城市亮化工程
LED模组化路灯
作者:admin  来源:黑龙江帕瓦节能环保科技有限公司  发布时间:[2015-02-05 12:57:23]  点击:
  • LED路灯

  • LED路灯具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点,因此,LED路灯将成为节能改造的最佳选择。
     
  • 1定义

  • 道路照明城市照明的重要组成部分,传统的路灯常采用,高压钠灯360度发光,光损失大的缺点造成了能源的巨大浪费。当前,全球的环境在日益恶化,各国都在发展清洁能源。而随着国民经济的高速增长,我国能源供需矛盾日渐突出,电力供应开始存在着严重短缺的局面,节能是所急需解决的问题。因此,开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的LED路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。
    道路照明与人们生产生活密切相关,随着我国城市化进程的加快,LED路灯以定向发光、功率消耗低、驱动特性好、响应速度快、抗震能力高、使用寿命长、绿色环保等优势逐渐走入人们的视野、成为世界上最具有替代传统光源优势的新一代节能光源,因此,LED路灯将成为道路照明节能改造的最佳选择。
     
  • 2特点

  • LED路灯与常规路灯不同的是,LED光源采用betway必威手机版官网下载直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色合成的高效白光,具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点,可广泛应用于道路。外罩可用制作,耐高温达135度,耐低温达-45度。

    优点

    1、本身的特性——光的单向性,没有光的漫射,保证光照效率。
    2、LED路灯有独特的二次光学设计,将LED路灯的光照射到所需照明的区域,进一步提高了光照效率,以达到节能目的。
    3、LED的已达110-130lm/W,而且还有很大的发展空间,理论值达360lm/W。而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加,因此,总体光效LED路灯比高压钠灯强;(这个总体光效是理论上的,实际上250W以上高压钠灯的光效高于LED灯)。
    4、LED路灯的光显色性比高压钠灯高许多,高压钠灯显色指数只有23左右,而LED路灯显色指数达到75以上,从视觉心理角度考虑,达到同等亮度,LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上,。
    5、光衰小,一年的光衰不到3%,使用10年仍达到道路要求,而高压钠灯光衰大,一年左右已经下降30%以上,因此,LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低。
    6、LED路灯有自动控制节能必威app下载,能实现在满足不同时段照明要求情况下最大可能的降低功率,节省电能。可实现电脑调光,分时间段控制,光线控制,温度控制,自动巡检等人性化功能。
    7、寿命长:能使用5万小时以上,提供三年的质量保证。不足之处就是电源的寿命得不到保证。
    8、光效高:采用≥100LM以上的芯片,相对于传统高压钠灯能节能75%以上。
    9、安装简便:无需加埋电缆无需整流器等,直接将安装于灯杆接上或者将光源嵌套原有灯壳。
    10、散热控制出色:夏天温度控制在45度以下,并采用被动散热方式,夏天的散热保障不足。
    11、质量可靠:电路电源全部采用高质量元器件,每颗LED都有单独过流保护,无需担心损坏。
    12、光色均匀:不加透镜,不以提高亮度而牺牲均匀光色,从而保证无光圈光色均匀。
    13、LED不含有害金属汞,在报废时不会对环境造成危害。
    综合上述原理的节能效果显著,代替高压钠灯可节电60%以上。
    维护成本低:相对于传统路灯,LED路灯维护成本极低,经过比较,不到6年即可收回全部投入成本。

    缺点

    1、单个LED功率低。为了获得大功率,需要多个并联使用。
    2、显色性低。在LED照射下显示的颜色没有白炽灯真实,这要从光谱分布上来分析,属于技术问题。
    3、光斑。由于白光LED本身制造工艺上缺陷加上与反射杯或透镜的配合误差,容易造成“黄圈”问题。
    4、LED照射均匀度问题。如果不进行二次光学设计,LED的照射是比较集中,所以一定要进行二次光学设计,使其光强分布图呈蝙蝠形。
    5、LED的光衰问题。相比小功率LED,大功率LED路灯的光衰就会要好很多。但是小功率LED热量散发很小。而大功率的LED是存在散热没有办法解决的问题,而且发热后亮度会明显降低,所以功率不能做大。现在市场销售的Spark LED路灯最大的是360W。
     
