城市亮化工程
LED模組化路燈
作者:admin  來源:黑龍江帕瓦節能環保科技有限公司  發布時間:[2015-02-05 12:57:23]  點擊:
  • LED路燈

LED路燈具有環保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點,因此,LED路燈將成為節能改造的最佳選擇。
 
  • 1定義

道路照明城市照明的重要組成部分,傳統的路燈常采用,高壓鈉燈360度發光,光損失大的缺點造成了能源的巨大浪費。當前,全球的環境在日益惡化,各國都在發展清潔能源。而隨著國民經濟的高速增長,我國能源供需矛盾日漸突出,電力供應開始存在著嚴重短缺的局面,節能是所急需解決的問題。因此,開發新型高效、節能、壽命長、顯色指數高、環保的LED路燈對城市照明節能具有十分重要的意義。
道路照明與人們生產生活密切相關,隨著我國城市化進程的加快,LED路燈以定向發光、功率消耗低、驅動特性好、響應速度快、抗震能力高、使用壽命長、綠色環保等優勢逐漸走入人們的視野、成為世界上最具有替代傳統光源優勢的新一代節能光源,因此,LED路燈將成為道路照明節能改造的最佳選擇。
 
  • 2特點

LED路燈與常規路燈不同的是,LED光源采用低壓直流供電、由GaN基功率型藍光LED與黃色合成的高效白光,具有高效、安全、節能、環保、壽命長、響應速度快、顯色指數高等獨特優點,可廣泛應用于道路。外罩可用制作,耐高溫達135度,耐低溫達-45度。

優點

1、本身的特性——光的單向性,沒有光的漫射,保證光照效率。
2、LED路燈有獨特的二次光學設計,將LED路燈的光照射到所需照明的區域,進一步提高了光照效率,以達到節能目的。
3、LED的已達110-130lm/W,而且還有很大的發展空間,理論值達360lm/W。而高壓鈉燈的發光效率是隨功率增加才有所增加,因此,總體光效LED路燈比高壓鈉燈強;(這個總體光效是理論上的,實際上250W以上高壓鈉燈的光效高于LED燈)。
4、LED路燈的光顯色性比高壓鈉燈高許多,高壓鈉燈顯色指數只有23左右,而LED路燈顯色指數達到75以上,從視覺心理角度考慮,達到同等亮度,LED路燈的光照度平均可以比高壓鈉燈降低20%以上,。
5、光衰小,一年的光衰不到3%,使用10年仍達到道路要求,而高壓鈉燈光衰大,一年左右已經下降30%以上,因此,LED路燈在使用功率的設計上可以比高壓鈉燈低。
6、LED路燈有自動控制節能裝置,能實現在滿足不同時段照明要求情況下最大可能的降低功率,節省電能。可實現電腦調光,分時間段控制,光線控制,溫度控制,自動巡檢等人性化功能。
7、壽命長:能使用5萬小時以上,提供三年的質量保證。不足之處就是電源的壽命得不到保證。
8、光效高:采用≥100LM以上的芯片,相對于傳統高壓鈉燈能節能75%以上。
9、安裝簡便:無需加埋電纜無需整流器等,直接將安裝于燈桿接上或者將光源嵌套原有燈殼。
10、散熱控制出色:夏天溫度控制在45度以下,并采用被動散熱方式,夏天的散熱保障不足。
11、質量可靠:電路電源全部采用高質量元器件,每顆LED都有單獨過流保護,無需擔心損壞。
12、光色均勻:不加透鏡,不以提高亮度而犧牲均勻光色,從而保證無光圈光色均勻。
13、LED不含有害金屬汞,在報廢時不會對環境造成危害。
綜合上述原理的節能效果顯著,代替高壓鈉燈可節電60%以上。
維護成本低:相對于傳統路燈,LED路燈維護成本極低,經過比較,不到6年即可收回全部投入成本。

