LED应用于区域照明的考虑要点

  目前，全球对于可以节省能源的高效率照明的重视程度越来越高，依国际能源署(IEA；International Energy Agency)的报告指出，全球电力照明大约占总发电容量的19%，而白炽灯泡效率低下已经逐渐被大众所认识。除此之外，在高亮度白光发光二极管(LED)技术持续不断进步的情况下，也为高效率通用照明应用带来另一个极具潜力的技术。不过在这背后，却忽略了大约有70%的照明能源消耗是在家庭场合以外，包括商场、工业生产以及学校、医院与区域照明等公共空间，其中区域照明更涵盖了如街道照明、人行通道、停车场以及公园等公共空间的多种应用场合，无庸置疑的是，在这些领域中潜藏着开发更高效率照明解决方案的庞大商机。
　　
   大区域照明涵盖的不仅是提供照明功能而已，它同时也必须解决有关公共安全、运作环境、外观与美学考虑、省电、系统可靠性与维护成本，以及如何管理灯光投射来提供适当照明，同时避免穿透、强光以及光污染等问题。对街道照明来说，发光形式与照明需求也会因街道、交通流量的差异以及标准的要求而有所不同，因此，在区域照明上有许多不同的设计来满足实际的考虑以及能源的使用与架构问题。例如2004年美国纽约市就赞助了一项国际城市照明设计竞赛，来寻求是否可以发展出新的照明想法来为这个城市带来21世纪的创新街景，同时取代使用已经超过50年以上的旧有设计。

传统区域照明灯具的缺陷

   区域照明目前最常见的照明源为高强度放电(HID；High Intensity Discharge)型式，例如高压钠光灯、金属卤素灯以及低压钠光灯与高压水银灯等。先进的HID灯，例如金属卤素灯拥有高于80 lm/W的高效率以及1万到1.5万小时的合理寿命，以北欧地区每年使用4000小时的标准计算，寿命大约在2到4年，但是要进行街道灯光的更换不管是在维护时间或者人工成本上都相当昂贵，在隧道或桥梁等不易更换的场合更是一大问题，如果必须封闭车道进行维修势必造成交通堵塞。此外，烧坏的街灯也会带来公共安全的问题，同时部分小区也会对换装时间有严格的时间限制，其它有关这类型灯具的问题还包括可能需要5分钟才能启动，如果发生停电情况，可能还要长达20分钟才能够重新动作。

　
     除了电力消耗外，由于大部分的HID灯都含有水银，因此还必须在替换后谨慎处理以避免水银进入生态系统而造成环保问题。虽然新一代的灯管已经拥有还算合理的能源使用效率，但由于路灯灯杆的寿命通常超过30年，因此并非所有的区域照明都采用高效率照明技术，最近由欧盟智慧能源(Intelligent Energy)计划所进行电子化街道(E-Street)倡议所提出的报告指出，欧洲大约9千万个公共照明中大约有三分之一采用HID水银灯等非常没有效率的发光技术，电子化街道倡议的目标主要是研究采用智能网络控制照明系统来降低能源消耗，例如具备网络功能的照明架构可以通过控制在深夜交通较不繁忙时降低照明输出来节省能源。从这里我们可以看出，为什么对新技术如何克服这些挑战的了解会吸引众多注目的多重原因。

高亮度白光LED 应用前景光明
　 
  事实上有几个理由可以解释为什么高亮度白光LED在这个领域会受到欢迎，首先是它们的超长寿命，经过适当工程设计的LED系统可以维持在亮度70%以上达到超过5万个小时的运作寿命，由于这样长的寿命，户外区域照明可以达到超过12年的工作时间，从而大幅降低后续的维护与更换成本。另外，LED不管是在效能或成本上都持续快速进步，目前已经商业化的高功率白光LED可以达到每颗70到100流明的光度输出，效率大约在70 lm/W，预估白光LED在2009年整体效能将可以提升一倍到达每灯管200流明，效率则可望达到150 lm/W，作为参考比较，100 W金属卤素HID灯大约可以产生8000到9000流明输出。直接将这类灯管与LED的输出比较并不公平，原因是灯管的光度输出是全方向，因此在灯光照射路径上会有大幅的损失，但在LED上则没有这些问题，原因是它们本质上就具有指向性。不考虑流明损失效应时，大约需要120个每封装70 lm的LED才能够取代100 W灯管的流明输出，如果2009年这个目标达成，这个数字将可以减半。此外，白光LED能够提供更好质量的光度输出，特别是与高压钠光灯比较时，它们会有灯光黄化与较差的显色指数(CRI；Color Rendering Index)。此外，由于LED为低电压直流组件，使得结合太阳能与可充电电池的LED照明就变得相当容易。

