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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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LED燈夜照 葡萄農省90%電費

高永謀

高經濟作物更替省電燈具勢在必行

彰化縣溪湖鎮是台灣知名的葡萄生產地,該鎮葡萄農慣用以螺旋燈泡,做為夜間燈照設備的燈具。在工研院材化所的支援下,葡萄農友王禮深率先採用LED燈具,經過約三年的反覆測試,終於獲得初步的成功,將可推廣至其他葡萄園,大幅降低農友們所支付的電費。


只要曾在夜間途經高速公路彰化縣路段,罕有不為一路燦爛燈海所震懾者,但這僅是燈海的小小一隅而已。彰化縣向是台灣蔬果、花卉重鎮,多數農家在田間廣建照明設備,利用夜間燈照提昇產品的品質、產量,並加速生產周期;只是,居高不下且逐年增加的電費,一直是眾多彰化農家難以承受的沉重負擔。

然而,LED燈取代白熾燈,雖已是全球沛然莫之能禦的趨勢,但在彰化縣農田間,卻才剛剛萌芽;畢竟,農家務實、持重、保守,即使深知LED燈的電費較為低廉,若無領頭羊以自身成功經驗開風氣之先,確定其不至於影響水果與花卉的品質、產量、產期,寧可繼續使用白熾燈,也不願改用不熟悉的LED燈。

夜間燈照葡萄第一人

幸而,於彰化縣溪湖鎮種植葡萄的農友王禮深,獲得工研院的鼎力協助,挺身成為台灣以LED燈為農作物夜間燈照燈源的第一人。經過3年多的反覆嘗試、測試,工研院同仁不斷修改LED燈的設計與佈建位置,終於成功研發出可取代白熾燈的模組,更證實不會損及農友的利益;未來若經大力推廣,將可為農友節約相當可觀的電費。

世居溪湖鎮的王家,原本也是普通的稻農,但在20世紀60年代,王禮深的父親決定改種經濟價值較高的葡萄,迄今已約半世紀,在當地備受敬重;原本在工廠上班的王禮深,35歲時決定回家接手家業,目前與兒子共同撐持葡萄園,除了耕種自家的1甲地,還另外承租1甲地。

「在彰化縣的葡萄農友中,我應是採用夜間燈照的第1人;現在,又率先嘗試LED燈。」王禮深回憶,約莫在10多年前,他無意間發現,有路燈照射的葡萄株,果實特別碩大、鮮甜,原本以為僅是巧合,但連續觀察3年,卻年年皆是如此,「於是,我開始在葡萄園間廣架與路燈相似的水銀燈,姑且一試!」

在葡萄園間廣架水銀燈,王禮深不諱言,起初飽受街坊、鄰居、同業冷嘲熱諷,以為他傻了、瘋了;但在葡萄採收之後,王禮深所種植的葡萄,重量、甜度皆出類拔萃,收成時間較其他農友早上1到2星期,價格更高出一大截,原本嘲笑他的葡萄農友,紛紛跟進、效法,或前來請益。從此,溪湖葡萄知名度大開,躍居高品質葡萄的代名詞。

近年來電費節節上升

早年,台灣電費相當低廉,由於夜間燈照所增加的利潤,遠高於所支付的電費,農家並不以為意;但近年來,隨著發電成本日益攀升,電費也跟著節節上升,讓深度倚賴夜間燈照的彰化縣農家利潤鉅幅下滑,大感吃不消,亟思兩全其美之策。

「以葡萄農為例,若不使用夜間燈照,彰化縣農家優勢盡失;但若繼續使用夜間燈照,昂貴的電費卻令人日夜煩憂。」王禮深微笑地說,為了撙節電費,他開始尋找具同等照明效果且耗電量較低的燈具,「多方比較之後,我將所有燈具換為較為省電的螺旋燈泡,其用電量僅約一般燈具的30%左右。」

王禮深改用螺旋燈泡後,再度引發溪湖鎮葡萄農群起效仿,登時蔚為風潮。不過,由於電費依然漲勢洶洶,他不以此為滿足,希望找尋省電效果更佳的燈具;由於同鄉好友花錘鏢的姪子花士豪,正是工研院的工程師,因此促成雙方進一步接觸、合作,研發適合葡萄園使用的LED夜間燈照裝置。

先前,工研院曾與農試所合作,成功協助南投埔里鎮茭白筍農,新創光柵解析光譜量測設備,精確量測每地點的紅藍光子能量的比例,經由大面積田間試驗解析LED各波長之光子能量與茭白筍成長關係,精確測試出防止茭白矮症之最低光子能量需求,以獲得茭白筍成長所需的最佳光子能量。大面積田間試驗精確掌控光補償點(LCP)及光飽和點(LSP),將原節能50%再提升為80%以上。同時也解決鈉燈光害與鄰田間光照糾紛,夜景美侖美奐,可增加地方觀光收入。;工研院材化所副組長黃添富表示,LED燈光度均勻且無光害,耗電量僅約普通燈具的10%,既可應用於茭白筍田,理當也可適用於葡萄園。

