LED路灯在道路照明中的应用分析

摘要 随着社会经济不断发展，城市建设规模不断扩大，人们更加重视城市基础建设，城市路灯工程是其重要内容之一，灯具选择成为城市道路照明工程中更加重要的问题。文章就道路照明工程中使用的LED灯具高效性及节能降耗性特点，将LED路灯建设质量作为重要研究对象，通过对LED路灯在道路照明中的应用措施进行分析，结合其应用特点，提出针对性应用策略，以此确保LED路灯节能降耗前提下，保证道路照明效果，提高道路工程建设质量。

关键词 LED路灯;道路照明;策略

中图分类号 U491.12 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）06-0062-03

引言

LED光源主要特点是节能性、环保性以及使用周期长等，伴随使用范围逐渐扩大，在交通信号领域以及应急照明领域等均获得有效应用，LED光源属于21世纪的新型化光源。节能减排政策逐渐深入，十大节能重点工程中包括绿色照明，照明生产企业获得更大的商机。结合相应统计数据，道路照明灯具企业中，白光LED为主要生产光源的企业数量较多，针对新型化产品使用，须谨慎进行，强化信息交流效果，结合路灯实际使用情况，进行客观性分析，以此相关使用单位以及生产企业可获得有效帮助。

1 LED发光原理内容分析

发光二极管部分构成主要有PN结芯片、电极以及光学系统等，其中发光体晶片面积数值显示为10.12 mil，现阶段国际上出现较多大晶片LED，其中晶片面积数值可达到40 mil。在发光过程中，其阶段主要有三部分，处于正向偏压数值下的载流子部分，注入后，进行复合辐射或者是光能传输。其中微小半导体晶片会被封装在处于洁净状态下的环氧树脂物中，电子运行过程中经过这一晶片后，带有负电的电子会被移动到带正电的空穴区域，实现复合，这一过程中电子以及空穴消失后会生成光子。电子以及空穴之间会产生能量，空隙数值增加同时，生成的光子能量也会增加。其中光子能量相反会与光的颜色相对应，处于可见光的频谱范围中，蓝色光以及紫色光的携带能量相对较多，携带能量较少的是橘色光以及红色光[1]。过程中由于差异性的材料会产生不同的带隙，以此生成不同颜色的光。图1为LED灯工作状态。

2 LED特点内容分析

（1）发光效率较高，LED经过较长时间的技术改良，大幅度提升发光效率，其中不同类型的灯具，发光效率数值也不同，例如白炽灯等，其灯光效数值为12～

24 lm/W，荧光灯数值显示为50～70 lm/W，钠灯数值显示为90～140 lm/W，其中多数耗电行为会生成一定程度的热量损耗。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，光源的阻挡及反射面的吸收而损失，致使路灯的出光效率仅为65%～70%，而LED路灯因其具有良好的方向性，在采用二次光学透镜时，灯具效率便可达到80%左右。LED光效在经过改良后会上升到50～200 lm/W，光显示的主要特点是单色性好、光谱较窄，在未进行过滤即可直接发出有色可见光。

（2）耗电量数值较低，LED单管效率数值显示为0.03～0.06 W，过程中借助直流驱动方式，单管驱动过程中电压数值显示为1.5～3.5 V，电流数值显示为15～18 mA，其反应速度相对较快，处于高频操作背景下，同样的照明效果，耗电量数值是白炽灯泡的一小部分，数值基本占比为1/8，其中荧光灯管占比数值为1/2。

（3）使用寿命相对较长，借助电子光场辐射发光，灯丝发光部分会凸显热沉积或者是光衰减等劣势，过程中借助LED等，发挥体积小以及重量轻等优势，采用环氧树脂进行封装，可有效承受高强度机械设备的冲击以及振动，过程中不会产生破碎问题。目前设备的平均寿命时间显示为10万h，其中光衰数值显示为初始阶段UAN的50%。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，路灯的寿命直接影响整个道路照明的维护成本，LED灯实际使用寿命可延长至5～10年，通过此种方式有效降低光源实际维修费用，防止出现经常换灯问题。

（4）显色性安全可靠，在应用过程中可有效控制光型以及发光角度，凸显柔和光色，不添加透镜，亦不会产生眩光，不会以牺牲均匀光色去达到提高亮度的效果，进一步实现了无光圈光色均匀。其中不含有钠元素等对健康造成危害的物质。LED的显色指数通常达到了80上下，可与说接近自然光线，对于颜色的呈现也相对比较真实，能更真实地反映出物体本身的颜色。LED的高显色性非常便于驾驶员及行人识别目标，在相同的路面亮度之下提供更有利的通行条件。设置微处理系统，对发光强度进行有效控制，发光方式得到调整，完成光与艺术之间的结合。

