LED灯在我国道路上的应用价值研究

   当今能源短缺,LED灯的出现,为道路照明等诸多领域供了新的技术支持,笔者结合自己在市政道路部门多年的工作经验,从介绍LED灯的技术支持和发光原理入手,结合我国部分城市应用成功的案例分析比较了LED灯和高压钠灯。同时用详细的试验数据介绍了LED在实际生产应用中与其他类型光源相比的优越性。结果表明,LED灯无论在节能、环保,还是在光色、光效方面都明显优于高压钠灯,而将LED灯应用于道路照明上必将为我国建设经济、环保型道路照明设备做出重大贡献。
  关键词LED灯;道路;应用价值;
  中图分类号TU18
  引言
  目前,我国城镇化和工业化正处于飞速发展时期,为了加快城镇化建设的进程,各省市的许多市政工程都在努力建设之中,而城市的美化是市政建设必不可少的环节,道路照明的质量求越来越高,因为它不仅是整个城市美化的重因素之一,更是关系着居民的安全和便利的重条件。满足这些条件势必带来能耗的飞速高,因此,在全球范围都倡导绿色、环保、低炭的新形势下,减少道路照明带来的能源损耗已经成为我国道路可持续发展中必须考虑的重因素之一。
  LED灯作为当今的一项新技术,最早发展自2世纪中期。近年来,在国内的许多城市的道路照明上都逐渐投入应用LED灯,而它作为道路照明的一项新技术正在逐步发展和慢慢为人们所认同。29年,我国部分城市分别组织评估测试了LED道路照明产品的性能指标。结果显示,LED灯在配光曲线、系统光效等技术指标方面较以前都有了明显的进步,在产品性能及运行成本等各个方面也有了很大改进,在道路照明标准、节能效果等方面都基本达到了国家规定的相关标准和规范的求,因此,LED灯正在越来越多地应用于道路照明。
  1.LED灯简介及发光原理
  LED(light emitting diode)是一种能够把电能转化为光能的特殊器件,也可以说是一种特殊的二极管,主结构包括PN结芯片、电极和发光系统。其发光原理是电流通过电极时,电子和空穴会分别进入P型半导体部分和N型半导体部分,在电子和空穴复合的时候就会以辐射光子的形式释放出多余的能量转化为光能,从而实现发出光亮。具体来讲,LED灯的发光过程可以概括为三步正向电压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。另外,LED灯还可以发出不同颜色的光,这是因为在LED灯上连接正向电压后,电流由阳极流向阴极,通过调节材料的带隙和能带结就能够得到不同颜色的光线。
  2.LED灯的优点
  2.1节约能耗,低炭环保
  由于LED灯是由PN结芯片做为发光部件的,它具有单向导通的性能,所以只能供直流电,而驱动电压一般在3V左右,所以功率非常小,以白光LED灯为例,电流一般不超过2mA,而功率在.6W左右,即使大功率的LED灯功率也只有3W左右,由于这些特点,其能耗非常低,与普通高压钠灯相比,每年可节省6%左右的电能。另外,LED灯内安置有微处理系统,这样就可以控制发出的光照强度,调整发光的方式,达到光线的艺术美,同时,还能够精确地控制光照的光型和发光的角度,发出的光色比较柔和,没有眩光,不伤眼睛。
  LED灯在生产过程及材料中不添加“汞”,使用过程就不会产生含汞、钠元素等可能危害健康的物质。有利于环保,LED为全固体发光体,耐震、耐冲击不易破碎,也不需玻璃外壳,而且其重量轻,抗震效果非常好,不易损坏,便于运输,是环保、低炭的固体光源。废弃物可回收,没有污染,便于安装和维护。而高压钠灯由于生产过程中加入了“汞”和“钠”,在高温情况下会产生有毒害的“汞蒸汽”和“钠蒸汽”,即使在报废后,后期废品也会对环境造成十分严重的危害。
  2.2光效高,使用寿命长
  如图1所示,与高压钠灯相比,无论是光效还是使用寿命,LED灯都明显优越很多,高压钠灯的光效约为9,而LED灯的光效为15;高压钠灯的使用寿命为14天左右,而LED灯的使用寿命接近14天,是高压钠灯的1倍。这是因为高压钠灯的光衰比较严重一年的光衰达到3%左右,而LED灯的光衰比较小,用LED灯替代高压钠灯可大大减少维护光源带来的成本消耗。
  
  
  图1.不同类型灯的光效和使用寿命
