王东霞
（濮阳市城市照明管理处河南濮阳457000）
摘要：近年来，随着科技的发展，LED照明以其节能、长寿命、环境友好等优点已被广泛用于液晶显示屏背光照明、全彩大屏幕显示、交通信号灯、景观照明等。文章针对LED照明在城市道路中应用进行分析探讨。
关键词：LED；照明原理；问题
引言
LED作为新一代的光源，以其节能、环保、寿命长、响应速度快等优点，已广泛的应用在交通信号、应急照明、大型显示屏以及城市景观等诸多领域中，并成为主流。而与之相比，在道路功能照明领域中LED路灯还处于由示范、尝试向逐步推广应用的过渡阶段。随着我国节能减排国策的深入实施，LED路灯作为绿色照明，正越来越多地应用在城市道路照明中。但在实际运行中，我们发现LED路灯现阶段仍然存在一些制约因素，这在一定程度上阻碍了LED在道路照明方面的发展。
1.LED照明智能控制技术的意义
LED照明智能控制技术是利用智能控制系统使LED根据场景、环境进行自动调光，并且可以实时监控LED运行状态的技术，其充分利用了LED的半导体器件性质，具有以下优点：第一，采用集中式直接DC驱动，不存在驱动可靠性和寿命问题；第二，多个LED灯组成系统，相互协调，整体更加节能，真正凸显LED灯的节能特性，实际使用成本短期内可明显下降；第三，提供更加灵活和自动化的节能策略，减轻LED的散热压力；第四，同时能够利用LED的半导体芯片特性，使其作为信息传递的载体。LED照明智能控制技术能够帮助LED灯进入室内照明应用的广阔市场，在LED照明的普及过程中发挥关键的作用。
2.LED照明智能控制技术原理与功能元素
2.1LED照明智能控制技术原理
通过环境光检测，可在其它光源已提供充足照明时调暗照明灯，此外，通过检测环境光的颜色，能够调节RGB照明系统的颜色。通信功能则允许远程控制并将照明装置连接成中央网络。电能测量准确计算消耗的功率，为预测性维护提供系统洞察力。所有这些特性——环境光检测、通信、电能测量——将进一步节省能源，降低运营成本。
环境光传感器（ALS）检测到附近的光量，这些功能器件成为LED照明系统的“眼睛”，也是节约能耗的关键。当房间已经有充足的光亮时，照明完全没必要，系统可将照明灯调暗或完全关闭，降低功耗并延长了照明灯的寿命。
ALS的关键特性包括灯的流明、功耗监测以及IR和UV滤光，这些传感器必须安静地运行在系统中，不能消耗过大电能而破坏系统节能的初衷。好的ALS耗流达到1μA以下，流明检测范围必须达到室外环境的典型流明范围0.1lx-100000lx，一般可满足大多数应用要求。
考虑到系统可靠性，可能有必要采用略大的范围。IR和UV滤光可消除实际系统中不可见光的光谱。
2.2LED照明智能控制技术功能元素
（1）智能LED光检测功能。环境光传感器必须避开照明灯本身的光线照射，避免对环境光测量的影响。该设计中，ALS位于独立的电路板上，处于照明灯主体的阴影下，这种设计使ALS能够在检测到环境光超过预设值时，系统将关闭照明灯。RGB传感器甚至能够为照明应用增加更多“功能”。
（2）LED智能通信。通过将照明灯组网，即可通过网络控制灯的开、关及调光，这种操作将降低能耗。通信也为断电、维护和应急提供快速反馈，该智能通信将节省总体系统维护成本。无线和有线通信能够在不同环境下很好地工作，取决于网络规模和拓扑。无线比较适合于小型室内以及大型室外应用，后者需要具有连续视线、可用的频带以及裕量足够的传输功率。电力线通信（PLC）是利用现有电力线实现通信，PLC非常适合于大型市政类照明系统、隧道、室内停车场等由于物理位置或建筑墙壁的原因而无法利用自然光的环境。所有通信引用中，可靠性是关键所在，如果通信发生故障系统就毫无益处。
（3）智能LED照明电能测量功能。智能LED照明还需具备电量计算能力，从智能电表到电压控制器再到电动汽车充电器，每个智能电网装置都具有电能测量功能，实时为电力公司和用户提供准确的用电量信息。发回耗电量的大多数照明装置提供关于建筑及市政照明环境的详细信息，可确保电力公司收费与用户的实际耗电一致。通过调光或在不使用时关闭照明灯，及时和准确地响应用户需求。此外，特定照明灯的耗电波动说明需要进行系统维修、维护或更换。毫无疑问，许多照明灯处于难触及的区域，优化维护可节省费用。为生成智能电网中的有用数据，电能测量设计必须在较宽的电流范围保持高精度测量。不仅如此，限制或消除校准时间也会降低总体系统成本。
3.某市LED照明概况
某市从2007年至今，已在多个项目中对LED灯具进行试点应用。以建成工程为例：某市某片区沥青路面车道宽度为9米和12米的城市次干路分别设计安装8米140w和10米180wLED路灯，灯间距为30米。
工程安装完毕后进行了照度测试。经现场实测发现：两条路平均照度（Eav）分别为29.12lx和30.42lx；照度均匀度（UE）为0.48和0.52。该LED灯具满足城市次干道照度、均匀度要求。有较高色温和显色性，对周边景物突显、辨识度高，但因色温过高，视觉感过于阴冷，舒适感较差。同时电源可靠性稳定性问题仍存在。时隔1年后再次现场实测，发现道路照度偏低，呈现“斑马效应”，光衰较明显。
