Преимущества и применение светодиодных уличных фонарей

Уличное освещение относится к общественному освещению и контролируется государством. Поскольку светодиоды обладают такими характеристиками, как высокая эффективность, защита окружающей среды, энергосбережение и длительный срок службы, светодиодный источник света может быть первым, который будет применяться в уличном и туннельном освещении.

 

Лампы, используемые для дорожного освещения, называются уличными фонарями. Дорожные осветительные приборы, в которых в качестве источников света используются светодиоды, называются светодиодными уличными фонарями. В основе светодиодных уличных фонарей лежит светодиодный источник света. Светодиодный источник уличного света состоит из множества мощных белых светодиодов, соединенных гибридным соединением. Помимо светодиодных модулей, светодиодные уличные фонари также включают приводы, оптические компоненты и устройства рассеивания тепла.

Состояние развития дорожного освещения

Когда людям нужно путешествовать ночью, появляется дорожное освещение. Современное дорожное освещение началось с появления ламп накаливания. Дорожное освещение развивается с развитием времени, развитием науки и технологий и постоянным повышением уровня жизни людей. Из ситуации, когда людям нужно только освещать тротуар, чтобы увидеть дорогу, чтобы помочь людям определить, является ли дорога пешеходом или препятствием, чтобы помочь водителям моторизованных и немоторизованных транспортных средств идентифицировать

характеристики пешеходов.

 

Основная цель дорожного освещения – обеспечить водителям и пешеходам хорошие визуальные условия и направить их к движению, чтобы повысить эффективность дорожного движения, снизить количество дорожно-транспортных происшествий и преступлений в ночное время, и в то же время помочь пешеходам увидеть окружающую среду и определить направления. . С развитием социальной экономики и постоянным повышением уровня жизни людей люди все больше и больше отправляются на отдых на свежем воздухе, в магазины, на экскурсии и другие мероприятия в ночное время. Хорошее дорожное освещение.

играет роль в обогащении жизни, процветании экономики и улучшении имиджа города.

С точки зрения освещения дороги можно разделить на четыре категории: автомобильные дороги, обычные улицы, коммерческие улицы и тротуары. Вообще говоря, дорожное освещение относится к специальному дорожному освещению для автомобилей. Среди множества целей дорожного освещения обеспечение водителей транспортных средств безопасными и комфортными визуальными условиями является первой.

Источником дорожного освещения стали первые ртутные лампы высокого давления, затем одна за другой появились натриевые лампы высокого давления (HPS) и металлогалогенные лампы, высокоэффективные энергосберегающие лампы, индукционные лампы и светодиодные лампы. Среди более совершенных источников уличного освещения лампы HPS имеют самую высокую светоотдачу, обычно достигающую 100 ~ 120 лм / Вт.

На текущем китайском рынке дорожного освещения (около 15 миллионов ламп) натриевые лампы высокого давления занимают более 60% рынка. . В некоторых населенных пунктах и ​​на сельских дорогах источниками освещения являются в основном электронные энергосберегающие лампы (КЛЛ), на которые приходится около 20% рынка дорожного освещения. Прекращается использование традиционных ламп накаливания и ртутных ламп высокого давления.

Внедрение светодиодных источников света и светодиодных уличных фонарей

LED, сокращенно LED, это аббревиатура от английского LED. Его принцип излучения света заключается в использовании твердых полупроводниковых чипов в качестве светоизлучающих материалов. Когда прямое напряжение прикладывается к обоим концам, неосновные носители и основные носители вводятся в PN-переход полупроводникового материала. Когда токи рекомбинируют, излучаются фотоны для генерации света, который напрямую преобразует электрическую энергию в световую.

 

В качестве твердого источника света светодиод изначально использовался как индикатор и панель дисплея, но с развитием технологий его уже можно использовать в качестве источника света. Он может не только напрямую преобразовывать электрическую энергию в энергию света с высокой эффективностью, но и имеет теорию. Срок службы до 100000 часов, и он имеет множество преимуществ, таких как защита окружающей среды и отсутствие ртути, насыщенные цвета, непрерывное переключение и мигание, функция затемнения от 0% до 100% и отсутствие мерцания выходного света, что делает его высокоэффективным и энергосбережение Тенденция развития нового поколения экологически чистых источников света.

