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0810420LED美国能源部大力支持固态照明LED照明可望迈向主流
Aug10,2010
LED
美國能源部大力支持固態照明 2020年LED照明可望邁向主流
2010/08/10-20100810-420-林詠純
內文目錄
發展固態照明為美國能源政策的要項
售價於美國固態照明推廣中扮演關鍵性角色
美國2009~2020年固態照明技術發展目標
美國未來10年固態照明發展里程碑
美國能源部提供固態照明從研發到上市的協助計畫
美國固態照明開發重心將由產品開發逐漸轉移到生產製造
結語
圖表目錄
2006年美國照明能源消耗量佔住宅及商業大樓能源消耗量比重
2009年固態照明與傳統照明的性能、成本比較
2009年至2020年美國白光LED發光效率與價格發展趨勢
2009年至2020年美國白光OLED發光效率與價格發展趨勢
美國LED照明產品發展里程碑
美國OLED照明發展里程碑
美國固態照明發展各環節發展流程與關聯性
美國能源部固態照明產品市場協助計畫
2010年2月為止美國進行中固態照明開發計畫資金來源與投資比重
美國能源部於2010年1月中提供的LED贊助金額使用比重
共10個圖表
美國總統歐巴馬在能源政策上喊出號招全美發展「廉價、清潔、高效率能源」的口號,其中發展零耗能建築(ZeroEnergyBuilding)為其提高能源使用效率的重要一環。
根據2006年統計,照明佔美國住宅耗電量的11.6%,商業大樓耗電量的24.8%,此數據顯示,減少照明產品消耗的能源,為發展零耗能建築的必要條件之一,故促進固態照明的普及為美國達成提高能源使用效率、減少溫室氣體排放的重要關鍵。
目前美國LED照明在效能方面已達到可與傳統照明競爭的標準,推廣上最大的問題在於價格過高,OLED照明則是尚未達量產階段。
美國能源部以2005年2月在聖地牙哥的研討會結果為基礎,訂定至2020年為止,以提高固態照明效能並降低其售價為目標的多年發展計畫。
計畫中指出,2020年冷白光LED燈具平均發光效率目標為219lm/W,代工價格目標為每千流明1美元;OLED燈具發光效率目標為127lm/W,代工價格目標則為每千流明6美元或每平方公尺80美元。
因固態照明發展最終目標為取代傳統照明,成為日常生活中普遍使用的產品,故除上述技術發展目標外,固態照明發展計畫委員會也訂定到2020年為止以市場為導向的固態照明發展里程碑,2020年的目標為市售一般等級LED燈具(luminaire)發光效率達140lm/W以上,價格為100美元以下。
美國能源部除設定固態照明發展目標外,也提供從研發到製造的補助款項,及在市場上推廣固態照明產品的支援計畫,雖然目前研發到製造的投資金額分布還算平均,但LED產品製造技術開發方面補助比重有加重趨勢,顯示美國已開始重視LED的生產製造,期望透過提高生產技術來達到降低成本的目標。
發展固態照明為美國能源政策的要項
美國固態照明政策是由隸屬於美國能源部的能源效率和再生能源處(OfficeofEnergyEfficiencyandRenewableEnergy)負責推動,屬於「建築技術計畫(BuildingTechnologiesProgram)」中的一環,本計畫目的旨在透過增加建築物的能源使用效率來降低美國對能源的依賴,同時減少建築物能源消耗及溫室氣體排放量,並以發展零耗能建築(ZeroEnergyBuilding)為最終目標。
因建築相關部門在美國的能源消耗量遠大於其他如交通運輸、工業等部門,根據2006年美國能源部統計資料顯示,住宅能源消耗量佔全美能源消耗量約20%;商業大樓能源消耗量佔全美能源消耗量的18%,故建築技術計畫在美國能源政策中扮演相當重要角色。
2006年美國住宅所消耗的能源中照明佔11.6%,商業大樓所消耗的能源中照明佔24.8%,此數據尚不包括照明發光效率降低時產生的熱量及所消耗的多餘電力,故提升固態照明效率,降低其製造成本以促進固態照明的普及等,將是達成美國能源部發展零耗能建築目標的一大關鍵。