通过实际的运用，以及对LED光源应用评估可知，LED路灯在实际运用中存在许多亟待解决的问题，并未达到理论上的效果。
3.1配光设计问题
随着道路照明设计的不断发展，道路配光的评价标准从过去的照度均匀逐渐发展成为以亮度均匀为主，照度均匀为辅。配光曲线反映了灯具在空间某个截面上光强与发光角度的关系。一个理想的配光曲线的设计需要综合考虑灯具的安装高度、灯杆间距以及路面宽度等参数，使路面照度、亮度以及阈值增量等评价道路照明质量的参数指标都符合标准，并达到高效、健康和节能的照明目的。灯具的配光系统设计不合理，照明效果就不理想。
现有的LED灯具因受到发光源方向性的限制，难以达到理想的配光的要求，光线大部分直射向灯正下端路面，不能够将光照射到更远的方向，覆盖两灯之间的暗区。
3.2LED路灯的光效及散热
经测试，大多数LED灯具在安装初始光效较高，但运行一段时间，光衰较为严重。这和灯具的温度有直接的关系。LED的散热设计不仅直接关系到LED实际发光效率，也关系到实际使用寿命。LED是嵌入照明器具中使用的，由于LED芯片的发热量大，做成路灯灯具时的关键技术就是“散热”。在LED路灯的整体设计过程中快速有效地散热是LED路灯重点解决的问题，因为工作温度的高低直接影响LED光源的光衰和寿命。
虽然现在LED路灯散热经过了一定优化设计。但由于道路照明的应用环境一般都比较恶劣，尘埃较大且金属表面腐蚀氧化等原因，在安装初期尚能满足需求，维持较低的工作温度，但长期使用散热片之间难免积聚灰尘，必然在一定程度上影响灯具内光源及电器散热，从而导致LED路灯使用实际寿命的缩短。
另外LED灯具应满足道路照明设计标准要求，具有良好的防护等级（IP）防尘防水，但良好的IP防护又往往会妨碍LED的散热。如何解决这一矛盾是LED灯具亟待解决的难题之一。
3.3LED路灯模块的可靠性
（1）电源系统稳定性。驱动电源是LED路灯的重要部件，其故障将导致整灯的失效。在LED路灯的实际应用中，电源故障是灯具故障的重要原因。经现场测试与检验，出现整灯熄灭、部分损坏、个别LED灯珠“死灯”等的现象时，电源自身故障的原因占到了较高比重。
（2）其他电子元器件、组件的寿命。LED灯具的寿命应该是系统寿命，它涉及的因素很多，诸如LED光源的组合、控制电路配套的元器件等等，如果选用元器件质量不佳，灯具系统稳定性、可靠性差，会增加发生故障的概率，极大地降低了整灯的可靠性。
3.4性价比问题
近年来，随着LED技术的进步。LED灯具的价格已有较大幅度的下降，但总的来说其成本还是远高于高压钠灯的，“节能不节钱”的现象依然存在。就现状而言，LED路灯价格是高压钠灯的2~4倍。因此即使LED路灯的耗电量仅是高压钠灯的二分之一，但由于价格过高，用LED路灯代替高压钠灯成本回收周期仍然会很长。加之LED路灯质量参差不齐，宣称与实际相差甚远。使得LED路灯性价比不高。
LED道路灯具只有在保证各项技术指标，达到照明质量水平的基础上，有效地降低成本，才是未来得以顺利、快速发展的关键。
3.5维护问题
目前LED路灯灯具的结构设计均为一体化设计，即其相关器件无法在现场更换，无论是LED光源损坏或是电源故障，一有问题则必须整灯拆除更换，维护工作成本大大增加。加之由于无统一的LED路灯技术标准，产品质量参差不齐，不同厂家的产品通用性极差，维护十分困难。
4.LED智能控制照明技术的发展趋势
对于智能控制LED照明技术的未来展望，LED并不应仅仅局限于照明的功能，LED本身具有非常方便调制和控制的特性，基于这一特性可以做一个智慧中枢，将各种控制信息集中在一起，LED将有望集合更多的应用及实现更多的功能。LED灯使我们的世界变得更节能，同时LED灯通信和控制方式结合，可能会更加便捷、更加绿色环保。LED灯可以通过光线传输网络信号和控制信号，发出调制过的信号，完成信息和指令的传输。除了连接网络外，LED灯还能充当各种家用电器的指挥官。LED与智能控制结合在一起才能最大限度突显LED照明的特性和优势，从而取代传统照明，打造一个符合智能控制基本需求的低功耗、高效率的LED照明系统。
5.结束语
LED道路灯具在照明领域是技术要求很高的功能性照明产品，要使LED灯具广泛地应用于道路照明领域，目前有一些关键技术问题急需解决，如眩光控制、灯具配套等。并且LED灯具配光曲线、利用系数等计算资料还很少，不利于道路照明设计选用。近年来，随着LED灯具设计地不断优化和完善，LED路灯在次干道及支路的应用也日趋成熟，而广泛应用于城市主干道还需进一步探索。
参考文献：
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