Jos hallinnoit kunnallista infrastruktuuria, olet nähnyt katuvalaistuksen vaikutuksen kuukausittaiseen sähkönkulutukseesi. Mutta kuinka paljon sähköä nuo tuhannet valot oikein kuluttavat? Katuvalot ovat merkittävä käyttökuluerä missä tahansa kaupungissa, ja niiden sähköntarpeen ymmärtäminen on ensimmäinen askel kohti kustannusten hallintaa ja tehokkuuden parantamista. Tässä artikkelissa erittelemme tyypillisen jännitteen, virran ja tehon, jonka erityyppiset kaupunkien katuvalot ottavat verkosta, antaen sinulle tietoa, jota tarvitset älykkäämpien energiapäätösten tekemiseen yhteisöllesi.
Avaimet
- Perinteinen katuvalo käyttää keskimäärin 120–277 volttia ja kuluttaa 1–2 ampeeria.
- Yksi 100 watin katuvalo, joka palaa 12 tuntia yössä, kuluttaa noin 36 kilowattituntia sähköä kuukaudessa.
- Yhden katuvalon virtalähteenä toimiminen maksaa keskimäärin 5–15 dollaria kuukaudessa, mikä tarkoittaa kaupungille tuhansia euroja vuosittaisissa kustannuksissa.
- Paras tapa säästää sähköä on päivittää LED-valoihin tai asentaa sähköverkosta riippumattomat aurinkokatuvalot.
Kuinka paljon sähköä kaupungin katuvalot kuluttavat?
Yleensä perinteiset sähköverkkoon kytketyt katuvalot toimivat noin 100–250 watin (W) teholla, mutta tämä voi vaihdella valaisimen tyypin ja iän mukaan. Useimmat suurpainenatriumkatuvalot (HPS) käyttävät 1–2 ampeeria ja ne kytketään 120 V:n tai 240 V:n virtapiiriin. Nykyaikaiset LED-vastineet käyttävät usein huomattavasti vähemmän tehoa saman valomäärän tuottamiseen.
Katuvalojen käyttötuntien määrällä on suurin vaikutus niiden sähkönkulutukseen ajan kuluessa. Kaupungin katuvalo palaa keskimäärin noin 12 tuntia yössä. Olettaen, että käytetään vakiomallista 100 W:n valaisinta:
- 12 tuntia päällä oleva 100 W:n lamppu kuluttaa 1.2 kWh sähköä päivässä.
- Viikon käyttöikään verrattuna se on 8.4 kWh viikossa.
- Kuukausittainen keskimääräinen sähkönkulutus on noin 36 kWh lamppua kohden.
Erilaiset katuvalot käyttävät eri määriä sähköä. Olettaen, että katuvalo palaa 12 tuntia joka yö (4 380 tuntia vuodessa), tässä on kuinka paljon sähköä käytät vuoden aikana eri tehoisilla valaisimilla:
| Kevyt teho | Vuosittaiset aukioloajat | Vuosittain sähköä kWh |
|---|---|---|
| 75 W | 4,380 | 328.5 kWh |
| 100 W (keskimäärin) | 4,380 | 438 kWh |
| 150 W | 4,380 | 657 kWh |
| 250 W | 4,380 | 1,095 kWh |
| 400 W | 4,380 | 1,752 kWh |
Viittaamme tässä artikkelissa katuvalojen käyttämään sähköön enimmäkseen kilowattitunteina. Syy on yksinkertainen: sähkölaskusi mitataan kilowattitunteina, ja sinulta veloitetaan kaupunkisi kuukausittaisen kilowattituntimäärän perusteella!
Katuvalaistusjärjestelmien tyypit
Kaupungeissa käytetään nykyään useita erilaisia katuvalojärjestelmiä, joilla jokaisella on erilaiset sähköiset ominaisuudet. Yleisimpiä ovat korkeapainenatrium- (HPS), monimetallivalot ja yhä useammin LED-valot. HPS-valot ovat olleet standardi vuosikymmeniä, ja ne tunnetaan kellertävästä hehkustaan. Aurinkoenergialla toimivat katuvalot ovat myös nousemassa suosituksi vaihtoehdoksi sähköverkosta riippumatta.