缺點

1、單個LED功率低。為了獲得大功率,需要多個并聯使用。
2、顯色性低。在LED照射下顯示的顏色沒有白熾燈真實,這要從光譜分布上來分析,屬于技術問題。
3、光斑。由于白光LED本身制造工藝上缺陷加上與反射杯或透鏡的配合誤差,容易造成“黃圈”問題。
4、LED照射均勻度問題。如果不進行二次光學設計,LED的照射是比較集中,所以一定要進行二次光學設計,使其光強分布圖呈蝙蝠形。
5、LED的光衰問題。相比小功率LED,大功率LED路燈的光衰就會要好很多。但是小功率LED熱量散發很小。而大功率的LED是存在散熱沒有辦法解決的問題,而且發熱后亮度會明顯降低,所以功率不能做大。現在市場銷售的Spark LED路燈最大的是360W。
 
  • 3設計要求

1、照明用LED的最大特點是具有定向發射光的功能,因為功率型LED幾乎都裝有反射器,并且這種反射器的效率都明顯高于燈具的反射器效率。另外,LED的光效檢測時已經包括了自身反射器的效率。采用LED的道路燈具應盡可能地利用LED的定向發射光的特性,使道路燈具中的各個LED分別直接把光線射向被照路面的各個區域,再利用燈具反射器的輔助配光,來實現很合理的道路燈具的綜合配光。應該說,道路燈具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115標準的照度和照度均勻度要求,燈具內應包含三次配光的功能才能比較好地實現。,而帶反射器的并且具有合理的光束輸出角度的LED本身就具有良好的一次配光功能。在燈具內,能按照路燈具高度及路面寬度設計各個LED的安裝位置和發射光的方向就能實現良好的二次配光功能。在此類燈具中的反射器,只作為輔助的三次配光手段,來保證道路照度更好的均勻度。
在實際的道路照明燈具的設計中,可采用在基本設定每一個LED設射方向的前提下,把每一個LED用球形萬向節固定在燈具上,當燈具使用于不同的高度和照射寬度時,可通過調整球形萬向節使每一個LED的照射方向都達到滿意的結果。在確定每一個LED的功率、光束輸出角度時,可根據E(lx)=I(cd)/D(m)2(光強和照度距離平方反比定律),分別計算出各LED在基本選定光束輸出角度時應該具備的功率,并且可以通過調整各LED的功率以及LED驅動電路輸出給每一個LED不同的功率來使每一個LED的光輸出都達到預計值。這些調整手段都是采用LED光源的道路燈具所特有的,充分利用這些特點就能實現在滿足道路路面的照度和照度均勻度的前提下降低照明功率密度,達到節能的目的。
2、LED路燈的電源系統也與傳統光源不同,LED所特需的恒流驅動電源,是保證其正常工作的一大基石,簡單開關電源的方案常會帶來LED器件的損傷。如何使緊密壓縮在一起的一組LED安全、也是考察LED路燈的一個指標。LED對驅動電路的要求是能保證恒流輸出的特性,因為LED正向工作時結電壓相對變化區域很小,所以保證了LED驅動電流的恒定也就基本保證了LED輸出功率的恒定。對于我國電源電壓供應不穩定的現狀,道路燈具LED的驅動電路具有恒流輸出特性是十分必要,可保證光輸出恒定并且防止LED的超功率運行。
要想使LED驅動電路呈現恒流特性,從驅動電路的輸出端向內看,其輸出內阻抗一定是高的。工作時,負載電流也同樣通過這一輸出內阻抗,如果驅動電路由降壓、整流濾波后加直流恒流源電路或通用的開關電源加電阻電路組成,在其上必定也消耗很大的有功功率,所以此兩類驅動電路在基本滿足恒流輸出的前提下,效率是不可能高的。正確的設計方案是采用有源電子開關電路或采用高頻電流來驅動LED,采用上述兩種方案可以使驅動電路在保持良好的恒流輸出特性的前提下,仍具有很高的轉換效率
我國的道路燈具,基本都采用HID光源加配觸發器和電感鎮流器的模式,這一模式雖說存在能效較低及頻閃的問題。而采用電子驅動電路的LED燈具,在野外照明場合使用時,威脅其可塑性的一個重要方面是雷電感應問題。
眾所周知,空中的閃電發射的是一廣譜的無線電波,而架空的道路燈具供電線路,是良好的接受無線。兩根電源線接收的同一閃電發出的無線電波,對驅動電路來講是屬于共模干擾信號,這種共模干擾對地可達數佰伏到數千伏,很容易擊穿驅動電路內的EMC接地電容或較小的對地(對外殼)的電氣間隙,造成驅動電路的損壞。
另外由于我國的供電線路是三相四線制中性線接地的極性電源,所以在兩根架空供電線的各段,在感應到閃電的無線電波的瞬間,由于兩根供電線對地的瞬時阻抗不同而使兩根供電線間產生一個差模的干擾電壓,這一瞬時差模干擾電壓也可達到數百伏至3000多伏,這一電壓往往會擊穿驅動電路的電源整流二極管和印制線路板上的不同極性電極間的電氣間隙,LED控制器同樣會使驅動電路損壞。
要解決這一問題,必須在LED的驅動電路中的輸入端,并接快速響應的壓敏電阻,以保證差模干擾的泄放。由于閃電的感應干擾是重復多次的,當干擾電壓高時,壓敏電阻瞬時導通泄放的電流可能很大,所以采用的壓敏電阻不僅應具有快速的響應能力,還應具備瞬時導通數十安培的泄放能力而不損壞。除了采用壓敏電阻外,LED的驅動電路的輸入端還應結合傳導干擾(EMI)的防護,設計有復合的LC網絡,使這些LC網絡不僅能阻礙內部的EMI對電網的泄露,而且能對閃電的干擾信號起到明顯的抑制作用。
還有,LED驅動電路各點對地的電氣間隙應保持在7mm以上,EMI防護的接地電容以及驅動電路的對地絕緣強度,應達到強化絕緣(4V+2750V)的要求,這樣能使LED的驅動電路具有良好的抗差模和共模雷電感應的能力。
 
