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節能更極致 LED智能照明勢不可當

星之球激光 來源:未知2013-08-01 我要評論(0 )   

LED智能照明係統聲勢看漲。在各國政策的驅動之下,LED燈泡已逐漸取代白熾燈與(yu) 節能燈。為(wei) 讓LED燈泡發揮更極致的節能效果,LED照明係統開發商也開始推出智能照明產(chan) 品,讓...

 

LED智能照明係統聲勢看漲。在各國政策的驅動之下,LED燈泡已逐漸取代白熾燈與(yu) 節能燈。為(wei) 讓LED燈泡發揮更極致的節能效果,LED照明係統開發商也開始推出智能照明產(chan) 品,讓燈具

本身可依周遭環境調整亮度及顏色,而用戶也可遠程調控。

過去白熾燈因價(jia) 格便宜,而廣為(wei) 市場所采用,即便後來較節能的白色發光二極管(LED)燈泡問世,但相比每顆僅(jin) 1-2元人民幣的白熾燈,LED燈泡售價(jia) 動輒幾十元人民幣,兩(liang) 者價(jia) 差過大,導致普及率始終無法快速拉升。所幸,在各家廠商致力降低成本、加上政府政策帶動,LED照明普及率已有快速拉升情況,而後隨著周邊技術提升帶動,更具節能特色的智能照明市場也逐步起飛。根據市調機構MarketsandMarkets預測,2016年智能照明市場產(chan) 值將達67億(yi) 4,800萬(wan) 美元,2013-2018年的年複合成長率將高達36%。 

全球致力發展LED照明 白熾燈麵臨(lin) 淘汰邊緣

過去白熾燈雖然因為(wei) 售價(jia) 低廉,加上演色性佳,因此成為(wei) 一般照明主流產(chan) 品,然由於(yu) 白熾燈光能轉換效率極低,使用上並不環保,因而發展出轉換效率以及壽命均較高的節能燈,但卻因為(wei) 生產(chan) 過程以及使用後的廢棄物均具有汙染問題,因此市場便聚焦在轉換效率90%以上,且壽命可達20,000小時的LED照明產(chan) 品。

目前各國政府對於(yu) LED照明政策尚屬積極(圖1),就美國來看,先前能源部期望以固態照明取代傳(chuan) 統照明,其發展計劃則以2005年於(yu) 聖地亞(ya) 哥的研討會(hui) 結論為(wei) 基礎--2020年冷白光發光效率目標將從(cong) 2010年的140流明/瓦(lm/W)提升至243流明/瓦,同時間代工價(jia) 格將從(cong) 13美元/klm大幅降至1美元/klm;暖白光發光效率目標則從(cong) 2010年的90流明/瓦提升至234流明/瓦,同時間代工價(jia) 格將從(cong) 25美元/klm大幅降至1.1美元/klm。此外,為(wei) 加強消費者對於(yu) LED照明產(chan) 品接受度,美國能源部也提出能源之星計劃,並從(cong) 2012年開始分階段禁用白熾燈,並對節能燈進行補貼。

 


 

圖1 各國禁用白熾燈時程表 資料來源:LEDinside(03/2013)

其實在美國政府於(yu) 2012年開始禁用白熾燈前,歐盟早於(yu) 2009年開始在不同階段針對100瓦、75瓦、60瓦、40瓦和25瓦的白熾燈實施禁用計劃,並於(yu) 2012年全麵禁用;環保意識較高的日本則同樣於(yu) 2012年開始停止製造與(yu) 銷售白熾燈,也堪稱目前LED燈滲透率最高國家。先前日本政府於(yu) 2009年5月實施“Eco-points”政策,當消費者購買(mai) 環保產(chan) 品後即可獲得特定點數,並可用此點數交換其環保家電,加上後來311地震,日本政府推出限電以及折扣券補助等政策,日本LED燈泡滲透率從(cong) 2009年的5%提高至2011年4月的27%。其它如韓國則於(yu) 2013年開始全麵禁用,且繼2006年“LED照明15/30普及計劃”,2011年6月又公布“LED照明20/60計劃”,計劃將LED照明滲透率在2020年滲透率目標提高至60%。

