LED路灯改造方案.docx
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LED路灯改造方案
XX市LED路灯改造方案
一．关于欧普司
欧普司科技（北京）成立于2020年，要紧从事LED照明产品，专门是大功率LED芯片及大功率LED照明产品的研发、生产和销售。
目前公司已经通过ISO9000和14000系列治理体系认证，具有了较为完善的治理体系。
欧普司公司的产品普遍应用于道路照明、户外照明、运动场馆照明和工业照明等多个领域，并取得中国科学院光电研究中心等高端用户的充分确信和好评。
也正是基于欧普司科技在产品研发上的深厚功力，是欧普司成为全世界最大的三家照明企业之一的德国西门子-欧司朗公司的战略合作伙伴。
ISO9000&14000认证
OSRAMOEM供应商认证
2.产品及技术特点
产品散热性能优良
公司和核心团队曾供职于国内最大的电子散热产品厂商，具有连年从事电子散热产品的研发、生产和治理体会。
自进入LED照明领域后，迅速将之前把握的相关电子散热产品的技术体会和生产工艺转化到LED灯具的散热中来，所研发的大功率LED照明产品在实际工程项目中具有超级优良的光通量维持特性。
所有产品在设计进程中均通过严格的运算机热学仿真分析并优化，最终使灯具的散热能力达到可控的程度。
在充分考虑静态散热能力的同时，欧普司的灯具充分考虑的严酷户外环境的特点，咱们设计的灯具不但静态散热效能良好，还能充分知足长时刻户外恶劣环境中利用的散热需求。
欧普司公司目前时刻最长的工程案例位于清华大学校园内，从项目安装完成的2020年6月至今已经有两年的时刻，经测试仍然没有光衰。
位于清华大学校园内的项目实景照片
温度修正后的历史光衰测试记录
时间/样本照度（lx）
1#
2#
3#
4#
5#
最长间隔变化比率
-2%
-1%
-4%
-2%
-1%
产品设计精益求精
欧普司的产品在设计进程中超级注重产品的结构平安特性，所有的结构部件均通过运算机有限元仿真分析，确保结构平安性。
为保证散热机构的常年有效工作，欧普司的灯具除设计了独特的放落叶网，还具有自清洁能力，避免积尘。
在外观设计方面，欧普司的灯具简介流畅，是用户的城市更具国际化特点。
把握独特的大电流驱动技术
欧普司科技是目前国际上极少数把握700-100mA大电流驱动技术的公司，基于先进的大电流驱动技术，咱们能够更好的支持在国内方才进展的合同能源治理项目。
在所有LED照明应用案例中，以合同能源治理模式实施的项目难度是最大的，因为合同能源治理项目需要LED灯具具有优良的节能特性，真正意义上的长时刻靠得住工作，良好的照明成效和节能投资回报率。
在欧普司看来，就目前的LED技术水平而言，没有大电流驱动技术，就没有LED在合同能源治理项目中的技术可行性。
就这一点咱们以下表做简要分析：
方案*
二类光源小电流
二类光源大电流
一类光源小电流
一类光源大电流
技术可行性
可行
不可行
可行
有较高的技术难度
节能特性
一般
×
很高
较高
可靠性
较低
×
很高
很高
照明效果
一般
×
很高
很高
灯具成本
较低
×
很高
较高
投资经济性
较低
×
很低
很高
*一类光源：
入口一线品牌的LED光源；二类光源：
国产或台系品牌的LED光源
由上面分析咱们能够清楚的发觉，若是单纯考虑本钱能够选二类光源小电流驱动；若是单纯考虑节能比率，能够选择一类光源小电流驱动，若是实施合同能源治理项目，最正确选择只有一类光源大电流驱动。
二．背景知识
与高压钠灯的好坏对照
基于LED光源的LED路灯将慢慢取代高压钠灯已是不争的事实。
相较于传统高压钠灯，LED光源在节能特性、环景爱惜乃至是经济性方面均具有较大优势，下面咱们就LED与高压钠灯的要紧对照优势做简要介绍。
LED
高压钠灯
LED的优势
色温CCT
2000-6500K√
2000K
用户选择范围更宽
显色指数CRI
70-80√
20-25
高色彩还原度，大大增加司机辨识能力
功率选择
1-200W√
..150、250、400W..
