LED路灯发展现状及未来前景

发布日期:2014-08-17

 LED路灯发展现状


  长久以来,传统光源高压钠灯及部分金属卤化物灯一直在道路照明中起着主导作用。近年来,LED在其他照明领域取得了一定的成功,LED路灯的开发研制,又开辟了更广阔的天地。与传统光源相比,LED在显色性、节能环保、寿命以及数字化可控程度上都有着突出的优势。随着国内LED照明应用发展迅速,LED路灯的价格将会逐渐降低,LED路灯作为节能产品将越来越多的应用于道路照明中。


  国家政策或将会推动LED路灯发展http://www.ledud.com/


  LED路灯具节能特性,各国政府正视到这点,"装上去电费就省",政策上自然开始加重LED路灯安装,很多企业已在国内市场先行练兵,后续将耕耘全球市场。


  在大陆的LED路灯标准的制定与相关政策的支持下,2013年,大陆LED路灯市场预计将突破百万,达到132万盏,占全球的比重将会达到32%。如若不区分技术类别方面,大陆路灯占全球的比重只有15%。但随着政府的政策支持,LED路灯发展将会很快普及。今年LED产业大好,很多LED企业业绩都大幅增长,未来,将会有更多LED企业投身于LED路灯的开发中。


  目前国内外已有数百家企业投入到LED路灯的开发研制中,其中部分产品已经投入批量生产。最近中国科技部组织实施了"十城万盏"计划,得到了全国各地的积极响应,创造出庞大的LED路灯市场,国内外一些应用试点示范也在如火如荼的展开。


  市场调查


         中国人口众多,城镇化发展快,道路建设也相当快,对LED路灯以及LED景观照明灯等户外照明有很大需求。据权威机构调查显示,中国户外照明产业每年均以超过40%的速度增长,2014年产值有望突破35亿美元,2015年有望达到47亿美元。巨大的市场份额让许多企业趋之若鹜,同时也加剧了企业的竞争。


  在加尔各答、伦敦、悉尼和多伦多的调查表明市民们更喜欢LED照明。有68%到90%的受访者支持该技术全市范围的推广。LED照明所带来的安全感和可视性的提升最受关注。


  实验测试


  LED路灯生命周期在5万至10万小时不等,显示出LED路灯投资是一项高回报投资。LED路灯技术耐用,维修量小。超过6000小时使用时间LED产品的故障率次品率为1%。而同等时间内传统照明产品故障率约有10%。


  照明节能试验表明LED科技现已成熟,可以大规模应用于户外照明,为大众带来经济效益和社会效益。


LED路灯在应用中的问题


  在全球能源危机与环保压力日益凸显的形势下,LED光源在道路照明中的应用已成为近年来半导体照明行业的热点。LED器件产品应用到路灯上,对技术有什么特殊要求,LED路灯与目前高压钠传统路灯相比有哪些优势,还存在哪些不足,如何解决等一系列问题,都值得我们认真研究。


  产品的标准化和通用性是大规模使用的基础


  目前推出的LED路灯,产品外观、LED的发光颗粒的排布方式与数量、整流电路的外型尺寸和内部设计多种多样。如:单管功率数量各异,1~5瓦不等;光分布情况各异,有蝠形、矩形、蝶翼型等;光学处理方式有自带透镜免二次光学处理和进行二次光学处理的;驱动器情况有专用驱动芯片IC和无电解电容;封装情况有多芯片封装和单科芯片封装;技术线路情况有模、组式大功率、芯片集成式大功率、点阵式大功率等。电源装配也有自带一体化和外接电源两种,散热技术也各有千秋,这都给普及使用后的运行及维护工作带来极大不便,也不符合市政公用设施标准化,通用化的设计原则。


  我们认为,在今后的发展过程中,生产厂家应严格按照国家统一标准进行,确保产品在设备安全性和电气性能方面安全可靠。同时,在城市照明领域得到应用的LED产品,必须对产品标准型、统一性提供以下保证。


  如:对于同一个企业不同发展阶段的产品之间,要保证主要电气元件的标准性,统一性,避免因产品更新换代造成备品备件断代;对于不同企业的产品之间,灯具主体,发光颗粒板、整流电路等主要电气元件要依据国家标准,实现必要的标准性、统一性。


