LED路灯标准与关键技术探讨

清华大学深圳研究生院 半导体证明实验室 钱可元钱可元 主要内容主要内容 一．广东省地方 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 解读-DB44/T 609-2009 路灯技术的发展现状二．LED路灯技术的发展现状 三．LED路灯设计的关键技术路灯设计的关键技术 四．LED路灯的光学设计 五．系统的寿命与可靠性 六 LED路灯发展展望六．LED路灯发展展望 LED路灯地方标准制定的目的LED路灯地方标准制定的目的 y 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 LED路灯市场 y提升产品质量水平 降低企业生产成本y降低企业生产成本 y推动产业的优化升级y推动产业的优化升级 y优化市场秩序 y促进行业健康有序发展 清华大学深圳研究生院 名词术语名词术语 • LED模块 (LED module) • LED 路灯 (LED street lamp) • LED热沉 (LED heat‐sink) • 平均相关色温 (average CCT) 初始值 1,测试方法 • 初始值 (initial values) • 平均显色指数 (average color renderingindex)  , 2,空间的误差 • 平均显色指数 (average color renderingindex)  • LED路灯额定最大温度tc (rated maximum temperature)c p 清华大学深圳研究生院 命名方法 □□‐□/□‐□‐□‐□‐□ 防护等级（A—IP67，B—IP66，C—IP65） 灯具光效等级，由高到低用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示 光斑形状（J—矩形，Y—圆形，T—椭圆形）光斑形状（J 矩形，Y 圆形，T 椭圆形） 平均相关色温（G—4000～6500 K，D—2700～4000 K） 电源电压，用数字表示，单位为V 电源种类，交流用AC表示，直流用DC表 示示 LED路灯额定功率，用数字表示，单位为 W LED路灯 用LLD表LED路灯，用LLD表 示 清华大学深圳研究生院 一般要求般要求 y 使用环境要求： y 室外温度：‐25℃～+50℃； y 月平均空气相对湿度：不大于90%（25℃±5℃）； 最大温度y 最大温度 y LED路灯额定最大温度tc值不应大于58℃。 最大热 度y 最大热沉温度 y 灯具内各个 LED管的最大热沉温度不应大于65℃。 y 功率因素不应小于0.92。 y 防护等级：A级品不应低于IP67；B级品不应低于IP66；C级品不应IP65 y 平均寿命 y 额定平均寿命不应低于30,000 h 清华大学深圳研究生院 主要光学参数主要光学参数 平均相关色温 平均相关色温 适用范等级 平均相关色温4000K～6500K 适用范围 平均相关色温 2700K～4000K 适用范 围 适用于 LED路灯 Ⅰ ≥78 适用于主干道、快速路 ≥65 适用于 主干道、 快速路 初始光效 lm/W Ⅱ ≥68 适用于主干道、 快速路 ≥55 适用于 次干道 Ⅲ ≥58 适用于主干道、快速路 ≥47 适用于 次干道 Ⅳ ≥50 适用于次干道 ≥40 适用于次干道 （灯具光效为LED路灯的光通量与灯具的实际消耗功率的比值。） 清华大学深圳研究生院 主要光学参数主要光学参数 平均显色指数 Ra≥65平均显色指数 Ra≥65 2000 h光通量 维持率 ≥98%维持率 5000 h光通量 维持率 ≥97%维持率 光斑形状 矩形/圆形/椭圆形光斑 配光曲线 按CJJ 45—2006中4.2规定的使用场合，选择截光型、半截光型、非截光型或泛光型 部分LED灯泡熄灭或整灯调光时，其光斑形状和路面照度均匀 性不应发生明显变化性不应发生明显变化 灯具老化方法灯具老化方法 y 在没有强制通风、温度控制在20℃‐30℃的环境中进行； 灯具按 常安装姿态架设 按灯具标称额定电 或标称的y 灯具按正常安装姿态架设，按灯具标称额定电压或标称的 适用电压范围的最大电压接通电源，灯具以满功率工作。 