而過去白熾燈年銷量達十億(yi) 顆的中國也製訂淘汰白熾燈計劃,在發改委公布《中國逐步淘汰白熾燈路線圖(征求意見稿)》中,共分為(wei) 五個(ge) 階段,其中第一階段為(wei) 期一年過渡期,2012年10月1日起將分兩(liang) 階段禁止進口和國內(nei) 銷售功率在100瓦、60瓦以上普通照明用白熾燈。2015年10月1日起經過為(wei) 期一年的調整與(yu) 評估後,將於(yu) 2016年10月1日全麵替換15瓦以上普通照明用白熾燈。此外,中國LED供應鏈在十一五計劃成形後,政府再次將LED納入十二五計劃中,著重提升LED發光效率(白光LED發光效率達150-200流明/瓦;LED燈具達80流明/瓦)、專(zhuan) 利布局以及訂定標準,並且培養(yang) 二十至三十家具核心技術的廠商,以及建立“十城萬(wan) 盞”示範城市,訂出產(chan) 業(ye) 規模達人民幣5,000億(yi) 元的目標。

 

LED照明成長性高 價(jia) 格為(wei) 普及指針

除各國政府政策支持LED照明發展外,各家廠商對於(yu) LED照明產(chan) 品商機亦有所期待,然前幾年未如預期出現爆發性增長,主要原因可從(cong) 消費麵與(yu) 產(chan) 品麵來探討。就消費麵來看,除一般消費者尚未養(yang) 成使用節能家電產(chan) 品的習(xi) 慣外,最主要是LED燈泡價(jia) 格相較於(yu) 白熾燈與(yu) 節能燈仍有段距離,即使LED燈因為(wei) 壽命較長,且用電量較省,與(yu) 白熾燈、節能燈間的價(jia) 差可透過長時間的使用來彌補,然由於(yu) 消費者購買(mai) 產(chan) 品多以首次支付的成本來考慮,且當時的價(jia) 差仍過大,彌補整體(ti) 成本(購買(mai) 燈具總成本與(yu) 電費總成本的合計)的期間太長,導致消費者無感。

就產(chan) 品麵來講,雖然LED壽命在正常情況下可達20,000小時,然若使用時周遭溫度大幅提升,將會(hui) 對其壽命、發光效率以及穩定性造成重大影響,如當操作溫度由攝氏63度升到74度時,LED平均壽命將會(hui) 減少75%,因此若無法有效將LED發光時產(chan) 生的熱能導出,將無法達到原本預期的效果。

此外,過去不論是市麵上銷售或者是政府工程所采用的LED燈具,其質量與(yu) 規格因無特定規範而參差不齊,當消費者或政府采購的產(chan) 品所表現出來的效果不如預期時,就會(hui) 影響其購買(mai) 意願,如中國先前所提出的“十城萬(wan) 盞”計劃,預計在二十一個(ge) 城市設置一百萬(wan) 盞路燈,但根據統計,2009年此二十一個(ge) 城市僅(jin) 安裝約二十二萬(wan) 盞,遠不如預期,部分原因即為(wei) 在政府未製定規格標準情況下,企業(ye) 為(wei) 取得標案而以低成本製造出的產(chan) 品質量不佳,導致熄燈率過高。

一般市場在探討LED照明是否達甜蜜點,主要指標有--LED/節能燈售價(jia) /klm比在1.5倍、住宅用LED燈價(jia) 差回收期2年、工商用LED燈價(jia) 差回收期3.5年。目前在LED燈泡價(jia) 格大幅下滑下,工商用市場已達甜蜜點,如以飛利浦(Philip)5瓦LED燈泡與(yu) 8瓦節能燈來比較,工商用市場因為(wei) 照明時間較長,加上電費較住宅用貴,因此僅(jin) 1.7年即可回收;如以飛利浦8瓦LED燈泡與(yu) 12瓦節能燈來比較,回收期也僅(jin) 2.3年。若以白牌燈泡來看,部分售價(jia) 較低廉的LED燈於(yu) 住宅用市場也已達甜蜜點,因此市場需求確實可望逐步湧現。