  相应的国家标准是LED路灯市场健康发展的保障


  LED的光电及热学特性与传统光源差异甚大,使现有LED的测量无法完全套用传统照明光源的测量方法。目前LED无论在产品规格或测量上均缺乏适当的标准,使产品种类繁多,测量无标准,市场不规范,而产品的多样性也导致企业不可能集中大规模生产。制定相关的LED标准已成为产业的迫切需求。而目前由全国照明电器标准化技术委员会"提出的普通照明用LED国家标准及行业标准"等在送审阶段,预计将会陆续颁布实施。相关企业应进行新的市场定位和产品规划,抓住新机遇,投入必要的质量保障手段。


  光学设计、散热是LED路灯面临的主要技术问题


  虽然大功率LED路灯研制发展的速度很快,但在应用中还不同程度的存在着瓦流明低、二次光效处理水平较低、系统光效较低、光衰快、寿命短、色温偏差、光色不一、驱动器多故障等一系列问题。其中二次光学设计、散热设计和电源稳压器系统设计等主要技术问题,是提高发光效率和延长寿命的关键。


  要真正充分发挥半导体光源的长处,LED的二次光学系统设计对LED路灯的配光及光学输出效率至关重要。良好的道路照明要求LED路灯的配光为长方形的光型,路灯发出的所有光刚刚可以覆盖住马路,而马路之外的光污染几乎为零。香港理工大学的蒋金波博士介绍过两种LED路灯的配光设计:第一种LED路灯采用轴对称的全反射透镜或反光杯,LED透镜模组排列于一个弧面上以产生长方形的配光。全反射透镜的引入可以极大地提高光的利用效率,但是弧形的LED模组的排列使高功率LED的散热设计和机械结构比较麻烦。第二种LED路灯则采取非对称的自由曲面透镜,可以将长方形的配光直接由单个LED光学元件完成。整体灯头只需将具有长方形配光的LED模组简单的排列在一个平板上即可,这种LED路灯在机械结构、散热及电源控制方面比较简单,不同等级公路和不同灯杆高度的道路照明只需要增加不同数量的LED模组即可。非对称自由曲面二次光学元件的采用可以使LED路灯的长方形配光直接在单个LED模组上实现。整体路灯只需要将这些LED模组阵列按照相同方向排列即可,从而可以简化路灯机构、散热及控制电源的设计。


  应开发出适合封装方式光源的配光器,更加合理、充分的利用光源发出的光线,使得灯具的整灯出光效率提升。目前LED的辐射形式有朗伯型、侧射型、蝙蝠翼型、矩形、蝶翼和聚光型几种。通过二次光学设计,使得LED的光照范围、光度曲线符合道路照明的需求。


  LED是嵌入照明器具中使用的,由于LED芯片的发热量大,在做成大功率灯具时的重要关键技术就是"散热"。虽说发光效率越来越高,但LED芯片的发热量仍然很大。PN结结温每升高10度,半导体器件的寿命就减少1倍。LED芯片的高温度导致芯片本身及封装树脂性能的恶化,从而最终引起发光效率的降低和寿命的缩短。


  目前各生产单位都采取了不同的散热措施,多为采用整体式的、系统性的散热设计理念,应用高性能导热材料。如铝压铸模、铝挤型齿状散热片、整体式齿状散热片、铝挤型材横列齿形散热器、热导管长鳍形、外部齿状结构片、自然对流通体散热等。还有采用超合金导热管(导热速度为纯铜的100倍)与高密度散热铝鳍片结合。将芯片产生的热量迅速的由点源转为线源,使热量均匀分布至散热片。散热片向下,避免灰尘鸟粪堆积。芯片的封装、灯具散热等因素都可能造成光衰减。


  价格仍然是LED路灯大规模应用的最大障碍


  目前LED路灯的成本还远于高压钠灯,一款LED路灯价格在4000元--8000元,甚至更高,而一套进口品牌的高压钠灯(含灯具、成套电器光源)价格不超过1500元。就现状而言,LED路灯明显太贵,价高达3-5倍之多。因此即使LED路灯的耗电量仅是高压钠灯的三分之一,但由于价格比高压钠灯高许多,用LED路灯代替高压钠灯成本回收周期仍然会很长。


  所以,LED路灯要在道路照明市场正式推广,价格及成本仍然是最大障碍。要使LED路灯下滑到与现有灯具的竞争价格,需要各厂商的成本下降。而近期只能是在LED技术不断成熟,发光效率不断提高的前提下,通过LED的寿命优势、节能优势来弥补灯具价格上的劣势。