y 灯具在老化过程中，每24 H中关闭不少于2次，每次关闭 时间应为25 min～35 min,间隔时间至少应为30 min。样 品数量不少于3台。3 y 试验中，灯具不得出现任何故障、烧毁，否则不合格。 光衰和寿命测量推算方法光衰和寿命测量推算方法 y 以照度法替代光通量法； y 在距离灯具高度2米处下方测量中心点和沿道路方向的轴线上每距1米 一个点的水平照度值，共测5个点，与各点初始值对比并得出5个点的个点的水平照度值 共测5个点 与各点初始值对 并得出5个点的 平均维持率值； y 在2000 H至5000 H之间，每336 H间隔测一次平均维持率值；在2000 H至5000 H之间，每336 H间隔测 次平均维持率值； y 如5000 H 时灯具仍然符合要求，则以2000 H时的各点照度值为初始照 度值 已测得的每336H间隔的照度值与2000 H时对应的初始照度值比度值，已测得的每336H间隔的照度值与2000 H时对应的初始照度值比 较并得出平均维持率，由上述10个点的平均维持率拟合曲线推算出平 均维持率为75%时的寿命时间加上5000H即为该灯具的寿命。 y 选取其中1只路灯，同时用光度分布测试法测0H和2000 H时的光通量， 计算出2 000H光通维持率作为校准值。 测量照度时，环境温度应控制在测量照度时，环境温度应控制在2525℃℃±±11℃℃稳定稳定3H3H以上的情况下进行。以上的情况下进行。 LED路灯产业化的误区LED路灯产业化的误区： 低估了系统的技术难度 Just remove old bulb socket and install LED lamp ?and install LED lamp ? 清华大学深圳研究生院 ＬＥＤ 路灯设计的难点ＬＥＤ 路灯设计的难点 光效光效 光型光型 光衰光衰 寿命寿命 LED路灯系统是要求最高的半导体照明产品之一！ 清华大学深圳研究生院 三，LED路灯光效的设计与测量三，LED路灯光效的设计与测量 清华大学深圳研究 生院 光效光效 y高压钠灯 y光效 >100lm/W (120lm/W) y主要用于主干道，快速路照明,照度25~50lx主要用于主干道，快速路照明,照度25 50lx y单盏110～400W y均匀度0 35左右y均匀度0.35左右 y节能灯 y光效 50~70lm/W yLED 光源LED 光源 y光效 80~100lm/W 清华大学深圳研究 生院 灯具系统的效率灯具系统的效率 光源效率 灯具效率电 源 光学 结学 结 构 区 域 照明利用系数 要 求域 外 的 光 求 照 明 区光 域 清华大学深圳研究生院 LED路灯的优势－光学方面的优势LED路灯的优势 光学方面的优势 光y 发光立体角小； y 传统路灯发光的立体角为4π；4 y 近似点光源，便于二次光学系统的设计； y 均匀度有望大大提高(0 7)；y 均匀度有望大大提高(0.7)； y 总的光效高； 高压钠灯高压钠灯8080 120 l /120 l / 照明效果比较的对象：高压钠灯。绝非白炽灯！ 高压钠灯高压钠灯8080--120 lm/w120 lm/w 清华大学深圳研究生院 路灯光源光通量的计算路灯光源光通量的计算 LED光源(100lm/W)LED光源(100lm/W) 道路等级 快速路 主干道 次干道 照射面积(m2) 400 350 250 平均照度（Lux) 20 15 12平均照度（Lux) 20 15 12 区域内光通量（lm） 8000 5250 3000 系统效率 0.7 0.7 0.7 最少需要光通量（l ） 11428 7500 4286最少需要光通量（lm） 11428 7500 4286 需要LED功率（W） 115 75 43 只考虑路面照明最理想的情况！只考虑路面照明最理想的情况！ 