 

Светодиодные уличные фонари – это продукт, который объединяет технологию светодиодных источников света, технологию устройств управления светодиодным освещением, технологию разъемов светодиодных модулей и технологию проектирования ламп. Применение мощных светодиодных ламп для дорожного освещения в последние годы было в центре внимания осветительной отрасли.

Чтобы способствовать энергосбережению и сокращению выбросов, а также эффективно руководить здоровым и быстрым развитием полупроводниковых осветительных приборов, Министерство науки и технологий народного хозяйства. Быстрое применение светодиодных ламп в проектах уличных фонарей в крупных городах. Местные органы власти использовали светодиодные уличные фонари в проектах по освещению как важную задачу для энергосбережения и сокращения выбросов.

Поскольку светодиодные лампы являются новым продуктом, многие технические аспекты все еще не решены. В результате многие светодиодные уличные фонари не могут соответствовать действующим стандартам с точки зрения освещенности, однородности и срока службы. В то же время, поскольку не существует единого национального стандарта для светодиодных ламп и всех производителей, производимые светодиодные лампы разнообразны и не могут использоваться взаимозаменяемо, что затрудняет техническое обслуживание светодиодных ламп для подразделений по обслуживанию уличных фонарей.

Преимущества светодиодных уличных фонарей

По сравнению с традиционными уличными фонарями, представленными натриевыми лампами высокого давления, уличные светодиодные фонари имеют множество очевидных и потенциальных преимуществ.

Высокая световая эффективность, низкое потребление энергии

В настоящее время световая отдача мощных белых светодиодов превышает 100 лм / Вт, а лабораторный уровень мощных белых светодиодов таких компаний, как Cree и Osram Opto Semiconductors, достиг 160 лм / Вт уже в начале 2009 года. Согласно прогнозу Министерства энергетики США, к 2020 году световая отдача мощных светодиодных коммерческих продуктов может достигнуть 165 лм / Вт, а световая отдача лабораторных образцов – 230 лм / Вт. После 2020 года световая отдача светодиодов существенно не улучшится, и наступит период задержки.

 

В дорожном освещении преобладают натриевые лампы высокого давления из-за их светоотдачи 120 лм / Вт. Однако с постоянным улучшением световой отдачи светодиодов монопольное положение натриевых уличных фонарей высокого давления оказывается под угрозой. В настоящее время светодиодные уличные фонари мощностью менее 150 Вт, используемые на второстепенных дорогах, показали очевидные преимущества в области энергосбережения.

Традиционные источники уличного света обычно освещают все пространство, но только дороги с движением транспорта и пешеходов должны освещаться уличными фонарями. Поэтому в конструкции уличных фонарей, чтобы максимально равномерно и сосредоточенно проецировать огни на дорогу, необходимы изогнутые отражатели, которые собирают свет и заставляют его светить в желаемом направлении. В процессе распространения света из-за блокировки источника света и поглощения отражающей поверхности эффективность светоотдачи уличного фонаря составляет всего от 65% до 70%. В отличие от светодиодных уличных фонарей из-за их хорошей направленности при использовании вторичных оптических линз КПД лампы может достигать около 80%. Если оптическое проектирование выполняется трижды, светоотдача лампы может достигать 85% ~ 90%.

 

Факты доказали, что замена уличного фонаря высокого давления с натриевыми лампами высокого давления мощностью 250 Вт, используемого на второстепенных дорогах, на научный и разумный светодиодный уличный фонарь мощностью 100 Вт может не только достичь средней освещенности, требуемой стандартом дорожного освещения, но и значительно улучшить однородность освещения. Средняя освещенность уличных фонарей с натриевыми лампами высокого давления может быть выше в определенных местах, но равномерность освещения оставляет желать лучшего. Видно, что светодиодные уличные фонари обладают значительным энергосберегающим пространством.