LED路灯节能改造工程很“吃香”


  近几年,LED路灯的普及化已经成为一种趋势,LED光效、安全性不断提升,散热、成本等问题明显改善,并且一些智能化产品的出现,使LED路灯越来越受工程业主和使用方的欢迎。


  东莞全市LED路灯改造完成96.8%


  笔者从市科技局获悉:在2012-2013年间全省展开的公共领域LED照明推广工作中,东莞截至2013年12月,已经完成LED路灯改造180114盏,完成计划的96.8%;完成LED室内灯改造213475只,占计划完成总数的83.5%。市推进LED产业发展及应用示范工作领导小组表示,今年将重点督促个别没有完成公共照明改造的单位完成。同时,大力推进非公共领域的LED照明改造,充分发挥省市补贴政策的作用,力争完成42万盏室内照明灯具改造目标。


  据市LED领导小组统计,全市39个镇街计划推广LED路灯185948盏,截至2013年12月底,已累计完成LED路灯改造180114盏,完成计划96.8%,完成数量和完成率均居全省前列;32个镇街已完成辖区内的路灯改造年度任务,其余镇街(单位)正处于施工、验收阶段。目前已安装的LED路灯全部采用省LED标杆产品,质量稳定,完全达到国家道路照明要求,而且节电效果明显、显色性好。


  在LED路灯推广模式方面,我市采用EMC模式完成LED路灯改造的数量占路灯改造总数的71.28%,采用财政直接采购模式的占19.11%,采用BT模式的占1.33%。


  LED路灯点亮广深高速 年省电费400多万


  笔者从广东省交通集团获悉,广深高速公路在去年通过实行路灯LED节能改造后,每月节约用电近40万度,预计每年可节省电费400多万。


  广深高速公路全长122.8公里,横跨广州、东莞、深圳三地,安装了6280盏路灯,实行全线路灯照明,是国内第一条最长的LED改造高速公路,同时也是第一条使用10年能源管理模式的道路改造项目和第一条全程使用LED智能控制的高速公路。


  该高速改造前全部使用250W的传统电感镇流器型高压钠灯,平均每天照明时间在11个小时左右,全年用电量约800万度。在节能减排的时代背景中,路灯照明带来的巨大电力消耗问题日益突出。


  广深高速机电部门负责人表示,该高速路灯已全部更换为100W的LED节能路灯,同时采用远程智能监控系统。相对于改造前的钠灯照明系统,改造后的LED路灯照明系统的路面平均照度整整提高了1倍多,而节电率又超过60%。


  清远LED路灯改造完工 年节约电费超2000万元


  7月30日,清远市区LED路灯节能改造项目顺利通过验收。根据第三方检测结果,项目改造后在路面照度、照度均匀度等方面都有较大程度的提升,各项指标均满足国家标准及项目要求。


  该项目于2013年3月开工,历经一年时间完成项目改造。共安装223条道路的LED路灯4.7万盏,项目节电率超过50%,每年节约电量2000多万千瓦时,相当于5万户家庭一年的照明用电量,年节约电费超过2000万元。项目采用合同能源管理模式,由南网能源公司负责资金投入、建设、管理和服务,节能效益分享期8年,节省的电费按照双方约定的比例进行分配。


  据了解,该项目是迄今为止全省单个规模最大的LED路灯节能改造项目,也是广东省印发《推广使用LED照明产品实施方案》以来,第一个公开挂网招标的城市路灯LED改造项目。


  江门市LED路灯节能改造 年节省电费超600万


  近日,笔者从江门市城管局获悉,江门市市区主次干道的LED路灯改造已完成。江门市市区LED路灯节能改造合同能源管理服务项目已于5月6日通过验收工作,改造后将实现年节省电费666.48万元,年节电率将达72.28%。


  据市城管局工作人员介绍,该项目以合同能源管理的模式(政府不用投入,由投资人投入改造并通过节约电费返还收益),将江门市区原有11711盏高压钠灯改造为LED路灯11197盏,以达到节能的目标。


  据悉,改造前原有路灯平均年耗电量为1009.05万千瓦时,改造后平均年耗电量为279.7万千瓦时,实现年节电量为729.35万千瓦时,减少CO2年排放量约为6727t,折算为标准煤约为240.7t,年节电率72.28%则远高于项目原定节电率50%的要求,节能效益优于预期。


