LED路燈取代傳統(tǒng)燈飾計劃的評估與分析

隨著LED的發(fā)光效率與壽命提升，加上具備省電、節(jié)能以及環(huán)保的優(yōu)勢，LED在路燈的應用上取代傳統(tǒng)燈飾照明的可行性大為提升。在LED技術(shù)快速成長、產(chǎn)品特性不斷改良下，LED路燈的示范計劃遂在各國展開，透過LED路燈示范計劃的評估與分析，提供各國政府與LED廠商在未來路燈市場的投入應用上作一參考。

LED路燈示范性計劃-美國加州奧克蘭市

以美國能源局在加州奧克蘭市進行的LED路燈示范性計劃評估為例，該項目采兩階段評估過程進行，其一階段研究小組先選擇奧克蘭市的停車場做了裝置前與裝置后的測量，目的在于評估LED照明在一般街道上實際部署時是否可能產(chǎn)生安全上的負面影響；確認裝置后對當?shù)孛癖姛o特殊負面影響后，其二階段進行方式為在實際道路進行裝置與評估，并通過當?shù)鼐用裾{(diào)查滿意度、接受程度以及經(jīng)濟成本的估算。

本計劃是一個LED在路燈應用上的照明效果評估，通過LED燈取代原有的高壓鈉燈在奧克蘭市的車用道路上進行研究。評估方式采用四個項目進行評估，包含光源輸出效率、能源與電力的使用、用戶滿意度調(diào)查與經(jīng)濟成本預估。此評估項目通過能源的節(jié)省、需求的減少、市場潛力、市場進入障礙、逐漸增加的成本以及預期的技術(shù)生命周期等信息，期望加州地區(qū)能夠更快速的導入尚未采用的新興能源技術(shù)與應用。

本評估計劃的目的在于評估高壓鈉燈相較于LED燈的電力、光源效率以及經(jīng)濟表現(xiàn)。潛在經(jīng)濟需求與能源節(jié)省以平均使用瓦特數(shù)及預估年使用千瓦數(shù)做評估；光源表現(xiàn)以照度、均勻度、相關(guān)色溫以及相關(guān)團體的滿意程度來考慮，最后，經(jīng)濟表現(xiàn)以裝置換新或置換的回收期(simple-payback)、燈具的壽命、維護成本與電力成本來做評估。

相比傳統(tǒng)照明光源，由于LED在光源分散與節(jié)能方面提供更好的照明能力，同時改變了一般業(yè)界對于高質(zhì)量光源使用上的認知，也應用在街道與一般車行道路上。當前街道采用高壓鈉燈來做照明，另外有些是采用金屬鹵化物、低壓鈉燈或其它種類供照明使用。高壓鈉燈的使用是由于其較長的使用壽命、相較于其它傳統(tǒng)燈具的較高效率，可是在色彩的提供上較少選擇性.LED比高壓鈉燈有更長的使用壽命，較低的維護費用、多種類的色彩提供、耗用能源較低且能節(jié)省費用。然而，使用LED的初始成本仍高于一般常用的燈光來源。

根據(jù)美國能源局的報告顯示，當前LED技術(shù)的改變相當快速，整體而言，LED每年的發(fā)光效率進步約35%，成本可因而降低20%。

計劃實施地點與評估方式

此LED路燈示范計劃是在奧克蘭市的Sextus與Tunis兩條道路上，以15盞78瓦特的LED燈取代原本121瓦特的高壓鈉燈(HPS)，為便于比較與對照，在Sextus路東側(cè)裝設(shè)全新的高壓鈉燈，西側(cè)裝設(shè)LED路燈；Tunis路上全部裝設(shè)LED路燈，而鄰近的Cairo路上全部裝設(shè)新的高壓鈉燈。所有燈具皆裝設(shè)在高于路面28.5英尺處，桿距為110，120或160英尺。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每盞LED路燈使用的平均電力為77.7瓦特，相比高壓鈉燈HPS的平均電力121瓦特省下了約35%的電力，以一年4100小時的運作時間計算，預計一年可以省下178千瓦小時。

在每一階段的LED評估測試進行前，會有一個前測作業(yè)，所有的測試皆在黃昏后進行，其一盞照明燈具與其二盞照明燈具間距離為110英尺，其二盞與其三盞之間距離為165英尺，最后其三盞與其四盞路燈之間距離為120英尺。就合理情況而言，燈具的照明均勻度應相同，但實際進行設(shè)置與評估時，路燈于交叉路口設(shè)置時無法完全設(shè)在一碼內(nèi)的距離，從北到南距離為12英尺，由路街道寬度調(diào)整至10英尺。

本評估項目測量方式與國際道路照明規(guī)范(IESNA)路燈設(shè)置測量的方式有些微差異，國際道路照明規(guī)范建議測量位置應在光源正下方各距離一半方格的范圍，本研究測量范圍為在光源正下方直接以及兩光源間的中心點位置進行測量，在測試范圍內(nèi)預測照度的最大值及最小值，并記錄高壓鈉燈與LED燈均勻度的差異程度。而傳感器建議裝設(shè)位置應在離地面6英尺處。研究小組考慮過去的測量經(jīng)驗與建議，將測量位置訂在18英尺處，此為三腳架與傳感器結(jié)合時可達最低高度。

