led照明技術在道路照明應用中若干問題的探討

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1、摘要文章詳細探討了當前LED道路照明中二次光學設計、散熱設計和光伏系統(tǒng)設計三個方面的問題。關鍵詞LED道路照明二次光學設計散熱設計光伏系統(tǒng)設計1前言LED照明技術經(jīng)過多年的發(fā)展與積累，已進入商業(yè)化發(fā)展的快車道。而作為照明行業(yè)重要組成部分的道路照明在整個國家的照明耗電量中占20％一30％，地位舉足輕重。所以，發(fā)展和推廣半導體照明技術，必然地就要考慮半導體照明技術在道路照明中的應用。一般地，在LED路燈的開發(fā)和推廣應用過程中，通常會遇到以下三方面的問題：二次光學設計、散熱設計和光伏系統(tǒng)設計。本文將就此做具體

2、的闡述，以期起到拋磚引玉的作用。2二次光學設計2．1光學設計軟件的選擇目前，國內照明領域常用的光學軟件主要分為兩類：照明工程設計軟件和光學器件設計軟件。照明工程2007中國道路照明論壇論文集163LE0照明技術在道路照明應用中若干問題的探討香港真明麗集團有限公司程云王國建設計軟件的作用是依據(jù)現(xiàn)有配光分布確定的標準化燈具為用戶設計一套方案，提供相應的視覺需求。例如，DIALux，0xyTech，Agi32等就是比較常用的照明工程設計軟件。光學器件設計軟件的作用是依據(jù)光源的特點及期望的光學效果設計出相應的光

3、學器件，例如LED用反光杯和透鏡。目前，做光學器件設計的常用軟件有zEMAx，TracePro，ASAP，Li小tTools等。在選擇軟件的時候，市政設計院、道路照明工程公司主要使用照明工程設計軟件，而燈具廠家主要使用光學器件設計軟件。即使是同類設計軟件，其側重點也不同，要根據(jù)需要決定。例如，TracePro用來做反光杯、反光罩設計比較方便，但用來做透鏡設計就很困難；而zEMAx比較擅長做透鏡的設計。在實際設計中，有時需要將不同軟件結合起來使用。2．2兩種光學器件的優(yōu)缺點常見的LED用光學器件形式有反光

4、杯和透鏡，各有優(yōu)點和局限性，應該根據(jù)需要來選擇。根據(jù)筆者的設計經(jīng)驗，如果要求光斑是圓形，使用反光杯比使用透鏡損耗要?。蝗绻獍邽榉菆A形，反光杯本身將有一定的光損耗。另外，在處理20。以下光束角的配光需求時，反光杯會比透鏡笨拙很多。但是透鏡存在色散問題，這一問題難以從根本上解決，只能采取人為措施緩解色散的程度。可見，具體選擇哪一種光學器件要根據(jù)配光需求的特點來決定的。2．3LED輻射型式的選擇一般而言，LED的輻射型式有朗柏型、側射型、蝙蝠翼型和聚光型幾種。在道路照明領域，根據(jù)設計經(jīng)驗筆者比較傾向于朗柏型

5、和蝙蝠翼型這兩種型式。2．4一些不妥當?shù)挠^點在當前的道路照明領域中可能存在一些不太妥當?shù)挠^點，作者歸納如下：(1)過分強調燈具流明數(shù)和工作面高照度，忽視燈具應用場合和配光設計這樣造成的結果就是：路燈中心照度太高，而均勻性不夠完善。既浪費能源，還沒有達到理想的效果；(2)沒有將照明生理學納入燈具配光設計或照明工程設計164’2007中國道路照明論壇論文集道路照明主要是明視照明，涉及照明生理學，要求工作面有足夠亮度、均勻性和無眩光。所以，路燈的功能并不僅僅是滿足亮度需求。(3)不同配光需求的t昆同路燈布置方

6、式有單側布燈、兩側交叉布燈、兩側相對布燈、丁字路口布燈、十字路口布燈和彎道布燈等多種形式。+路燈不同的布置方式，其對應的配光要求是不同的。如果所有的應用場合都使用相同的配光設計，是不恰當?shù)摹?4)缺乏與光學軟件設計商的合作目前，國內的燈具制造商較少與光學軟件設計商的合作。例如，德國的著名照明計算軟件DIALux在眾多的世界著名照明廠商(如Philips，BEGA，Thorn、E卜co、Osram、BJB、Meyer、LouisPoulsen)支持下開發(fā)并提供相關技術服務。這本身也是讓自己的企業(yè)標準化、國

7、際化的一個平臺，可以通過這一平臺將自己的產(chǎn)品信息以最快的速度反饋給最廣泛的潛在用戶。但是，國內只有少數(shù)企業(yè)做過這項工作。(5)沒有考慮到可以直接在LED自身的透鏡上做文章LED本身就是一個完整的燈具系統(tǒng)，包含透鏡、發(fā)光源、熱沉、導線架等。如果能夠通過LED本身的透鏡設計實現(xiàn)配光需要，就不必再使用反光杯或透鏡這樣的二次光學系統(tǒng)，因為不論使用反光杯還是透鏡都會帶來光損耗。3LED路燈散熱設計3．1散熱問題的長期性目前，人們把主要的目光都放在了LED的流明數(shù)上，而對LED燈具的散熱則較少關注。實際上，LED的

8、流明數(shù)正在迅速地增加。在剛剛過去的2006年，量產(chǎn)LED的單瓦流明數(shù)已經(jīng)達到50lm，而且這一數(shù)值還在快速地增長。與之對應的傳熱學理論體系已經(jīng)成熟，我們可以使用的傳熱手段也基本明確：傳導、對流、輻射和相變傳熱(熱管就是相變傳熱的經(jīng)典范例)。正因如此，在傳熱或者說散熱問題上，我們可以采取的措施是可見的、有限的。根據(jù)光通量(流明)與輻射通量(瓦)，得出以下的當量關系：m西2K。m啦式中，K，。r683l棚礦；m中。一光通量的比例尺；m唾-輻射通