LED照明工程设计与施工实例

1.城市主干道照明工程设计实例

城区主干道：道路长3.1km；路宽32m。

布置方式：在道路两侧机动车与非机动车隔离带双侧对称布置，路灯数量为313盏。

光源功率：主干道为27×5W=135W；非机动车道为16×5W=80W。

灯具配光：采用三次配光设计，因LED芯片输出光方向性强，具有良好的一次配光特性，每只LED的安装位置及投光方向单独设置，并随反射器的曲面而分布，以实现良好的二次配光，利用反射器作为最终的第三次配光。

灯杆高：10m（光源对路面距离）。

挑臂：1m（双挑）。

杆距：28m（对称排列）。

平均照度：18lx。

均匀度：0.4。

车道均匀度：0.35。

太阳能LED路灯经3次配光设计使大部分光是直接投射到路面，灯具整体光效达50lm/W。LED光源输出白光显色性达65，色温适中（5000～6000K），相比钠灯，光色更为自然。按“中间视觉”理论，白光LED具有较高的中间视觉等效光效，即在中间视觉条件下的亮度提高约40%，而此时“黄光”高压钠灯的等效光效要降低约30%。虽然中间视觉理论依据人眼感官，现在还处于争议中并无确切的标准，但LED的高显色性无疑有助于司机及行人识别目标，在同样的路面亮度下提供更好的通行条件。太阳能LED灯具可实现0%～100%连续调光，可根据环境光照及交通状况灵活调整光输出，在保证照明质量的同时降低不必要的功耗。太阳能LED灯具寿命长，在良好的散热条件下可达50000h，光衰小，有效降低维护工作，减少运行成本。太阳能LED路灯应用于城区主干道照明效果如图2-41所示。

图2-41 照明效果图

2.城市次干道照明工程设计实例

太阳能LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是，太阳能LED路灯的光源采用低压直流供电，由GaN基的功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光LED，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。采用太阳能LED路灯照明工程的路面实际情况如下：

次干道：道路长1600m；路宽35m。

布置方式：双侧对称布置，路灯数量为58盏。

灯杆高度：11m；灯杆跨度：40m。

光源：144W的白光LED；光源色温为4800～5200K；灯体由144个1W的LED单体组成。

平均照度（lx）维持值：15.5。

均匀度最小值：0.353。

大功率LED路灯应用于次干道照明效果如图2-42所示。

图2-42 次干道照明效果图

3.厂区道路照明工程设计实例

设计条件：H≥0.5W_eff，灯杆高度=6.5m；路灯光源距离=6m，灯杆间距为20m，照明灯具布置为双侧交错布置、地面照度要求15lx。照明时间每日10h、阴雨2～3天，后半夜半功率工作。

根据以上数据可得：

路灯光源功率=E_r×A/（U_F×K×η）=（15×20）÷（0.95×0.90×80）=30W式中，E_r为平均照度（lx）；U_F为光通量利用系数，U_F一般灯具取值0.8～0.75（LED灯具利用系數取值0.95）；K为灯具维护系数，K一般灯具取值0.6～0.7（LED灯具取值0.90）；A为照明面积（m²）；η为光效，LED灯具取值80lm。

太阳能电池组件总容量：

W_P=负载功率×负载工作小时数÷4×1.05=30×10÷4×1.05=78.75W

实际选择晶体硅太阳能电池组件：80W；每组额定工作直流电压：32V；每组开路直流电压：32V；每组太阳能电池组件数量：40W太阳能电池组件2块串联；每组太阳能电池组件功率：80W，总共需要2组；单组太阳能电池组件规格：S-40W；单块太阳能电池组件标称功率：40Wp。

系统直流侧额定电压设计为24V，由24V/节的太阳能专用胶体铅酸蓄电池若组成。负载用电每天按10h设计，阴雨2～3天，控制系统采用24V直流供电。系统电源效率95%，放电深度60%。

30W÷24V×10h×（3）÷0.6÷0.95=70Ah（24V）

在设计中实际采用24V/70Ah/节太阳能专用胶体铅酸蓄电池，适合路灯照明少维护的特点。电气系统参数见表2-16，结构系统参数见表2-17。太阳能LED路灯应用于厂区照明如图2-43所示。

图2-43 太阳能LED路灯应用于厂区照明图

表2-16 电气系统参数（套）

表2-17 结构系统参数

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4.居民小区道路照明工程设计实例

住宅道路照明采用太阳能发电照明，由于小区楼层高达50m，小区内光照不足，大部分道路照明无法采用独立供电型太阳能路灯，必须把太阳能电池板放到采光比较好的地方，采用集中供电方式。

