LED的發(fā)光效率雖然從數(shù)字上比不過高壓鈉燈(高壓鈉燈的發(fā)光效率為132lm/W,而LED只有90lmW),但是LED的發(fā)展?jié)摿艽?。?4是各種燈具的發(fā)光效率的比較。
高壓鈉燈的光譜比較集中于黃色,它的色溫比較低,只有2000~2500K,而LED的色溫較高,可以達(dá)到3500~4500K以上。另外高壓鈉燈的光線是向四處發(fā)射的,有很大一部分光無法到達(dá)路面。還有,高壓鈉燈的顯色指數(shù)低,只有20~40,感覺昏暗;而LED的顯色指數(shù)高,可以達(dá)到75~80,所以路面明亮,感覺舒適。從實際的發(fā)光效果來看,LED比高壓鈉燈好很多。100W的LED可以取代250W的高壓鈉燈或300W的水銀燈。100W的LED的輸出光通量大約只有6250lm(經(jīng)過二次光學(xué)設(shè)計,會有所損失),到達(dá)路面時的光通量仍為6000lm,而路面的平均照度可以達(dá)到16lx(12m高桿)。250W高壓鈉燈的輸出光通量為20000x,但到達(dá)路面的光通量就只有70001m,路面的照度為30~401x。由于顯色系數(shù)的差別,LED的照度修正系數(shù)為2.35,高壓鈉燈的修正系數(shù)為0.94。所以,100W的LED經(jīng)過修正以后地面的照度為37.6kx,而高壓鈉燈修正后的照度為282~37.61x,二者相當(dāng)。所以,采用100W的LED可以取代250W的高壓鈉燈,LED可以節(jié)能60%。
高壓鈉燈設(shè)計壽命為20000h,由于受電壓變化及大啟動電流的影響,其實際壽命通常只有4000h,假定每天工作10h,則只能工作400天,使用一年多就要更換;而大功率LED的壽命為5000,假定每天工作10h,使用13.7年才需要更換,這就大大節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。
與目前普通的高壓鈉燈相比LED路燈的優(yōu)勢如下。
①節(jié)能。目前白光LED的發(fā)光效率約為80lm/W,采用超高亮度大功率LED光源配合高效率電源,實際照明效果經(jīng)測試比目前道路使用的高壓鈉燈綜合節(jié)能50%~60%,技術(shù)進(jìn)步空間依然很大。隨著LED效率的快速提高,LED路燈在節(jié)能方面顯示出了巨大的潛力。
②維護(hù)成本低。以目前的技術(shù)水平和測試結(jié)果推算,大功率LED光源可以正常使用10年不用更換,而傳統(tǒng)高壓鈉燈平均一年半就要更換一次,使用LED光源可以大大降低維護(hù)成本。
③顯色性佳。LED的顯色指數(shù)高(75~80),路面看起來更明亮,感覺更舒適,駕駛員也感覺更安全;而高壓鈉燈的光譜窄,顯色性差(20~40),路面感覺昏暗。
④綠色環(huán)保。光源中沒有鉛、汞等污染元素,光線健康,LED路燈光線中不含紫外線和紅外線,不產(chǎn)生輻射(高壓鈉燈光線中含有紫外線和紅外線),對環(huán)境沒有任何污染,從生產(chǎn)過程到使用過程直至報廢幾乎全無污染,實現(xiàn)了真正意義上的綠色環(huán)保節(jié)能照明,而且不會產(chǎn)生電磁干擾(高壓鈉燈中含有汞、氙等元素,其中的電子鎮(zhèn)流器會產(chǎn)生電磁干擾),對電網(wǎng)無污染,功率因數(shù)大于或等于0.9,諧波失真小于或等于20%,EM符合全球指標(biāo)。
⑤色溫可選,能滿足不同場合對色溫的需求,消除了鈉燈色溫過低和汞燈色溫過高引起的催眠情緒和壓抑情緒,使觀察者倍感舒適,可在不同場合中應(yīng)用,也是提高效率、降低成本的一個重要途徑。
⑥采用LED作為光源的道路燈具在設(shè)計時應(yīng)在滿足IP防護(hù)的前提下,保證散熱的可靠和持續(xù)有效,LED驅(qū)動電路應(yīng)具有高效率且完善的EM和EMS防護(hù)特性。具備這些特點(diǎn)的LED道路燈具不僅照明功率密度(LPD)指標(biāo)好,而且輸出光無頻閃,這對于運(yùn)動物的照明是十分有益的。
⑦超長壽命。LED路燈采用半導(dǎo)體芯片發(fā)光,LED光源無燈絲和玻璃外殼,沒有傳統(tǒng)燈管碎裂問題,抗震力強(qiáng),使用壽命可達(dá)50000h以上(普通白熾燈的使用壽命僅有1000h左右,普通節(jié)能燈的使用壽命也只有8000h)。采用高可靠性的先進(jìn)封裝工藝,充分保障了LED的超長壽命,是傳統(tǒng)鈉燈、汞燈的5~10倍。
⑧LED路燈可以方便地調(diào)整照射角度,使被照區(qū)域的照度變得更為均勻,同時減少對環(huán)境空間的光污染。
⑨安全系數(shù)高。直流低壓工作的特點(diǎn)相比傳統(tǒng)的燈具更加安全可靠,LED路燈所需電壓、電流較小,發(fā)熱量較少,不產(chǎn)生安全隱患。
單一黃色的高壓鈉燈的顯色指數(shù)很低(約23),在其照射下物體顏色失真非常明顯。而LED路燈的顯色指數(shù)很高(高于80),接近日光(顯色指數(shù)為100),對顏色的呈現(xiàn)更真實、更鮮艷。根據(jù)原建設(shè)部《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)條文,與高壓鈉燈相比,顯色性好的白光燈的光譜中有較多的藍(lán)綠成分,因此,在道路照明(非明視)條件下可以產(chǎn)生更高的可見度,因此達(dá)到相同的視覺效果所需要的光源功率,白光燈就要比高壓鈉燈低很多。
目前,LED光源還存在以下不足。
①發(fā)光效率還不夠高。目前雖然試驗室水平大功率白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過了100mW,但量產(chǎn)的、性價比高的大功率白光LED的發(fā)光效率還在60lmW左右,節(jié)能優(yōu)勢還沒有充分發(fā)揮出來。
②地面對LED光的反射率低。由于目前白光LED的光譜特征,路面及周邊物體對它的反射率低,所以路面的亮度較低。與鈉燈的黃光相比,這是它的一個弱點(diǎn)。
大功率白光LED光源的理論發(fā)光效率可以達(dá)到300lm/W左右,因此在技術(shù)上還有非常大的發(fā)展空間。同時,LED路燈目前正處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的開始階段,在提高散熱效率、驅(qū)動控制系統(tǒng)優(yōu)化以及配光設(shè)計方面還有非常大的提升空間,還有大量的研發(fā)工作需要深入開展。
現(xiàn)投入使用的LED路燈由于技術(shù)條件的限制,功率為30~100W,光效為50~80lm/W,道路照度較低。若桿高8.5m,間距為30m,則光源為2×50W的LED燈的燈下照度為191x,兩燈之間為11k,***暗處為3.5x。以上數(shù)據(jù)為新安裝燈具的初始照度值,故其照度不能滿足快速路與主干道的要求。