LED 路燈代償研究
LED路燈相關 Po 文
2007NOV11 一盞街燈值多少
資料來源
- 康和雙週刊
- 電子時報
- 統一證券
- LEDinside
目前最常被使用的街燈光源是水銀燈與高壓鈉燈。由LEDinside所整理出來的表格,水銀燈在光源效率與使用壽命上比不過高壓鈉燈,再加上有害的水銀物質,已經逐漸被高壓鈉燈所取代。另外一個可以觀察到的項目是LED路燈在能源使用效率與高壓鈉燈相當,差別只是在平均壽命的部份,由於LED路燈在能源使用效率與壽命的優勢,在2006年已經開始在公共照明領域嶄露頭角。
各種路燈光源效能比較 (表格取自 LEDinside)
型式 | 光源效率(LM/W) | 平均壽命 (小時) | 特性 | 使用範圍 |
白熾燈泡< | 8--18 | 1000 | 安裝及使用容易,立即可以啟動,成本低 | 住宅之基本照明及裝飾性照明 |
高壓水銀燈泡 | 40-61 | 1000-12000 | 效率高,壽命長,適當的演色性 | 住宅區之公共照明,運動場工廠 |
高壓鈉燈泡 | 68-150 | 8000-10000 | 效率高,壽命長,光輸出穩定 | 道路,隧道等公共照明,投光照明,工業照明,植栽照明 |
LED燈炮 | 70-80 | 30000-50000 | 效率高,壽命長,光輸出穩定,演色性高 | 住宅之基本照明,裝飾性照明,道路,隧道等公共照明,工業照明 |
此外,為了提升道路之使用率、提升行人的安全感,道路的光源設計必須讓駕駛者的眼睛感覺到舒適,且長時間下來不覺得疲勞,故在照明設計上其均勻度、且避免炫光也是相當重要的。因此道路照明有嚴格的標準,以國際照明標準而言,在重要的城市道路上,照度要求在20 Lux,均勻度則要求0.4 以上。
市區平均照度標準(單位:LUX,表格取自 LEDinside)
條件 | 商業區 | 住宅區 | |||
道路分類 | 瀝青路面 | 水泥路面 | 瀝青路面 | 水泥路面 | |
市區 | 幹道 | 30 | 20 | 15 | 10 |
輔助幹道 | 22.5 | 15 | 10.5 | 7 | |
其他道路 | 15 | 10 | 7.5 | 5 | |
郊區 | 幹道 | 30 | 20 | 15 | 10 |
輔助幹道 | 15 | 10 | 7.5 | 5 | |
其他道路 | 15 | 10 | 7.5 | 5 |
LED路燈 2007 年的規格與現況
目前在照明的技術上,白光LED發光效率可達到72 lm/W。LED 燈具全光束,在150W 之下亮度可以超過8,000 流明,符合國際規範的標準。而LED 應用於路燈之優劣分析如下:
能源使用效率
一般水銀耗電量約250W/hr,LED 路燈則約120W/hr,且隨著未來發光效率的提升,LED 路燈會再更加省電,因此節能為LED 之最大優勢。但就整個路燈系統而言,一般路燈並不需要電源供應器,而LED是直流電壓驅動,須使用到電源供應器,但整體耗電量仍比水銀燈省。
另外以目前一般路燈所使用的高壓鈉燈來看,高壓鈉燈所顯示出來的亮度比家裡的燈還要亮,然而符合道路規範標準只需要150W 的電力即足夠,但是傳統照明廠商提供到400W,因此浪費的電力相當龐大,也超出標準規範甚多。所以與目前路燈使用的高壓納燈相較,用 LED 路燈電量則可節省49%。
壽命與色衰
使用壽命長也是LED 特點之一,一般來說使用壽命可達10 萬小時。可是LED 的使用壽命與溫度卻成反比,因此倘若溫度在50℃時,約使用4 萬小時,溫度若達到75℃時,使用壽命更將降低至2 萬小時。大致來說,溫度平均每升高25℃,使用壽命就會減少一半,因此散熱問題一直是LED 應用在路燈上所需克服的最大問題。
LED 路燈所使用的是高功率的LED,所產生的熱高達上百度,目前業者目前已能將溫度控制在60~70℃,使用壽命約2~4萬小時,已明顯超越水銀燈或者高壓鈉 燈1.2 萬~2.4 萬小時的使用壽命。
至於色衰的部分,溫度越高LED 色衰程度就會越明顯,但以一般高壓鈉燈1 年光衰程度高達6成,約4~5 年就需要更換。以及與LED 10 年光衰約3 成的情況相較,差別仍甚大,因此一般來說,LED 燈使用壽命可達20 年以上。
照明設計
另外,道路照明上,光害也必須被考慮,尤其在住宅區中,讓光投射至需要的地方,避免人們因光害的影響,而影響到生活品質,因此在燈 具設計上,有分為遮隔型及半遮隔型,兩者最大的差別在於投射區域的廣度,遮隔型投射區域窄、光束較集中;而半遮隔型投射區域廣、光束分散。在市區的主要幹 道上,以遮隔型為主,增加光束的集中性,並避免不必要的光害。
