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LED路灯成本衡量:全面爆发的时刻来了吗?

2019-06-03 Brian Santo 阅读:
LED路灯成本衡量:全面爆发的时刻来了吗?
对于市政照明,LED有望降低维护成本和能源成本,并且比所有其他选择更加持久。即便LED路灯照明的最大担忧已得到证实,但LED路灯的经济性极具魅力,胜过人们对健康问题的担忧。

市政照明是LED的一个巨大市场。美国大多数城市都至少安装了部分LED路灯,少数几个城市已完全更换为LED。路灯照明选用LED有多种原因,但2016年,当美国医学协会(AMA)警告称某些LED路灯会对夜间驾驶和人类健康产生不利影响时,它们的吸引力就下降了。从那时起,热心LED路灯的照明专家和城市就一直就这个警告争论不休。1lXednc

AMA警告说,由于LED白光光谱中的蓝光部分太强烈,高强度LED照明对于夜间驾驶不利。它会产生眩光而影响驾驶。此外,AMA称这些频率的光会抑制人体内的褪黑素,引起失眠、日间生产力降低,甚至肥胖等问题。1lXednc

AMA建议尽量减少光谱蓝色部分的输出,并增加眩光屏蔽。光源色貌的品质因数是相关色温(CCT),以开氏度(K)表示。大多数已安装LED路灯的额定CCT在3,000K和4,000K之间。由于蓝光的影响,AMA建议道路安装的灯具应不高于3,000K。1lXednc

美国能源部(DOE)内部的市政路灯固态照明联盟(MSSLC),一直是回应AMA所提问题的重要来源。MSSLC认为,在衡量LED照明的褪黑素输出时,CCT不是唯一的考虑因素。1lXednc

在讨论LED路灯的时候,我们经常可以看到褪黑素这个新词。黑视蛋白则是视网膜中的一种光色素,它与昼夜节律直接相关。褪黑素描述了某些种类的光如何通过激活黑视蛋白而影响人类的睡眠周期。LED路灯照明则正好符合。1lXednc

MSSLC表示,对LED路灯的褪黑素输出进行评估,要考虑CCT之外的许多因素,包括照明输出、灯具类型/分布和照明设计等。照明工程师可以平衡这些因素,设计更高CCT水平的LED,但得把褪黑素输出降低到AMA建议的范围。1lXednc

美国俄勒冈州的波特兰市在AMA发出警告之前就已经开始更换钠路灯,之后也仍在继续。这个城市有大约4.5万个路灯,现在几乎全部都是LED灯,其中大部分是4,000K的灯。装饰灯(例如城市公园中的)则都是3,000K。在波特兰市政网站上,波特兰交通局(PBOT)对新照明的常见问题解答就AMA警告进行了详细论述,其中包括大量额外信息链接。许多波特兰人倾向于对健康警告持绝对主义态度。1lXednc

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很多城市开始用LED照明取代常见的黄橙色钠路灯。新的LED灯效率更高,生命周期成本也已降低。图中位置是波特兰市的26号公路(Powell大道),该市已几乎在其所有4.5万个路灯中安装了LED。(来源:EDN)1lXednc

其他已经用LED代替大部分钠灯的城市包括波士顿、洛杉矶和西雅图。然而,在其他美国城市,绝大多数路灯仍是高压钠灯(HPS)。钠灯可以通过其独特的橙黄色光识别出来。这种灯在街道照明中流行起来,是因为其比白炽灯和荧光灯的效率更高。1lXednc

缺点是,波特兰市发现,HSP路灯会有太多光线集中在灯杆底部区域,而不足以照亮灯杆间的空间。钠灯也是单色,据说颜色失真会导致一些人难以应对。此外,钠灯由于含汞,处理起来比较困难。1lXednc

对于市政照明,LED则有望降低维护成本和能源成本,并且比所有其他选择更加持久。PBOT称他们必须每5年更换一次旧的钠灯,而新的LED预计可以使用24年。1lXednc

LED灯的价格一直在稳步下降,预计还会进一步降低。PBOT表示,他们安装的特定品牌和型号的LED灯具(Leotek ECobra),其成本在2000年时单价为500美元,但到2018年已降至124美元。1lXednc

HPS灯仍然更加便宜,每个110美元,因此如果一个城市要用LED替换5万个路灯的话,将要多花70万美元费用。因此,市政当局一直在争抢资金,即使对于一个大城市来说,这也不是一个小数目。1lXednc