2006年美國照明能源消耗量佔住宅及商業大樓能源消耗量比重
資料來源:
美國能源部,DIGITIMES整理,2010/8
售價於美國固態照明推廣中扮演關鍵性角色
目前美國LED照明在效能方面已達到可與傳統照明競爭的標準,雖然發光效率略低於螢光燈,然演色性與壽命均已優於傳統照明。
現今LED照明在推行上仍有困難,最大的問題在於價格過高,缺乏市場競爭力。
2009年美國LED燈(lamp)成本(以暖白光為例)為每千流明64美元,約為白熾燈的213倍、螢光燈的107倍,另一固態照明-OLED的成本更是高達每千流明1,020美元。
2009年固態照明與傳統照明的性能、成本比較
註:
表中的「燈」(lamp)並非指包含電路、散熱模組等的完整燈具(luminaire),而是具有基本發光功能的零件。
資料來源:
美國能源部,DIGITIMES整理,2010/8
基於上述理由,美國能源部在固態照明發展方面,除注重發光效率、壽命及演色性指數等效能提升外,也將降低固態照明製造成本列為發展重點之一。
美國能源效率和再生能源處前處長DavidGarman在2003年演講中表示,美國固態照明發展成熟要件為,每年減少約相當於5千萬噸石油的能源消耗量(約為美國1年能源消耗量的5%),及市場價格低於每千流明3美元。
美國2009~2020年固態照明技術發展目標
Garman的演講並未提出固態照明發展的具體目標及詳細時程,關於這點,美國於2005年2月在聖地牙哥舉辦研討會中,遂進行固態照明未來數年發展方向的相關討論,美國能源部以此會議結果為基礎,訂定2009年固態照明多年發展計畫(Multi-YearProgramPlan),並於2009年11月、2010年2月進行修訂,2010年推出最新版本,其中,明確訂定到2020年為止有關固態照明性能、價格及技術發展目標。
■ LED照明於2009年目標達成率高 未來數年發展值得期待
美國能源部於2010年3月推出的最新版多年發展計畫中,2009年冷白光LED目標為平均發光效率113lm/W,代工價格每千流明25美元;暖白光LED目標為平均發光效率70lm/W,代工價格為每千流明36美元,而2009年冷白光LED實際平均發光效率為102lm/W,平均代工價格為每千流明29美元,暖白光LED的實際平均發光效率和代工價格則與目標值完全相同。
而2009年,市場上效能最好的冷白光LED產品發光效率更是高達132lm/W,效能最好的暖白光LED產品發光效率則為78lm/W,均優於目標值,顯示LED未來發展相當值得期待。
2009年至2020年美國白光LED發光效率與價格發展趨勢
註:
LED燈具發光效率為LED發光效率乘上LED燈具整體效率。
LED燈具整體效率為考慮驅動IC效率、散熱效率及燈具其他部分耗能等得出的數值。
資料來源:
美國能源部,DIGITIMES整理,2010/8
美國能源部對於2020年LED發展訂定目標為,冷白光LED元件平均發光效率將達243lm/W,暖白光LED元件平均發光效率將為234lm/W,平均代工價格約為每千流明1~1.1美元左右。
若考慮製成燈具後受到驅動IC效率、散熱效率及燈具其他部分耗能等因素影響,LED燈具發光效率則較LED元件來得低。
目前製成燈具後發光效率約為LED元件發光效率的61~64%左右,2020年目標將提升到90%,也就是LED燈具平均發光效率目標將達210lm/W以上。
■ OLED未來5年內發光效率目標達100lm/W
儘管OLED技術屬於剛起步階段,然2010年OLED試作品發光效率已達68lm/W,接近2012年目標值,而歐司朗於2009年底推出的OLED燈具發光效率也達到接近美國能源部目標值的25lm/W,壽命5,000小時。
預測未來5年內,OLED發光效率可望達100lm/W以上,亮度每平方公尺1萬流明,壽命也將達約5萬小時。