（5）环保性，此种类型灯具，其属于全固体和发光体，使用过程中具有耐震性，更能承受冲击，不会轻易破碎，LED芯片与封装能够满足欧盟ROHS指令的相关要求，不含汞、铅等有害的物质，LED废弃后完全能够实现回收利用，对于环境也不会造成污染。光源体积相对较小，过程中可进行随意组合，在此基础上极易形成轻薄并且短小的照明产品，有利于安装和维护[2]。由于LED直流驱动的显著特点，特别适合采用太阳能光伏技术及风光互补技术应用于道路照明中，以达到真正意义上的节能环保照明。

（6）快速启动，响应时间相对较短。白炽灯使用过程中，响应时间基本为毫秒级，也不存在重新启动的等待时间，LED灯使用过程中，响应时间显示为纳秒级，可以正常工作在连续开/关状态。

（7）价格优势，此种类型灯价格较为昂贵，与白炽灯相比，一定数量的LED价格可以与白炽灯价格等同，一般情况下每组信号灯需要借助300～500只二極管完成结构组装。LED路灯的高光效和长寿命特点只要得到充分发挥，便能节约电费以及维护费，从而降低整体的使用成本。随着LED路灯技术的逐渐成熟和初始成本的不断降低，在总成本上的潜在优势短期内便能显现出来。

3 LED灯使用过程中的优劣势分析

3.1 优势内容分析

如今，LED照明技术逐渐成熟，使得城市路灯照明节能改造成为可能，特别是大功率的路灯，正在以飞快的速度冲击传统路灯市场。LED灯使用过程中，主要优势凸显在以下方面：

（1）维修优势，道路照明中使用LED灯，维修优势十分显著，安装步骤相对便捷，应用过程中，需要将其安装在灯杆下，比以往路灯安装步骤较为复杂，需要在灯杆上先安装镇流器，同时使用到触发装置等，路灯产生故障后，维修难度也会有所增加[3]。

（2）环保优势，道路照明中使用LED灯，环保优势比较显著，此种类型路灯可有效提升能源的转换效率数值，电力能源可转化为光效能源，相比于传统路灯应用，光污染效果更低，提高生态环境保护效果。伴随经济社会不断发展，人们的环保理念不断深化，LED灯的未来发展空间也逐渐扩大。

（3）年限优势，应用此种路灯，年限优势比较显著，由于LED路灯良好的节能效果，实际使用过程中，并不会由于能耗较大出现电路温度上升问题，对内部构造造成烧毁威胁，路灯后续应用也会产生较大阻碍。通常情况下，LED路灯的使用寿命基本为5万h，相比于传统路灯，使用年限有所延长。

3.2 劣势内容分析

LED路灯在实际的应用过程中，是存在一定的技术短板的。LED灯使用过程中，其劣势主要有以下方面：

（1）散热性较差，LED灯使用阶段，照明效果显著，由于LED路灯的亮度比较高，且发热量大，加之在户外这样的恶劣使用环境下，若散热效果欠佳，将直接导致LED快速老化，灯具就极其易坏或者光衰严重，同时稳定性降低;具备密封性，因为在户外环境中使用的道路灯具，具备相应等级的防尘防水功能，而良好的防护通常会影响LED的散热效果，热量会逐渐储存在灯具内部，极易产生安全事故。在炎热夏季，路灯会在内部—外部热空气的作用下产生灯管爆裂问题。

（2）安全性较差，其处于正常状态下，照明功效显著，但在下雨、大雾天气使用过程中，由于光线穿透能力不强会受到雾气遮挡，出现高眩光问题，对司机造成较大影响，司机长时间处于此种环境中，容易造成一定程度的错误判断，严重情况下还会出现驾驶事故。

（3）光照度不足，均匀性不够突出，设计过程中，难点部分为灯光均匀性，同时也是设计工作中的重点部分，但部分灯具加工厂生产过程中不重视设计步骤，应用路灯阶段，产生灯光投射不均匀问题，地面出现斑马线等等[4]。

4 道路照明中应用LED灯的措施分析

4.1 积极应用ZigBee智能控制技术

相比于PLC等智能控制系统，该种技术系统与其比较类似，须借助GPRS以及CDMA网络支持，以此充分发挥技术优势。区别在于，自组织网是ZigBee网络，显著特点简单来说，子网络控制在通信网络中，可实现自动化寻找，以此构成完整的技术网络。这一控制系统借助GPRS以及ZigBee网络构成两者之间的联系，以此实现远程监控操作。由于该项技术的有效通信距离较短，因此在较远距离的无线通信活动中，需实现与GPRS技术的合作。通过两种技术的有效互补，可在低消耗条件下，积极开拓有效监测范围，在一定程度上可促使监控系统完成智能化操控[5]。除此之外，也可选择使用PLC技术，该种通信方式可借助电力线载波技术完成信息传递，通过电力线可将目前的路灯照明系统赋予智能化，加载不同信号后，通过电力线载波传输电力线不同信号，以此分离解调器信号系统，将信号分别输送到不同设备中。相比于其他技术，该种技术的主要特点是不需要进行网络架设，确保电线完好，可实现数据有效传递。维护成本较低，延长LED灯使用寿命，不断节省电能。