  • 3设计要求

  • 1、照明用LED的最大特点是具有定向发射光的功能,因为功率型LED几乎都装有反射器,并且这种反射器的效率都明显高于灯具的反射器效率。另外,LED的光效检测时已经包括了自身反射器的效率。采用LED的道路灯具应尽可能地利用LED的定向发射光的特性,使道路灯具中的各个LED分别直接把光线射向被照路面的各个区域,再利用灯具反射器的辅助配光,来实现很合理的道路灯具的综合配光。应该说,道路灯具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115标准的照度和照度均匀度要求,灯具内应包含三次配光的功能才能比较好地实现。,而带反射器的并且具有合理的光束输出角度的LED本身就具有良好的一次配光功能。在灯具内,能按照路灯具高度及路面宽度设计各个LED的安装位置和发射光的方向就能实现良好的二次配光功能。在此类灯具中的反射器,只作为辅助的三次配光手段,来保证道路照度更好的均匀度。
    在实际的道路照明灯具的设计中,可采用在基本设定每一个LED设射方向的前提下,把每一个LED用球形万向节固定在灯具上,当灯具使用于不同的高度和照射宽度时,可通过调整球形万向节使每一个LED的照射方向都达到满意的结果。在确定每一个LED的功率、光束输出角度时,可根据E(lx)=I(cd)/D(m)2(光强和照度距离平方反比定律),分别计算出各LED在基本选定光束输出角度时应该具备的功率,并且可以通过调整各LED的功率以及LED驱动电路输出给每一个LED不同的功率来使每一个LED的光输出都达到预计值。这些调整手段都是采用LED光源的道路灯具所特有的,充分利用这些特点就能实现在满足道路路面的照度和照度均匀度的前提下降低照明功率密度,达到节能的目的。
    2、LED路灯的电源系统也与传统光源不同,LED所特需的恒流驱动电源,是保证其正常工作的一大基石,简单开关电源的方案常会带来LED器件的损伤。如何使紧密压缩在一起的一组LED安全、也是考察LED路灯的一个指标。LED对驱动电路的要求是能保证恒流输出的特性,因为LED正向工作时结电压相对变化区域很小,所以保证了LED驱动电流的恒定也就基本保证了LED输出功率的恒定。对于我国电源电压供应不稳定的现状,道路灯具LED的驱动电路具有恒流输出特性是十分必要,可保证光输出恒定并且防止LED的超功率运行。
    要想使LED驱动电路呈现恒流特性,从驱动电路的输出端向内看,其输出内阻抗一定是高的。工作时,负载电流也同样通过这一输出内阻抗,如果驱动电路由降压、整流滤波后加直流恒流源电路或通用的开关电源加电阻电路组成,在其上必定也消耗很大的有功功率,所以此两类驱动电路在基本满足恒流输出的前提下,效率是不可能高的。正确的设计方案是采用有源电子开关电路或采用高频电流来驱动LED,采用上述两种方案可以使驱动电路在保持良好的恒流输出特性的前提下,仍具有很高的转换效率
    我国的道路灯具,基本都采用HID光源加配触发器和电感镇流器的模式,这一模式虽说存在能效较低及频闪的问题。而采用电子驱动电路的LED灯具,在野外照明场合使用时,威胁其可塑性的一个重要方面是雷电感应问题。
    众所周知,空中的闪电发射的是一广谱的无线电波,而架空的道路灯具供电线路,是良好的接受无线。两根电源线接收的同一闪电发出的无线电波,对驱动电路来讲是属于共模干扰信号,这种共模干扰对地可达数佰伏到数千伏,很容易击穿驱动电路内的EMC接地电容或较小的对地(对外壳)的电气间隙,造成驱动电路的损坏。
    另外由于我国的供电线路是三相四线制中性线接地的极性电源,所以在两根架空供电线的各段,在感应到闪电的无线电波的瞬间,由于两根供电线对地的瞬时阻抗不同而使两根供电线间产生一个差模的干扰电压,这一瞬时差模干扰电压也可达到数百伏至3000多伏,这一电压往往会击穿驱动电路的电源整流二极管和印制线路板上的不同极性电极间的电气间隙,LED控制器同样会使驱动电路损坏。
    要解决这一问题,必须在LED的驱动电路中的输入端,并接快速响应的压敏电阻,以保证差模干扰的泄放。由于闪电的感应干扰是重复多次的,当干扰电压高时,压敏电阻瞬时导通泄放的电流可能很大,所以采用的压敏电阻不仅应具有快速的响应能力,还应具备瞬时导通数十安培的泄放能力而不损坏。除了采用压敏电阻外,LED的驱动电路的输入端还应结合传导干扰(EMI)的防护,设计有复合的LC网络,使这些LC网络不仅能阻碍内部的EMI对电网的泄露,而且能对闪电的干扰信号起到明显的抑制作用。
    还有,LED驱动电路各点对地的电气间隙应保持在7mm以上,EMI防护的接地电容以及驱动电路的对地绝缘强度,应达到强化绝缘(4V+2750V)的要求,这样能使LED的驱动电路具有良好的抗差模和共模雷电感应的能力。
     