Jännite- ja virtavaatimukset vaihtelevat merkittävästi näiden järjestelmien välillä. HPS- ja monimetallilamput toimivat tyypillisesti korkeammilla jännitteillä (120 V, 240 V tai 277 V) ja kuluttavat enemmän virtaa liitäntälaitteidensa ja lamppujensa käyttämiseen. Vanha 250 W:n HPS-lamppu saattaa kuluttaa yli 2 ampeeria 120 V:n jännitteellä. Vastaava LED-valaisin saattaa puolestaan kuluttaa vain 75 W ja kuluttaa alle 1 ampeerin. Aurinkokäyttöiset katuvalot toimivat matalajännitteisissä tasavirtajärjestelmissä (yleensä 12 V tai 24 V), ja virtaa hallitsee latausohjain aurinkopaneelin, akun ja valaisimen välillä.
Energiatehokkuus ja käyttöikä ovat nykyaikaisten järjestelmien todellinen vahvuus. LED-katuvalot ovat huomattavasti tehokkaampia, sillä ne muuntavat enemmän sähköä valoksi ja vähemmän hukkalämmöksi. Ne voivat kestää yli 100 000 tuntia, mikä on huomattavasti pidempi kuin HPS-valojen 24 000 tunnin käyttöikä. Aurinkoenergialla toimivat katuvalot tarjoavat parhaan tehokkuuden käyttämällä nollasähköä, vaikka niiden alkuperäiset laitteistokustannukset ovat korkeammat. Päivittäminen HPS-valoista LED-valoihin voi vähentää valaisimen energiankulutusta 50–70 %.
Jännitteen, virran ja tehon ymmärtäminen katuvalojen yhteydessä
Sähkön virtausta ja valaisimien käyttöä voi kuvailla monilla termeillä. Olemme jo maininneet useimmat niistä – tässä on muutamia määritelmiä selvennyksen vuoksi:
- Voltit (V): Voltit (lyhenne sanoista voltage) ovat sähkönpaineen mittayksiköitä. Yksinkertaisesti sanottuna jännite on voima, joka työntää sähköä virtapiirin läpi.
- ampeerit (A): Ampeerit (lyhenne sanoista amperes) ovat sähkövirran mittayksikkö. Yksinkertaisesti sanottuna ampeerit ovat virtapiirin läpi virtaavan sähkön määrä.
- Watit (W) ja kilowatit (kW): Kertomalla voltit ampeereilla saat wattia (tai tehon). Yksinkertaisesti sanottuna watit ovat sähkönkulutusnopeus millä tahansa hetkellä. Kilowatti on vain 1 000 wattia.
- Kilowattitunnit (kWh): Kilowattitunnit ovat sähkölaskusi yksikkö, joka mittaa kokonaisenergiankulutustasi. Yksinkertaisesti sanottuna kilowattitunnit ovat mitta sähkönkulutuksesta tietyn ajanjakson aikana.
Voit ajatella kaikkia näitä termejä esimerkiksi putkessa virtaavana vedena. Jännite on vedenpaine, ampeerit ovat minkä tahansa pisteen ohi virtaavan veden määrä ja teho on veden kokonaisvirtausnopeus putkessa. Kilowattitunti olisi putken läpi tunnissa virtaavan veden kokonaismäärä.
Katuvalon kohdalla korkeampi jännite ei välttämättä tarkoita, että se kuluttaa enemmän virtaa. Esimerkiksi 120 W:n LED-valo voisi toimia 120 V:n jännitteellä ja kuluttaa 1 A virtaa (120 V x 1 A = 120 W). Sama 120 W:n valaisin voitaisiin suunnitella toimimaan myös 240 V:n jännitteellä, jolloin se kuluttaisi vain 0.5 A (240 V x 0.5 A = 120 W). Virrankulutus (watteina) on tärkein energiankulutukseen vaikuttava tekijä.