 

Уличные фонари с высокоинтенсивным разрядом (HID), как правило, могут регулироваться только в небольшом диапазоне, в то время как светодиодные уличные фонари могут регулировать яркость от 0% до 100% и могут гибко регулировать светоотдачу в соответствии с окружающим освещением и условиями движения. Снижайте ненужное потребление энергии, обеспечивая при этом требования к освещению. Можно видеть, что для дорожного освещения, на которое приходится от 15% до 20% от общего потребления электроэнергии, широкомасштабное внедрение светодиодных уличных фонарей имеет большое значение для энергосбережения и сокращения выбросов углекислого газа.

Длительный срок службы

Срок службы уличных фонарей напрямую влияет на стоимость обслуживания всего дорожного освещения. В настоящее время срок службы натриевых ламп высокого давления обычно составляет около 20000 часов, срок службы натриевых ламп высокого давления для дорожного освещения составляет всего около 5000 часов, а срок службы высокомощных светодиодов обычно достигает 50 000–70 000 часов.

Средний срок службы натриевых ламп высокого давления и светодиодов определяется по-разному. Средний срок службы натриевой лампы высокого давления определяется как «время зажигания партии испытанных образцов источника света до 50% количества повреждений», в то время как средний срок службы светодиода означает «затухание света партии проверял образцы до 50% числа. 70% времени ».

Если срок службы светодиода измеряется в соответствии с определением срока службы натриевой лампы высокого давления, срок службы светодиода 50 000 часов может достигать 100 000 часов; если натриевая лампа высокого давления измеряется в соответствии с определением срока службы светодиода, натриевая лампа высокого давления со сроком службы 20 000 часов составляет всего около 10 000 часов.

Конечно, срок службы светодиодов – это не срок службы светодиодных уличных фонарей. Срок службы светодиодных уличных фонарей определяется сроком службы светодиодного источника света и сроком службы цепи управления. Срок службы светодиода и его схемы управления зависит от теплоотдачи лампы, топологии схемы и выбора электронных компонентов. Судя по текущему техническому уровню, срок службы светодиодных уличных фонарей может превышать срок службы натриевых ламп высокого давления.

Хорошая цветопередача

Хотя натриевая лампа высокого давления имеет наивысшую светоотдачу среди традиционных источников света, ее цветопередача хуже всего, с индексом цветопередачи Ra всего около 20. Такая плохая цветопередача может только помочь людям воспринимать дорожные условия, но не может помочь пешеходам четко различать. Индекс цветопередачи светодиодов может достигать около 80, что в основном близко к естественному свету, более реалистично представляет цвета и может лучше отражать цвет самого объекта. Высокая цветопередача светодиодов, несомненно, поможет водителям и пешеходам идентифицировать цели и улучшить условия движения при той же яркости дороги.

Быстрый старт

 

Лампа накаливания загорается в один момент, но фактическое время запуска составляет примерно 0,1–0,2 секунды. Газоразрядным лампам, таким как натриевые лампы высокого давления и металлогалогенные лампы, требуются десятки секунд или даже десять минут для перехода в стабильный световой поток. После выключения требуется от 3 до 6 минут, чтобы остыть перед запуском. Время запуска светодиода составляет всего десятки наносекунд (нс), нет времени ожидания для перезапуска, и светодиодная лампа может нормально работать в непрерывном состоянии включения / выключения.

Облегчить оптический дизайн

Светодиод имеет небольшие размеры и может излучать свет в направлении полуплоскости. Его можно рассматривать как точечный источник света в конструкции светильника. Он очень подходит для использования линз или отражателей в оптических конструкциях, чтобы получить более идеальное распределение света и повысить эффективность лампы.

Сильная пластичность и прочная структура

Форма светодиодного уличного светильника отличается прочной пластичностью, а декор и местные гуманистические характеристики могут быть отражены в дизайне формы, что может быть добавлено к красоте и образу города.