  • 4选购要点

  • 发光效率

    技术日趋成熟,大功率LED光源已可以满足一般路灯所需的。一般的高压钠灯的光效是100LM/W,常用的大功率LED是50-60LM/W,用国外最好的LED芯片可以达到80LM/W,发光效率越高,意味着节能效果越好,这也是选择LED路灯最重要的指标之一。不过,LED的标准中并未对此有明确规定,所以在采购LED路灯时必须仔细确认。

    光衰

    而有的商家,为了降低成本,就采用几百只0.5W的小功率LED。然而这种小功率的LED的光衰是非常严重的,其光衰至80%的寿命只有1000小时。所以,作为需要长期使用的路灯是绝对不能允许采用这种小功率LED的,选用大功率LED(一般指30W以上),其光衰就要好很多。

    自重问题

    LED路灯由于技术含量高、成分复杂等原因,一些大功率灯头重量会远远超过普通高压钠灯,因此对相应的支撑材料要求较更高。不过,一些LED路灯厂家已经尽可能的在减少LED灯头的自重,从原来的单个灯头约30公斤左右,降到了10多公斤,重量的减轻还有进一步下降的趋势。

    散热

    LED因为是半导体元器件,其晶片受到温度影响而减少到初始光通量的30%时,就将失去照明意义,也就是寿命终结了,理论上大功率LED路灯的寿命在3-5万小时,但其重要前提是有良好的散热性。值得一提的是,国内已有厂家采用了全球领先的针状散热技术。
     
  • 5成本对比

  • 假设某城市有三段道路长度分别为3公里、5公里、10公里,铺设路灯以每隔30米一盏,每边一盏计算,这三段路所需的路灯总数分别为202盏、334盏、668盏,传统路灯以功率为250W 的高压钠灯为准,LED路灯以功率为50W为准进行对比。
    传统路灯单价为1000元/盏,LED路灯单价为3000/盏,那铺设传统路灯三种长度的道路所需光源成本分别为:202*1000=20.2万元,334*1000=33.4万元,668*1000=66.8万元,铺设LED路灯三种长度的道路所需的光源成本分别为:202*3000=60.6万元,334*3000=100.2万元,668*3000=200.4万元。
    我们来分析三段长度的道路两种光源铺设电缆的成本,3公里道路传统路灯主干线电缆负载流量I=P/U=202*250/220=230A,它需横截面积为60mm2的铜芯电缆,其单价为120元/米,则其电缆成本为120*3000=36万元,LED路灯干线电缆负载流量l=P/U=202*50/220=44A,它需横截面积为1Omm2的铜芯电缆,它需横截面12mm2的铜芯电缆,单价为12元/米,电缆成本为12*300=3.6万元,5公里道路传统路灯主干线电缆负载流量I=P/U=333*250/220=377A,它需横截面为90mm2的铜芯电缆,单价为180元/ 米,电缆成本为980*5000=90万元,LED路灯主干线电缆负载流量I=P/U=333*50/220=73A,它需横截面为20mm2的铜芯电缆,单价为25元/条成本为25*5000=12.5万元,10公里道路传统路灯主干线电缆流量I=P/U=666*250/220=680A,它需横截面为400m2的铜芯电缆,单价为360元/米,电缆成本为360*10000=360万元,LED路灯主干线电缆负载流量I=P/U= 666*50220=146A, 它需横截面为42mm2铜芯电缆,单价为60元/米,成本为60万元。