成本分析
這裡提供兩個評價,分別是康和證券與億光所提供的。
圖片取自康和雙週刊
以價格競爭力來分析,根據上表顯示,無論是60W或是150W規格,雖然初期建置成本高,但因為LED具省電與壽命長的優點,若計算節省的電費與賞下的維 護成本,就總成本來看,LED路燈與傳統高壓鈉燈差異約僅10%~20%,隨著LED價格的滑落,未來LED路燈將更有價格競爭力。
再依據電子時報在2008年1月15日的報導,億光董事長葉寅夫表示,目前8米LED路燈的價格是高壓鈉燈的3倍,高壓鈉燈約為6000元。但是以兩年安裝期間來計算的話,高壓鈉燈的整體成本則是與LED路燈相當。
Cost comparison between LED and high pressure sodium street lamps | ||||
Height | 8-meter street lamp | 10-meter street lamp | ||
Type | High pressure sodium | LED | High pressure sodium | LED |
Power consumption (W) | 250 | 60 | 400 | 150 |
Price (NT$) | 6,000 | 20,000 | 80,000 | 30,000 |
Life span (hrs) | 4,000 | 50,000 | 4,000 | 50,000 |
Two-year power consumption (W) | 2,200 | 530 | 3,500 | 1,314 |
Power bill | 5,500 | 1,325 | 8,750 | 3,285 |
Maintenance costs | 10,000 | 0 | 14,000 | 0 |
Total cost | 21,500 | 21,325 | 30,750 | 33,285 |
本表取自電子時報
採用LED路燈,價格為最大之障礙,其他光源價格較LED 低廉許多,以一盞高壓鈉燈的路燈為例,價格大約在8~9 千元之間,水銀燈則約7~8 千元,而一盞LED 路燈價格約3 萬元左右,較其他光源的路燈貴大約3 倍左右。
但長期而言,若從使用壽命及節能角度去考量,使用LED 路燈一小時所能節省的電力有100W,而依照每千瓦約3元的電費去計算,一年可節省2628 元,以一支路燈的使用年限約4 年計算的話,大致可節省10512 元的電費。
展望
台灣的PIDA(Photonics Industry Technology & Development Association )指出,2008年預計全球整體的LED路燈產值大概在14億美元左右,大陸市場則佔去5.6億美元,大陸地區的LED路燈安裝量可以達到50萬盞。
在全球積極節能的趨勢不變之下,LED路燈的需求量節節提升。07 全球LED 路燈的滲透率僅0.25%,但預期09 年LED 路燈的滲透率將超過1%,2011 年更可突破5%,達5.8%,屆時路燈的需求量將成長至8 百萬座。以每座路燈約需110 顆LED 的需求量來看,估計今年LED 應用於路燈的需求量將較去年增加167%。且預期LED 滲透率突破至5%時,將是需求快速起飛之際,估計屆時全球LED 路燈的產值將突破36 億美元,估計07~10 年,LED 路燈產值的複合成長率高達87%。
倘若將全台灣的路燈都改為LED,估計至少可節省百分之四十以上的電費,約8 億元。加上LED 路燈使用壽命約比一般路燈長2 倍,亦可節省換置成本。故從換置與節能的角度去計算,LED 路燈雖比一般路燈貴2 倍,但從長遠的角度看,考量電費支出後的差異,兩者整體費用的支出約在3 年後就會相同(不包含維修費用),因此一但路燈使用達到3 年以上,採用LED 燈不但將較為節能、所花費的成本也較為划算。預期依照目前LED,每年ASP 約兩成的降價幅度來看,預期2010 年以後,LED 路燈將更具有競爭力。
雖然有以上的光明遠景以及長期價格競爭力,但是現階段LED發光效率仍不足確是LED路燈滲透率不如預期快速的原因。2008年4月份工研院規劃LED路燈照明規範草案擬訂12項量測標準,然而通過工研院量測的業者僅少數幾家。其中發光效率和配光特性成為目前業界普遍尚未突破的難關。由於溫度上升、電源供應、燈罩等都是光源消耗的影響因素,工研院的測試發現LED路燈發光效率至少要在45lm/W以上,才能達到取代水銀燈的效能,因此,從LED光源的發光效率來算則必須在 70~80lm/W左右,才能使燈具發揮45lm/W的效率,但符合量測結果的業者實際仍在少數。