  2.3响应时间短,显色性好
  一般的高压钠灯的响应时间为毫秒甚至以秒计,而LED灯的响应时间为纳秒,光源稳定不闪烁。而LED灯的显色指数可以达到75以上,明显高于高压钠灯2左右的显色指数,从视觉心理角度考虑,使两种类型光源的灯达到同等的亮度,高压钠灯的光照度平均比LED灯低2%以上。
  3.LED灯在我国道路上的应用
  3.1 LED灯在我道路照明上的应用现状
  近年来,我国许多城市的道路照明上都出现了LED灯,而它作为道路照明的新技术已经得到迅速发展和普遍认同。以湖洲为例,今年,湖州市的“十城万盏”LED灯应用工程使得湖州市主干道、支干道路照明、隧道照明以及大型公共建筑等领域的照明产品一律采用节能、环保的 LED灯,计划到215年,全市LED灯推广应用达到6万盏。这将意味着湖州市将真正迎来LED灯照明产品取代其他类型光源、走进城市道路的时代。近两年,根据市政的相关规划,湖州市新建或改建的道路照明、景观照明等公共设施的照明设备基本全部采用LED产品,甚至包括政府办公楼、图书馆、博物馆等场所的照明也都将考虑应用LED产品。除此以外,在我国其他城市也在逐渐推广应用LED灯,而且应用领域越来越广。
  3.2 LED灯在我国道路照明上的应用前景
  灯是道路照明必不可少的一部分,而在过去,我国道路照明均以高压钠灯为主,这不仅浪费了大量的能源,造成了巨大的经济损失,而且带来了很大环境问题,而LED灯不仅能耗较小,而且无污染,绿色环保,而且具有质量可靠,光照均匀,安装简便,宜于运输等许多高压钠灯无法比拟的优点,在我国绿色环保道路照明的工程中,LED的技术肯定会逐步完善,进而发挥自身优势,在不久的将来,定会取代高压钠灯,成为道路照明发展史上的另一次伟大变革。
  4.LED灯与高压钠灯运营成本实例分析
  假设以某城市道路改建为例,道路长3.6km,宽1米,灯之间的间距为3米,两侧交错布置,表1显示为LED灯和高压钠灯的综合运营成本。注变损、线损合计为1%,每日亮灯时间计1h,高压钠灯夜晚能耗增加5%,这种情况的高压会使折损其寿命一半左右。电费计1元/kWh,劳务费和机械费合计计入换灯费。
  目前,LED灯的市场价格比高压钠灯稍高,但根据美国国家能源部的预测,到本世纪4年代,LED不仅会在技术上取得重大突破,而技术的创新也必将带来成本的下降,到时候,LED的使用成本将会更加低廉。而且,从图中可以看出,一年之中,LED灯的总运营成本连高压钠灯运营成本的三分之一都不到,一年可节约成本13万元之多。
  通过这个实例可以看出,LED是经济适用型道路照明产品,是经济价值的完美体现,是我国实现可持续发展战略的体现,在我国未来的发展中,它将获得更大的发展空间,取得更大的技术突破,最终取代高压钠灯,成为道路照明的首选产品。
  光源类型 功率(W) 总功率(kW) 实际平均寿命(h) 年实际用电量(万度) 每年换灯费用(万元) 年运营成本(万元)
  LED 7 16.8 5 6.75 6.75
  高压钠灯 19 45.6 5 18.31 1.6 19.91
  表1.LED灯与高压纳灯运营成本比较
  5.结语
  近年来,各种能源的价格都有了大幅度升,使原来就已过多的道路照明费用成为政府财政越来越沉重的负担,但为了城镇化建设的需,道路照明的工作又势在必行,因此,我国各省市都有必积极想对策,采取各项有效措施,以期能够减缓能源消耗的上升趋势。在全球范围都在倡绿色照明、低碳生活的时代背景下,节能减排已经成为我国任何一项事业能否得以可持续发展的决定性条件。
  LED正在日新月异地发展,它各方面的优点正在吸引着全球人民的眼球,其技术正在取得惊人的突破,而且LED灯已经在环保、照明效果、稳定性、特别是节约能源等很多方面超越了高压钠灯和其他节能灯,况且LED灯是在低压情况供直流电就可安全使用,这一点也是其他节能灯无法超越的。虽然LED灯在价格方面还需进一步优化,但经济迅速发展下,LED灯必然会取代传统高压钠灯成为新一代绿色光源而被用于道路照明等领域。
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