    意义

    LED路灯改造效益“十城万盏”的示范意义主要在于通过应用、发现和解决半导体照明产品在实际应用中出现的问题。需要参与的城市根据自身特点,寻找合适的产品与应用领域,建立相应的运营模式,通过一段时间的试运行,发现其中的不足之处,最终总结归纳出相对合理有效的解决方案。因此,无论是通过应用促进技术创新,还是以新的商业模式带动应用,都有其巨大的实践价值。
    1、经济效益:
    名称
    250W替代对比
    LED路灯
    400W替代对比
    LED路灯
    灯类
    HPS-250W
    SPL-120W
    HPS-400W
    SPL-180W
    灯泡功率(W)
    250
    120
    400
    180
    电源功率(W)
    80
    20
    130
    25
    实际耗电功率(W)
    330
    140
    530
    205
    日耗电量(度/日)
    3.96
    1.26
    6.36
    1.85
    年耗电量(度/年)
    1445.4
    459.9
    2321.4
    897.9
    电费(元/年)
    1329.77
    423.11
    2135.69
    826.07
    维护(元/年)
    200
    0
    200
    0
    灯泡(元/年)
    100
    0
    200
    0
    总费用(元/年)
    1629.77
    423.11
    2535.69
    826.07
    两组数据分别节省:1206.66元/年,1309.62元/年(电费0.92元/度)
    2、环境效益
    项目
    数值(120W/盏)
    数值(180W/盏)
    备注
    节省标准煤(kg/年)
    368.577
    615.660
    0.374kg/度
    减少SO2的排放/年(kg/年)
    10.841
    18.108
    0.011kg/度
    减少CO2的排放/年(kg/年)
    375.476
    627.183
    0.381kg/度
    3、社会效益
    1.节能减排
    大力响应国家节能减排政策,实现国务院提出的在“十一五”期间单位生产总值能耗降低20%左右,主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。
    2.城市形象
    使用科技含量较高节能环保的绿色照明,有助于城市整体形象的提升。
    3.照明质量
    与传统路灯相比,LED路灯显色指数高,真实反映路况和环境状况,大大提高道路照明的质量。
    4.利国利民
    响应国家政策,推动节能减排、提升城市品味、提高照明质量,实实在在利国利民的政府实事。
     