LED有更多的灵活选择功率的空间
环保性
无铅、汞√
含汞
LED符合欧盟ROHS环保指令
启动时间
瞬间√
5-10分钟
LED每天节省5-10分钟的开灯时间
相比于高压钠灯的大电流启动更具节能优势
电气安全性
低压√
高电压
LED低电压更安全
结构安全性
不易破碎√
易破碎
LED不易伤人，更安全
寿命
5万小时√
万小时
LED寿命更持久
节能特性
可超过100lm/W整灯光效
60lm/W
LED灯具具备更高的节能特性
光源光效
最高140lm/W√
90-110lm/W
LED的光源光效已经比高压钠灯高了
灯具效率
90%-95%√
65-70%
LED光通量损失小得多
发热因数
发热后光通量略有所损失
驱动损耗
10%√
15-25%
LED驱动电源比HPS镇流器能耗更低
视觉修正系数
√
LED光谱中没有不可见光，物体辨识度高
应用因数
可以把光更多地照射到了路面
系统应用光效
65lm/W√
25Lm/W
LED比高压钠灯节电
光通维持率
90%-100%√
70%
LED更高的光通量维持能力
下面咱们针对LED路灯的节能特性做较详细的描述，进而对后续方案的确信做一些必要的理论铺垫。
节能特性分析
咱们都明白在LED作为通用照明产品显现之前，高压钠灯也是属于高光效、长寿命的光源，光源光效最高也能够达到120lm/W，那么与高压钠灯光源光效相差并非差异LED灯又是怎么在这场节能竞赛中胜出的呢？
在下面的分析中或许咱们能找到一些答案。
光源
LED
金卤灯MH
高压钠灯HPS
光源光效
100-140lm/W*
80-100lm/W
90-110lm/W
电源效率
90%-92%
75-85%
75-85%
灯具效率
90%
65%-75%
65%-75%
热因子
系统效率
110lm/W
64lm/W
70lm/W
视觉因子
应用因数
最终应用效率
99lm/W
38lm/W
31lm/W
效率变化比率
71%
38%
28%
咱们再反过来通过国家发改委LED路灯招标标准来验证上述分析：
比较项目
光源光通量①
灯具光通量②
应用光通量③
150WHPS
14000lm
10000lm
4000lm
LED替换标准
6000lm
5400lm*
4260lm
250WHPS
25000lm
17500lm
7000lm
LED替换标准
10000lm
9000lm*
7100lm
400WHPS
40000lm
28000lm
11200lm
LED替换标准
15500lm
14000lm*
11000lm
1高压钠灯的光源光通量取值为估量值，但均高于表1中所示数据
LED的总光源光通量为基于上表的测算值
②*替换三种高压钠灯的LED整灯光通量标准为国家发改委标准
高压钠灯的灯具光通量为基于上表的测算值
③计算依据为上表中的效率转变比率值
上述分析充分验证了咱们之前对LED灯节能特性的熟悉，即在道路照明应中，LED路灯的应用光效是传统高压钠灯的3倍以上，相应产生的节能潜力在70%以上。
而且随着LED光源光效的不断提高，潜在的节能空间将加倍庞大。
二．高压钠灯的实际功率分析
功耗
表1高压钠灯参考参数
光源型号
光源功率
电源电压
启动电流
工作电流
工作电压
光通量
NG100
100W
220V
135V
7500lm
NG150
150W
220V
100V
13000lm
NG250
250W
220V
100V
22500lm
NG400
400W
220V
100V
36000lm
表2镇流器参考参数
配用光源
电源电压
工作电流
工作电压
100W
220V
250W
220V
180V
400W
220V
180V
咱们以250W高压钠灯为例，通过理论计算和实测数据熟悉高压钠灯的实际功耗，进而推论得知其它额定功率光源的实际功耗。
电源电压U=220V，镇流器电压Ul=180V，输入阻抗Z=220/3=Ω，镇流器阻抗Zl=180/3=60Ω灯阻抗Zh=100/3=Ω另外灯电阻Rh=P/I2=250/32=Ω镇流器电阻Rl=Ω
镇流器损耗的理论计算值为I2*R=32*=38W
因此250W高压钠灯的理论功耗为250W+38W=288W
但是，那个产品的实测功耗比理论功耗高3%左右，也确实是说250W的实际功耗288W*103%=297W，镇流器损耗为47W占总功耗的16%左右。
以此类推，咱们能够参考的的高压钠灯实际功耗如下：