  • 4選購要點

發光效率

技術日趨成熟,大功率LED光源已可以滿足一般路燈所需的。一般的高壓鈉燈的光效是100LM/W,常用的大功率LED是50-60LM/W,用國外最好的LED芯片可以達到80LM/W,發光效率越高,意味著節能效果越好,這也是選擇LED路燈最重要的指標之一。不過,LED的標準中并未對此有明確規定,所以在采購LED路燈時必須仔細確認。

光衰

而有的商家,為了降低成本,就采用幾百只0.5W的小功率LED。然而這種小功率的LED的光衰是非常嚴重的,其光衰至80%的壽命只有1000小時。所以,作為需要長期使用的路燈是絕對不能允許采用這種小功率LED的,選用大功率LED(一般指30W以上),其光衰就要好很多。

自重問題

LED路燈由于技術含量高、成分復雜等原因,一些大功率燈頭重量會遠遠超過普通高壓鈉燈,因此對相應的支撐材料要求較更高。不過,一些LED路燈廠家已經盡可能的在減少LED燈頭的自重,從原來的單個燈頭約30公斤左右,降到了10多公斤,重量的減輕還有進一步下降的趨勢。

散熱

LED因為是半導體元器件,其晶片受到溫度影響而減少到初始光通量的30%時,就將失去照明意義,也就是壽命終結了,理論上大功率LED路燈的壽命在3-5萬小時,但其重要前提是有良好的散熱性。值得一提的是,國內已有廠家采用了全球領先的針狀散熱技術。
 
