路灯节能技术及市场前景分析

随着我国经济的快速发展，各个城市的道路交通明显得到了改善，道路照明质量要求也越来越高，路灯照明设施规模越来越大，数量也越来越多，这对改善各地区的投资环境,促进经济快速发展，方便群众生活、美化城市起了很大作用，但伴随而来的是能耗大幅度提高，特别是近年来能源价格不断大幅度提升，电价上涨的呼声也越来越高，在市场经济的促进下煤、电联动是迟早的事情，城市照明的电能耗费逐渐成为各地部门的一大经济负担；此外，很多城市的路灯都是长夜灯，午夜12点后，道路上行人寥寥无几，即便是北京、上海、广州这样的繁华都市，凌晨2点以后，道路上也已罕见行人、车辆。从这一时段直至清晨6点路灯熄灭，在低交通流量的道路上仍然保持较高照度显然没有必要。国内绝大部分的城市和地区几乎都采用路灯隔盏关灯的省钱方法，其中的弊病不言而喻——不仅导致了路面照度分布不均，给治安及交通安全埋下了隐患，而且不能避免后半夜电网电压的升高（供电电压因用电负荷减少而升高15%左右）而导致设备过度发热，既缩短了灯源寿命，又增加了维护费用，因此不能称做是真正意义上的节能。根据调查城市公共照明在我国照明耗电中占30％的比例，约439亿kWh，以平均电价0．65元／kWh计算，一年开支285亿元。为了缓解我国能源紧张、减轻各地财政压力很有必要采用一种方便、经济的路灯节电器来解决以上问题。

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一、高压钠灯、金卤灯启动原理： 

当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，便产生了光。高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，出现其它可见光谱的辐射，因此高压钠灯的光色优于低压钠灯。 高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。由于气体放电灯泡的负阻特性，如果把灯泡单独接到电网中去，其工作状态是不稳定的，随着放电过程继续，它必将导致电路中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。

二、高压钠灯、金卤灯照明节电器热启动原理： 

1．高压钠灯、金卤灯属于气体放电灯，其阴极的充分激发是气体正常放电的基本条件； 

2．阴极的充分激发期间必须全功率供电，保证导电离子正常放电发光； 

3．待阴极的充分激发后，离子导电电流已经形成电惯性； 

4．只要保持照明激发时的电流不变，内部电压的非线性降低将不会影响发光效能和照度； 

5. 电流不变电压降低将降低电源功率； 

6. 电感和电子镇流器自身的发热和阴极的发热将大大降低，可以有效地提高电感、电子镇流器和灯管的使用寿命。 

7. 激发时间可调，通常以照度达到正常值时为准，大约15-20秒，如果需要，还可以继续延长。 

8. 激发时间内包括了阴极预热过程和时间。 

三、节电器节电依据及安装后的效果 

金卤灯、高压钠灯属于气体放电灯，气体放电灯存在有所谓最佳工作点 

图一表明：气体放电灯存在一个最佳发光功率问题，它对应着最佳蒸汽压Pz，也对应着最佳发光功率Wz，超过这个功率发光效率反而下降，并且损坏灯具。这是因为视觉光谱只占不到5%的光线总谱，当超过这个功率时，不可见光和视觉不敏感光谱所占的比例开始增大，导致灯具灯管阴极发热。 

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 图二表明：当灯具功率接近最佳发光功率 Wz，视觉照度开始出现饱和，额定功率 We时的视觉照度比照度饱和点的照度没有明显提高（只有不到5%的提高），但是消耗的功率却增加了25%~45%。 因此，为了保护灯具不被热损坏，节约灯具发热所消耗的电能，我们选择最佳发光功率 Wz来维持高压钠灯等的正常运行，在理论上可以节能25%~45%。考虑到供电电压的波动，我们选择20%~40%的节电率，是不会影响正常的灯具照明的。其方法是在灯管的阴极被预热后，控制电源的功率输出在78%We左右。 

我们从高压钠灯、金卤灯的这些特性出发，研发的节电器可以自动寻找到日光灯发光效率的最佳点，从而调整馈给灯具的实用功率，以达到所耗电最大限度用于发光、避免使灯管发热。 

具有负载端短路或过载时，安全的"旁路"装置。保障不会因本装置故障而影响正常供电。

采用路灯照明节电器后效果见图2

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http://www.xinxingco.com灯具充分预热后启动，转为用户设定的输出电压。输出电压在190V～230V之间。从开灯至23点为210V；23点至凌晨5点为195V；凌晨5点至关灯为210V。可见从23点至凌晨5点节能的效果非常明显，开灯至23点和凌晨5点以后节能效果不明显，保障了道路的照度。四、目前市场上常见的路灯节电器技术分析

1、可控硅斩波型照明节能装置

 原理：采用可控硅斩波原理，通过控制晶闸管（可控硅）的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，从而降低了输出电压的平均值，达到控压节电的目的。 