Kaupungin katuvalojen virrankulutus
Kun saat kuukausittaisen sähkölaskusi, näet vain kokonaislaskusi, etkä sitä, kuinka paljon kukin katuvalo vaikuttaa loppulaskuusi. Keskimääräisen katuvalon teho on 100 W (36 kWh/kk, jos se on päällä 12 tuntia yössä) ja osavaltion keskimääräiset sähköhinnat. Näin lasku toimii: yhden katuvalon ylläpidon kustannukset ilmenee kuukauden ja vuoden aikana:
| Osavaltio | Keskimääräinen sähkön hinta | Kuukausihinta (valoa kohden) | Vuosittaiset kustannukset (valoa kohden) |
|---|---|---|---|
| Kalifornia | 22.00 snt/kWh | $7.92 | $95.04 |
| New York | 20.59 snt/kWh | $7.41 | $88.92 |
| Texas | 12.56 snt/kWh | $4.52 | $54.24 |
| Florida | 12.21 snt/kWh | $4.40 | $52.80 |
| Virginia | 12.58 snt/kWh | $4.53 | $54.36 |
| Yhdysvaltain keskiarvo | 14.19 snt/kWh | $5.11 | $61.32 |
Huomautus: Keskimääräiset sähkön hinnat perustuvat Yhdysvaltain energiatietohallinnon (EIA) vuoden 2021 tietoihin.
Nimellisarvoltaan 60 dollaria vuodessa valoa kohden ei ehkä tunnu paljolta. Kun kaupungissa on kuitenkin 10 000 katuvaloa, niiden vuosikustannukset nousevat yli 600 000 dollariin. Tässä kohtaa energiatehokkuudesta tulee ratkaiseva tekijä. Vaihtamalla 100 W:n HPS-valaisin 40 W:n LED-valaisimeen vuosittaiset kustannukset laskisivat vain 24.53 dollariin valoa kohden, mikä säästäisi kaupungille yli 350 000 dollaria vuodessa. Aurinkoenergialla toimivat valot poistavat sähkökustannukset kokonaan, mikä tarjoaa vielä suurempia pitkän aikavälin säästöjä sen jälkeen, kun alkuperäinen laitteistoinvestointi on maksettu takaisin.
Usein kysytyt kysymykset kaupungin katuvaloista
Mikä on paras aika käyttää katuvaloja energiatehokkuuden kannalta?
Tehokkaimmat järjestelmät käyttävät valokennoja, jotka sytyttävät valot vain hämärässä ja sammuvat vasta aamunkoitteessa. Kehittyneet "älykkäät" valaistusjärjestelmät voivat myös ottaa käyttöön himmennysaikatauluja, jotka vähentävät kirkkautta hiljaisen liikenteen aikoina (esim. klo 1–4 aamuyöllä) ja säästävät merkittävästi energiaa vaarantamatta turvallisuutta.
Minkä kokoinen akku tarvitaan aurinkoenergialla toimiviin katuvaloihin?
Akun koko riippuu valaisimen tehosta ja halutusta käyttöajasta (kuinka monta yötä se voi toimia ilman auringonvaloa). Tyypillisessä 40 W:n aurinkokatuvalaisimessa voidaan käyttää 12 V:n ja 100 Ah:n litiumakkua, joka tarjoaa riittävästi virtaa 3–4 yön jatkuvaan käyttöön.
Kuinka monta aurinkopaneelia tarvitaan katuvalon virransyöttöön?
Tämä riippuu paneelin tehosta ja maantieteellisestä sijainnista (päivittäisen auringonvalon määrästä). Aurinkoisella paikalla sijaitseva 40 W:n katuvalo saattaa tarvita vain yhden 120 W:n aurinkopaneelin. Pilvisellä alueella saatetaan tarvita suurempi 150 W:n tai 180 W:n paneeli, jotta akku pysyy täysin ladattuna.
Miten kaupungit voivat säästää rahaa katuvalaistuksessa?
Tehokkain tapa on päivittää vanhentuneet HPS- tai monimetallivalaisimet energiatehokkaiksi LEDeiksi. Älykkäiden himmennysaikataulujen käyttöönotto tarjoaa lisäsäästöjä. Uusissa asennuksissa tai alueilla, joilla ei ole sähköverkkoyhteyttä, aurinkokatuvalaisimiin investoiminen poistaa kaikki jatkuvat sähkökustannukset.
