電力電子專輯:節能照明技術

節能照明∼啟動綠色節能的關鍵

電子月刊,169期,20098

主編:鄒應嶼

 

主編簡介:

鄒應嶼先生,交通大學電子研究所博士。

現任交通大學電機與控制工程系教授、前瞻電力電子中心主任。

曾任職於工研院電子研究所、美國維琴尼亞理工學院電力電子中心訪問學者、交通大學電機與控制工程研究所所長、工研院、中科院、同步輻射中心顧問、國科會、經濟部、與專利局計畫審查委員、並曾擔任國內多家公司之技術諮詢顧問。

 


專輯前言

    啟動未來綠色能代發展的關鍵有二:一是石油危機,二是溫室效應。

   1998年五月康貝爾(Campbell)與拉賀瑞(Laherrere)兩位先生在科學美國人發表了一篇文章『廉價石油的終結』,康貝爾與拉賀瑞兩位先生在石油探勘與生產領域具有超過四十年的經驗,康貝爾先生也是牛津大學的地質學博士,該文預測全球石油生產的頂峰約發生於2004。此一預言雖未成真,但國際原油價格自2002年起從每桶20美元開始一路攀升,2008年6月30日紐約原油價突破每桶143美元,創目前歷史最高紀錄。2008年底美國、英國相繼發生大型金融機構的倒閉事件,引發連鎖性的全球金融風暴,2009年初油價又跌至每桶50美元以下 ,但連月來又逐步上升,六月初又再度突破70美元。從全球石油需求的下滑與產油國的減產,幾乎已可確定今年全球石油生產總量將低於去年,因而2008年就是石油生產頂峰。石油價格的攀升,一方面重創國際經濟發展,另一方面卻也啟動了綠色能源時代的發展契機。

   自工業革命以來,人類大量使用石化燃料,造成二氧化碳、甲烷、氧化亞氮等易吸收長波輻射氣體大幅增加,形成地球溫暖化現象,造成地球「溫室效應」。由於全球溫暖化可能危及並導致地球氣候之極端異常,造成自然生態環境之惡化等重大衝擊。國際間為了積極進行各項溫室氣體之減量作業,以期減緩溫室效應之影響。由於溫室氣體中以二氧化碳所佔濃度比例最多,而二氧化碳產生源主要為化石燃料發電系統所排放,因此,各國更以推動降低能源消耗為重點工作。以美國為例,其所有排放氣體中,有35%二氧化碳,75%的二氧化硫,38%的氮氧化合物之排放量,是來自電力發電所造成。

    根據美國電力研究院(EPRI)的評估,全球電能消耗佔全部能量使用的40%,預估2010年百分之80%電能需經電力轉換後供給電器設備使用,其中馬達55%、照明21%、電腦4%,其餘20%。照明用電約佔所有用電量的21%,僅次於馬達系統的55%。1970年初期以來,由Intel發明的微處理器所引發的個人電腦革命,歷經了近四十年的發展,創造了如今各式各樣的網路資訊多媒體應用,個人電腦、筆記電腦已相當普及,在這樣一個資訊普及的情況下,電腦用電卻仍僅約佔全部用電的4%。

    為了有效降低溫室氣體,美國環保署與民間企業單位共同發展自願合作計畫,即鼓勵生產與使用具有節能效用與防制空氣污染的設備產品。該項行動計畫由美國環境保護署、能源部、農業部及其他相關政府機構共同主導。電腦用電雖僅約佔全部用電的4%,但自1992年6月美國環保署首先推動個人電腦與顯示器『能源之星』的標章產品,藉此鼓勵消費者採用具有高效率的資訊產品。能源之星計畫的推動從電腦資訊設備開始,逐漸擴及照明、建築、小型企業、住屋、辦公設備、變壓器、冷暖器設備等等領域。『能源之星』產品節能標章的推動,從根本上促進了電源效率技術的提升。

    過去多年來,照明均視為傳統科技,但以往的照明設備非但效率不佳,也難以達到整合管理的目的。照明可以說是人類每天都必須使用,但卻也是長期以來似乎進展有限的科技。但近年來,高效能螢光燈與高亮度LED均已有了長足的進展,照明技術綜合了材料、電子、熱傳、模具等科技,是未來十年最具成長爆發力的產業之一。照明系統必須具備低單價、高可靠性、易於應用與整合等特性,同時亦必須符合安全法規、電磁干擾認證、電源品質、綠色能源標章等認證,可以說是一個兼具技術挑戰與產業整合的領域。 照明用電約佔所有用電量的21%,照明效率的提升,其效果遠超過資訊設備效率提升所能達到節能省碳的成效。因此可以說節能照明就是啟動綠色節能的關鍵。照明系統中的照明驅動控制IC是提升照明效率與品質、系統整合、照明管理的核心,以照明應用為導向的照明電源管理IC是未來電源IC成長的核心。

    節能照明是啟動綠色節能的關鍵,本專輯針對此一主題,邀請國內相關研究學者專家,發表他們的研究成果。本次專題反應相當熱烈,但由於篇幅上的限制只能邀請三篇論文發表他們最新的研究成果。李清然先生、李麗玲小姐、陳燧宗先生,以『高效率室內照明節能技術分析』為主題分析國內照明現況,包括主要行業的照明用電,以及主要照明光源的用電量分析,呈現國內照明器具的使用與耗電情形。同時分別從光源、安定器、燈具之效率,以及照明控制管理等方面,探討螢光燈照明系統各主要部分之節能效益,並介紹了工研院近年來在照明節能相關技術之研發成果。邱煌仁、羅有綱、李建興、李天鵬、史富洋等先生,針對可應用於路燈照明系統的低功率太陽能系統,採用昇壓型轉換器做為太陽能最大功率追蹤器的電路架構,針對三種不同的電流取樣方法,使用德州儀器TMS320F280X系列的數位信號處理器晶片完成系統的驗證,探討最大功率追蹤器的效率比較與評估,研究成果有助於高效率路燈照明系統的設計方法評估。潘屏榮、劉立祥、陳遵立等先生撰寫的『高效率單級返馳式LED照明驅動控制器設計』,採用單級返馳式轉換器設計一個具有功因修正功能之LED驅動器,具有電路簡單、低成本、高功因、高效率的優點。本專輯以『LED節能照明』為主題, 提供國內電源系統、LED照明、太陽能、與電源IC等相關產業對此研究議題的交流,共同推動這個正在迅速發展的新興產業。

本期特論包含下列主題:


台灣新竹交通大學電力電子系統與晶片實驗室