Mevcut Yolların LED Dönüşümü
Sermin Onaygil, Önder Güler, M. Berker Yurtseven
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’nın koordinasyonunda TEDAŞ Genel Müdürlüğü tarafından yayımlanan “Genel Aydınlatma Kapsamında LED Armatürlerin Kullanımına İlişkin Usul ve Esaslar”da “LED dönüşüm uygulamalarında kullanılacak armatürlerin LED Verimlilik Oranı %40’ın altında olan ürünlere yer verilmeyecektir” ve “LED dönüşümü yapılan tesislerde yatırımların geri dönüş süresi 6 yılı geçmeyecektir” ifadeleri yer almaktadır. Aynı Usul ve Esaslar’da “LED Verimlilik Oranı (LEVO)”, “LED Uygulama Verimlilik Oranı (LUVO)” ve “Yatırım Geri Dönüş Süresi (YGDS)” tanımları da verilmektedir . Üç yılı aşkın süredir uygulanması için gerekli alt yapının oluşturulmasına çalışılan “Türkiye’de mevcut yollarda LED dönüşümü” projesi için bu ifade ve tanımlar esas teşkil etmektedir. Proje uygulamalarında ve LED’li armatür satın alımlarında belli kriterler belirlenerek, yol aydınlatması tesisatlarının TS EN 13201 standartlarına uygun aydınlatma kalite kriterlerinde olmaları ve aydınlatma sektöründeki üreticilere yol gösterici bilgiler üretilmesi amaçlanmaktadır . LED’li yol aydınlatması armatür üreticilerinin ürün çeşitlerini, oluşturulan performans kriterlerine göre sınıflandırmaları ve rakiplerine göre öne geçebilmeleri için farklı değerlendirme kriterlerini de dikkate almaları gerekmektedir.
TEDAŞ tarafından hazırlanan en son çalışmalarda, Türkiye’deki mevcut yol ve aydınlatma tipleri esas alınarak 17 adet Armatür Sınıfı ve bu sınıfların altında da farklı düzenek ve direk boyları tanımlanarak 67 yol aydınlatma tesisatı belirlenmiştir. Ayrıca, bu armatür sınıfları için dönüşümde kullanılacak LED armatürlerle kilometre başına tüketilecek maksimum güç değeri olan, müsaade edilebilecek en yüksek Performans Kriterleri (W/km) de verilmiştir. Yollarda TS EN 13201-2 nolu standartta verilen aydınlatma kalite kriterlerinin, ortalama parıltı düzeyi belirtilen değerin 1,2 katını aşmayacak şekilde sağlanması koşuldur [1, 2].
Bu bildiride, TEDAŞ tarafından tanımlanmış 17 armatür sınıfından farklı yol aydınlatması sınıflarını karakterize edecek şekilde yol tesisatları seçilerek, uygun LED’li armatürlerin fotometrik değerleri kullanılıp aydınlatma tasarım hesapları gerçekleştirilmiştir. Bu tasarım hesaplarının ilk amacı Usul Esaslar Ek-1 tablosunda verilen maksimum LED performans kriterinin (W/km) altında değerler sağlayan tesislerin belirlenmesidir. Daha sonra altı (6) yıllık yatırım geri ödeme süresi koşulu için, LED armatür birim fiyatının etkisini analiz etmek amacıyla paranın zamansal değişimi göz önünde bulundurularak maliyet hesapları yapılmıştır.
Çalışmanın hem armatür üreticileri hem de satış elemanları için yol gösterici olması amaçlanmaktadır.