（1）负载的工作时间和类型

根据该项目的工作要求，太阳能路灯的设计配置及依据见表2-18。

表2-18 太阳能路灯的设计配置及依据

（2）灯具设计类型

小区根据各路段道路采光时间不同，设计中选用不同类型的太阳能路灯，以满足小区内道路照明的需求，太阳能路灯设计类型如下：

1）独立供电型太阳能路灯。

2）高配型太阳能路灯。

3）集中供电型太阳能路灯。

（3）太阳电池板及支架

太阳能路灯工程采用的太阳电池板绝缘性能≥100MΩ，抗风能力：60m/s，且具备抗直径25mm冰雹以23m/s的冲击，风载测试小于2400Pa，雪载小于5400Pa，光板支架需用加强筋焊牢，安装角度合适。高强度优质阳极氧化铝合金边框、无螺钉铰接、进口硅胶密封、合理的排水孔设计都大大延长了组件的使用寿命。

（4）高效LED灯头

1）光源的选择。光源比较：传统照明光源主要有三大类：白炽灯、荧光灯和稀有气体放电灯。与这些光源相比，LED光源的光效比较高，使用寿命长，采用安全电压供电，不含有毒重金属显色指数高，而且属于新型光源，发展潜力巨大，是未来传统光源理想的替代品。

2）内置LED专用散热片，具有强大散热能力，长时间工作灯体温度≤50℃，恒流电路采用分散式独立供电系统，大大降低光源故障率。灯具表面进行了耐紫外线抗腐蚀处理，整体灯具达到IP65标准，寿命长、功耗低。LED可连续使用60000h，使用寿命长达15年以上。

（5）灯具设计选型

选用专门为太阳能路灯照明应用设计制造的一款超亮17W的LED灯（DC12），LED灯具性能优点如下：

1）额定功率：17W，光通量1700lm，色温5000～5500K；

2）恒流电路采用分散式独立供电系统，大大降低光源故障率；

3）整个灯体就是一个强大的散热片，即使在夏天，也能使LED芯片保持正常的温度工作，大大提高了LED光源的使用寿命；

4）灯具表面进行了耐紫外线抗腐蚀处理，整体灯具达到IP65标准；

5）寿命长、功耗低，LED可连续使用60000h，使用寿命长达15年以上。

（6）蓄电池设计选型

采用免维护太阳能路灯专用蓄电池，容量为50Ah（使用密封阀控式）。环境适应能力-15～55℃，自放电指标（1%）/月，此蓄电池蓄电能力强，终生无需人工维护，蓄电池安放位置采用地埋方式，蓄电池地埋箱具有防水、抗寒、防盗等优点。

（7）太阳能路灯灯杆

作为太阳能路灯设备，由于太阳电池板面积比较大，且考虑安全及采光动能因素，都放在杆顶部，因此风力对杆体的作用力主要作用在太阳电池板上，在灯杆主体设计过程中必须考虑整个结构的风荷载因素对结构的影响，通过风荷载计算，兼顾灯具的美观性，选择灯杆主体结构为：采用优质Q235钢管，壁厚：4.0mm，抗风能力达36.9m/s以上，保证了路灯在恶劣天气状况下也能正常工作。

灯杆采用钢管（与主杆连接部分除外）经模压成形后，拼焊而成。内外表面采用热镀锌处理，锌层厚度≥85μm，防腐寿命达30年以上。支架表面热镀锌并经表面处理后，采用防紫外线全树脂塑粉进行喷塑，塑层厚度≥100μm，表面光滑，不变色，寿命20年以上。颜色与灯杆匹配，与灯杆连接处光滑、自然、浑然一体。

（8）抗风设计

在太阳能路灯系统中，一个需要非常重视的问题就是抗风设计，抗风设计主要分为两方面，一为太阳电池组件支架的抗风设计；二为灯杆的抗风设计。

太阳电池组件可以承受的迎风压强为2400Pa。抗风系数选定为24m/s（相当于9级风），考虑本组件的结构安装方式（倾斜安装）。根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有332Pa，所以组件本身完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏，所以设计中关键要考虑的是电池自身支架与灯杆的连接。

（9）太阳能路灯防盗措施

太阳能路灯主要是防止蓄电池和控制器被盗，采取的主要措施是：

1）控制器防盗措施：控制器放置在灯杆内部，检查孔外盖采用三角形防盗螺栓固定，在没有专用工具的情况下，很难开启，从而达到防盗目的。

2）蓄电池防盗措施：蓄电池通常放置在具有保湿、防水作用的蓄电池箱内，蓄电池箱也是由防盗螺丝进行装配，然后再把蓄电池箱放置在钢混结构的蓄电池室内。主要的防盗措施是安装完毕蓄电池后把蓄电池室用水泥密封，增加盗窃的难度。蓄电池室的顶部距离地面的最小距离不能小于30cm。蓄电池的导线通过软管延伸到检查孔内，不能响检查。蓄电池需要更换时，用强力把蓄电池室上盖打开，更换蓄电池后再用水泥密封。

（10）太阳能路灯的防雷措施

根据现行防雷标准，太阳能路灯按照第三类防雷建筑物进行防雷，采用灯杆直接接地的方法进行防雷，即灯杆杆体通过固定螺栓连接到大地。

太阳能路灯施工后效果如图2-44所示。

图2-44 太阳能路灯施工后效果图