其优点：节能设备对照明系统的电压调节速度快，精度高，可分时段实时调整，有稳压作用，因为主要是电子原件，相对来说体积小、设备轻、成本低。

其缺点：该调压方式存在一致命缺陷，由于斩波，使电压无法实现正弦波输出，还会出现大量谐波，对线路、电网和用电设备均带来不利影响，对邻近通信电路干扰大；自身功耗大，功率器件承受过压过流能力较差，极易损坏。不能用在有电容补偿电路中。已经淘汰。

2、自耦降压式调零控制节能装置

原理：通过调节变压器副边零线接头来调节变比，从而调整输出电压。

优点：无谐波污染，输出正弦波；调压切换时大大降低灯光闪断，成本比较低。

缺点：缺陷是调压瞬间电压升高容易引致其它电器配件损坏。

3、自耦降压式固定调压节能装置

原理：通过一个自耦变压器机芯，根据输入电压高低情况，接连不同的固定变压器抽头，根据某个时间段设定的电压进行工作作转换，将电网电压降低到所设定的档，从而达到降压节电的目的。

优点：克服了可控硅斩波型产品产生谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，结构和功能都很简单，当然可靠性也比较高。

缺点：切换时大多采用接触器，中间有断电，灯光闪断，不能跟随电网的变化而动态调整输出电压；固定降压，对灯具无保护功能；电网电压波动时会出现闪光或熄灯现象。降低灯具使用寿命，影响客户使用。

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4、无级调功式

原理：通过调节碳刷位置可以连续调节输出电压，电压连续平滑可调，达到调压节能目的

优点：机械式稳压功能，输出纯正弦电压且电压可连续调节，适应所有灯光负载。

缺点：体积大、笨重，不便于三相调节；有机械磨损（碳刷及传动机构等），在发生短路故障后碳刷会出现卡死现象；使用寿命短，维护及维修费用很高，市场上基本已经淘汰。

五、理想的路灯节电器应该具有：

1、电气部分

① 能适应阻性、容性、感性及一切电力负载，允许少量动力负载（降压节能不显著），办公自动化设备（内部开关电源自动稳压，外部降压不能节电），内含功率因数校正（APFC实现内部稳压）的电子镇流器光源。  

② 对电网无污染，无谐波：符合电网环保要求。 

③ 实时市电数据采集，能实时动态电压调节，自动输出最优电压，调压调光。 

④ 电压调节时，不能出现断电，灯光无闪断。

⑤ 电压调节范围为195V至输入电压

⑥ 通电时，要有预热功能：保障HID灯的充分点燃。

⑦ 有用户可编程按时段调节电压功能：根据照明环境需要，个性化保护节能方案

⑧ 有通讯功能，方便设备内部、外部数据传输、联机。

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2、保障照明部分

① 具有手动机械旁路功能。 

② 检测到设备出现可恢复性故障时，自动旁路，不节能，故障恢复正常进入节能。 

③ 检测到设备出现不可恢复性故障，如器件损坏等，强制机械旁路。 

④ 当电源、电脑控制板出现故障，设备自动旁路保障照明不节能。

⑤ 欠压、过压、过流设备保护功能。

六、新型路灯节电器（适用商业照明）

1、工作原理

智能节电控制装置是一种高科技的智能设备，以现代控制理论为基础，采用最先进的计算机控制方式，产品主控单元采用高位数的微处理器，高速实时采样市电电网各种不同状态，所以在使用过程中，无论出现何种情况，该装置输出的始终是最优的电压，整个过程无需任何人为调节。由CPU自动采样、保持、信号处理、判断，自动输出最优电压。主控单元的EEPROM存储自身重要数据，保证精确输出最优电压。时钟控制单元采用高精确RTC，具有集成的TCXO和晶体，即使是在停电的情况下，仍然可保持精确计时，保证数据不会丢失。

高效智能照明节电控制装置采用先进的节电控制技术，以现代最先进的数字信号处理器为控制核心，利用节能线圈，具有实时监测市电的功能,能最大限度地滤除供电线路中的谐波、尖峰及浪涌，自动调解电压，使电压处于最佳值，在不影响照明效果的前提下，既节省了大量电费，又延长了灯具的使用寿命。

因为在对电能的使用过程中，不同地点、不同环境对电能的使用情况是不一样的，各个不同的使用环境目前对市电都是直接接入，直接使用，没有做任何处理，所以电网电压不停波动和偏移，为应对这种实时变化的情况，产品主控单元采用高位数的微处理器，高速实时采样市电网各种不同状态，所以在使用过程中，无论出现何种情况，该装置输出的始终是最优的电压，整个过程无需任何人为调节。由CPU自己采样、保持、信号处理、判断，自动输出最优电压。

