LED路灯、风光互补技术及道路照明方案结合的技术背景.docx

内容摘要
自1960年第一个商用二极管诞生以来，LED技术无论是其显示技术还是其照明技术都得到了巨大的提升。它为今后高效、节能、环保的照明工程带来了希望。在如今复杂的能源局势下，LED照明技术以其独有的优点必将成为未来道路照明，景观照明的主打。同时，它也将结合风光互补技术和新的道路照明方案为城市、乡镇甚至农村提供更为环保节能的照明。
关键词：LED 、风光互补技术 、道路照明 、节能 、成本
正文
一 、LED路灯、风光互补技术及道路照明方案结合的技术背景
1. LED灯具技术已趋于成熟
经过了将近50年左右的发展，LED灯具在功耗、光效、寿命、环保性、发光强度、色彩、响应速度等反面已经比较成熟，大体能够符合现代人使用需求和审美标准。
2. 能源局势迫使风、光新能源的加紧开发利用
众所周知，传统不可再生能源（如煤、石油）终究是会枯竭的，电能主要是靠水利发电和火力发电。而新能源如风能、太阳能并未得到普及，城市道路照明和景观照明的用电量非常大，所以迫切需要加快发展LED路灯和风光互补技术，并将之与道路照明方案相结合。
3. 落实环境保护政策，实现节能减排目标的必要性
为应对全球气候变化，我国政府承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40%-45%，节能提高能效的贡献率要达到85%以上，这也给节能减排工作带来巨大挑战。为此，2004年7月3日，科技部、信息产业部等 6部委和14个地方政府共同实施的“国家半导体照明工程”首批50个项目正式启动。2012年中国政府斥资400亿元用于LED路灯采购，对LED路灯使用者提供30%的财政补贴。
截至2009年底，我国共有LED企业3000余家，其中，年产值上亿的有140家。产业研究所预测，2012年全球LED照明市场可望达到110亿美元，比去年增长26%；2015年至192亿美元，未来四年的年复合成长率近20%。
二 、LED路灯、风光互补技术及道路照明方案结合的具体技术分析
1. LED灯具技术分析
1) LED灯具技术原理
LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP、GaN等半导体制成的，核心是PN结。

其具体发光原理如下图所示：

2) LED路灯的特性和优点
大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于城市道路照明。外罩可用PC管制作，耐高温达135度，耐低温达-45度。
LED路灯与传统路灯的比较：

LED路灯(SPL-120W)
传统路灯（HPS-250W）

经
济
效
应
灯泡功率（W）
250

120

电源功率（W）
80

20

实际耗电功率（W）

330

140

日耗电量（度/日）

3.96

1.26

年耗电量（度/年）

1445.4

459.9

电费（元/年）
1329.77

423.11

维护（元/年）
200

0
灯泡（元/年）
100

0

总费用（元/年）
1629.77

423.11

环
境
效
应
项目
数值（120W/盏）
备注
节省标准煤(kg/年)
368.577
0.374kg/度
减少SO2的排放/年(kg/年)
10.841
0.011kg/度
减少CO2的排放/年(kg/年)
375.476
0.381kg/度

社
会
效
应
1. 节能减排
2. 城市形象：　使用科技含量较高节能环保的绿色照明，有助于城市整体形象的提升。
3. 照明质量：　与传统路灯相比，LED路灯显色指数高，真实反映路况和环境状况，大大提高道路照明的质量。
LED
路
灯
的
缺
点
1.单个LED功率低。为了获得大功率，需要多个并联使用。
2.显色指数低。
3.光斑。
4.LED照射均匀度问题
5.LED的光衰问题

3) LED路灯市场前景
若经过LED路灯改造后，每盏灯每年节约电费1191.36元。如果整条路路面都采用LED路灯那么每年将为国家节省大量的电能，就经济效益而言，节省了大量的金钱。
目前，各地政府都在积极推广LED路灯示范工程。2008年12月，科技部在北京召开的全国地方科技工作会议上提出在全国开展“十城万盏”LED照明示范工程，该方案的初步设想是以LED在城市照明的应用示范工程为载体，选择10个城市，在每个城市推广LED功能照明灯1万盏以上。而对于采用LED路灯会增加成本的问题，科技部计划采取按LED照明与传统照明相比投资量的30%～50%进行后补贴。同时各地方政府也积极采取措施推广LED照明应用，以广东省为例，广东省提出了“千里万盏”计划，从今年开始将在广州、东莞、佛山、中山、肇庆、汕头等市建设规模约10万盏的LED路灯。
2. 风光互补LED路灯技术分析
1） 技术原理
风光互补LED路灯是一种将风机，太阳能电池板与LED路灯相结合的新型道路照明灯具，具有相当高的技术性。如右图所示
为风光互补LED路灯图例。下图为技术简图此
种路灯包含了风力发电装置，太阳能电池板和
LED照明灯头，同时还要接入与传统电路，以
防备风能和太阳能都不足的情况

2）大规模使用风光互补LED路灯可行性分析
目前，欧美日等发达国家以开始逐渐
加大风光互补LED路灯的使用而我国目前
还正处于起步阶段，形式依然非常严峻。
使用风光互补LED路灯需要面对几大
难题：
a) 环境难题：此类灯具必须建立在风力强且持续
太阳充足，日照时间长，自然灾害少的地方。如
我国华北，东南沿海，新疆，西藏地区都非常适合
b) 质量难题：风光互补LED路灯是将风风机，
太阳能电池板与LED路灯相结合的新型道路
照明灯具，技术综合性太强，更容易发生故障

c) 成本问题：风光互补LED路灯必然是高成本的，从短期来看必然难以盈利，但若能长期使用，则可反亏为盈，这就必须提高产品质量，耐久度，降低返修率。
三、新型道路照明方案与风光互补LED路灯结合的设计猜想
要想实现风光互补技术与LED路灯结合大范围使用，就要设计新的道路照明方案，使三者结合达到最佳效果化。尽管LED路灯的发展速度迅猛，但led路灯的标准却相对滞后。在全球范围内，LED的路灯标准也不是都没有，像LED路灯的欧洲标准现在就有。事实上，各地区对LED路灯的标准，在指标上不尽相同，LED路灯要在标准上符合销售区的要求，因此投标LED路灯工程要深入研究当地的LED路灯标准，只有这样才会在激裂的市场竞争中占有一席之地。LED路灯市场发展趋势良好，未来几年大范围普及的可能性还是很大的。除了技术因素外，贺在华也表示，国内市场对LED的需求、LED散热及使用寿命、后续市场准入等因素仍会阻碍LED路灯的普及。
四、综述
LED路灯、风光互补技术及道路照明方案的优化结和相比于传统方案具有极大的优越性。
其一，LED是一种半导体二极管，它的寿命非常长。当光通量衰减到80%时，其寿命达到了25000小时。而金属卤化物灯的寿命在6000~12000小时，高压钠灯的寿命是12000小时。其二，LED的基本结构是一块电致发光的半导体材料，放置在一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。其三、白光LED的光色比高压钠灯好。在中间视觉水平下，人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物。白光LED的显色性也比高压钠灯好很多，高压钠灯的显色指数只有20右左，而白光LED可以达到65~80。其四、LED能实现较完美的调光功能。由于LED的工作范围较大，其光输出和工作电流成正比，因此可以减小电流的方法来调光。
目前，LED路灯刚刚起步，需要不断地完善，无论是路灯的光学结构设计，还是散热技术，都还在不断改进中。

结课论文

LED路灯、风光互补技术及道路照明方案的优化结合

学生姓名

学号

系及专业
控制与机械工程学院
电气工程及其自动化
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成绩