HPS光源功率
100W
150W
250W
400W
实际系统功率*
118W
178W
297W
475W
*后续将进一步进行分析修正
除咱们通常明白的光源功耗和镇流器功耗外，通常还有几个因素会阻碍到高压钠灯的系统功耗。
以下做简要说明：
（1）电网电压波动阻碍
我国电网电压不稳固现象普遍存在，电网电压的波动是随着用电负荷的增减而反向转变的。
通经常使用电负荷的最顶峰时段出此刻下午5-6点钟，这时电压最低。
低电压现象会随着负荷的减轻而慢慢减缓（城市的盛夏日节除外），但在夜间专门是后半夜电网电压会显著提高。
有照明行业的专业人士曾经量测某地深夜电网电压能够上升到280V-300V。
高压钠灯是电压灵敏性的照明设备，电网电压的小幅波动会加大电流的波动，从而引发功耗的较大波动。
咱们还以上述250W高压钠灯为例，通过度析计算电压阻碍对高压钠灯功率的阻碍。
咱们假设在夜间某时的电网电压上升了10%，达到242V。
灯电流为I=V/Z=242/=，灯功率为I2*R=*=302W；镇流器功耗为I2*R=*=46W，那么总功耗为302W+46W=348W。
也确实是说当电网电压上升10%的时候，高压钠灯的功耗会上升20%（348W/288W=120%）。
同理若是电网电压上升20%，高压钠灯系统功耗会上升超过40%，以此类推。
众所周知，用电的低谷时段通常出此刻半夜，也是高压钠灯工作的要紧时段，这时人车稀少，高压钠灯却因为电网电压的升高花费更多的电能工作，白白浪费宝贵的资源。
但要真正认定没有回路稳压调压装置的高压钠灯的实际功率，需要常年、逐日、分时监测高压钠灯的实际计量功耗。
若是存在操作性问题，至少是要监测到持续的电压转变，才能通过理论计算取得高压钠灯的积分功耗，进而取得功率值。
（2）大启动电流特性
高压钠灯的起动电流通常达到或超过正常工作电流的150%，这段大电流启动的时刻通常会持续10分钟左右，若是以平均开灯时刻9小时（540分钟）为计算基准，高压钠灯的日平均功率为标准值的倍（54+53/54=）
（3）无功功耗
S视在功率=P有功功率+Q无功功率
我国的电费尽管是依照有功功率P计算的，可是若是负载的无功功率很高，供电线路上的无功电流专门大会造成线路和变压器的线损增加，不但降低了线路的供电质量还会无端损耗电网电能，造成社会损失。
高压钠灯的功率因数通常较低，通常只有左右，以250W高压钠灯为例，若是光源功率加上镇流器损耗为300W，那么由
COSΦ=P/S=
S=P/=300W/=750VA
I视在电流=750W/220V=
尽管无功功率的存在并非都直接阻碍到用户的电费支出，但却会在供电电设备、线路初装及后期保护改换不时极大阻碍用户的本钱支出。
在我国有些地址，供电部门是以罚款的形式对没有能够达到合格功率因数的用电户进行处惩，以催促这种用户采纳当场无功补偿的形式提高功率因数，降低无功损耗。
在本项目中，由于计算和计量线损和变压器损耗有必然难度，咱们在此忽略此部份的阻碍。
3.结论
结合以上的分析，咱们以如下功率数据作为本部份结论，并作为后续进一步计算的依据：
HPS光源功率
100W
150W
250W
400W
实际系统功率
120W
180W
300W
480W
三．项目技术线路
在前面的分析中咱们已经明白LED路灯在达到必然光通量标准的情形下是足以替代现有的高压钠灯的，而且这种替代还具有可观的节能效应。
可是，具体到项目方案，专门是合同能源治理项目，咱们仍需要对以下几个超级重要的问题一一解答：
（1）要达到如此的光通量，咱们将利用多少功率的LED光源？
（2）要达到如此的光通量，咱们将用多少本钱代价来取得？
（3）是不是存在对合同能源治理项目来讲最优的解决方案？
下面咱们以替代250W高压钠灯的标准LED光通量（9000lm）为例，把它作为动身的原点，通过度析论证，最终确信LED灯的技术线路。
1.在标准替代中存在的2种技术线路
方案
A
B
灯具光通量
9000lm
9000lm
光源类别
进口/高光效
进口/高光效
驱动电流
标准
大电流
灯功率
低
稍高
散热技术难度
低
高
成本
高
稍低
节电收益
较高
高
2.两种技术线路的比较分析
为实现精准比较，咱们以以上A、B方案作为参考案例做详细的计算分析。
其中B方案为大电流驱动方案，又分为B1：
700mA驱动方案和B2：
1A驱动方案。
在此咱们略去计算进程，只显示分析结论。