LED路灯发展前景预测


  全球LED路灯安装数量未来5年将增加4倍


  LED照明今年起飞,其中一大动能就是路灯汰换。以去年拿下台湾地区10万盏路灯的亿光而言,营收就挹注8亿元新台币;据估计,全球路灯安装数量未来5年将增加4倍,包括欧、美、中等都在以政策鼓励LED路灯安装,不过最具潜力的仍属东南亚、西亚等新兴市场。


  LED封装及照明品牌大厂亿光董事长叶寅夫表示,各国政府意识到LED路灯节能效果,"装上去立刻省电费",纷纷以政策推动。


  以美国为例,透过"复苏及投资法案(ARRA)"项下,既补助LED道路照明工程、也鼓励采用美国本地制造产品。根据LEDinside数据,截至2013年底,美国已有600个城市准备或已经安装LED路灯,其中纽约市宣布2017年之前将汰换25万盏LED路灯,每年可省电费及维修费1400万美元,预计6年回本。


  欧洲则有20/20/20的减碳节能目标,由各国各自执行;例如英国伦敦市政府近期宣布,2016年前汰换3.5万盏LED路灯,届时渗透率将逼近7成。


  中国早在2009年就提出"十城万盏"计划,却因没有国家标准配合,品质良莠不齐、路灯故障频传,进度落后欧美;目前在富裕大城的安装进度较快,例如广东省珠三角六大城市去年LED路灯就装了30万盏。台湾LED路灯的上市公司包括亿光、台达电,未上市则有贺喜、光林等专业厂商。台湾地区去年在5都11县安装了25万盏路灯,接下来还有80万盏路灯有待汰换,以每盏8000元单价计算,商机也有64亿元新台币。


  不过,最大的市场还是在新兴地区如东南亚、中东、南美等地,目前这些国家LED路灯尚无国家标准,台厂有了在台湾5都标案的经验值,可以整套输出当地。


  LED业者表示,台湾的5都路灯标案虽能挹注营收,但获利并不好,主要是拿来做为开拓国外市场的示范实绩。去年原本谈好每盏费用是灯头8000元新台币加维修费5000元新台币,后来各县市政府把维修费5000元新台币拿掉。最近又传出未来的路灯标案,因政府财政不足,可能由厂商先负担建置费用,再以逐年省下的电费来摊还。


  工研院绿能所副所长胡耀祖指出,新的路灯标案还在讨论中,尚未定案。他表示,台湾有完整的LED供应链,为协助厂商抢攻全球市场,工研院在2008年提出全球第1份LED路灯标准,并向波兰、泰国、菲律宾等国推广,2012年又统一LED路灯电源供应器规格,让台湾路灯有标准的心脏,厂商更能降低成本。


  2020年市场占有率增长60%


  LED市场正处于一个临界点,同时户外照明用白光LED正处于工艺曲线的早期阶段。市场占有率正在快速增加,预计2020年市场占有率增长60%。近日国际劳工组织(ILO)的一项报告总结道:绿色经济可以创造约600万个工作岗位。气候组织、飞利浦及其合作伙伴呼吁政府加速城市LED的大规模使用,立刻着手投资以实现资本化,以便实现在世界各地大量创建高价值工作岗位。


  LED路灯迎来换装潮 10年后更换率超过9成


  根据Navigant公司一份对智能路灯的研究报告,预测到2023年全球路灯约93.8%为LED,如今,这一数据刚刚超过53%。而2014~2017年全球LED户外照明将迎来替换潮。


  LED路灯的全球普及是得益于全球对节能的推动、价格下跌及LED路灯的技术升级。然而,由于LED的价格继续侵蚀,以及LED产品替代更迭率下降,一段时间以后将导致路灯照明整体收入开始下降。Navigant的预测,全球路灯收入2023年将由2014年的25亿美元降到23亿美元。2014~2017年将是全球LED户外照明替换潮时期。


  进入2014年以来,全球LED户外照明换装潮加速。美国共有超过600个城市正在计划LED路灯换装计划,其中纽约将在2017年更换全市25万盏路灯,之后还会将城市商业区的装饰照明灯具更换为LED灯具,这将是北美规模最大的LED路灯换装计划。加上欧洲、中国大陆、日本都有程度不一的换装动作,预计2014~2017年LED户外照明年复合成长率超过20%

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