此外,以目前經濟部所規定的市區平均照度標準來看(LEDinside 表格),目前LED路燈平均照度約20~25 LUX,因此僅能夠適用於市區以及郊區等非主要幹道。預估至2010年當LED發光效率普遍提升至100Lm/W時,屆時照度將提升至30LUX以上才有辦法支援主要道路的標準。
小結
不論是哪一家的研究報告,以使用兩年計,以8年計,以5萬小時計,都是用整體成本來計算才推導出一項結論,那就是使用LED路燈的總體成本,比高壓鈉燈或是水銀登高一些,10%不到。
但是實情是一顆高壓鈉燈才6,000~8,000元台幣,LED路燈則要價25,000~33,000元台幣,這在開標的時候可是一翻兩瞪眼的,光一公里的鋪設就要高個200,000元台幣以上,LED路燈怎麼可能有競爭力?所以要是沒有法規的強制規定,政府提供補助,或是類似美國Energy Star的標章標示給予採購加分,我預估至少到2010年前LED路燈是完全沒有競爭力的。
【延伸閱讀】
http://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy
http://www.p2pays.org/ref/13/12142.pdf
說明每一種路燈的使用壽命
http://www.solarstreetlights.net/generalinfo.html
說明每一種路燈的營運成本
另外節錄一個中國的實例,作為本文參考。
一、龍頭山隧道工程簡介
廣州珠江黃埔大橋龍頭山隧道位於同三、京珠國道主幹線繞廣州公路東環段的咽喉路段,左線長1010米,右線長1006米,是目前國內最長的雙向分離式 八車道大斷面公路隧道。隧道單洞淨寬18.0米,其中隧道行車道寬度爲3.75m×3+3.5m,左側路緣帶寬度爲0.5m,右側路緣帶寬度爲1.0m, 左側檢修道寬0.75m,右側檢修道寬1.0m,行車道限高5.0m。
隧道路面設計爲瀝青,洞外亮度爲3161cd/m²,車流量≧2400輛/h,設計行車速度80km/h。
引入段 | 過渡段1 | 過渡段2 | 基本照明 | 出口段 | |
路面亮度(設計指標) cd/m² | 97 | 29.1 | 9.7 | 2.5 | 12.5 |
路面亮度(初步測試) cd/m | 127.6 | 37.7 | 13 | 5.5 | 21.4 |
+31.55% | +29.55% | +34.02% | +120% | +71.2% |
原設計爲高壓鈉燈方案,總功率爲730KVA。現在採用LED方案,總功耗降爲185KVA。西安立明公司以經濟、技術等綜合指標第一名中標,並於2008年5月底安裝調試完成。燈具點亮後,在所使用的近8萬隻LED管中無一隻LED管發生故障。
二、前期建設成本(不含變壓器和施工費)和後期運營費用對比
1.前期建設費用
(1)原設計高壓鈉燈
燈具造價350萬元
電纜250萬元
總費用600萬元
(2)現採用LED隧道燈
燈具造價870萬元
電纜150萬元
總造價1020萬元
2.後期運營費用
(1)高壓鈉燈
耗電:(730KW×12h/d+730KW÷2×12h/d)×0.8元/KWh×365d/y×7y=2570.7萬元
維護費用:120萬元
共計:2690.7萬元
(2)LED燈
耗電:(185KW×12h/d+185KW÷2×12h/d)×0.8元/KWh×365d/y×7y=651.48萬元
綜上所述,採用LED燈具比高壓鈉燈在建設階段多投資420萬元,後期運營階段又可節約2039.22萬元。減去多投資的部分,總計節約1619.22萬元。在節約資金的同時,減少CO2排放量約爲7071.7噸。
三、龍頭山隧道LED照明的意義
目前絕大多數仍採用高壓鈉燈照明,能源消耗巨大,許多山區省市高速公路收費難以彌補隧道照明的電費,矛盾比較突出。LED隧道照明可以節省70%以上的電力消耗,高速公路隧道LED照明正符合國家提出的節能減排的能源戰略計劃。
中國西部7個省市的隧道照明燈具數量巨大,若每省市按20萬盞計算,採用LED隧道照明,平均每盞燈可節約200W,每天按12小時計算,一年可節省12.26億度電以上。