2.Örnek Yol Tesisatları ve Hesaplar
TEDAŞ tarafından 2019 yılında yayımlanmış olan “Genel Aydınlatma Kapsamında LED Armatürlerin Kullanımına İlişkin Usul ve Esaslar”ın ekinde yer alan “Armatür Sınıfları” tablosundan farklı yol aydınlatma sınıflarını karakterize edecek şekilde yol tesisatları belirlenmiştir. Bu amaçla, M1, M2, M3, M4 yol aydınlatma sınıflarında Sınıf 2, Sınıf 7, Sınıf 9 ve Sınıf 14’ün Çizelge 1’de gösterilen aydınlatma tesisat özellikleri seçilmiştir. Çizelgede tasarruf açısından koşul olan “maksimum LED performans kriteri” de verilmektedir. Armatürün uygun olduğu sınıfta projelendirilmesi durumunda, bir kilometrelik tesis için harcadığı güç olan bu değer, Türkiye’de Elektrik Dağıtım Şirketleri’nin en çok kullandığı yüksek basınçlı sodyum buharlı lambalı (YBSBL) armatürlerle TS EN 13201-2 standardında verilen aydınlatma kalite kriterleri ortalama parıltı düzeyi 1,2 katını aşmayacak şekilde sağlanan tesisler referans alınarak belirlenmiştir. LED performans kriteri, referans YBSBL’lı tesisin performans kriterinden %40 oranında düşük olmalı koşulu ile hesaplanmıştır.
Çizelge 1. Örnek Yol Tesisatları ve Performans Kriterleri
Farklı aydınlatma sınıflarında seçilen yol tesisatları için TS EN 13201-2’de ve Usul ve Esaslar Çizelge 4’de verilen aydınlatma kalite kriterleri, ortalama yol parıltı düzeyi 1,2 katını aşmayacak şekilde, sağlanarak aydınlatma tasarım hesapları yapılmıştır. Hesaplar çok sayıda LED’li yol aydınlatma armatürü fotometrik değerleri kullanılarak tekrarlanmış ve istenilen sonuçlara, armatür ve aydınlatma sınıflarına göre Çizelge 2’de güç, ışık akısı, etkinlik faktörleri verilen LED’li armatürler ile ulaşılmıştır. Armatürlerin ışık dağılım eğrileri de Şekil 1’de gösterilmektedir. Seçilen tüm armatürlerin etkinlik faktörleri Mart 2019’da revizyonu yayımlanan TEDAŞ - MLZ/2010-057.C numaralı “LED Işık Kaynaklı Yol Aydınlatma
Armatürleri Teknik Şartnamesi”’ndeki 125 lm/W değerinin üstündedir .
Çizelge 2. Seçilen Yol Tesisatları için uygun LED Armatürlerin Teknik Özellikleri
Şekil 1. Seçilen LED Armatürlerin Işık Dağılım Eğrileri
Seçilen LED’li armatür fotometrik verileri ile farklı yol ve armatür sınıfları için Dialux programı ile gerçekleştirilen aydınlatma tasarım hesaplarının sonuçları Çizelge 3’te verilmiştir. Hesap sonuçlarına göre M1, M2, M3, M4 yol aydınlatma sınıfları için kalite kriterleri standartta verilen değerler, ortalama yol parıltı düzeyi 1,2 katını aşmayacak şekilde sağlanmıştır. Hesaplarda bakım işletme faktörü Usul ve Esaslar madde.10’a göre 0,80 olarak alınmıştır. Bu tesisatlar için performans kriterleri (W/km) de hesaplanmış ve aynı çizelgede gösterilmiştir.