4.2 选择智能灯杆，构建智慧城市

LED灯实现智能照明主要是利用物联网技术，借助软件平台，结合周围环境使用情况以及季节变化等，可实现路灯自动开关灯，调整路灯亮度，依据需求进行人性化照明，将智能应用添加到照明体系之中，进一步实现照明体系的智能化升级。保证安全同时提供路灯电力，可实现二次节能，照明质量得以提高，方便了人们的生活，也为行人提供了多种便利。除此之外，可结合有线或者无线通信技术、监控系统等构建信息基础设施平台，远程管理单一灯杆或者整体灯杆群，可智能分析故障，实时监控报警，及时向检修部门反馈故障情况，有效提升工作效率，降低路灯维护成本。其次，将灯杆作为视频监控探头载体，借助电缆以及光缆等基础设施，构建智能灯杆视频监控功能。通过云台控制彩色户外摄像头，进行360°全方位采集图像，实时监控周围人流量以及车流量。遭遇紧急情况时，可借助一键呼叫功能连接附近进行求助，系统可将灯杆上的探头信息进行提取，掌握周围情况，更加高效快捷地组织工作，构建更加和谐的智慧城市[6]。

4.3 LED路灯未来发展方向

想要扩展LED路灯的使用范围，亟须提高LED路灯的发光效率，优化LED路灯的配光系统，进而延长LED路灯的系统寿命。LED路灯技术难点中，散热是其中较难解决的问题，会对实际工作发光效率产生直接影响，LED路灯亮度相对较好，发热量也较大，户外环境较为苛刻，散热较差会造成LED路灯快速老化，降低稳定性。户外应用此种灯具，须确保其具备一级防尘防水功能，IP防护效果较好但会对LED散热产生妨碍，因此须解决上述矛盾问题。例如，LED利用散热器，但连线接线端子以及散热器设计难以达到IP45等级，不能满足标准要求。新型化LED路灯研制过程中，须正确定位，目标确定为提升LED路灯的发光效率，路灯可实现节能转型。另外，对LED路灯的配光系统进行更高水平的优化，现阶段，通过精准配光措施，路面得以照亮，过程中不会产生斑马线现象，对LED路灯的实际设计形态进行转变，有效节省能源。最后需要对LED路灯的系统使用周期进行延长，具体使用过程中，路灯实际使用周期与企业初期标注的目标存在较大差距，因此须对路灯存在的热性能问题进行有效解决，光源组合得以优化，实现LED路灯的大力推广[7]。

5 总结

照明领域中，LED灯具属于其中具有明显功能性的照明产品，促使灯具广泛应用在道路照明领域中，过程中需要解决关键技术问题，获取更多的计算资料，确保道路照明设计科学性。城市路灯除了具备照明功能之外，还可以美化城市，改善城市环境，而伴随LED灯具设计不断优化，其应用效果逐渐成熟，仍须继续深入探索其在城市主干道中的应用。

参考文献

[1]刘希伟. 太阳能LED路灯在南京江宁区自然村的应用分析[J]. 照明工程学报， 2018（3）：139-142.

[2]李景照， 阚子雄， 陈振强，等. LED路灯室外照明特性与室内模拟关系研究[J]. 发光学报， 2016（11）： 1422-1427.

[3]陈侃松， 杨威， 张丹，等. 具有寿命预测的LED路灯监控系统设计[J]. 计算机测量与控制， 2017（2）：102-106.

[4]潘怡蕾， 刘超博， 王洪波，等. LED道路照明“灯下黑”问题的分析[J]. 照明工程学报， 2018（1）：6.

[5]林海阔， 李涛， 朱继红，等. 城市背街小巷LED路灯控制方案的探讨[J]. 照明工程学报， 2018（1）：3.

[6]颜稳萍， 郭震宁， 林介本，等. 基于逆向优化设计的高能量利用率LED路灯透镜[J]. 光学学报， 2015（4）：9.

[7]Spahiu A， Dhamo L， Zavalani O. LED Street Lighting Application in Municipality of Tirana[C]// 2018 International IEEE Conference and workshop in buda on Electrical and Power Engineering （CANDO-EPE）. IEEE， 2018.

收稿日期：2022-03-07

作者簡介：周剑刚（1976—），男，硕士研究生，一级建造师，高级工程师，研究方向：城市道路照明。