Светодиод является твердотельным источником света и не содержит таких уязвимых частей, как стекло и нить накала. При разумном дизайне светодиодные лампы могут быть очень прочными.

Низкое содержание углерода и защита окружающей среды

Газоразрядные лампы, такие как натриевые лампы высокого давления, особенно подходят для использования солнечных фотоэлектрических технологий, содержат ртуть и другие вредные вещества, которые в долгосрочной перспективе вызовут серьезное загрязнение окружающей среды и водных источников после того, как источник света будет оставлен. Светодиодный чип и его упаковка соответствуют требованиям директивы ЕС RoHS и не содержат вредных веществ, таких как ртуть и свинец. После утилизации светодиод можно утилизировать, и он не загрязняет окружающую среду.

Характеристики светодиодного привода постоянного тока особенно подходят для применения солнечной фотоэлектрической технологии и дополнительной ветро-солнечной технологии к дорожному освещению, чтобы добиться действительно энергосберегающего и экологически чистого освещения.

Потенциальное преимущество в общей стоимости

В настоящее время стоимость светодиодных уличных фонарей более чем в 4 раза выше, чем у натриевых ламп высокого давления. Светодиодный уличный фонарь мощностью 250 Вт имеет тот же эффект, что и уличный фонарь с натриевой лампой высокого давления мощностью 400 Вт, но цена первого составляет 6000 ~ 8000 юаней, а второго – всего 1500 юаней. Однако до тех пор, пока можно полностью использовать высокую светоотдачу и долговечность светодиодных уличных фонарей, разницу в первоначальной стоимости можно компенсировать за счет экономии электроэнергии и затрат на техническое обслуживание. С постепенным развитием технологии светодиодного уличного освещения и постоянным снижением начальной стоимости ее потенциальные преимущества в отношении общей стоимости не заставят себя долго ждать.

Актуальные проблемы светодиодных уличных фонарей

Хотя светодиодные уличные фонари имеют некоторые преимущества по сравнению с традиционными уличными фонарями, из-за короткого времени разработки светодиодных уличных фонарей они все еще находятся на стадии испытаний и исследований. Некоторые светодиодные уличные фонари столкнулись с множеством проблем в демонстрационных приложениях и не достигли ожидаемых результатов.

 

В настоящее время светодиодные уличные фонари сталкиваются с различными проблемами:

• Фактическая светоотдача ниже, чем у уличных фонарей с натриевыми лампами высокого давления. Что касается световых эффектов, яркость дорожного покрытия низкая, однородность плохая, а «эффект зебры» более очевиден, что соответствует требованиям только дорог с относительно низким уровнем освещения, например, со столбами ниже 8 метров.

(2) Слишком высокая цветовая температура, ослепление, отсутствие комфорта

(3) Плохая теплоотдача и слишком высокий рост температуры, что приводит к серьезному затуханию света и низкой надежности.

(4) Характеристики источника питания привода плохие, и неисправности возникают бесконечно. Из-за преждевременного выхода из строя светодиодных уличных фонарей более 95% неисправностей вызваны повреждением цепи привода.

(5) Стоимость слишком высока, а единовременные инвестиции слишком велики, что стало серьезным препятствием для популяризации и применения.

(6) Поскольку не существует единого технического стандарта на светодиодные уличные фонари, продукты разных производителей имеют очень низкую универсальность, и обслуживание очень затруднено.

Причин вышеупомянутых проблем много, не только технические факторы, но и стереотипы мышления.

На самом деле светодиодные уличные фонари – это систематический проект. Поскольку светодиодный источник света существенно отличается от натриевой лампы высокого давления, метод разработки светодиодного уличного фонаря полностью отличается от традиционного уличного фонаря. Помимо опыта в дизайне освещения, дизайнеры также должны иметь всестороннее и глубокое понимание характеристик светодиодов.

Некоторые производители уличных фонарей по-прежнему используют традиционные идеи дизайна уличных фонарей для разработки светодиодных уличных фонарей, не зная требований и характеристик светодиодного дорожного освещения. Они по-прежнему принимают обычную форму «змеиной головы» и применяют концепцию газоразрядных ламп.

