LED的寿命定义来衡量高压钠灯,寿命为2万小时的高压钠灯仅约1万小时。
当然,LED的寿命并不是LED路灯的寿命。LED路灯的寿命是由LED光源寿命和驱动电路的寿命共同决定的,而LED及其驱动电路的寿命取决于灯具的散热能力、电路拓扑结构及其电子元器件的选择等多种因素。从目前的技术水平看,LED路灯的寿命可以超过高压钠灯路灯。
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