LED区域照明的考虑要点

一、LED数量
　 
 LED矩阵灯具的设计因所在位置的特殊照明需求而有大幅的变化，目标照明区域依照明高度以及与照明源间的距离而定，例如行人或脚踏车道的照明灯柱间隔相对较短，因此需要20个LED来提供照明，而在住宅区街道则需要100个或更多的LED。此外，由于主要目的是要照亮道路而不影响街道旁的住家，因此街道照明会有相当特别的发光模式要求，同时这些特别模式也必须符合各种不同安装型式所要求的复杂光学工程设计，同时在LED使用数量与驱动电流上也必须进行权衡。基本上，采用较高电流驱动的较少数量LED看起来是个可行的选择，但较高的电流与耗电却会让温度管理复杂化，此外，LED的效率会随着电流以及芯片温度的升高而降低，当然我们也必须记住，要达到指定的LED寿命，就必须遵守芯片温度的指定规格，在采用LED照明时温度管理是个相当重要的因素，原因是散热集中在LED的包装上，因此必须经由灯具消散。
　
二、驱动电路
　
 LED照明可以由一或多个LED矩阵搭配，将交流电源转换为LED所使用电流的控制电路组成。由于区域照明需求需要各种不同的流明度输出，因此可以考虑选择包含一串LED与驱动电路的模块化设计，并依所需的光度输出使用多个LED灯条。这个概念的好处是相同的电路设计可以透过增加更多的矩阵在不同的照明需求下重复使用。此外，由于在照明源中使用多个矩阵，因此如果有单一LED出现问题，那么只会有部分LED停止工作，而整个照明源还是可以较低的亮度继续提供照明输出。电子控制电路则必须符合产业与国际标准，在欧盟中，这类产品属于IEC61000-3-2等有关电力线谐波失真(功率因数)的规范，不过虽然在美国等区域并不使用这个标准，但电力公司通常也会对不计量的区域照明要求最低0.90的功率因数。虽然我们可以使用较笨重的主频率(50/60 Hz)电感器与电容器来提供无源式解决方案，但主动切换模式经常被应用到镇流器中，后者通常还会在主电源转换电路前加入升压式功率因数校正(PFC；Power Factor Correction)转换器来修正功率因数。
　

 另一个额外的考虑则是是否需要进行电流隔离来达到安全性，对于不容易更换的区域照明源，事实上相当容易见到非隔离的设计，采用非隔离设计的主要好处是可以成本较低的电感器来取代笨重的变压器。接下来驱动LED的实际需求考虑也相当重要，虽然LED需要定电流驱动，但这个电流却不一定是纯直流，因此也可以脉冲式直流波形来推动，只要平均与最大电流值符合LED本身所指定的电流规格即可。

节能降耗催生LED照明市场
　 
 在区域照明应用中使用LED矩阵已经开始吸引全球的目光，同时各地也已经陆续进行多项测试与少量的导入计划。许多政府组织已经了解LED技术的优点，这点可以从交通信号灯的广泛导入看出，他们已经明白长效寿命的产品并不需要相同的维护成本。不过在整体拥有成本以及规范标准或统筹考虑上还要克服一些问题，例如大部分公共区域的灯管并未经过计量，而依管理方式的不同，地方电力单位也必须要有一套依照使用灯管数量与型式进行计费的机制，此外，维护与运营也可以委托他人或由城市自己管理，因此也让经济效益分析以及决策过程变得相当复杂。

 目前采用LED作为区域照明的经济效益与功率节省受到所取代照明源以及使用条件极大的影响，例如美国北卡罗来纳州的罗利(Raleigh)市就将停车场的140根120W高压钠光灯以LED照明装置取代，降低能源消耗达40%，同时几乎没有年度维护成本，这在LED有关光度输出、发光效率与成本效益表现持续改善的趋势下，将会越来越有吸引力。相当明显，在未来几年我们将可以看到LED出现在越来越多的区域照明应用上，特别是只需少量LED的较低功率照明应用以及光度输出可以依应用特定需求进行变化的设计。

 对这些应用来说，驱动电路必须进行最佳化以符合电力与规范要求，同时也必须具备足够的弹性来满足多变的LED组态，才能达到被广泛采用的经济成本目标。