账单只由三件事决定:输入功率、每天点亮多久、当地每度电多少钱。其余都是算术。
多数人是在第一个完整计费周期之后才问这个问题的——账单上的照明一项,明显高于当初灯具报价给人的印象。它没有唯一答案:同样一盏 320 W 的灯,在 0.25 美元/度与 0.08 美元/度两种电价下,运行成本相差三倍。能精确回答的,是灯具、光周期与电表三者之间的关系。
电费按千瓦时结算,计量的是电能而不是功率。320 W 的灯具工作一小时消耗 0.32 kWh;工作十六小时就是 5.12 kWh——与光谱、品牌、它能提供多少光合光子通量密度无关。
计算的起点是墙插处的输入功率。有些数据表标的是 LED 负载功率,不含驱动器损耗;驱动器位于市电与灯珠之间,这部分转换损耗由种植者付钱,却不出现在灯珠功率的数字里。如果数据表只给 LED 负载,应先索取输入功率或驱动器效率,再去估算电费或选择回路。美国密苏里大学推广部门关于设施园艺照明的资料采用的也是同一口径:灯具功率乘以工作时间得到千瓦时,千瓦时乘以当地电价得到费用。1
本文所有估算都来自四项输入:输入功率(W)、每日小时数(h)、计费天数、每度电价。算法如下:
手算一遍:320 W 灯具按 16 小时光周期,每日 0.32 × 16 = 5.12 kWh;30 天为 153.6 kWh;按 0.15 美元/度,照明一项约 23.04 美元。这个算式与灯具是灯条、灯板还是量子板无关。
下表把同一算式套用到四种常见规格:前两种按 16 小时光周期运行,对应育苗与营养生长;后两种功率更大,按 12 小时运行,对应开花结果期。费用给出两档电价,可以看出答案里有多大比例其实取决于当地电价,而不是硬件。
| 灯具类型 | 输入功率 | 每日小时 | 每日 kWh | 每月 kWh | 0.15 美元/度 | 0.25 美元/度 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 单灯条育苗灯 | 150 W | 16 | 2.40 | 72.0 | 10.80 美元 | 18.00 美元 |
| 中型全光谱灯板 | 320 W | 16 | 5.12 | 153.6 | 23.04 美元 | 38.40 美元 |
| 高输出开花灯 | 480 W | 12 | 5.76 | 172.8 | 25.92 美元 | 43.20 美元 |
| 双灯条工矿型植物灯 | 720 W | 12 | 8.64 | 259.2 | 38.88 美元 | 64.80 美元 |
表中数字均由输入功率与小时数直接算出,不含制冷、除湿、循环风机与待机功耗,这些在下文单独讨论。
功耗相同的两盏灯,能给出的可用光未必相同。把两者联系起来的量是光合光子效能,单位微摩尔每焦耳(µmol/J)。一度电等于 3.6 兆焦,因此每度电产生的光子摩尔数,就是效能乘以 3.6。
效能 2.8 µmol/J 的灯具,每度电约给出 10.1 mol 光子;2.4 µmol/J 的灯具同样一度电只有约 8.6 mol,折算到每摩尔光的用电成本高出约 17%。按 0.15 美元/度计算,前者约 1.5 美分/摩尔,后者约 1.7 美分/摩尔。这也是为什么在比价表里,效能应当与价格并排出现:采购价只付一次,电费每月都要付。
在密闭种植间里,进入灯具的电能最终几乎全部以热的形式离开,需要制冷系统带走。1 W 的照明负载约相当于每小时 3.41 BTU,因此 10 kW 的照明装置光是自身发热,就给制冷系统带来约 34,100 BTU/小时的负荷,这还没有计入日照得热与设备散热。温室在冬季的比例更有利,但夏季的风机湿帘或冷水机组做的是同一件事。
除湿、循环风机、灌溉泵与控制器各自还有消耗。算出来的电费低于实际账单,最常见的原因就是估算只覆盖了灯具。
第一是电价结构:峰谷分时、阶梯电量与需量电费,会让同一度电因取用时段不同而价格差异很大。第二是计量口径:一个总表读数包含该回路上的所有设备,只有对照明回路单独分表,事后才能拆开。第三是出光衰减:初始光子输出已经下降的灯具,在同样的千瓦时下给出更少的摩尔数,装置寿命期内每摩尔光的实际成本会上升,而电表读数不会有任何变化。
只有当 1000 W 是输入功率时才成立。不少产品标的是 LED 负载功率,驱动器在电网与灯珠之间还有转换损耗,因此电表读数可能高于灯珠功率。选回路、算电费之前,先确认数据表给的是哪一个数。
输入功率乘以每日小时数,除以 1000 得到每日 kWh,再乘以计费天数与每度电价。以 320 W、每天 16 小时为例:每日 5.12 kWh,30 天约 153.6 kWh,按 0.15 美元/度约 23.04 美元。
按小时数同比例增加:同样一盏灯 18 小时比 12 小时多耗 50% 的电。是否划算取决于作物需要的 DLI——低 PPFD 配长光周期与高 PPFD 配短光周期可以给出相同的日光积分,但电费并不相同。
只有当驱动器随输出降低而同时降低输入功率时才省电。带 0-10 V 或 PWM 控制的恒流驱动器通常如此;廉价驱动器上的可控硅调光则可能把多余功率变成热量。建议在全功率与降功率两种状态下分别实测后再判断。