Поместите светодиоды определенной мощности в патрон лампы, чтобы они соответствовали требованиям дорожного освещения. Светодиодные уличные фонари, спроектированные и изготовленные таким образом, не могут быть практичными.

Технические трудности, которые нужно решить для светодиодных уличных фонарей

Если светодиодные уличные фонари будут применяться в больших масштабах и стать основным источником света для дорожного освещения, все еще есть некоторые трудности, которые необходимо решить. Таким образом, можно выделить три основные трудности, а именно оптическую конструкцию, проблемы рассеивания тепла и конструкцию источника питания привода.

 

1. Оптический дизайн

Облегчение оптического дизайна изначально было основным преимуществом светодиодных уличных фонарей, но это также и большая трудность. С точки зрения распределения света светодиодных уличных фонарей, их светоотдача имеет практическое значение только в том случае, если они соответствуют требованиям стандарта дорожного освещения CJJ45-2006.

Распределение света светодиодных уличных фонарей включает первичное распределение света (с использованием герметизированных линз), вторичное распределение света и третичное распределение света. Когда требования к яркости поверхности дороги, освещенности и ее однородности могут быть удовлетворены за счет вторичного светораспределения, нет необходимости выполнять третью оптическую схему. Чтобы соответствовать требованиям дорожного освещения, необходимо многократно проектировать распределение света светодиодных уличных фонарей.

В настоящее время люди исследовали множество схем распределения света уличных светодиодных фонарей, таких как распределение первичного света светодиодов (т. Е. Пакет линз) плюс вторичное распределение света ламп, вторичное распределение света светодиодов (с использованием вторичных линз) плюс третичное распределение света ламп и отражателей. Однако какой бы ни была схема распределения света, она не может быть научной и разумной. В той или иной степени существуют такие проблемы, как низкая общая оптическая эффективность, сильные блики, яркость дороги и плохая равномерность освещения. Как выбрать метод распределения света, как выбрать линзу, как улучшить структуру уличного фонаря, чтобы удовлетворить требованиям распределения света и рассеивания тепла, все еще требуются более продуманные решения.

2. Проблемы с отводом тепла

Теплоотдача светодиодных уличных фонарей напрямую влияет на фактическую светоотдачу и срок службы светодиода.

Светодиод – это электролюминесцентный прибор. Во время его рабочего процесса только от 15% до 25% электрической энергии преобразуется в световую энергию, а остальная электрическая энергия почти преобразуется в тепловую энергию, что увеличивает температуру светодиода и вызывает резкое падение световой отдачи. . Если температура перехода светодиода превышает максимально допустимую температуру (обычно 125 ° C), светодиод выйдет из строя из-за перегрева. Поэтому при проектировании светодиодных ламп важнейшей задачей является дизайн теплоотвода.

Система отвода тепла светодиодных ламп включает отвод тепла от светодиодного модуля и отвод тепла от радиатора на конструкции лампы (например, на корпусе). Последний в настоящее время является распространенным методом рассеивания тепла. Из-за суровых условий эксплуатации светодиодных уличных фонарей пыль и летающие насекомые легко накапливаются, поверхность радиатора легко подвергается коррозии и окислению, что влияет на рассеивание тепла светодиодом и электрическими приборами в лампе, в результате в сокращении срока службы уличного светодиодного светильника.

 

Чтобы решить проблему отвода тепла светодиодных уличных фонарей, на лампах можно настроить микровентиляторы для активного принудительного отвода тепла, но срок службы вентиляторов отвода тепла в суровых наружных условиях трудно удовлетворить требованиям.

Вес светодиодных уличных фонарей в основном определяется весом радиатора. По мере увеличения мощности светодиодных уличных фонарей размер и вес радиатора также должны соответственно увеличиваться. Чтобы уменьшить вес мощного радиатора для светодиодных уличных фонарей, необходимо оптимизировать конструкцию методов отвода тепла, конструкции и материалы отвода тепла.