2008年10月31日 星期五

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
路燈的規格需求

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。

與設計指標相比

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。

19 則留言:

MARK 提到...

不知道這篇回應會不會降低了這篇的格調XD 我只能說好專業 ..

trifire 提到...

咳 ... 這就是一篇小報告。你沒有寫過小報告?

搜尋資料,閱讀,篩選,寫作。整個小報告只有小結是我的文字,其他的大概都不是我貢獻的。

Andrew 提到...

,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。
----------實測結果是72lm/W LED可得到50lm/W效率。因此小弟十分期下一代晶片

Patrick 提到...

LED路燈誰又敢保證20年壽命? 保固五年敢嗎? 三年?
路上晃晃, 傳統高壓鈉燈, 有沒有看過燈具都毀損了燈泡還挺亮的?

trifire 提到...

同意Patrick的說法,參考LED號誌燈的狀況。如果哪些LED路燈 LED一顆兩顆的不亮,可是要換掉整個燈頭的。LED路燈的壽命估的太樂觀了,這也是一些傳統燈具商還不願意大幅度採用的原因之一。

Andrew 提到...

說說小弟對LED路燈的看法:20年是不可能的
3年保固是可做到的。跟號誌燈相比也非apple to apple,原因是為了得到一定效率LED路燈用中高瓦數以上chip,與號誌燈相較數量會少,再來是DC/DC的設計也不建議與號誌燈一樣用串並方式。所以單顆LED故障時不至於讓其他LED電流大幅提高。產業發展障礙在於價格與專利,這又是雞生蛋蛋生雞的問題。也只能靠時間來化解
由版主細心準備的內文也可以知道目前LED效率很難與高壓鈉燈匹敵。這才是燈具廠沒有火力全開的主因。真正值得觀察的戰場會是室內商業照明市場。因為高的演色性與省電優勢

Andrew 提到...

可以參考CREE的網站
http://www.creelighting.com/products.htm
可猜猜什麼才是主攻市場

trifire 提到...

呵呵 ... 我當然也有注意。並且買了一些CREE起來放。 :)

trifire 提到...

http://www.ledinside.com.tw/china_led_street_light_200902

LEDinside觀點

LEDinside估計,2008年中國路燈市場規模大約1,500萬盞左右,其中LED路燈的裝置數量大約在50萬盞。而展望2009年,雖然中國的LED路燈標準尚未出爐,但是由於上海世博會即將逼近,中國的LED路燈標案已經開始陸續進行招標,因此LEDinside預計2009年中國LED 路燈市場的裝置數量將高達250萬盞左右。

trifire 提到...

http://www.ledinside.com/PIDA_Predicts_Global_LED_Street_Lamp_Shipments_to_Grow_224%25_in%202009_20090220

Global LED street lamps shipments are estimated to grow 224% to 1.46 million units in 2009, according to Taiwan's Photonics Industry & Technology Development Association (PIDA).

PIDA reports that the total revenue from the increased number of LED street lamps ordered worldwide will double instead of tripling to US$816 million, a rise of about 99%. This means that the price charged for LED street lamps will go down somewhat in 2009.

In 2008, global LED street lamp shipments were 450,000 units with total value of US$410 million.

trifire 提到...

http://www.ledinside.com.tw/led_street_light_reviews_200902

LED路燈專題: 2009年LED路燈台灣廠商巡禮

台達電: 藉由電源供應裝置優勢整合耕耘的LED後起之秀

鑫源盛: 以多項散熱專利技術見長的LED路燈廠商

中盟光電: 發光效率的LED路燈廠商前段班

陽傑科技: 採用太空科技的LED散熱專家

沛鑫半導體: 擁有強大的電控系統與光機電整合能力

真明麗: 燈飾霸主搶攻各國LED路燈市場

聯嘉光電: 整合道路交通號誌與路燈照明的LED全方位應用廠商

液光固態: 採用AC LED燈泡的模組化LED路燈登場

trifire 提到...

LEDInside 太樂觀了吧!! 光中國就有250萬盞??? PIDA全球預估只有145萬盞而已啊!!

trifire 提到...

與 LED 下游公司確認過,LED路燈出廠價大概在NTD 12K ~15K左右。安裝報價大概在NTD20K ~ 30K。台廠東貝甚至可以在大陸賣到35K以上。

5K~6K的報價應該是人民幣吧!以250萬盞應該有625億台幣左右。

不過是不是真的會有那麼多啊?之前是存疑的。

還有這個商機其他的LED一貫廠不是傻瓜。CREE,OSRAM,NICHIA都在中國佈下週邊廠商,這可是硬仗。

http://tw.stock.yahoo.com/news_content/url/d/a/090311/3/1dz6z.html

《大陸產業》中國800億元LED路燈標案將釋出,台商受益
2009/03/11 08:41 時報資訊

【時報-台北電】廣東、江蘇、安徽、湖北、河北、廣西與四川等省份今年有超過250萬盞、高達800多億元新台幣的LED路燈標案將釋出。

其中,德士達光電表示,有望拿下四成廣東的標案。中國官方計畫,到2010年將投入4兆人民幣(下同)刺激內需,其中約有半數資金會投入基礎建設中,當中 LED路燈的設置是重點之一。據此,中國政府計畫年內興建的LED路燈數量至少250萬盞,若以1盞目前平均售價約5,000~6,000元,商機相當龐大。