  • 5成本對比

假設某城市有三段道路長度分別為3公里、5公里、10公里,鋪設路燈以每隔30米一盞,每邊一盞計算,這三段路所需的路燈總數分別為202盞、334盞、668盞,傳統路燈以功率為250W 的高壓鈉燈為準,LED路燈以功率為50W為準進行對比。
傳統路燈單價為1000元/盞,LED路燈單價為3000/盞,那鋪設傳統路燈三種長度的道路所需光源成本分別為:202*1000=20.2萬元,334*1000=33.4萬元,668*1000=66.8萬元,鋪設LED路燈三種長度的道路所需的光源成本分別為:202*3000=60.6萬元,334*3000=100.2萬元,668*3000=200.4萬元。
我們來分析三段長度的道路兩種光源鋪設電纜的成本,3公里道路傳統路燈主干線電纜負載流量I=P/U=202*250/220=230A,它需橫截面積為60mm2的銅芯電纜,其單價為120元/米,則其電纜成本為120*3000=36萬元,LED路燈干線電纜負載流量l=P/U=202*50/220=44A,它需橫截面積為1Omm2的銅芯電纜,它需橫截面12mm2的銅芯電纜,單價為12元/米,電纜成本為12*300=3.6萬元,5公里道路傳統路燈主干線電纜負載流量I=P/U=333*250/220=377A,它需橫截面為90mm2的銅芯電纜,單價為180元/ 米,電纜成本為980*5000=90萬元,LED路燈主干線電纜負載流量I=P/U=333*50/220=73A,它需橫截面為20mm2的銅芯電纜,單價為25元/條成本為25*5000=12.5萬元,10公里道路傳統路燈主干線電纜流量I=P/U=666*250/220=680A,它需橫截面為400m2的銅芯電纜,單價為360元/米,電纜成本為360*10000=360萬元,LED路燈主干線電纜負載流量I=P/U= 666*50220=146A, 它需橫截面為42mm2銅芯電纜,單價為60元/米,成本為60萬元。

意義

LED路燈改造效益“十城萬盞”的示范意義主要在于通過應用、發現和解決半導體照明產品在實際應用中出現的問題。需要參與的城市根據自身特點,尋找合適的產品與應用領域,建立相應的運營模式,通過一段時間的試運行,發現其中的不足之處,最終總結歸納出相對合理有效的解決方案。因此,無論是通過應用促進技術創新,還是以新的商業模式帶動應用,都有其巨大的實踐價值。
1、經濟效益:
名稱
250W替代對比
LED路燈
400W替代對比
LED路燈
燈類
HPS-250W
SPL-120W
HPS-400W
SPL-180W
燈泡功率(W)
250
120
400
180
電源功率(W)
80
20
130
25
實際耗電功率(W)
330
140
530
205
日耗電量(度/日)
3.96
1.26
6.36
1.85
年耗電量(度/年)
1445.4
459.9
2321.4
897.9
電費(元/年)
1329.77
423.11
2135.69
826.07
維護(元/年)
200
0
200
0
燈泡(元/年)
100
0
200
0
總費用(元/年)
1629.77
423.11
2535.69
826.07
兩組數據分別節省:1206.66元/年,1309.62元/年(電費0.92元/度)
2、環境效益
項目
數值(120W/盞)
數值(180W/盞)
備注
節省標準煤(kg/年)
368.577
615.660
0.374kg/度
減少SO2的排放/年(kg/年)
10.841
18.108
0.011kg/度
減少CO2的排放/年(kg/年)
375.476
627.183
0.381kg/度
3、社會效益
1.節能減排
大力響應國家節能減排政策,實現國務院提出的在“十一五”期間單位生產總值能耗降低20%左右,主要污染物排放總量減少10%的約束性指標。
2.城市形象
使用科技含量較高節能環保的綠色照明,有助于城市整體形象的提升。
3.照明質量
與傳統路燈相比,LED路燈顯色指數高,真實反映路況和環境狀況,大大提高道路照明的質量。
4.利國利民
響應國家政策,推動節能減排、提升城市品味、提高照明質量,實實在在利國利民的政府實事。
 