Çizelge 3. Aydınlatma Tasarım Hesapları Sonuçları
Çalışmanın ilk amacı, Usul ve Esaslar Ek-1 çizelgesinde verilen maksimum LED performanskriterlerinin (W/km) altında değerler sağlayan tesislerin tasarlanmasıdır. Bu değerlerin, referans YBSBL’lı tesislerin performans kriterlerinden %40 oranında düşük olması gerekmektedir. Bu koşul dikkate alınarak, Usul ve Esaslardaki LED performans kriterlerinden YBSBL’lı tesislerin performans kriterleri hesaplanmıştır. Hesaplarda ondalık kesirler dikkate alınmayarak değerler tam sayı olarak verilmiştir. Çizelge 4’te bu çalışmada örnek seçilen dört armatür sınıfı için referans YBSBL’lı, koşul olan maksimum LED ve tasarım hesapları sonucunda bulunan LED tesis performans kriterleri toplu olarak gösterilmiştir. Seçilen LED armatürlerin kullanıldığı örnek tesislerin referans YBSBL’lı tesislere göre sağlayacakları güç tasarruf oranları, başka bir deyişle LED Verimlilik Oranları (LEVO) da aynı tabloda verilmektedir. LED dönüşüm uygulamalarında herhangi bir tesis için en düşük aydınlatma kriterlerinin sağlandığı YBSBL’lı armatürlerle hesaplanan W/km değeri ile aynı tesisin LED armatür kullanılarak en düşük aydınlatma kriterlerinin sağlandığı durumda hesaplanan W/km değeri arasındaki güç tasarruf oranı olarak tanımlanan LEVO’daki YBSBL’lı armatürlerin belirlenmesi için en iyileştirilmiş tesis düzenlemesi (farklı direk ve sarkma boyları gibi değerler dikkate alınarak en verimli durumun belirlenmesi) ile hesaplamaların yapılması gerekmektedir. Yayımlanmış olan Usul ve Esaslar’da direk boyu ve sarkma TEDAŞ tarafından belirlenmiş değerler olmasına rağmen, mevcut uygulamalara göre opsiyonlu olarak dikkate alındığı için LEVO gerekleri doğrultusunda hareket edildiği söylenebilmektedir. Çizelge 4’teki değerlerden, çalışma kapsamında seçilen LED armatürlerle gerçekleştirilen tasarım hesapları sonucunda hedeflenen minimum %40 oranının üstünde tasarruf elde edilebileceği görülmektedir.
Çizelge 4. Performans Kriterleri (W/km) ve Güç Tasarruf Oranları
Usul ve Esaslar’da “LED dönüşümü yapılan tesislerde yatırımların geri dönüş süresi (YGDS) 6 yılı geçmeyecektir” ifadesi yer almaktadır. YGDS’nin hesabında LED Uygulama Verimlilik Oranı (LUVO) esas alınmaktadır. Yani mevcut durumdaki tesisat ve aynı aydınlatma düzeneğine monte edilecek yeni LED armatürlü tesisat karşılaştırılmaktadır. LED dönüşümünün uygulanacağı tesis için gerekli toplam yatırım tutarının (TM) LED dönüşümünün uygulanması sonucunda tasarruf edilecek yıllık enerji bedeline (TYTB) oranı olan YGDS, aşağıdaki formüller ile hesaplanabilmektedir.
Formüllerde MDF: armatür montaj/demontaj bedelini; LFk: LED armatür fiyatını; Nk: tesisdeki armatür sayısını; İM: genelde lamba değişimi olan işletme maliyetini; GCS: günlük çalışma saatini; EB: elektrik enerjisi birim maliyetini; WKk: mevcut armatür gücünü; WLk: önerilen LED armatür gücünü ifade etmektedir.
Hem mevcut YBSBL’lı hem de önerilen LED armatürler için montaj/demontaj bedelleri TEDAŞ Elektrik Proje ve Tesis Birim Fiyat Kitabı’ndan seçilip, günlük 11,5 saat çalışma süresi, YBSBL ömrü 20000 saat ve LED armatür ömrü 60000 saat, elektrik enerjisi birim fiyatı da 42,8262 krş/kWh alınarak 14 yıllık kullanım süresi için %5 iskonto (faiz) oranı ile maliyetlerin bugünkü değerleri hesaplanmıştır . Hesaplarda LED armatür fiyatı bilinmeyen olarak alınıp, bu çalışmada seçilen tesisler için sağlanan güç tasarruf oranlarında, yatırımın 6 yılda geri ödenebilmesi için ödenebilecek maksimum LED armatür fiyatları hesaplanmış ve Çizelge 5’de gösterilmiştir. Gerçekleşen tasarruf oranlarına göre belirlenen fiyatlardaki farklılıkların daha iyi anlaşılabilmesi için, birim armatür gücü başına ödenebilecek maksimum fiyat da hesaplanarak çizelgede gösterilmiştir.
