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。