  • 6技術原理

傳統LED路燈設計主要設計重點在LED的流明數上,而對的散熱則的關注較少。實際上,LED的流明數正在迅速的增加。2009年量產LED的單瓦流明數已經達到100流明,而且這一數值還在快速地增長。與之對應的傳熱學理論體系已經成熟,我們可以使用的傳熱手段也基本明確:傳導、對流、輻射和相變傳熱。因此,在傳熱或者說散熱問題上,我們可以采取的措施是可見的、有限的。
LED路燈散熱技術,一般使用多為導熱板方式,是一片5mm厚的銅板,實際上算是均溫板,把熱源均溫掉;也有加裝散熱片來散熱,但是重量太大。重量在路燈系統上十分重要,因為路燈高有9米,若太重危險性就增加,尤其遇到臺風、地震都可能產生意外.國內有廠家采用全球首創的針狀散熱技術,針狀散熱器的散熱效率要比傳統片狀散熱器有很大幅度提高,能使LED結溫比普通散熱器低15℃以上,并且防水性能比普通鋁型材散熱器要好,同時在重量和體積上也有所改進。另外,針對大功率LED燈具開發的石墨散熱片也具有良好的導熱和散熱性能。
散熱方式主要有:自然對流散熱、加裝風扇強制散熱、熱管和回路熱管散熱等。加裝風扇強制散熱方式系統復雜、可靠性低,熱管和回路熱管散熱方式成本高。而路燈具有戶外夜間使用、散熱面位于側上面以及體型受限制較小等有利于空氣自然對流散熱的優點,所以LED路燈建議盡可能選擇自然對流散熱方式。
LED路燈散熱設計中存在的問題有:散熱翅片面積隨意設定,散熱翅片布置方式不合理,燈具散熱翅片的布置沒有考慮到燈具的使用方式,影響到翅片效果的發揮,強調熱傳導環節、忽視對流散熱環節,盡管眾多的廠家考慮了各種各樣的措施:熱管、回路熱管、加導熱硅脂等等,卻沒有認識到熱量最終還是要依靠燈具的外表面積散走,.忽視傳熱的均衡性,如果翅片的溫度分布嚴重不均勻,將會導致其中一部分的翅片沒有發揮作用或作用很有限。
散熱式大功率LED路燈燈具。其目的是解決大功率LED燈具散熱問題,提出一種空氣對流散熱式大功率LED路燈燈具,它包括有燈頭組件、燈具散熱體組件和燈尾組件,燈具散熱體組件為弧弦柱形殼體,兩端開口,其弧柱面兩側面為立面,立面也開有陣列通孔,在弧弦柱形殼體內腔設有4~10條軸向排列的并與弧柱面和弦柱面固接立筋導熱板,立筋導熱板和弧弦柱形殼體兩側的兩個立面也都開有陣列通孔,立筋導熱板和弧弦柱形殼體兩側的兩個立面在燈具散熱體組件內形成5~11條熱空氣流動的散熱通道。本實用新型優點是散熱體內腔有多條熱空氣流動的散熱通道,立筋導熱板也都充當散熱面,熱交換面增加,熱排放效率高。
LED路燈的散熱是需要重點解決的問題之一,不僅直接關系到LED實際工作時的發光效率,而且由于LED路燈亮度要求高、發熱量大,并且戶外這種使用環境比較苛刻,如果散熱不好會直接導致LED快速老化,穩定性降低。因為在戶外使用的道路燈具,應具有一定等級的防塵防水功能(IP),良好的IP防護往往會妨礙LED的散熱。解決這個相互矛盾但又都得解決的兩個問題是道路燈具設計時應關注的一個重要方面。在這一方面也是國內把LED應用于道路燈具中時出現不合格及不合理的情況最多的。國內使用中出現的不合格及不合理的情況基本有:
(1)對LED采用了散熱器,但LED連線的接線端子及散熱器的設計無法達到IP45及以上等級,無法滿足GB7000.5/IEC6598-2-3 標準的要求。
(2)采用普通的道路燈具外殼,在燈具出光面內用矩陣式LED,這種設計雖說能滿足IP試驗,但是由于燈具內的不通風會造成在工作時,燈具內腔的溫度會升高到50℃~80℃,在如此高的工況下,LED的發光效率是不可能高的,同時LED的使用壽命也將大打折扣計,實際上存在明顯的不合理情況。
(3)在燈具內采用了儀表風扇對LED及散熱器進行散熱,其進風口設計在燈具的下方,以避免雨水的進入,出風口設計在下射LED光源的四周。這樣也能有效避免雨水的進入,另外散熱器和LED(光源腔)不處于同一空腔內,這種設計如做的好,按燈具的IP試驗要求,能順利通過。這一方案,不僅解決了LED的散熱問題,而且同時滿足了IP等級的要求。但是這種看似良好的設計,實際上存在明顯的不合理情況。因為在我國絕大多數道路燈具的使用場合,空中的飛塵量是較大的,有時會達到很大(例如起沙塵暴),這類燈具在一般條件下使用一段時間后(約三個月至半年),其內部散熱器的縫隙內就會塞滿灰塵,使散熱器效果大打折扣,最后還會使LED因工作溫度過高而使用壽命明顯縮短。這一方案的不足是在于不能持久良好地使用。
要兼顧道路燈具中LED的散熱及IP防護,較合理的設計指導思想是:
a、在關鍵的散熱位置,采用導熱板。導熱板是在金屬板的內部,均布有供冷媒流動的細導管,并在細導管內充有冷媒,當導熱板的某一部位受熱時,細導管內的冷媒會快速流動而使熱量迅速地傳導。好的導熱板的熱傳導系數可以達到同厚度銅材板的8~12倍,雖說價格較高,但如在關鍵部位使用,對LED的散熱將起到事半功倍的作用。
b、把燈具的外殼設計成散熱器狀。大部分的道路燈具外殼是鋁材的,直接利用燈具外殼外面作為散熱器既可以保證IP防護等級的要求,也可以得到很大的散熱面積,另外,燈具外殼組成的散熱器在有落塵時,可以通過自然的風雨而沖洗,從而可保證散熱器工作的持續有效性。
 