  • 6技术原理

  • 传统LED路灯设计主要设计重点在LED的流明数上,而对的散热则的关注较少。实际上,LED的流明数正在迅速的增加。2009年量产LED的单瓦流明数已经达到100流明,而且这一数值还在快速地增长。与之对应的传热学理论体系已经成熟,我们可以使用的传热手段也基本明确:传导、对流、辐射和相变传热。因此,在传热或者说散热问题上,我们可以采取的措施是可见的、有限的。
    LED路灯散热技术,一般使用多为导热板方式,是一片5mm厚的铜板,实际上算是均温板,把热源均温掉;也有加装散热片来散热,但是重量太大。重量在路灯系统上十分重要,因为路灯高有9米,若太重危险性就增加,尤其遇到台风、地震都可能产生意外.国内有厂家采用全球首创的针状散热技术,针状散热器的散热效率要比传统片状散热器有很大幅度提高,能使LED结温比普通散热器低15℃以上,并且防水性能比普通铝型材散热器要好,同时在重量和体积上也有所改进。另外,针对大功率LED灯具开发的石墨散热片也具有良好的导热和散热性能。
    散热方式主要有:自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。加装风扇强制散热方式系统复杂、可靠性低,热管和回路热管散热方式成本高。而路灯具有户外夜间使用、散热面位于侧上面以及体型受限制较小等有利于空气自然对流散热的优点,所以LED路灯建议尽可能选择自然对流散热方式。
    LED路灯散热设计中存在的问题有:散热翅片面积随意设定,散热翅片布置方式不合理,灯具散热翅片的布置没有考虑到灯具的使用方式,影响到翅片效果的发挥,强调热传导环节、忽视对流散热环节,尽管众多的厂家考虑了各种各样的措施:热管、回路热管、加导热硅脂等等,却没有认识到热量最终还是要依靠灯具的外表面积散走,.忽视传热的均衡性,如果翅片的温度分布严重不均匀,将会导致其中一部分的翅片没有发挥作用或作用很有限。
    散热式大功率LED路灯灯具。其目的是解决大功率LED灯具散热问题,提出一种空气对流散热式大功率LED路灯灯具,它包括有灯头组件、灯具散热体组件和灯尾组件,灯具散热体组件为弧弦柱形壳体,两端开口,其弧柱面两侧面为立面,立面也开有阵列通孔,在弧弦柱形壳体内腔设有4~10条轴向排列的并与弧柱面和弦柱面固接立筋导热板,立筋导热板和弧弦柱形壳体两侧的两个立面也都开有阵列通孔,立筋导热板和弧弦柱形壳体两侧的两个立面在灯具散热体组件内形成5~11条热空气流动的散热通道。本实用新型优点是散热体内腔有多条热空气流动的散热通道,立筋导热板也都充当散热面,热交换面增加,热排放效率高。
    LED路灯的散热是需要重点解决的问题之一,不仅直接关系到LED实际工作时的发光效率,而且由于LED路灯亮度要求高、发热量大,并且户外这种使用环境比较苛刻,如果散热不好会直接导致LED快速老化,稳定性降低。因为在户外使用的道路灯具,应具有一定等级的防尘防水功能(IP),良好的IP防护往往会妨碍LED的散热。解决这个相互矛盾但又都得解决的两个问题是道路灯具设计时应关注的一个重要方面。在这一方面也是国内把LED应用于道路灯具中时出现不合格及不合理的情况最多的。国内使用中出现的不合格及不合理的情况基本有:
    (1)对LED采用了散热器,但LED连线的接线端子及散热器的设计无法达到IP45及以上等级,无法满足GB7000.5/IEC6598-2-3 标准的要求。
    (2)采用普通的道路灯具外壳,在灯具出光面内用矩阵式LED,这种设计虽说能满足IP试验,但是由于灯具内的不通风会造成在工作时,灯具内腔的温度会升高到50℃~80℃,在如此高的工况下,LED的发光效率是不可能高的,同时LED的使用寿命也将大打折扣计,实际上存在明显的不合理情况。
    (3)在灯具内采用了仪表风扇对LED及散热器进行散热,其进风口设计在灯具的下方,以避免雨水的进入,出风口设计在下射LED光源的四周。这样也能有效避免雨水的进入,另外散热器和LED(光源腔)不处于同一空腔内,这种设计如做的好,按灯具的IP试验要求,能顺利通过。这一方案,不仅解决了LED的散热问题,而且同时满足了IP等级的要求。但是这种看似良好的设计,实际上存在明显的不合理情况。因为在我国绝大多数道路灯具的使用场合,空中的飞尘量是较大的,有时会达到很大(例如起沙尘暴),这类灯具在一般条件下使用一段时间后(约三个月至半年),其内部散热器的缝隙内就会塞满灰尘,使散热器效果大打折扣,最后还会使LED因工作温度过高而使用寿命明显缩短。这一方案的不足是在于不能持久良好地使用。
    要兼顾道路灯具中LED的散热及IP防护,较合理的设计指导思想是:
    a、在关键的散热位置,采用导热板。导热板是在金属板的内部,均布有供冷媒流动的细导管,并在细导管内充有冷媒,当导热板的某一部位受热时,细导管内的冷媒会快速流动而使热量迅速地传导。好的导热板的热传导系数可以达到同厚度铜材板的8~12倍,虽说价格较高,但如在关键部位使用,对LED的散热将起到事半功倍的作用。
    b、把灯具的外壳设计成散热器状。大部分的道路灯具外壳是铝材的,直接利用灯具外壳外面作为散热器既可以保证IP防护等级的要求,也可以得到很大的散热面积,另外,灯具外壳组成的散热器在有落尘时,可以通过自然的风雨而冲洗,从而可保证散热器工作的持续有效性。
     