美國能源部進一步訂定OLED在2020年的目標,OLED元件發光效率將達157lm/W,代工價格將為每千流明6美元或每平方公尺80美元,OLED燈具發光效率目標則將達127lm/W。
2009年至2020年美國白光OLED發光效率與價格發展趨勢
資料來源:
美國能源部,DIGITIMES整理,2010/8
美國未來10年固態照明發展里程碑
由上述美國能源部對於至2020年固態照明發展目標可知,美國固態照明發展重點除提升LED及OLED發光效率和壽命等項目外,對於製成燈具後的性能也相當重視。
固態照明燈具發展最終目標為完全取代傳統照明,成為日常生活中使用的產品,故除上述技術發展目標外,固態照明發展計畫委員會也訂定到2020年為止以市場為導向的固態照明發展里程碑。
■ 2012年後美國LED照明發展將著重於燈具製造技術
有關於美國能源部所訂定2008會計年度的LED發展里程碑,LED元件發光效率80lm/W以上、成本小於等於每千流明25美元等目標已幾乎達成,目前正朝向第2個里程碑發展。
美國能源部期望在2012會計年度,亮度等同於75W白熾燈泡,發光效率達100lm/W的LED燈具將能上市;到2015會計年度,LED元件能在達成效能目標的同時,成本將能低於每千流明2美元。
至2020會計年度,美國能源部期望市售一般等級的LED燈具能達到亮度3,500流明以上、發光效率140lm/W以上、價格100美元以下(此為考慮美國物價水準,並考慮燈具設計等因素),也就是無論價格與性能皆達到一般消費者可接受的標準。
美國LED照明產品發展里程碑
資料來源:
美國能源部,DIGITIMES整理,2010/8
美國LED技術發展基本上也根據這幾個里程碑分成4個階段,第1階段為開發效能符合照明市場的LED元件,此階段的發展任務已完成,第2階段為繼續提高LED效能並降低成本,並尋找其最高的節能效率,此階段預計以2年時間完成。
第3階段和第4階段著重在LED燈具製造技術的開發,第3階段為提高燈具的使用效率,第4階段則期望能大幅降低生產成本。
■ 美國OLED照明現階段發展目標仍以提高性能為主
在OLED照明方面,2008會計年度所訂定目標為發光效率25lm/W,成本低於每千流明100美元,演色性指數達80,亮度500流明,壽命5,000小時,2010會計年度則期望發光效率能達60lm/W。
在發光效率、亮度、壽命等性能方面,OLED已在2009年大多達到里程碑所期望的目標,但價格卻仍高於目標值,其原因為OLED製造大廠計畫等到OLED技術發展穩定後再考慮大量投資生產,故降低OLED價格目標主要放在2012會計年度之後。
美國OLED照明發展里程碑
資料來源:
美國能源部,DIGITIMES整理,2010/8
美國能源部提供固態照明從研發到上市的協助計畫
因美國固態照明發展目標里程碑涵蓋範圍從最上游元件的效能與成本,到下游燈具產品的效能與售價,故美國能源部與基礎科學研究機構、固態照明技術開發機構、製造業者等都保持長期且密切的合作關係,提供固態照明從研究到出貨的協助計畫,並隨時掌握科技與產業動態,其主要合作對象有北美照明工程學會、國際照明設計師協會及次世代照明產業聯盟(NextGenerationLightingIndustryAlliance),其中成員包括Cree、飛利浦等照明大廠。
美國固態照明發展各環節發展流程與關聯性
資料來源:
美國能源部,DIGITIMES整理,2010/8
固態照明技術開發方面,主要由學術單位、國家級實驗室與研究機構進行,計畫分為基礎能源科學研究與核心技術研究兩部分,不同之處在於基礎能源科學研究旨在從物理學、化學角度解決有關如光學、電子學等與固態照明相關的基礎科學問題,並以此決定未來開發方向;核心技術研究則著重於提高對固態照明整體的理解,確保固態照明研究朝向提高性能、加速上市的方向進行。
固態照明產品的開發與製造則由業界主導,產品開發是有系統地利用技術開發得到的結果,提高既有產品的效率,或是開發效能更高的新產品,同時考慮量產所需技術與成本。