測量過程中同時包含溫度的測量，采用電子溫度計每隔20分鐘對高壓鈉燈與LED燈分別進行測量；此外，在測量LED燈具的夜晚，每隔30秒采用HOBO儀器U12數(shù)據(jù)記錄器取得相對濕度與其它溫度測量。而有關(guān)于LED燈與高壓鈉燈的相關(guān)測量信息，包括各種角度的照片攝影，功率、照度、色溫與環(huán)境溫度共四項測量項目。

有關(guān)耗電量的測量，采用DENTElite數(shù)據(jù)記錄器對單一的高壓鈉燈與LED燈進行測量，由于測試項目歷時一段期間，測量儀器必須設(shè)置在離地面難以被人們直接接觸的高度位置，研究項目人員倚賴奧克蘭市的路燈維護小組協(xié)助裝設(shè)與卸除測量設(shè)備，而測量期間并無功率消耗情形產(chǎn)生而造成的特殊差異存在。

測量結(jié)果分析

1.電力需求與能源消耗的差異

高壓鈉燈如以每日使用11.97小時計，平均消耗電量為121W，在年使用時數(shù)4100小時計算的條件下，年消耗電量總數(shù)為496kWh；LED燈如以每日使用12.75小時計，平均消耗電量為78W，同樣以年使用時數(shù)4100小時計算，預計年消耗電量為319kWh。比較兩種測量結(jié)果可以得知，采用LED燈可以省下43.3W的耗用電量，預計每年可以省下178kWh。每日燈具使用時間在日出與日落之間，因研究測量期間針對LED燈的測試較接近冬天，故平均LED燈日使用時數(shù)較高壓鈉燈稍長。

2.照度測量結(jié)果

照度的測量范圍為395英尺乘以36英尺大小的區(qū)域，包含4種不同位置，各距離110、120及165英尺遠，由于路燈設(shè)置位置因素，無法直接在燈具的正下方進行照度的測量，但在整體研究上面影響的誤差并不太大，照度平均值采用尺燭光為計算單位，測量燈具最大照度與最小照度，并根據(jù)最大與最小照度計算最大/最小均勻度。

根據(jù)測量結(jié)果可以得知，整體而言，LED燈的照度皆與高壓鈉燈為相同等級或是較高壓納燈來得更高。另外，由于LED燈在固定裝置正下方直接測量照度微暗于高壓鈉燈，故LED燈具的均勻度較為良好。在光線較暗的條件下，相比高壓鈉燈而言，LED路燈的照度能夠維持在同樣照度水平下或有所增加。

3.LED壽命與光衰程度

高壓鈉燈的壽命約為三萬小時，且在其三萬小時使用時，高壓鈉燈預期可提供原始光通量的75-85%；而LED燈在環(huán)境溫度為25°C或更低時，于其三萬小時使用時，仍可提供90%的光通量。由于LED燈具底部的表面為丙烯酸的合成樹脂，光通量也會隨著底部變黃有所影響，以當?shù)貧夂驐l件來看，經(jīng)過十年的使用時間后，可能會因為燈具底部變色而有2%的影響程度。

LED路燈在照明應用上節(jié)能的潛力相當大，從這個示范計劃評估結(jié)果可以得知，LED路燈的設(shè)置對于當?shù)鼐用癫徽撌窃诳梢暢潭纫约耙归g安全上都有相當正面的影響。然而，當前LED的初始成本費用高昂，經(jīng)濟效益以及可回收周期仍是相關(guān)單位及廠商相當重視的一個主要問題，即使LED這一新興技術(shù)在當前提倡環(huán)保節(jié)能的趨勢上逐漸受到多數(shù)廠商的接受，未來仍需要政府部門更多的經(jīng)費關(guān)注，補助地方進行示范性計劃與評估，并降低廠商的初始投資成本，方能讓LED在未來的路燈市場更有發(fā)揮的展望與成長空間?？上驳氖牵斍爸袊鳯ED路燈正在政府工程的帶動下，如“十城萬盞”計劃，以及奧運會/世博會/大運會的示范，正迸發(fā)出前所未有的發(fā)展商機，不過在此火暴背景下我們也注意到出現(xiàn)廠商“一窩蜂”搶進該市場的現(xiàn)象，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，忽視技術(shù)研發(fā)，過度冒進導致在實際應用中問題頻出，反而導致用戶對LED燈源的質(zhì)疑，例如近期光電新聞網(wǎng)編輯得到的消息，深圳最近正在科技園某路對LED路燈進行評估，由于是開放式測試，任何廠商都可以參與，不過在短短一個月內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)提供的LED路燈出現(xiàn)“死燈”現(xiàn)象，部分程度影響了用戶對LED燈具的信心。因此，加強技術(shù)研發(fā)和儲備，提高產(chǎn)品可靠性和穩(wěn)定度將是影響未來LED路燈能否真正普及的重要因素。