  • 7技术要求

  • 技术日趋成熟,光源功效已经达到100lm/W以上,这使得城市路灯照明节能改造成为可能。LED路灯,特别是大功率LED路灯,正以迅猛的速度冲击传统的路灯市场。
    大功率LED路灯顾名思义是功率大于30瓦以上,采用新型LED半导体光源的路灯。的标准一般是路面照度均匀度,符合道路照度。(实际1/2中心光斑达到25LUX,1/4中心光强达到 15LUX,16米远的最低光强4LUX,重叠光强约6LUX。就是指采用太阳能硅板为供应电源的LED路灯。

    标准

    1. 光的转化率17%,(每平方太阳能量为1000W,实际利用效率为170W)
    2. 市场路灯透镜材料为改良光学材料,透过率≥93%,耐温-38-+90度,抗UV紫外线`黄化率30000小时无变化等特点。
    3.LED路灯,主要用于LED路灯的透镜,光斑为矩形,材料是PMMA光学材料,透过率≥93%,耐温-38-+90度,抗UV紫外线`黄化率30000小时无变化等,
    4. 路面照度均匀度(uniformityof road surfaceilluminance)的平均照度0.48,光斑比值1:2。
    5.符合道路照度。(实际1/2中心光斑达到25LUX,1/4中心光强达到15LUX,16米远的最低光强4LUX,重叠光强约6LUX。
    6.它在新型城市照明中有非常好的应用前景。对深度的调光,且颜色和其他特性不会因调光而变化。
    7.适应湿度:≤95。
    尽管LED路灯的发展速度迅猛,但led路灯的标准却相对滞后。在全球范围内,LED的路灯标准也不是都没有,像LED路灯的欧洲标准就有。事实上,各地区对LED路灯的标准,在指标上不尽相同,LED路灯要在标准上符合销售区的要求,因此投标LED路灯工程要深入研究当地的LED路灯标准,只有这样才会在激烈的市场竞争中占有一席之地。

    路灯标准

    本标准规定了LED(发光二极管)路灯的定义、产品分类、型号和命名、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、使用说明书、包装、运输和贮存的要求等。
    本标准适用于250V以下直流电源或1000V以下交流供电的道路、街路、隧道照明和其他室外公共场所照明用LED(发光二极管)路灯。
    1 灯具电性能
    LED路灯在标称的额定电源电压及额定频率下工作时,其实际消耗的功率与额定功率之差不应大于10%,功率因素不应小于0.92。
    2 防护等级
    LED路灯防护等级A级品不应低于IP67;B级品不应低于IP66;C级品不应IP65。
    3 平均寿命
    LED路灯的额定平均寿命不应低于30000h。
    4 最大温度
    LED路灯额定最大温度Tc值不应大于58℃。
    5 最大热沉温度
    灯具内各个 LED管的最大热沉温度不应大于65℃。
    6 主要光参数
    7 抗扰度
    浪涌抑制性能(抗雷击)的应不低于2kV(线—线)和4kV(线—地)。
    8 配光特性
    灯具中部分LED灯泡熄灭或整灯调光时,其光斑形状和路面照度均匀性不应发生明显变化。