路灯光源光通量的计算路灯光源光通量的计算 LED光源(100lm/W) 道路等级 快速路 主干道 次干道道路等级 快速路 主干道 次干道 照射面积(m2) 400 350 250 平均照度（Lux) 20 15 12 域内光 量区域内光通量（lm） 8000 5250 3000 区域外光通量（lm） 4000 2625 1500区域外光通量（ ） 系统效率 0.7 0.7 0.7 最少需要光通量（lm） 17143 11250 6428 需要LED功率（W） 172 113 65需要LED功率（W） 172 113 65 考虑环境比的最理想最理想情况！清华大学深圳研究生院 LED路灯面临的光学设计问题LED路灯面临的光学设计问题 y常规LED远场分布具有的朗伯型特征y常规LED远场分布具有的朗伯型特征 路灯配光设计精准到位是其能否替代传统路灯的关键路灯配光设计精准到位是其能否替代传统路灯的关键 清华大学深圳研究 生院 IES Streetlight Distribution PatternsIES Streetlight Distribution Patterns Type I Type II Type III Type IV Type V • These patterns are largely based on the light pattern created by existing street lighting fixtures • Most customers will want to keep these patterns because people are used to ththem 二次光学设计的误区二次光学设计的误区 1. 设计方向的选择：1. 设计方向的选择： ① 追求理想的照明效果① 追求理想的照明效果 ② 光形可以随路面情况的不同而调整 ③ 光学面设计追求在满足照明效果下的最高光效③ 光学面设计追求在满足照明效果下的最高光效 ① 只简单追求将光线向两边发散① 只简单追求将光线向两边发散 ② 实际的光形很难精确随路面情况的不同而调整 ③ 透镜设计往往追求了“形似”和外形的“创新”③ 透镜设计往往追求了“形似”和外形的“创新” 而牺牲灯具的光效 清华大学深圳研究生院 二次光学设计的误区二次光学设计的误区 2，测量与对照的误区：2，测量与对照的误区： 以最终道路路面的照明质量为测量与衡量手段 只以简单光强角分布为测试参数.只 简单光强角分布为测试 数 以“蝙蝠翼”形状光强角分布为合格？ 清华大学深圳研究生院 各式“蝙蝠翼”的差距各式 蝙蝠翼 的差距 无法在有限无法在有限 的空间内形的空间内形的空间内形的空间内形 成均匀照明成均匀照明成均匀照明成均匀照明 区域。区域。 清华大学深圳研究生院 计算结果分析的疑惑计算结果分析的疑惑 清华大学深圳研究生院 3，二次光学结构的分析3，二次光学结构的分析 • 精确立式 精确• 高效分立式 • 安装简洁安装简洁 • 精度与光效的损失集成式 • 低成本低成本 • 光效=?镜盖一体式 清华大学深圳研究生院 影响LED路灯可靠性的诸多因素 系统寿命系统寿命 LED 模 块 结构件 驱动模 块 芯片 封装 光学元件 散热系 统 电路性 能 元件质 量件 统 能 量 材料 工艺 防尘 耐候性 风扇 热管 清华大学深圳研究生院 “木桶定律”木桶定律 一个木桶能盛多少水 不个木桶能盛多少水，不 是取决于桶壁上最长的那 块木板 而是取决于桶壁块木板，而是取决于桶壁 上最短的那块木板。 只有构成木桶的所有木板都足够高 木桶才只有构成木桶的所有木板都足够高，木桶才 能盛满水；所有木板比最低木板高出的部分 都是没有意义的，高的越多，浪费越大； 要想增加木桶的容量，应该设法加高最低木 板的高度，这是最有效也是最直接的途径。 清华大学深圳研究生院 传统路灯的“木桶效应”传统路灯的“木桶效应” 各部件已经高各部件已经高 度集成化和专 业化生产。业化生产。 清华大学深圳研究生院 ＬＥＤ路灯的“木桶效应”ＬＥＤ路灯的 木桶效应 各块桶板代表 LED芯片各块桶板代表 不同的部件之 寿命及可靠性。 LED封装寿命及可靠性。 LED驱动 封装 驱动 透镜 清华大学深圳研究生院 LED路灯行业现状LED路灯行业现状 传统照明大企业观望 试水1. 