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LED隧道燈的應用和節能方案解析

來源:丁先生 發布時間:2016-2-26 15:22:09
 1、LED隧道燈具的特點及影響產品的技術因素
  1.1LED光源的選擇
  LED光源應選用較好的LED芯片,比如可選用大品牌的LED芯片並且經原廠封裝(金球導熱方式、共晶方式等,這些封裝方式較科學,導熱性能高),質 量上更有保證,在光效、壽命、光衰等方麵會有較好的性能,且高水平的LED芯片材料含雜質較少、電子空穴富餘率較高,這樣在加電的過程中始終保持高光效, 衰減較少。國際品牌的LED芯片量產可以達到130lm/W以上,而且還有很大的發展空間。目前國內LED燈具產品良莠不齊,為了規範和推廣LED照明產品,完成半導體照明產品應用示範工程項目,國家發改委、住建部、交通運輸部製定和頒布了《半導體照明產品技術要求(2010版)》,做為國家LED照明產品的的技術標準。
  1.2LED單顆功率的選擇
  大功率LED有5~200W等,優點是成本低,缺點是散熱不好、光效低、燈具眩光嚴重。
  小功率LED有0.1W等,優點是散熱較好,缺點是線路複雜、不易配光。
  目前,1W左右LED介於以上兩者之間,從使用壽命、燈光調節、經濟性能等各方麵考慮,選用1W左右LED各方麵都比較合適,性能價格比可達到最優。
  1.3散熱
  要充分發揮LED的優勢,與LED的結溫以及散熱器設計有很大的關係。LED結溫增加光衰就加大,壽命縮短,光輸出也就降低。比如采用空氣對流式的散 熱結構,能較有效地將熱能散出去,那整燈的壽命、光衰、光效等能顯示出優勢。目前大多數LED封裝後,用回流焊的方式把LED貼在鋁基板PCB上,鋁基板 上與履銅皮下有一層導熱絕緣膜,此膜的導熱係數有1、2、3。目前高水平的燈具都要求絕緣膜導熱係數≥2。鋁基板與散熱器之間的連接一般采用導熱膠,這種 膠高水平的要求大於1。散熱的導熱通道及散熱器的散熱麵積一般要求35cm2/W以上。這樣綜合散熱水平體現在P-N結的結溫上。好的導熱通道及較高的散 熱麵積可使P-N結的保溫保證在80℃以下。LED的壽命可達到50000h光衰≤30%(采用Lumileds、CREE及Nichia的LED管子的 情況下)。
  1.4燈具重量
  為了達到良好的散熱效果往往需要很大的散熱板,這樣燈具重量就會很重,極大地影響了維修的方便性和運行安全。
  不同產品、不同生產廠采用了不同的架構來優化燈具的散熱,國內知名廠家已通過本身的設計,優化散熱的方案,從而在確保燈具散熱的同時降低燈具的重量,所以燈具的重量也是一個衡量燈具好壞的標準。
  1.5LED燈具的整燈光效
  整燈光效主要與以下幾個方麵有關:
  (1)電源效率,LED一般都是配恒流驅動,國內主流的是隔離電源,一般效率是0.8。
  (2)光學效率,整燈都有一定的光學要求,都要有一些光學器件,如透鏡,反射罩,高的效率是0.9。
  (3)熱效率:LED長期通電工作發熱,節溫會升高,LED的光效和節溫都是有關係的,節溫越高光效越低,一般的0.8。整燈光效是在與傳統照明相比或者替換傳統照明以及節能評估上的重要指標。
  (4)科學的LED燈具二次光學設計。LED發光管為定向發光,完全不同於傳統高壓鈉燈、白熾燈的球形發光方式,因此必須設計符合LED光源的特殊光學組件,以提高燈具的光輸出,同時保證在實際使用中可以獲得很好的均勻性。
  必須研究適合於隧道照明的LED管出光角度及透鏡,使燈具出光照到路麵的效率最高。燈具的光學組件設計需要考慮隧道現場燈具安裝的高度、間距等因素, 特別是要考慮隧道不同區段燈具安裝間距均不相同等因素,因此對用於不同的應用場合,燈具應采用不同角度的光學鏡頭或反光裝置,以保證在滿足不同區段燈具出 光角度的前提下,盡量將光照射到較小的範圍內,降低光線損耗,提高路麵亮度。同時LED發光角度和透鏡式反光裝置的設計要盡量減少反射光的使用,以降低在 反射器反射麵上的光損失。通過各方麵的改進,來提高燈具的整燈光效。
     