若以散熱部分來看,一般LED燈散熱途徑為(wei) 包括從(cong) 空氣中散熱或利用LED芯片基板、係統電路板將熱能導出。目前除LED燈具不使用效果較佳的散熱鰭片外,LED芯片基板與(yu) 係統電路板透過采用不同材質可以提升散熱效果。在芯片基板部分,過去主要以三氧化二鋁(AI2O3)基板為(wei) 主,近年興(xing) 起的氮化鋁(AIN)因為(wei) 熱傳(chuan) 導係數高出氧化鋁的兩(liang) 倍以上,因此可望提升基板散熱表現;在係統電路板部分,目前采用的MCPCB的構造雖與(yu) 傳(chuan) 統電路板(PCB)相似,但以鋁材質基板取代FR4板,並改用高散熱貼合膠,增加其散熱效果。其它如將LED芯片與(yu) 基板連結的方式從(cong) 金打線改成共晶與(yu) 覆晶,亦可大幅增加電極導線至印刷電路板的效率。從(cong) 以上述多種解決(jue) 辦法來看,溫度過高問題應可逐步獲得解決(jue) 。

現階段在政府政策加持以及廠商致力提升質量與(yu) 降低成本下,LED照明已逐漸為(wei) 消費者所接受,特別是工商用市場因為(wei) 開燈時間較長,大幅拉低其轉換LED燈具所需的回本時間,因此LED照明市場可望開始出現顯著成長。根據Digitimes統計,2012年全球LED照明市場規模約165億(yi) 2,000萬(wan) 美元,年成長率(YoY)80%,預計至2015年,整體(ti) 市場規模可達442億(yi) 美元(圖2)。#p#分頁標題#e#

 


 

圖2 全球LED照明產(chan) 值預估 資料來源:Digitimes,03/2013

兼顧節能與(yu) 舒適效果 智能照明引領潮流

近年隨著科技進步,包括智能手機、智能電視以及智能電網等新產(chan) 品與(yu) 新概念不斷冒出,就連照明市場也吹起了“智能潮流風”。“智能照明”顧名思義(yi) 就是燈具能夠被用戶所控製,且能對周遭的環境自動做出反應。透過智能照明係統,除消費者可依自身需求控製與(yu) 調整LED亮度與(yu) 顏色,並可在遠程實時掌握照明狀況,甚至可建立照明係統數據庫,如安裝信息與(yu) 作業(ye) 紀錄的管理。另外,燈具本身亦可感應周遭環境並且調整亮度,如在燈具周遭並無感應到人或者環境光很明亮時,可降低燈源所發射出的亮度以達到節能節能的功能。

智能照明係統除可達到節能節能功能外,在減少不必要亮度的同時,也可提升環境舒適度,同時也可透過燈光調整來達到情境營造、身心放鬆等效果。雖然過去智能照明係統一詞已多次被提及,然由於(yu) 傳(chuan) 統照明無法達到較佳的調光效果,因此相關(guan) 需求始終無法建立起來。近來在LED照明趨勢成形下,因為(wei) 其半導體(ti) 特性,使得LED燈具有易於(yu) 電控與(yu) 調光的優(you) 勢,能夠展現出較佳的效果,可望大舉(ju) 帶動智能照明的潮流。

智能照明趨勢其實也可從(cong) 各國官方與(yu) 民間組織動向看出。日本在311地震後,除帶動LED照明產(chan) 品滲透率提升外,於(yu) 2012年設立的日本智能照明係統推進協議會(hui) 亦積極推動“適當場所適度照明”的理念,期望能透過智能照明係統達到節能與(yu) 舒適的效果。中國廠商在智能照明領域雖然目前技術無法與(yu) 國際大廠相比擬,然而政府也開始了解到智能照明係統優(you) 勢,如上海市政府便訂出要市中心將主要景觀道路路燈安裝智能係統的目標。