據了解,年內要進行LED路燈更換的有山東、廣東、江蘇、安徽、湖北、河北、廣西與四川等省份,單就廣東省來說,在「兩會」之後,包括東莞、佛山、廣州、汕頭、肇慶等城市都將陸續開始啟動所謂的「千里十萬」計劃,意即在廣東省境內的1,500公里,將安裝10萬盞LED路燈,保守估算的投資金額約在6億元,並可帶動25億元的周邊商機。

至於中國LED路燈的標案,多半透過中間的工程商去投標,不過由於多數陸資工程商都有長期搭配的台系燈具與LED供應商,包括德士達光電、傳寶、佰鴻、玉晶光、億光等,因此在昨(10)日舉辦的中國第一屆LED路燈國際展,德士達光電預估,有機會取下廣東省LED路燈標案4成以上商機,也因此德士達光電與其LED主要供應商億光可望今年廣東LED路燈標案中的最大受惠者。(新聞來源:工商時報─李純君/廣州報導)

Andrew 提到...

大陸本地廠商可謂占盡地利之便,又禁得起專利訴訟。台系廠商高效能機種大都採用國際大廠LED。要拼價格嘛人家可是禁得起考驗的。
要比關係嘛這不好比較,得去問問沛鑫幹嘛要回台灣搶餅乾?
大陸封裝廠何其多,有幾家會擔心日亞的YAG問題以及P公司的機構配光問題。人家可是天不怕地不怕就怕沒錢賺。台系廠商得有心理準備打一場不公平戰役

trifire 提到...

>問問沛鑫幹嘛要回台灣搶餅乾?

唉呦 ... 畢竟是 Home market嗎。Acer在台灣PC/NB賣輸HP會很難看咩。
還有台灣的市場,可以說是餅乾屑嗎? XDD

Andrew 提到...

摘錄聯合報新聞
http://udn.com/NEWS/MAINLAND/MAI4/4786200.shtml
東莞市選定石龍、石排鎮為試點鎮,兩鎮的路燈全部改造成LED燈,改造完成後,將是東莞市首批路燈節能改造示範鎮。將實行政府採購政策,在工程實施中優先採購東莞市自主創新的產品或設備,優先支持承擔LED路燈改造的企業利用金融專項貸款,積極爭取國家和省對高新技術產業化等方面的資金支持,在「科技東莞」專項中給予相應的配套,幫助企業解決工程改造所需的資金問題。

業者接下LED路燈訂單,將採取「合同能源管理」的商業營運模式,由用戶、銀行、企業三方簽訂服務合同,由企業向銀行貸款,政府提供適當的貼息。將已有路燈改造成LED路燈,或新建的路燈工程因採用LED節能路燈而增加的新預算,由企業負擔。

在不增加政府投資的基礎上,工程改造完成後,每年節省的電費補償還給企業;合同期滿後,所節省的電費和已有的設備全部歸政府所有。所提供的產品保證節電60%以上,使用壽命10年以上,並預留接口,以備將來升級為太陽能路燈。
--------------------------------
再由另外的事件看中國地方政府行事手法
http://news.chinatimes.com/CMoney/News/News-Page-content/0,4993,11050701+122009031300275,00.html

Andrew 提到...

我想的倒不是沛鑫回攻台灣市場的策略有問題,而是想探討大陸屬於新建道路市場,而台灣走的會是替換市場。兩者相較下大陸市場爆發力與潛力都優於台灣。以富爸爸效應來說孫慶祥不至於踢到沛鑫這塊鐵板
我是依據這樣的結果來推斷台灣的報章媒體一味看好大陸市場可能會換成一場空。題外話,負責產品規劃的PM如果不去熟悉產業生態,就好比先前的觀點:拿做消費3C的思維要去複製在照明市場......恐怕會事倍功半啊

trifire 提到...

參考其他新聞十城萬盞的規模,應該只有150萬盞左右。這裡評估大陸的路燈汰換率有300萬盞,所以這是LEDinside評估有250萬盞的由來嗎??

拓墣的65美元應該是路燈使用到的LED價格,不是整體的售價。以拓墣估計的數字來算預期全球有250萬盞。

m ... LEDinside 真的高估很多耶 ...

http://www.ledinside.com.tw/news_China_LED_20090320

2009年,大陸道路照明市場達2800萬盞路燈,每年約新增及更換路燈達300~400萬盞,創造出龐大的LED路燈市場。拓墣預估,2009年LED 路燈比2008年成長178%,以每座LED路燈平均價格65美元估算,預估2009年產值達16.25億美元,並預期2011年LED路燈上看800多萬盞,滲透率8.5%。

trifire 提到...

這篇文都是大陸的官方以及LED 大企業的說法。可供參考。

http://www.china-led.net/info/200963/200963144647.shtml

LED路燈大規模商用需解決技術成本標準三大難題