主控单元的EEPROM不仅存储自身重要数据（由厂家设定），还存储现场采样数据。保证精确输出最优电压。

时钟控制单元采用高精确RTC,具有集成的TCXO和晶体，即使是在停电的情况下，仍然可保持精确计时，保证数据不会丢失。

智能照明节电控制装置克服了以往传统照明节电装置技术的缺陷和应用障碍，开辟了绿色照明节能的新天地，真正实现了无谐波、最优化、自动控制、绿色环保，具有极其广阔的应用领域和市场潜力。

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2、产品特点

⑴实时采集市电数据，自动输出最优电压。　克服了模拟技术、机械式调节技术的缺陷，实现了高精度动态自动调压无须人工调整；

⑵ 主回路采用特制元器件，动态多级平滑调节及稳定三相电压，灯光无闪断，对电网无谐波污染，绿色环保，延长灯具使用寿命。

⑶ 采用四变压器配合电阻（非电抗）调压技术，做到不断电、无闪断，大大提高技术含量。

⑷三相调压，达到高精度稳压输出，确保了输出电压三相平衡，保障了灯具正常运行的最佳环境。因输出电压的相对恒定，在延长灯具寿命的同时，消除电压调节过程中闪光现象。

⑸ 具有手动强制旁路功能和故障旁路功能；任意一相负载电流过流时，系统自动旁路，负载电流恢复正常，系统自动复位

⑹ 变压器：变压器温度控制在50度以下，远低于国家标准温升70度，更能适应恶劣环境，提高设备使用寿命。变压器空载损耗控制在2‰。低于国家标准4‰；芯片：采用DSP芯片可在零下40度工作，工作稳定性和抗干扰性要远好于普通商业级芯片。

⑺ 利用时钟管理模块，可控制灯具启动和停止时间，且每个月份开关机时间可以单独设置。

⑻ 人机交互方便、安全、智能控制，实时显示各相电压、电流

⑼ 具有强大的记忆力功能，在断电后保证系统配置参数不丢失

⑽ 具有故障记录功能，最多可以记录100组故障信息（如：某年、某月、某日、某时、某分+故障编号）

⑾ 具有RS232通讯接口，方便数据设定和传输。

⑿ 保护功能　具有过／欠压保护、过载保护、短路保护、自动报警功能及选用避雷器保护等多种保护功能，性能安全可靠，最大程度保护设备、人员等安全。

3、技术参数

七、路灯监控系统（选用）

1、概述：

路灯作为城市道路照明以及景观照明一直在城市亮化工程中扮演着最重要的角色。随着城市亮化工程的不断深入，传统的路灯及其供电系统存在的一系列问题越显突出。电网供电电压不稳定，致使路灯的使用寿命缩短。目前我国大中城市的路灯开关方式主要采用控制仪技术，该技术依照气象台提供的日出及日落情况制定开关时间表，然后再将时间表输入控制仪中的芯片，最终实现控制仪对路灯的控制。当有阴天、雨雪、大雾等天气，行人希望有路灯照明时，路灯管理处往往为力，因此经常会诱发交通事故。此外，路灯分布广泛，工作人员需要定时到每个路段进行路灯故障的检测和维修，这样会占用太多的人力，造成人力、物力资源的浪费。

路灯远程监控系统可全面解决上述问题。该系统可对路灯亮灯率及终端工作数据实现智能监测，并且能实现远程手控及钟控开灯、关灯时间。本系统支持有线、无线多种通信方式，可以根据用户实际需要自由设计。可实现数据/语音通信及故障报警功能。所有数据采集的精度高、可靠。系统局端控制器软件，具有用户权限管理、通信参数设置、路灯开关时间设定及修改等功能。 

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2、系统特点：

①、本系统能以项目提供的城市矢量地图为背景，用屏幕动态直观的监控和显示整个道路各路段路灯的工作状态。界面友好，简单易学，轻松操作。

②、本系统可实时检测到每台设备运行状况。如：当前电压电流值，设备运行状况是否正常。

③、可通过手机、电话、远程控制服务器遥控开关灯,实现夜间照明灯光的统一开启和关闭。遇重大节日时可按照人工预先设定好的时间自动实现不同路段的灯光分时开关。

④、远程手控功能。在遇到特殊情况时（天气骤然变化等），可在不调整任何参数的情况下，在系统控制软件上进行远程手动控制开、关节电设备。

⑤、支持485总线接口，实现远程有线控制。

⑥、采用GPRS或GSM无线宽带通讯方式，构造整个城市灯光监控系统的无线通信主体网络，不受覆盖范围。

⑦、故障自动报警。一旦出现故障，设备可以将报警信息通过GPRS/GSM无线网络、485总线网络上传至监控系统 或 通过拨打指定电话号码进行语音报警。

⑧、系统具有故障自诊断功能，一旦出现重大特殊故障或在通信线路中断的情况下，将不会影响灯光的正常运行。 

注：路灯节电装置同样适用于商场、超市、智能小区照明，唯一区别为路灯节电器有防雨、防盗处理，而室内型的没有防雨、防盗。其余所有的都相同。

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