  • 7技術要求

技術日趨成熟,光源功效已經達到100lm/W以上,這使得城市路燈照明節能改造成為可能。LED路燈,特別是大功率LED路燈,正以迅猛的速度沖擊傳統的路燈市場。
大功率LED路燈顧名思義是功率大于30瓦以上,采用新型LED半導體光源的路燈。的標準一般是路面照度均勻度,符合道路照度。(實際1/2中心光斑達到25LUX,1/4中心光強達到 15LUX,16米遠的最低光強4LUX,重疊光強約6LUX。就是指采用太陽能硅板為供應電源的LED路燈。

標準

1. 光的轉化率17%,(每平方太陽能量為1000W,實際利用效率為170W)
2. 市場路燈透鏡材料為改良光學材料,透過率≥93%,耐溫-38-+90度,抗UV紫外線`黃化率30000小時無變化等特點。
3.LED路燈,主要用于LED路燈的透鏡,光斑為矩形,材料是PMMA光學材料,透過率≥93%,耐溫-38-+90度,抗UV紫外線`黃化率30000小時無變化等,
4. 路面照度均勻度(uniformityof road surfaceilluminance)的平均照度0.48,光斑比值1:2。
5.符合道路照度。(實際1/2中心光斑達到25LUX,1/4中心光強達到15LUX,16米遠的最低光強4LUX,重疊光強約6LUX。
6.它在新型城市照明中有非常好的應用前景。對深度的調光,且顏色和其他特性不會因調光而變化。
7.適應濕度:≤95。
盡管LED路燈的發展速度迅猛,但led路燈的標準卻相對滯后。在全球范圍內,LED的路燈標準也不是都沒有,像LED路燈的歐洲標準就有。事實上,各地區對LED路燈的標準,在指標上不盡相同,LED路燈要在標準上符合銷售區的要求,因此投標LED路燈工程要深入研究當地的LED路燈標準,只有這樣才會在激烈的市場競爭中占有一席之地。

路燈標準

本標準規定了LED(發光二極管)路燈的定義、產品分類、型號和命名、技術要求、試驗方法、檢驗規則以及標志、使用說明書、包裝、運輸和貯存的要求等。
本標準適用于250V以下直流電源或1000V以下交流供電的道路、街路、隧道照明和其他室外公共場所照明用LED(發光二極管)路燈。
1 燈具電性能
LED路燈在標稱的額定電源電壓及額定頻率下工作時,其實際消耗的功率與額定功率之差不應大于10%,功率因素不應小于0.92。
2 防護等級
LED路燈防護等級A級品不應低于IP67;B級品不應低于IP66;C級品不應IP65。
3 平均壽命
LED路燈的額定平均壽命不應低于30000h。
4 最大溫度
LED路燈額定最大溫度Tc值不應大于58℃。
5 最大熱沉溫度
燈具內各個 LED管的最大熱沉溫度不應大于65℃。
6 主要光參數
7 抗擾度
浪涌抑制性能(抗雷擊)的應不低于2kV(線—線)和4kV(線—地)。
8 配光特性
燈具中部分LED燈泡熄滅或整燈調光時,其光斑形狀和路面照度均勻性不應發生明顯變化。
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