Çizelge 5. Seçilen LED Armatürlere Ödenebilecek Maksimum Armatür Fiyatları
Hesap yönteminden görüldüğü gibi, yatırımların geri dönüş süreleri büyük ölçüde LED’li armatür satın alma fiyatı, enerji tasarruf oranı ve elektrik enerjisinin birim fiyatına bağlıdır. Tasarruf oranı %46’ lar civarında olan Sınıf 2’de armatür birim gücü için ödenebilecek miktar maksimum 7,14 TL iken, tasarruf oranının %60’a çıktığı Sınıf 14’de armatür birim gücü için ödenebilecek maksimum miktar yaklaşık 13 TL’ ye çıkabilmektedir. Bu çalışmada incelenen tesis örneklerinde tasarruf oranları %42 ila %60 arasında, yani %40’ın üstünde olduğu için ödenebilecek LED armatür fiyatı da daha yüksek olabilmektedir. Bu etkiyi görebilmek için, performans kriterlerini sağlayan tesis örneklerinde ışık akısı (lm) sabit tutulup, LED armatür gücü %40 tasarruf sınırında olacak şekilde arttırılıp, hesaplar tekrarlanmıştır. Bu durumda, %42 güç tasarrufu sağlanmış olan Sınıf 7 armatür fiyatı 1050 TL’dan sadece 988 TL’na inerken, %60 tasarruflu Sınıf 14’deki 766 TL’lık LED armatür fiyatı 541 TL’na düşmektedir.
Bakanlık onayı ile TEDAŞ tarafından yürütülen mevcut yollarda LED dönüşümü mevzuat çalışmalarında standartlarca önerilen aydınlatma kalite kriterlerinin, ortalama yol parıltı düzeyinin 1,2 katını aşmayacak şekilde sağlanmasının esas alınması, güvenlik ve enerji tasarrufu açısından önemli kazanımlar getirecektir. Diğer yandan çalışmada gerçekleştirilen örnek değerlendirmeler sonucunda, etkinlik faktörleri (yaklaşık 150 lm/W civarında) ve ışık dağılımları oldukça iyi kaliteli LED armatürler için ödenebilecek birim fiyatların çok yüksek olamayacağı da anlaşılmaktadır. Ancak aşağıdaki durumlarda, %40 tasarruf ve 6 yılda geri ödeme süresi koşulları yerine getirilerek, daha yüksek LED armatür fiyatları kabul edilebilir olabilecektir.
-Mevcut YBSBL’lı tesislerde ortalama parıltı ve aydınlık düzeyinin TS EN 13201-2’de verilen değerlerin 1,2 katından daha yüksek olması halinde.
-Kullanılacak LED’li armatür ile Usul ve Esaslar Ek-1 çizelgesinde verilen minimum direk açıklıklarının üstünde direkler arası mesafelere ulaşılabildiğinde.
-Aynı direkler arası mesafe kısıtlarında, LED armatür fotometrik veriminin (etkinlik faktörü, ışık dağılımı, vb.) yüksek olması durumunda.
Örnek değerlendirme yöntemi ve sonuçlar yol aydınlatması armatür üretici ve satıcıları için olası kalite ve fiyat aralıklarının belirlenmesi açısından yararlı olacaktır.
Bu bildiri 18-19 Eylül 2019 tarihlerinde gerçekleştirilen 12. Ulusal Aydınlatma Kongresi'nde sunulmuştur.
1. LED’li Yol Aydınlatma Tasarımına İlişkin Usul ve Esaslar, TEDAŞ, 2019.
2. TS EN 13201-2:2015, “Yol aydınlatması bölüm 2: Performans özellikleri”, Türk Standartları Enstitüsü (TSE), 2016.
3. MLZ/2010-057.C, “LED Işık Kaynaklı Yol Aydınlatma Armatürleri Teknik Şartnamesi”, TEDAŞ,2019.
4. “Elektrik Proje ve Tesis Birim Fiyat Kitabı”, TEDAŞ, 2018.