  1.6色溫
  傳統的LED照明由於芯片的因素決定了高光效的芯片,色溫上會偏高,往往為了達到整燈的高光效、照度達到要求而會舍棄色溫上的適應性。但隨著越來越多的用戶注重現場照明效果從人的需求出發,需求在不同性質、不同等級的道路或環境相對應的有供選擇最佳色溫區間。
  比較合適的色溫是4000~5000K左右,這時視覺比較舒適,同時光效較高。
  1.7驅動電源
  精準的恒流輸出,使每顆大功率LED光源工作在恒定不變的額定電流下,線路損耗和老化係數小,電轉換效率普遍≥85%、個別可以達到90%以上,精準 的恒流輸出確保了LED光源的使用壽命。觀目前LED照明燈具維護情況,主要維修點是電源驅動方麵,所以應為LED配備合適的電源,也是保證LED使用壽 命的一個關鍵因素,同時也是保證燈具可靠性的關鍵因素。提高電源壽命需要在元件的選擇(特別是長壽命電容)、功率器件的散熱處理、電路參數的設置等方麵進 行嚴格論證和設計。驅動電源、以及配套的防水接頭的性能是影響LED燈具的主要因素之一。
  2、LED隧道燈具的要避免的誤區:
  2.1燈具節能比
  衡量燈具節能情況的最主要指標是燈具光效。
  2.2壽命
  LED發光管的實驗室推算壽命的5萬h,在實際工作條件下很難說能達到多少,再加上整燈的壽命必然低於單個元器件的壽命,還有考慮驅動電源更短壽命的因素,一般可靠的壽命是4~5萬h。
  2.3顯色指數
  顯示指數在道路照明中要求並不高,鈉燈20~30,LED一般都達到60以上,所以LED用於隧道燈,顯示指數根本不是問題,隧道燈中的顯色指數也不能太高,顯色指數要求上升後光效會明顯降低,得不償失。
  2.4價格計算以功率單位計算
  對於用戶來說,在獲得足夠光照的同時,功率越低越好,性價比越高。因此以燈具的功率來衡量燈具價格是不科學的,應該以總光通量和光效2個因素來衡量燈具價格。總光通量越大,燈具價格越高;總光通量相同的情況下,光效越高燈具價格越高(即功率越低價格越高)。
  3、國內LED隧道燈具的應用現狀及與傳統燈具對比
  LED作為新型光源,具有壽命長、發光效率高、功耗低、啟動時間短、顯色指數高、工作溫度低、機構牢固、不怕震動、方向性好、工作電壓低、無紫外輻射、重量輕等眾多優點,相比高壓鈉燈耗電量高、顯色指數低、且含汞不利環保等突出缺陷,LED燈具已經得到越來越廣泛地應用。
    
LED由於可定向發光,燈具效率可達到85%左右,在路麵有效照明方麵可達90%。高壓鈉燈路麵有效照明僅為70%。所以采用LED光源製作的燈具與高壓鈉燈相比有其較大的優越性,尤其在節能方麵在達到國家行業標準的情況下,若用LED照明可節能60%左右。
  2010年8月國家發展和改革委員會資源節約和環境保護司、 住房和城鄉建設部城市建設司、交通運輸部政策法規司在全國範圍成功舉辦的“半導體照明產品應用示範工程項目”,更進一步推動LED在高速公路及市政道路領 域的應用推廣。製定和頒布了《半導體照明產品技術要求(2010版)》,並做為國家級的技術標準,規範了LED產品的各項技術要求。
    
 5、LED燈具照明方案年節電量及經濟效益分析
  一般而言,隧道照明費用主要由能源費用、維護費用、產品采購費用、配電安裝費用等構成。按照投資時間可劃分為2個部分,一部分為施工階段的早期投資, 主要用於購買燈具、變壓器、電纜和燈具施工安裝等;另一部分為運營階段的後期投資,主要為用電費用和燈具維護費用。
  下麵主要對高壓鈉燈照明方案和LED燈具照明方案的後期用電費用和早期投資中的電纜及配電設備進行對比。
  5.1LED照明方案年節電費
  根據對該隧道(左、右洞)2種照明方案燈具數量及規格的統計,2種方案年用電量分別為:
  (1)高壓鈉燈照明方案:燈具總功率為372.485kW,年用電量:372.485kW×12h×1.5×365天/10000=244.72萬kW·h,年電費(電價按0.8元/kW·h):0.8元/kW·h×244.72萬W=195.776萬元。
  (2)LED燈具照明方案:燈具總功率為256.3kW,年用電量:224.7kW×12h×1.5×365天/10000=147.63萬kW·h,年電費(電價按0.8元/kW·h):0.8元/kW·h×147.63萬W=118.1萬元。
    
 6、結語
  隨著LED光源的不斷發展,其效率和整燈光效將越來越高,產品將越來越成熟。從性價比和環境汙染等方麵來分析考慮,高速公路隧道將更多的采用LED照明燈具,使用LED照明燈具已經成為了高速公路發展的一個趨勢,也給高速投資節省了資金,從而提高了效益。

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