韓國首爾市政府也提出2014年將累計達超過一百三十萬(wan) 盞可統一控製的路燈、景觀燈等戶外照明。而台灣地區經濟部為(wei) 持續推動照明產(chan) 業(ye) 升級,也與(yu) 工研院、資策會(hui) 以及台灣區電機電子工業(ye) 同業(ye) 公會(hui) 、台灣區照明燈具輸出業(ye) 同業(ye) 公會(hui) 、台灣光電半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 協會(hui) 、LED路燈產(chan) 業(ye) 聯盟等組織組成“台灣LED與(yu) 照明標準調和會(hui) 議”,並且通過智能照明係統標準。

與(yu) LED照明發展初期相同,智能照明係統因為(wei) 初期建置成本較昂貴,因此建置所能帶來成本下滑幅度多寡,變成消費者是否采納的關(guan) 鍵。由於(yu) 辦公大樓、百貨公司、複合式商場以及量販店等,照明設備占耗電比重均達25~30%,因此工商用市場成為(wei) 智能照明係統主要需求者。就2012年來看,工商用市場占比即接近90%,其次則是政策導向的政府與(yu) 公共建築,占比約在10%左右,預計住宅部分要等到2014年,相關(guan) 產(chan) 品價(jia) 格大幅滑落後,占比才會(hui) 有顯著增長(圖3)。

 

圖3 全球LED照明產(chan) 值預估 資料來源:IEK,03/2013

根據MarketsandMarkets預估,2013年全球智能照明市場規模約在15億(yi) 美元左右,預計到2016年底為(wei) 止,市場產(chan) 值可成長至67.48億(yi) 美元,2013-2018年的年複合成長率將高達36%(圖4),吸引飛利浦、歐司朗(OSRAM)、Panasonic、東(dong) 芝照明(Toshiba Lighting)以及NEC等國際大廠積極投入。

 

圖4 全球智能照明市場規模預估 數據來源:MarketsandMarkets,03/2013

以飛利浦為(wei) 例,由於(yu) 消費性照明產(chan) 品競爭(zheng) 激烈,因此公司對於(yu) 毛利率較高的智能照明亦趨於(yu) 重視,2011年照明係統與(yu) 控製業(ye) 務占比重已達14%;若以飛利浦研發資源分配來看,2008年時智能照明占比約60%,預計在2015年底將達90%以上水平,明顯可看出飛利浦希望透過發展照明控製係統,將其於(yu) LED照明市場定位從(cong) 僅(jin) 為(wei) 光源提供者,拉高層次至照明解決(jue) 方案供貨商,以期提高公司於(yu) 客戶心中地位。

歐司朗、東(dong) 芝照明亦表明下一階段照明發展重點,將從(cong) 過去著重提升效能轉而發展遠程智能控製。而台廠包括隆達、台達電亦有布局智能照明係統領域,如隆達於(yu) 2012年台北光電展展出可透過智能移動裝置進行操作的智能照明係統,台達電則展示可設定因應不同天候所需照明量的光源控製程序。

雖然目前LED照明因為(wei) 相比白熾燈與(yu) 節能燈更具節能環保功能,已開始為(wei) 消費者所采用,然為(wei) 達到環境更舒適與(yu) 節能更極致的效果,智能照明應用將是未來不可或缺的一環。盡管目前智能照明係統價(jia) 格仍舊高昂,如飛利浦先前推出一款可透過iphoness、ipads控製的LED燈泡,整組係統包含LED芯片、微控製器(MCU)、無線收發器與(yu) ZigBee等組件,售價(jia) 達199美元,遠高出普通LED照明產(chan) 品的售價(jia) ,不過,隨著飛利浦、歐司朗等國際大廠積極導入,以及過去一向以成本控管聞名的中國大陸和台灣廠商加入,相信相關(guan) 產(chan) 品價(jia) 格應可在未來幾年見到快速滑落,屆時整體(ti) 市場規模將可望有快速成長的空間。

 

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