传统照明大企业观望、试水； 2. 众多小企业百花齐放; 跳不出传统灯具束缚3. 跳不出传统灯具束缚； LED光源 LED灯具 4. 各地LED道路照明项目大多独立实施，良莠不齐 重复投资 重复建设 重复试验 重复犯错5. 重复投资，重复建设，重复试验，重复犯错。 清华大学深圳研究生院 推广LED路灯的难点推广LED路灯的难点 1. LED路灯成本高，一次性投入较大; 2. 技术规范与标准的滞后; 3. 专业部门的思维定势一时难以扭转; 4. 还缺乏配套的扶持与鼓励政策; 5. 人们对LED的认识有个过程，包括部分专家； 清华大学深圳研究生院 推广LED路灯的担忧推广LED路灯的担忧 技术 核心竞争力 知识产权 产业 规模效益 品牌与质量 管理管 标准的领先 测试与规范 国家的策略 ？做强做大 ？最后得益 清华大学深圳研究生院 做强做大 最后得益 LED产业链的规模LED产业链的规模 外延 芯片芯片 器件封装器件封装 应用产品应用产品 清华大学深圳研究生院 LED产业链的核心技术与专利之剑LED产业链的核心技术与专利之剑 外延与芯片外延与芯片 器件封装 应用产品 清华大学深圳研究生院 “十城万盏”半导体照明应用工程试点“十城万盏”半导体照明应用工程试点 陕西省西江西省南福建省福河北省石天津市 陕西省西 安市 江西省南 昌市 福建省福 州市 河北省保 河北省石 家庄市 天津市 重庆市山东省潍坊市 浙江省杭 州市 河北省保 定市 四川省绵 阳市 河南省郑 州市 黑龙江省 哈尔滨市 辽宁省大 连市 四川省成 都市 湖北省武 汉市上海市 浙江省宁 波市 广东省东 莞市 广东省深 圳市 江苏省扬 州市、 福建省厦 门市 政府的积极支持大大加快了实用化的步伐政府的积极支持大大加快了实用化的步伐 清华大学深圳研究生院 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 能源管理EMC合同能源管理EMC y由政府或企业向银行贷款购买企业的LED路灯 y贷款方在未来数年里通过每年节省下来的高达y贷款方在未来数年里通过每年节省下来的高达 60%‐70%的电费和维护费来分季或分年偿还银行 的贷款。的贷款。 y政府和企业在不需出钱的情况下实现节能安排； 银行则获得类似于房屋按揭但风险更低的金融业银行则获得类似于房屋按揭但风险更低的金融业 务。 y保障了生产、消费和金融三方利益最大化和风险 最小化，有利于LED产品的推广应用。 清华大学深圳研究生院 LED路灯的前景 芯片技术的成熟将带来根本的突破芯片技术的成熟将带来根本的突破 • 光效>120lm/W将结束LED光源光效光效>120lm/W将结束LED光源光效 的争论 路灯不仅适用于支路和次干道• LED路灯不仅适用于支路和次干道， 同样适用于主干道同样适用于 干道 • 硅基LED的发展将使半导体照明卸 下高价的包袱下高价的包袱 • 芯片价格<0.2U$芯片价格 0.2U$ 清华大学深圳研究生院 LED路灯的前景 整灯关键技术 趋成熟整灯关键技术日趋成熟 • 光学设计准确高效，整灯的光效>70 lm/W • 散热 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 越加成熟和简单 • 电源的可靠性不断提升 大浪淘沙，将显现知名的品牌和过硬的产大浪淘沙，将显现知名的品牌和过硬的产 品 • 主流企业把LED路灯作为自己的主业，在实践中不 断完善。 深圳市政府对LED路灯的科学态度有利于对产业的• 深圳市政府对LED路灯的科学态度有利于对产业的 引导和产品的进步。 清华大学深圳研究生院 LED路灯的前景 节能、环保、绿色的大潮流不可逆转 • LED照明产品的普及只是个时间问题• LED照明产品的普及只是个时间问题 • LED路灯最大的获益者是LED产业链 上的众多生产企业上的众多生产企业 • 企业最大的难题：何时介入？需要超企业最大的难题：何时介入？需要超 前开发？抢抓市场的制高点？ 清华大学深圳研究生院 谢谢各位谢谢各位 清华大学深圳研究生院