LED路灯技术真的不成熟吗

茅于海 简历：清华大学电子工程系退休教授、中国电子学会高级会员、美国IEEE高级会员

最近听到不少专家学者的意见，认为LED作为路灯来取代高压钠灯在技术上还不成熟。主要的理由有以下几点：

　　1、LED的发光效率无法和高压钠灯相比
　　 2、LED的照射过于集中，其照射的均匀度差
　　 3、LED路灯的长期光衰严重，寿命不长
　　 4、LED发光量不稳定（短期光衰），会随时间、季节变化
　　 5、LED路灯本身自重过重，不利于安装，防风。
　　 6、LED路灯造价过高，无法普及。

　　当然，所有这些都是根据国内很多试验线路的使用经验得出的。是有一定依据的。但是国内的试验线路的性能，能不能代表LED目前的状况是值得探讨的。

一、发光效率问题

　　目前来说，LED的发光效率从数字上来看的确不如高压钠灯。目前LED在65－75流明/瓦，而高压钠灯可以达到125流明/瓦。但是，高压钠灯的光谱比较集中于黄色，它的色温比较低只有2000－2500oK，而LED的色温较高，可以达到2500－4500以上。另外高压钠灯的光线是向四处发射的，有很大一部分光无法到达路面。还有，高压钠灯的显色指数差，只有20到40，感觉昏暗；而LED的显色指数高，可以达到75－80。所以路面明亮，感觉舒适。所以从实际的发光效果来看，LED反而可以比高压钠灯高出很多。100W的LED可以取代250W的高压钠灯，或300W的水银灯。100W的LED，其输出光通量大约只有6250流明（经过二次光学设计，会有所损失），到达路面时的流明数仍为6000流明，而路面的平均照度可以达到16Lux（12m高杆）。250W高压钠灯的输出光通量为20,000流明。但到达路面的流明数就只有7000流明。路面的照度大约为30－40Lux，由于显色系数的差别，LED的照度修正系数为2.35倍，高压钠灯的修正系数为0.94倍。所以100W的LED经过修正以后地面的照度为37.6Lux，而高压钠灯的修正后的照度为28.2-37.6。二者相当。所以，100W的LED可以取代250W的高压钠灯，LED可以节能2.5倍。

二、照射均匀度问题

　　的确，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路设计，使其光强呈蝙蝠形。所以这个问题是很容易解决的。

三、LED的光衰问题

　　现在有的商家，为了降低成本，就采用几百只φ5的小功率LED。然而这种小功率的LED的光衰是非常严重的，按照其光衰至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。作为大功率LED，其光衰就要好很多。然而国内不少厂家也还是只能做到10000小时下降10％,远远不能满足使用要求。

　　 实际上，LED寿命问题主要是由于长期在高温下工作而形成的问题。在不同结温时的寿命如下图所示：

　　当结温从115℃提高到135℃，就会使寿命从50,000小时降低到20,000小时。

　　目前来说，在LED的发光效率还没有提高到极高的程度，还只能尽量改善其散热来延长LED的寿命。

　　台湾的一家光炬科技有限公司（Light Torch Technology）已经很好地解决了这个问题。他们采用了回路热管（LHP）冷却技术来散热。

　　采用了回路热管散热技术可以把LED的结温降低到65℃，这就大大地提高了LED灯具的使用寿命。他们经过了3年实际测试表明，在每天工作12小时，其光衰小于3％。预计在工作十年以后，其光衰只有20％。这就基本上解决了寿命的问题。

四、LED发光量的稳定问题

　　这个问题实际上是由电池放电的降压和LED的温度特性造成。通常蓄电池的放电过程大约有10％以上的压降。对于一个1W的LED，假如正向电压从3.4变到3.1V，其正向电流将会从350mA降低至100mA。即改变250mA。其输出光通量将会降低60％左右。

　　此外，通常LED的伏安特性具有负温度系数，大约为－2mV/℃。

　　如果环境温度变化50℃，那么正向电压就有可能变化0.1V。

　　对于一个1W的LED，其正向电流就有可能变化100mA,即从350mA降低至250mA。而其发光量也会降低20％。相当于随温度变化的光衰。

　　为了彻底解决这个问题，就必须要采用恒流芯片来保持LED的正向电流不变。PAM2842是一种可以供给30个1瓦LED的恒流控制芯片，它可以在不论是由温度变化还是由电池放电所引起的电压变化情况下，保持LED的正向电流在3％以内。也就是可以保持其短期光衰在3％以内。

五、LED灯具的自重问题

　　的确，目前，大部分厂商所生产的LED灯具，其自重极重，通常都超过10公斤。这样大的自重往往会使灯杆不胜负荷，降低了其抗风能力。这主要是由于采用了巨大的散热器而造成的。同样假如采用热管作为散热器，就可以大大减轻其重量。
光炬科技公司所生产的100W的LED灯具（LT－100－W2），其自重只有5.5公斤.而能够完全取代250瓦的高压钠灯。因为其自重很轻，所以可以采用12m高杆，因为采用蝙蝠形的二次光路，其照射范围可以达到66m。

六、LED灯具的造价问题

　　目前由于LED本身的单价比较高，所以整个LED的成本比较贵。但是，由于LED在技术上的进步很快。其成本降低也很快。现在1W的LED单价大约在8元人民币左右，100个也只不过800元。整个灯具的单价会在2000元左右。而太阳能灯具的单价也可以控制在4500元左右。

　　 其实对于LED灯具，不应该只考虑其单个灯具的单价，而应该考虑其整条线路的工程投资，不应该只考虑其初始投资，而应该考虑其营运投资。假如采用太阳能路灯，那么其每年的节省远远超过其初始投资。下面举一个例子来说明：假定普通高压钠灯每个单价为1500元，而太阳能100瓦LED灯具每个单价13,500元。假定其照射范围可以达到66米。那么对于3公里、5公里和10公里这三种不同的距离，我们来比较一下它们的初始投资（灯具），架设成本（只考虑电缆，还没有考虑变压器）和营运成本（电费）。其结果如下表所示：

公里数	3 公里（ 46 盏）		5 公里（ 76 盏）		10 公里（ 152 盏）
	传统路灯	太阳能LED路灯	传统路灯	太阳能LED路灯	传统路灯	太阳能LED路灯
灯头灯杆费用(元)	69,000	621,000	114,000	1,026,000	228,000	2,052,000
电缆铺设费用(元)	360,000	0	900,000	0	3,600,000	0
五年的电费 (元)	209,875	0	346,750	0	693,500	0
变压器费用 (元)		无		无	?	无
五年维护费用 (元)	?	几乎为零	?	几乎为零	?	几乎为零
合计 (元)	638,875	621,000	1,360,750	1,026,000	4,521,500	2,052,000
节省费用 (元)	17,875		334,750		2,469,500

　　所以，五年下来，采用太阳能LED路灯，可以节省总开支分别为1.78万、33.4万、和246万元。其节省是十分可观的。

　　所以，综上所说，LED路灯在技术上的关键问题就是要采用回路热管散热和采用恒流芯片稳流。希望国家应当把它制定为标准。这样LED路灯就可以大面积推广了。