即使购买HPS的成本较低,但从长远来看,LED寿命更长,会要经济得多。在采用LED路灯的城市必须更换一轮路灯之前,采用HPS的城市会多花两轮更换的费用。此外,正如PBOT所报道的那样,“鉴于LED使用寿命更长并且更易于维修,该市预计在LED的寿命期间,维护成本可降低75%。”1lXednc

新路灯每盏灯耗电29W,而被更换的钠灯是118W。LED的支持者还断言,LED路灯的光线反射比钠灯更少,可以减少光污染。1lXednc

假设关于LED的工程主张正确无误,即使前期成本略高,LED也已成为市政道路照明更好的经济选择。即使AMA对LED路灯照明的最大担忧已得到证实,LED路灯的经济性也极具魅力,而胜过人们对健康问题的担忧。似乎不可避免的是,伴随城市生活的黄橙色光将最终成为一种记忆。1lXednc

对于希望获得更多信息的市政工程师而言,MSSLC是一个主要来源,包括许多照明类型的工程数据。美国能源部在2014年设立MSSLC的目的在于帮助各个城市考虑使用LED路灯。MSSLC在美国能源部的能源效率和可再生能源办公室内运营,“代表了感兴趣的城市、电源供应商、政府机构和其他组织之间的协调工作,以便尽可能减少重复工作,及将相关风险扩大到多个地方”。它本质上是一个由美国能源部资源支持的用户组织。1lXednc

这些“资源”主要是指知识库。根据联邦标准,这一联盟的预算只有区区几百万美元。也就是说,提供有关可用技术的信息,偶尔提供适度的补助金,就足以让某些城市启动。想要考虑安装LED照明的城市不必从头开始,可以从已经采用该技术的其他城市的经验中受益。1lXednc

本文为《电子技术设计》2019年6月刊杂志文章。1lXednc

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  • 总之就是LED照明方案都还未产生,搭载任何的智能都没有任何意义,更不是LED照明产品的发展方向,失去了长寿命特征,即使零电费都没有太大意义,目前LED照明需要LED光源与电源严格搭配(原配),成为一种一次性产品且没有长寿命特征,实际使用相对成本非常高,这才是阻碍LED照明普及的根本原因;在没有任何限制的情况下,LED照明尚无法自我完善到实用阶段,标准是对产品相对的限制(满足各种基本要求),也就是提高难度,显然并不具备可行性,LED照明需要的是充分的可行性方案,遗憾的是并没有相关部门做这件事。
  • LED照明的核心动力在于高效和长寿命特征,如果失去高效与长寿命特征就没有任何意义了,但这仅是LED自身特性,要用好它才能发挥作用,那散热和恒流驱动就是核心了,散热看似传统问题,没太大难度,但LED恰恰就是难点,因为LED输出的是光,若不考虑光的因素,LED散热并不是太大问题,正因为光的特性限制了散热的有效性,另外就是LED的热源问题,通常我们把LED视为质点,宏观上没什么问题,但实际并非如此,还得从微观上考虑,然而这样的研究并没有实际效益,因此没有得到有效解决,而LED照明厂商并没有深入研发,大多是没有意识,再者就是并不想在这方面投入,因此LED散热问题成了一大难以逾越的技术瓶颈,根本无法绕过;另一大难点就是LED恒流驱动,LED恒流驱动是指每颗LED工作电流动能得到严格控制,也就是电源(LED总电流)电流=nI(n串LED电流之和),而目前是采用恒流电源方式,多串LED承担电源输出的恒定电流,但并不是毎串LED承担n分之一电流,只是等效而已,LED电流存在此消彼长缺陷,根本就没有恒流驱动机制,最终就可能导致正反馈雪崩式损坏,这应该是设计的技术缺陷,而恒流电源只是强行给LED灌输恒定电流,没有调节LED工作电流机能,可见LED工作与非常恶劣状态,根本没有稳定和长寿命可能,这就是LED照明难以得到社会认可的根本原因而非价格太高,好几年前就有10元三个LED球泡灯销售,但还是无法推广,
  • 现在的路灯和5G天线相结合是以后发展方向。
  • 这些技术上都不是问题,成本有所上升,光效有所降低而已,通过标准立法实施。
本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Brian Santo
EETimes美国版主编。Brian Santo已经为多家出版物撰写技术文章达30年,包括Electronic News、EE Times、IEEE Spectrum以及其最近担任CED主编的一些出版物。 他文章涉及的主题包括测试与测量、半导体生产、消费电子、军事电子、有线网络、宽带、无线技术等等。 他在俄勒冈州波特兰的住所外工作,所以请忽略他办公室外嘎嘎叫的鸡。
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