產品製造則是透過改善儀器、機台及製造流程等來降低生產成本,提高產品的品質與穩定性。
其最終目標為生產出性能優於傳統照明,價格也具競爭力的固態照明產品。
為確保固態照明產品能為市場接受,美國能源部於2009年提出2009至2013會計年度的5年市場支援計畫,期望在2013會計年度後能達到每年銷售200萬個以上固態照明燈具,且可節省6.38億度電。
支援項目主要分為3方面,一為制定固態照明產品性能評估標準(如:
能源之星計畫、照明設計指南),以提供廠商製造及消費者購買的準則;二為提供市場調查及技術資訊,以幫助廠商研發符合市場需求的產品;三為贊助固態照明產品設計競賽,為固態照明創造流行及生活的話題性。
美國能源部固態照明產品市場協助計畫
資料來源:
美國能源部,DIGITIMES整理,2010/8
美國固態照明開發重心將由產品開發逐漸轉移到生產製造
美國能源部支援這些計畫最直接的方法是提供補助款,從2000年美國能源部開始贊助固態照明開發計畫以來,至2010年3月已提供94項固態照明研究開發計畫相關補助,其中照明大廠佔44項、中小企業佔20項、大學佔26項、國家級研究單位佔4項,其中,獲得補助的單位包括Cree、GE、飛利浦等照明大廠。
2010年2月為止,美國共有67項固態照明開發計畫正在進行,總投資額約1.5億美元,其中,超過3分之2的金額來自美國能源部的贊助。
OLED技術開發總投資金額約為5,620萬美元,其中,美國能源部的贊助佔4,060萬美元,LED技術開發總投資金額為9,440萬美元,其中,美國能源部的贊助佔6,300萬美元。
美國固態照明投資主要集中在核心技術研究、產品開發、產品製造3部分,2010年2月為止正在進行的計畫中,上述3部份投資比重相差不多,產品開發部分投資金額略高,約佔36.6%,核心技術研究及產品製造則均佔31.7%。
2010年2月為止美國進行中固態照明開發計畫資金來源與投資比重
資料來源:
美國能源部,DIGITIMES整理,2010/8
儘管至2010年2月為止,進行中計畫的投資金額顯示固態照明的投資在產品製造、核心技術開發、產品開發3方面比重相差不多,但同年1月發表的3,780萬美元贊助金額中,產品製造方面佔2,350萬美元,核心技術開發與產品開發僅分別佔400萬與1,030萬美元,且美國能源部在2010年6月底表示,將再提供1,500萬美元投資LED照明產品製造,顯示LED照明的核心技術研究已達一定程度的水準,未來美國將會把研究重心放在產品製造設備等的開發上,以達成降低生產成本的目標。
美國能源部於2010年1月中提供的LED贊助金額使用比重
資料來源:
美國能源部,DIGITIMES整理,2010/8
結語
目前固態照明在推廣上最大的困難在於售價過高,一般消費者購買意願偏低,故美國固態照明,特別是LED照明的發展目標中,降低售價為急欲改善項目。
美國能源部希望在2020年,一般等級LED燈具發光效率可達140lm/W以上,售價將低於100美元,也就是在2020年,消費者能以相當於目前傳統照明的售價,購買發光效率高於傳統照明的LED照明產品,利用市場淘汰機制,讓LED照明未來能完全取代傳統照明。
至於OLED方面,由於處在剛起步階段,技術上仍有許多待突破的空間,至2020年美國能源部訂定的目標主要著重在提高OLED效能,特別是亮度及壽命的提升,美國能源部希望在2020年OLED能達到亮度每平方公尺1萬流明,壽命5萬小時的標準,至於OLED要在一般消費市場上市,還需再等一段時間。
由於固態照明為1種有別於傳統照明的全新產業,除了照明元件本身的發光技術外,在燈具的製造過程、使用方式等各方面,都有待開發,故美國能源部的固態照明政策,不僅重視核心技術的研究,在固態照明產品製造、推廣等各方面均提供完善的協助,因此,固態照明燈具,尤其是LED照明,成為美國市場主流照明產品的日子指日可待。
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