摘要：在国家十二五规划中，节能减排作为一项重点工作来抓，随着人们节能意识的不断增强，许多相应的节能产品也如雨后春笋一般不断涌现， LED路灯就是其中的佼佼者。本文从LED路灯的性能、优缺点、在道路照明上的应用等方面进行了详细的阐述，以使人们对LED路灯有一个清晰的认识，并能够理性的对待LED路灯，扬长避短，发挥出LED路灯最大的节能效益。
关键词：LED路灯, 技术,优缺点,道路照明,应用
一、LED路灯发展历程及发展现状
LED(Light Emitting Diode，发光二级管)即半导体照明光源。它是一种基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源。LED发展历史已经几十年，但在照明领域的应用还是新技术。直到2006年6月，日亚化学发布光效100lm/W的白光LED之后，LED照明才慢慢发展起来，在这之前，LED照明应用主要停留在实验室阶段，特别是白光LED的研究一直未能取得有效突破。可以说，2006年6月日亚光学发布的高光效的白光LED在LED照明领域是一个历程碑，在这之后，白光LED的光效不断取得突破。
2006年7月，Cree开发出发光效率达131lm/W的白光LED; 2006年12月，日亚白光LED发光效率增至150lm/W; 2006年12月，艾笛森单芯片白光LED最高亮度250lm;2007年1月，Lumileds 白光LED电流350mA下光效达115lm/W;2007年2月，CAO Group Dynasty系列LED光效达100lm/W;2007年8月，欧司朗发布光效达85lm/W的红色及橙色系LED;2007年9月，西铁城电子开发出540lm照明用白光LED;2007年9月，日亚化学发布350mA时光效134lm/W高功率白光LED;2008年10月，Cree发布光效达157lm/W的白色LED。
随着LED光效的不断提高，大功率的LED路灯也随之逐步的推广开来，大有星星之火、可以燎原之势。在中国多个大中城市，将LED路灯的推广作为节能减排的一项重要工作来抓。广东省从2009年起，开始大规模实施“千里十万”LED路灯产业化示范推广工程，建设总里程1500公里左右、规模约10万盏的LED路灯示范推广工程;成都计划实施1.5万盏LED路灯推广项目;石家庄将推广使用8000盏LED路灯;扬州计划两年投入3.3亿元应用5万盏LED灯具升级城市道路照明。厦门计划两年推广3万盏LED道路照明灯具;山东省潍坊市于2006年开始实施LED照明示范工程，安装LED路灯已超过3万盏。新建道路和公共场所一律安装LED灯，到2011年已累计安装LED路灯10万盏。
二、LED路灯的技术分析
( 1)LED发光机理：PN结的端电压构成一定势垒，当加正向偏置电压时势垒下降，P区和N区的多数载流子向对方扩散。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放出去。
(2)LED发光效率：一般称为组件的外部量子效率，其为组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积。
(3)LED电气特性：电流控制型器件，负载特性类似PN结的UI曲线，正向导通电压的极小变化会引起正向电流的很大变化(指数级别)。
(4)LED光学特性：LED发光亮度与正向电流近似成比例。电流增大，发光亮度也近似增大。另外发光亮度也与环境温度有关，环境温度高时，复合效率下降，发光强度减小。
(5)LED热学特性：小电流下，LED温升不明显。若环境温度较高，LED的主波长就会红移，亮度会下降，发光均匀性、一致性变差。
(6)LED寿命：LED的长时间工作会光衰引起老化，尤其对大功率LED来说，光衰问题更加严重。在衡量LED的寿命时，仅仅以灯的损坏来作为LED寿命的终点是远远不够的，应该以LED的光衰减百分比来规定LED的寿命，比如35%，这样更有意义。
三、LED路灯同传统高压钠灯优缺点对比分析
目前，我国的道路上采用的照明光源绝大部分采用的都是高压钠灯，高压钠灯作为传统的照明灯具，具有自己特有的优势：