參考茭白筍成功經驗

黃添富強調,全台茭白筍種植面積約2千多公頃,葡萄園面積相去不遠,茭白筍農、葡萄農皆普遍使用夜間燈照,每年付出的電費數以千萬元計,若能改用LED燈,不僅可降低農民的生產成本,更是台灣節能減碳、消除光害工程的重要拼圖。

「先前,我一位在科技公司任職的姪子,便曾建議我測試LED燈。」王禮深爽朗地說,雖然先前的測試不盡理想,卻沒有澆熄他求新求變的熱情,自2011年起,與工研院展開密切合作,「畢竟,LED燈與水銀燈、螺旋燈泡大不相同,還得考慮葡萄園的特性,無法直接取代。」

自幼便在溪湖鎮長大的花士豪坦承,雖同是農田,但茭白筍田與葡萄園環境迥然不同,相關經驗雖可參考,卻很難直接移植、複製,難度不算低;因此,每隔一或二個星期,他與工研院同仁便會由新竹驅車南下溪湖鎮,與王禮深共同切磋、交流,如何才能將LED燈完美裝置於葡萄園,且成效不遜於螺旋燈泡!

台灣葡萄園以架棚種植,葡萄樹在棚上開枝、散葉、結果。黃添富認為,夜間燈照得以提升蔬果、花卉的產量與品質,關於在於讓農作物在夜間也可進行光合作用,因此LED燈必須由下往上照射,才能發揮最大經濟效益,還得具備防水功能,加設防水燈罩,才不至於被灑水系統所損。

採懸掛式、斜角設計

與王禮深合作之初,工研院材化所同仁在他的葡萄園地面插上塑膠管,在塑膠管上裝設LED燈;沒想到,如此卻會干擾葡萄農行進時的腳步,還有安全上的疑慮,於是更換為懸掛式燈盤,將LED燈燈泡製成燈盤,由棚架掛線垂下,堅守不影響葡萄農耕作習性之原則。

「更換為懸掛式燈盤,但LED燈盤若無特殊設計,將有部分燈光照射地面,形成不必要的浪費。」黃添富進一步說明,為了讓LED燈都可照射在葡萄葉上,使其在夜間也可進行光合作用,懸掛式燈盤採用斜角設計,使LED燈光發揮最大經濟效益,「LED燈若有故障,可單顆更替,不必整盤皆換。」

「更重要的是,如何找尋LED燈盤各種波長的最佳配比。」花士豪解釋,不同波長的LED燈,對植物光合作用之助益,也有所差異;而經過不斷調整再調整,配比成效已相當理想,令工研院同仁相當欣慰。

除此,因為LED燈光照強度與水銀燈、螺旋燈泡不同,以其為葡萄園的夜間燈照燈源,必須重新計算佈懸掛式燈盤佈建的最適距離,讓電費花在刀口上。王禮深不諱言,光是與工研院團隊,計算LED燈間的理想距離,便得大費周章,而隨著LED技術的進步,其間距已從原來的3公尺,拉長為5公尺。

LED燈降價 替民眾省荷包

只是,LED燈耗電量雖較低,但目前採用者多用於公共照明,企業、家庭使用率仍偏低;原因無它,關鍵在於LED燈價格偏高,令消費者望之卻步。王禮深指出,螺旋燈泡單價約300元,但LED燈先前的價格,卻高達新台幣1,000元,700元的價差,遠遠超過LED燈可節省的電費;LED燈若不降價,很難打動農家。

「目前,LED燈的價格已降至600元;在未來,LED懸掛式燈盤若開發模組、大量生產,價格可望再度壓低。」黃添富充滿信心地說,一旦LED燈價格更為「親民」,葡萄農可快速回收在更替新燈具上的投資,「在葡萄園測試初期,約可省下50%的電費,根據推估,往後可望省下90%以上的電費;如此,對農民而言,將更具吸引力。」

經過約三年的反覆測試、修正,工研院已為王禮深的葡萄園,打造出功效較螺旋燈泡有過之而無不及的LED夜間燈照設備。黃添富樂觀地說,裝設LED燈的葡萄園,葡萄果實間距較遠、顆粒較大、甜度更高,在市場上極具競爭力;而在可見的未來,不僅要致力壓低LED燈的價格,也將努力尋找LED懸掛式燈盤不同波長的更佳配比,讓葡萄的生產效能再度提升。

與工研院合作之初,王禮深僅提供一小塊葡萄園,隨著彼此建立起默契,裝設LED燈夜間燈照設備的葡萄園面積,愈來愈擴大;王禮深愉快地說,他所種植的2甲葡萄園,以後都將改用LED燈,也相信可再度帶動流行,「許多葡萄農開車經過我的葡萄園,對閃爍不同顏色的LED燈相當好奇,紛紛前來詢問。」

除了LED燈白筍、葡萄兩者,黃添富觀察,台灣使用夜間燈照設備的高經濟作物,仍所在多有,每年所耗費的電力、農家所支付的電費,皆相當驚人;LED夜間燈照設備將可進一步拓展至這些農家,為農家省下可觀的電費,也使更多農家願意種植高經濟作物,吸引旅外子弟回鄉!

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