节约每W功率所花费的本钱比较
元/W
B2：
1AB1：
700mAA：
350mA
三种方案投资回收期-电价灵敏分析
投资回收期：
年
电价
三种方案内部收益率IRR-投资期限灵敏分析
内部收益率：
IRR
通过上面的分析，咱们能够清楚地看到所有的经济性指标均指向了同一种方案，那确实是B2方案：
采纳1A驱动电流的大电流方案。
而且，通过电价和投资年限的灵敏性分析，B2方案的始终维持着对A方案（350mA）的绝对优势和B1方案（700mA）的相对优势。
通过以上的分析，咱们确信了以1A电流驱动的LED路灯技术线路，后续具体到项目实施方案的测算也基于此技术线路。
四．项目方案
项目所在城市：
XX省XX市
道路情形：
主路双向6车道，每车道宽米，路中央有米绿化隔离带
辅路宽米
人行便道宽2米
现有路灯情形：
灯杆间距25米，双向对称布杆
灯杆高9米，悬挑米，仰角20度
单灯杆主辅路各250W高压钠灯灯头一只
技术分析
咱们初步选型128WLED路灯灯头替换现有主路照明的一只250W高压钠灯，同时取消辅路的250W高压钠灯。
主路照明成效模拟计算结果：
平均照度
照度均匀度
I级道路照明标准
20-30lx
主路模拟结果
20
对比结果
达标
达标
另外参考辅路和人行道照明成效
平均照度
照度均匀度
辅路
26
人行道
具体灯具参数见下表：
替代现高压钠灯额定功率
250W×2
高压钠灯的实际功率
300W×2
LED路灯的光通量输出
9450lm
LED路灯的光源功率
115W
LED路灯的实际功率
128W
节能比例
79%
LED路灯造价
2980-3500元
五．项目经济性分析
咱们已经确信了替换目标和替换方案，下一步就要着重分析那个合同能源治理项目的经济特性。
咱们先来把相关的测算依据整理归纳一下：
一、5年250W高压钠灯运营费用计算。
要紧计算参数：
电费：
平均电价按元/KWH计算
光源种类
HPS
LED
光源功率w
250×2
115
实际功率w
300×2
128
开灯时间/天h
10
10
每年功耗kwh
2190
467
电价元/kwh
年电费元
年节省电费元
0
LED路灯改造投资
1.投资回收期测算
静态投资分析：
250W高压钠灯的投资回收期：
元/元/年=年；+X10%（安装施工费）=
安所节省的电费返还建设本钱，静态计算需要4年收回建设本钱。
动态投资分析：
该项目建设本钱万，银行3年期贷款利率%，融资回报按2%计算
工程建设资金
万
X800
银行贷款利率（%）
万
X%X4
投资额
万
融资回报2%
万
X2%
5年总投资
万
LED标称利用寿命：
50000H，按实际利用寿命40000H计算，按每一年工作3900H计算，可正常工作年。
高压钠灯标称15000H，按实际利用寿命9700H计算（实际利用寿命一样在4000-5000小时），工作年高压钠灯需改换次。
投资年限
项目投资
（1）
贷款利息
（2）
收益电费（3）
支付LED电费（4）
盈余
第一年
90
第二年
90
第三年
90
-106
第四年
90
第五年
90
第六年
90
第七年
90
第八年
90
按以上计算该能源项目投资，需4年方能收回投资。
目前前5年产品均在质保期内，产品改换率较低。
5-8年受产品利用特性阻碍会存在光衰，会有LED光指标达不到标准（照度不够）。
因此一样运营周期应当低于10年，8年左右最正确。
10年以上将需要改换LED。
从上表中看出第6年进入净收益期，至第八年净收益累计为，平均年收益率为年均：
%，且是支付融资贷款的收益，按XX市目前的融资政策规定，还有2%的融资收益。
从收益分析上看采纳的电价是元/KWH，是依照已知总用电费用反推的，估量采纳部份节能设备或照明时刻比咱们估算的要少。
目前XX省非居民照明用电价钱为：
按月份来的，月份的是元/度，月份是元/度，月份是元/度，照该电价估算投资回报期在年左右。
电价越高投资收益越大。
建议：
一、充分了解目前该道路用电的情形。
二、8年间如采纳高压钠灯，至少改换2次高压钠灯，按目前每盏1200元计算，1200*800*2*2=384万的路灯改换投入。
如将该部份换灯的投资打包进路灯营运项目中，投资回报率为年均%。
比一般运营项目更有优势。
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