(1)技术成熟，应用广泛，其特性为业界所了解。产品性能稳定，钠灯光源光色温合适(钠灯色温一般在2200K左右)，透雾性能比较好。
(2)钠灯光效高，光效高达150lm/W(600W高光效高压钠灯)。
(3)新型产品不断推出市场，灯具各项技术不断的改革和更新。目前该类产品的配光曲线已得到优化，镇流器能耗已有所降低，特别是新型的电子镇流器的能耗只有其配套光源功率的5%。
(4)高品质产品的品牌较多，有很多应用实例可进行对比选用。
(5)灯具维护容易，产品通用性很强。而且产品价格合理。
LED路灯作为新型的照明光源，其具有的优势有：
(1)LED路灯显色指数高，便于夜晚车辆、行人的辨识。
(2)LED路灯的光衰小，一年的光衰不到3%。
(3)LED是低压器件，驱动单颗LED的电压为安全电压，所以它是一个比使用高压电源更安全的光源。
(4)寿命长：能使用3-4万小时以上。
(5)LED不含有害金属汞，不会对环境造成危害。
(6)LED的启动时间仅为几十钠秒(ns)，也不存在重新启动的等待时间，LED灯具可以正常工作在连续开/关状态。
(7)LED路灯有独特的二次光学设计，将LED路灯的光照射到所需照明的区域，进一步提高了光照效率，以达到节能目的。
当然，LED路灯与传统高压钠灯相比较起来，各自的缺点还是比较明显的，如高压钠灯灯具寿命较低，维护成本高。钠灯光源中含金属汞、金属钠，后续废品处理对环境污染大。电感式镇流器自身能耗较高，功率因数较低。实际耗用的功率较多。
而LED路灯的缺点在于造价高，不利于大面积推广。光线穿透力差，尤其在雨雾天气时适应性差。色温偏高，光效低。LED色温一般在5000K左右，大功率LED灯具的整体光效为70~80lm/W。另外，受制于技术上的限制，目前LED路灯功率还不能做得很大，这影响到在一些需要大功率照明的场所的应用。
四、LED路灯在道路照明中的应用
LED路灯作为一种新型的照明光源，国家还没有相关的技术条文来规范LED路灯的应用，那么在实际LED路灯的应用上，一般参考《城市道路照明设计规范》(CJJ45-2006)中对路面照度的要求来确定选用的LED路灯的功率。
根据照度计算软件的计算以及笔者实际应用中的经验，LED路灯要达到传统高压钠灯的照度的要求，其功率对比如下：
1、70W LED路灯可达到150W高压钠灯照度要求;
2、112W LED路灯可达到250W高压钠灯照度要求;
3、196W LED路灯可达到400W高压钠灯照度要求。
现以196WLED路灯为例，道路为双向六车道，路面为沥青，灯杆高度10米，通过DIALUX软件计算的照度见下图：
DIALUX软件计算结果
通过对上述结果进行分析，道路的平均照度能达到25lx，能够满足规范要求。
五、LED路灯节电效率
通过上述高压钠灯与LED路灯的替代关系，可计算出LED路灯的节电效率如下：
70WLED路灯：(150*1.2-70*1.1*1.09)/150*1.2=53.4%
112WLED路灯：(250*1.2-112*1.1*1.09)/250*1.2=55.2%
196WLED路灯：(400*1.2-196*1.1*1.09)/400*1.2=51.0%
说明：高压钠灯镇流器损耗功率按20%计，LED光源的损耗功率按9%计，LED电源的损耗功率按10%计。
通过上述节电效率计算，LED路灯相较传统的高压钠灯能节能50%以上，其节能效益比较高，具有广阔的发展前景。
六、总结
通过上述分析，LED路灯作为一种新型的节能光源，其具有得天独厚的优势，而且，随着技术的不断进步，其逐步取代传统的高压钠灯已是大势所趋。目前，LED路灯正逐步被人们所认同，全国各地都在进行LED路灯的试点，而且取得了不错的效益，相信不久的将来，随着造价的降低及光效的提高，LED路灯必然会得到普及。
参考文献：
[1] 《城市道路照明设计规范》(CJJ45-2006)
[2] 陈晓华、刘炜，LED照明一道路灯具[J];照明工程学报;2009 第21期
[3] 陈云生，发光二极管道路灯[J];光源与照明;2010 第4期
[4] 李志敏、朱小清、汪然、薛平，LED路灯的光学系统研究与设计[J];激光杂志;2009 第5期
