LED路燈未來應用探討

全球總路燈數高達1.2億盞~1.3億盞,其中美國約1,000萬盞,中國則是有1,500萬盞,台灣則有130萬盞,並且路燈的數目正逐年增加的態勢,所耗費的電力能源與資源相當驚人。



目前,世界還有許多類似中國的國家電力供應還不足,同時再加上綠色節能之風在國際上盛行,許多政府把路燈節能放到了議事日程。傳統的高壓納燈雖然已經比普通的白熾燈節約電能,但是採用高壓納燈的路燈,仍然在消耗著巨大的電能。於是人們嘗試用LED路燈作為照明光源,雖然LED的好處是環保、節能,LED燈用在家庭及一般用途為3瓦特到20瓦特在技術上沒有太大的問題。但若是用在飛機場、運動場、公路或街道需要50瓦~300瓦的高功率時,在可達到足夠的亮度,卻產生高熱的問題。由高熱問題引起的光衰現象,嚴重影響著LED路燈的壽命和發光效率。

一、全球LED路燈應用情況

1. 2005年Philips宣稱於荷蘭Dutch town of Ede安裝全球首批LED路燈,這些路燈每個光學模組包含18個白光和黃光LED,因此將使路燈能根據季節和夜晚時間的不同發出柔軟或明亮光線。此外,Philips的LED路燈在包含2個光學模組下,光照範圍為4公尺,且在離地8公尺情況下,到地面亮度為10 lux。

2.英國林肯城市由於使用LED交通號號誌後每年節省了30,000美元,認為若使用LED路燈勢必將節省更多的費用。因此於2006年英國林肯(Lincoln)提撥74.5萬美元交由Lincoln Electric System (LES)作LED路燈試驗,期望在使用LED路燈後可以節省20%的電費。

3.LED路燈使得加拿大多倫多(Toronto)更明亮、更環保。此示範計畫主要目的為節省電費支出以及減少溫室氣體的散發。多倫多有16萬盞路燈,若將其全部改為LED路燈,則預計每年將節省6億美元的電費支出以及減少1.8萬噸溫室氣體散發,等同於約3,600輛汽車從街上消失。

4.美國北卡州的Raleigh和Cree攜手,從公有停車場著手,打造第一座LED City,市民對於LED所呈現的照明品質,看法更趨正面,認同度約提升了3倍。宣示成為美國第一個LED城市的願景下,Raleigh和Cree將持續攜手合作,在未來的18個月,為路燈、人行道照明、建築照明和其他各種LED可應用的範圍內,打造名副其實的LED City,將行之有成的節源和環保成果樹立典範,帶動其他城市的跟進。

二、LED路燈的種類

目前的路燈光源一般採用水銀燈和高壓納燈為照明光源,多數路燈為單點光源,即由單只發光體加上反射罩組成。相比之下,LED路燈光源一般採用一顆或數顆大功率LED作為照明光源,多數路燈為多點光源,因為單燈LED很難做到較高的功率。LED路燈最大的優點是節能環保。與傳統的高壓鈉燈相比,這種新型大功率LED路燈可節約80%的電能;同時,由於這種新型光源不含汞、鉛等有害物質,並且沒有諸如紫外線等有害輻射,避免了對環境的二次污染。

針對不同的應用場合和使用要求,LED路燈可以分為:單燈LED路燈、多燈LED路燈、環形廣場路燈、大功率LED路燈及太陽能LED路燈等多種形式。以目前的技術來說,現在最先進的LED路燈仍然不能替代目前的主流路燈,因為LED路燈在應用中還存在著許多問題沒有解決。

三、目前LED路燈應用存在的問題

1.無論是單點還是多點光源的LED路燈都存在著散熱難的問題。
一盞採用250W高壓納燈的路燈,由於技術較成熟,散熱控制的很好。即使工作5000個小時後,光衰仍然較小,發光效率還可以達到70%以上。以目前的技術,相同條件下大功率LED路燈,由於散熱問題不易解決,光衰較大,發光效率會下降到30%,如果想用加大電壓電流的方法提高光效,很容易造成LED晶片損毀的現象。

2.LED路燈造價較高,不利於推廣普及
雖然有些公司透過技術手段,初步解決了LED路燈的散熱問題,但是過高的價格和過重的燈頭仍然會阻礙LED路燈的普及。如:100W的高壓納燈成本在50元新臺幣左右,而100W的LED路燈成本則高於5000元新台幣。並且以目前的技術,LED路燈尚未會達到理論的10萬小時之久。

3.LED路燈射程短、顯示指數低。
即使解決了散熱難題和高成本問題,LED路燈還要面臨解決LED燈射程短和顯色指數低的問題。多LED的方法只能提高亮度,並不能加長光照距離。所以LED的燈,由於光線比較發散,就算採用了很好的聚光調節,其照明距離也不過幾十米!主要用於近距離的照明,性能還沒達到能完全取代白熾燈泡的地步,成本也是非常高昂的。顯色指數低會造成色彩還原能力差,容易造成視覺的誤差和判斷失誤。這點不解決,做為交通輔助的LED路燈會引發許多交通事故,造成不必要的損失。

4.大量品質差、亮度低、壽命短的LED路燈充斥市場
LED路燈相比較高壓納燈存在著,品質好的LED照明產品可能有4萬~5萬小時的壽命,品質差的5千小時都沒有,這也是目前LED行業價格相差很大的原因。大量的偽劣產品影響了人們對LED路燈的認同,影響了LED路燈的普及。

四、創新才是LED路燈發展的內驅力

無論是技術的創新還是外在創新,都會為LED路燈的普及提供內驅動。大家知道,路燈屬於公共工程,政府為主要購買者。目前以政府驅動為照明應用之切入點,短期內考慮產品品質及穩定性,初期LED路燈將以輔助道路及公園巷道為主要應用市場。因為低照度的LED路燈用在公路上,由於射程短,光線照不遠,雖然近距離看的時候覺的很亮,其實不然。公路兩邊的高杆燈一般都有5、6米高,LED照在路面上已經是沒什麼光了,如果用在公園和小路上,亮度要求不高的地方,裝不是很高的路燈還可以。這種場所最好是應用太陽能LED路燈,不但沒電的時候都可以點兩到三天,並且節省電費。我們還可以採用傳統光源和LED結合的方法,上半夜用傳統光源照明,下半夜人少的時候用LED光源照明,達到亮度與節能的平衡。

儘管目前LED路燈的應用還有許多局限性,但是隨著科學技術的發展,人們觀念的轉變,解決LED路燈的所有問題也不是不可能的。相信在不久的將來,綠色照明的LED路燈替代傳統高壓納燈指日可待。

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