LED路燈取代傳統(tǒng)燈飾計(jì)劃的評(píng)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(shì)，LED在路燈的應(yīng)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(jì)劃遂在各國展開，透過LED路燈示范計(jì)劃的評(píng)估與分析，提供各國政府與LED廠商在未來路燈市場(chǎng)的投入應(yīng)用上作一參考。

LED路燈示范性計(jì)劃-美國加州奧克蘭市

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

本計(jì)劃是一個(gè)LED在路燈應(yīng)用上的照明效果評(píng)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(jìn)行研究。評(píng)估方式采用四個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)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(jì)成本預(yù)估。此評(píng)估項(xiàng)目通過能源的節(jié)省、需求的減少、市場(chǎng)潛力、市場(chǎng)進(jìn)入障礙、逐漸增加的成本以及預(yù)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(dǎo)入尚未采用的新興能源技術(shù)與應(yīng)用。

本評(píng)估計(jì)劃的目的在于評(píng)估高壓鈉燈相較于LED燈的電力、光源效率以及經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)。潛在經(jīng)濟(jì)需求與能源節(jié)省以平均使用瓦特?cái)?shù)及預(yù)估年使用千瓦數(shù)做評(píng)估；光源表現(xiàn)以照度、均勻度、相關(guān)色溫以及相關(guān)團(tuán)體的滿意程度來考慮，最后，經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)以裝置換新或置換的回收期(simple-payback)、燈具的壽命、維護(hù)成本與電力成本來做評(píng)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(shí)改變了一般業(yè)界對(duì)于高質(zhì)量光源使用上的認(rèn)知，也應(yīng)用在街道與一般車行道路上。當(dāng)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(hù)費(fèi)用、多種類的色彩提供、耗用能源較低且能節(jié)省費(fèi)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(bào)告顯示，當(dāng)前LED技術(shù)的改變相當(dāng)快速，整體而言，LED每年的發(fā)光效率進(jìn)步約35%，成本可因而降低20%。

計(jì)劃實(shí)施地點(diǎn)與評(píng)估方式

此LED路燈示范計(jì)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(duì)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(shí)的運(yùn)作時(shí)間計(jì)算，預(yù)計(jì)一年可以省下178千瓦小時(shí)。

在每一階段的LED評(píng)估測(cè)試進(jìn)行前，會(huì)有一個(gè)前測(cè)作業(yè)，所有的測(cè)試皆在黃昏后進(jìn)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(yīng)相同，但實(shí)際進(jìn)行設(shè)置與評(píng)估時(shí)，路燈于交叉路口設(shè)置時(shí)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(píng)估項(xiàng)目測(cè)量方式與國際道路照明規(guī)范(IESNA)路燈設(shè)置測(cè)量的方式有些微差異，國際道路照明規(guī)范建議測(cè)量位置應(yīng)在光源正下方各距離一半方格的范圍，本研究測(cè)量范圍為在光源正下方直接以及兩光源間的中心點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)試范圍內(nèi)預(yù)測(cè)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(yīng)在離地面6英尺處。研究小組考慮過去的測(cè)量經(jīng)驗(yàn)與建議，將測(cè)量位置訂在18英尺處，此為三腳架與傳感器結(jié)合時(shí)可達(dá)最低高度。

測(cè)量過程中同時(shí)包含溫度的測(cè)量，采用電子溫度計(jì)每隔20分鐘對(duì)高壓鈉燈與LED燈分別進(jìn)行測(cè)量；此外，在測(cè)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(duì)濕度與其它溫度測(cè)量。而有關(guān)于LED燈與高壓鈉燈的相關(guān)測(cè)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(xiàng)測(cè)量項(xiàng)目。

有關(guān)耗電量的測(cè)量，采用DENTElite數(shù)據(jù)記錄器對(duì)單一的高壓鈉燈與LED燈進(jìn)行測(cè)量，由于測(cè)試項(xiàng)目歷時(shí)一段期間，測(cè)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(xiàng)目人員倚賴奧克蘭市的路燈維護(hù)小組協(xié)助裝設(shè)與卸除測(cè)量設(shè)備，而測(cè)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(cè)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(shí)計(jì)，平均消耗電量為121W，在年使用時(shí)數(shù)4100小時(shí)計(jì)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(shí)計(jì)，平均消耗電量為78W，同樣以年使用時(shí)數(shù)4100小時(shí)計(jì)算，預(yù)計(jì)年消耗電量為319kWh。比較兩種測(cè)量結(jié)果可以得知，采用LED燈可以省下43.3W的耗用電量，預(yù)計(jì)每年可以省下178kWh。每日燈具使用時(shí)間在日出與日落之間，因研究測(cè)量期間針對(duì)LED燈的測(cè)試較接近冬天，故平均LED燈日使用時(shí)數(shù)較高壓鈉燈稍長。

2.照度測(cè)量結(jié)果

照度的測(cè)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(yuǎn)，由于路燈設(shè)置位置因素，無法直接在燈具的正下方進(jìn)行照度的測(cè)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(jì)算單位，測(cè)量燈具最大照度與最小照度，并根據(jù)最大與最小照度計(jì)算最大/最小均勻度。

根據(jù)測(cè)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(jí)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(cè)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(shí)，且在其三萬小時(shí)使用時(shí)，高壓鈉燈預(yù)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(shí)，于其三萬小時(shí)使用時(shí)，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(huì)隨著底部變黃有所影響，以當(dāng)?shù)貧夂驐l件來看，經(jīng)過十年的使用時(shí)間后，可能會(huì)因?yàn)闊艟叩撞孔兩?%的影響程度。

LED路燈在照明應(yīng)用上節(jié)能的潛力相當(dāng)大，從這個(gè)示范計(jì)劃評(píng)估結(jié)果可以得知，LED路燈的設(shè)置對(duì)于當(dāng)?shù)鼐用癫徽撌窃诳梢暢潭纫约耙归g安全上都有相當(dāng)正面的影響。然而，當(dāng)前LED的初始成本費(fèi)用高昂，經(jīng)濟(jì)效益以及可回收周期仍是相關(guān)單位及廠商相當(dāng)重視的一個(gè)主要問題，即使LED這一新興技術(shù)在當(dāng)前提倡環(huán)保節(jié)能的趨勢(shì)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(fèi)關(guān)注，補(bǔ)助地方進(jìn)行示范性計(jì)劃與評(píng)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(chǎng)更有發(fā)揮的展望與成長空間。可喜的是，當(dāng)前中國LED路燈正在政府工程的帶動(dòng)下，如“十城萬盞”計(jì)劃，以及奧運(yùn)會(huì)/世博會(huì)/大運(yùn)會(huì)的示范，正迸發(fā)出前所未有的發(fā)展商機(jī)，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(jìn)該市場(chǎng)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(jìn)導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中問題頻出，反而導(dǎo)致用戶對(duì)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(duì)LED路燈進(jìn)行評(píng)估，由于是開放式測(cè)試，任何廠商都可以參與，不過在短短一個(gè)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(duì)LED燈具的信心。因此，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和儲(chǔ)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。