太阳能LED壁灯 [茅于海:太阳能LED必将迎来前所未有的大发展]

来源:初中教育 发布时间:2019-04-02 06:29:56 点击:

  自从科技部提出了大力发展LED路灯的“十城万盏”计划以后,现在LED路灯正在如火如荼地高速发展。可惜的是,“十城万盏”计划中的90%以上都还是采用交流电的LED路灯,或者说是改造现有高压钠灯为LED路灯。在太阳能LED领域的探索方面,相关试点城市表现出的积极性和创造性值得怀疑。
  对此,LED领域业类专家、大力倡导推进太阳能LED应用的清华大学电子工程系教授茅玉海日前曾专门撰文《发展太阳能LED路灯是发展我国光伏发电的头等大事》,以表明自己的观点。
  文章指出:据保守估计,“十城万盏”计划的总数将会超过200万盏,但也只不过是每年新增路灯总数的十分之一而已。假如每年新增的2000万盏都采用太阳能,那么其总功率将达到400万千瓦――其实还远不止此数,因为通常太阳能LED路灯所采用的的太阳能板功率是实际路灯功率的3-4倍。如假定为3倍,那么总的太阳能板的装机容量将会达到1200万千瓦,而中国2008年太阳能电池板总产量为178万千瓦(1780兆瓦),还远远不能满足太阳能路灯的需要。由此可见太阳能LED路灯的市场,决不是一个可有可无的市场,而是一个举足轻重的大市场。
  日前,我们专诚联系了远在上海的茅玉海教授,迫于时间关系,茅教授书面回答了本刊记者的提问。
  《十城万盏参考》:太阳能LED技术的探索,国际上有哪些国家正在进行?我国是起于什么时候?其初衷是怎样的?
  茅于海:从1954年美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池算起,太阳能的光伏发电业也只有50多年的历史。而LED作为一种新光源,则要从日本的日亚化工在1993年提出的蓝光专利算起,而高亮度白光LED则是有赖于日本丰田合成在1998年推出氮化物LED。把太阳能和LED相结合则还是本世纪初的事,我国和世界上其他国家的差距不到3-5年,而生产量则早在2005年以后就已经名列前茅了。早期主要是太阳能草坪灯,因为这种灯带有点缀性、观赏性,要求不是太高,国外需求量很大,中国主要是浙江省的中小企业大量出口。直到最近几年才开始用到路灯中,但也主要是政府的示范性工程,而没有实用价值。从今年开始,由于太阳能电池板价格的降低,太阳能路灯开始显示出其实用价值,从而进入其快速发展的成长期。
  《十城万盏参考》:目前来讲,太阳能光伏与LED的集成技术领域成熟度如何?我国在推广太阳能光伏LED方面有什么优势和劣势?
  茅于海:应该说其基本技术都已经成熟,单晶硅和多晶硅的太阳能电池板早已大量出口,随着国际市场的价格降低和国内企业的产能过剩,目前是大力发展国内的太阳能路灯的大好时机;另一方面,随着LED发光效率的提高(130lm/w已经成为商品)、散热技术的普及,LED灯具本身已经进入其成熟期。作为储能的重要部件――蓄电池,也有胶体铅蓄电池、磷酸铁锂电池等性能更好的电池出现。而太阳能LED路灯的核心部件-恒流源和控制器,也有很大的突破。我们公司研发成功的节能型调光控制器可以根据交通流量来调节路灯的亮度,从而可以减少太阳能电池板的面积50%以上,大大降低了太阳能电池板的成本,提高了阴雨天的待机天数,使得太阳能LED路灯更加现实可行。
  我国在推广太阳能光伏LED产业上的优势是有地方政府的大力支持,可以在某些地区快速启动。劣势则主要是技术上很多核心技术都没有掌握。例如太阳能电池板,我们还是主要采用国外淘汰的生产技术来生产既耗能又污染的单晶硅、多晶硅,而国外都已经进入采用铜铟镓硒CIGS(CIS中掺入Ga)的第三代薄膜太阳能电池板了。美国硅谷有一家企业NanoSolar 公司开发出一种印刷型太阳能电池,可以用一种“油墨(铜铟镓二硒)”像印报纸一样来“印刷”太阳能电池,用一分钟时间便可以“印刷”出上百尺的太阳能电池,硅材料也节省70%以上,其成本只有现有太阳能电池板的1/10。2008年就生产出430兆瓦这种太阳能电池。
  
  印刷出来的太阳能电池
  
  至于LED芯片技术也都掌握在外国企业手里,中国的芯片光效只有80-100lm/W,比国外芯片差50%,所以目前大功率LED芯片80%以上都是进口,国内主要是封装厂家而已。
  《十城万盏参考》:当前来讲LED产业正热,太阳能光伏和LED的集成照明成本问题在大规模推进过程中不容忽视,其成本的降低主要有哪些途径?相较国际经验,国内的企业是如何进行这方面探索的?有哪些特点?
  茅于海:降低成本,主要有两个方面,一是降低原材料成本,二是降低生产成本。国内企业在生产组织方面有一定经验,但是,我国的企业主要靠生产组织的提高实现效率,顶多降低几个点。至于搬迁到工资更低的地区或直接降低工人工资,则更不足可取了。可以说,只有采用技术创新才能从根本上降低成本,国外企业主要就是靠技术创新降低成本。例如上面提到的采用“印刷”太阳能板,其成本可以降低90%。
  其实对于光伏发电来说,其潜力还很大。因为目前的光伏发电的效率只有百分之十几,后面还有百分之几十的发展空间。例如美国麻省理工学院的教授就提出了一种2微米厚的表面抗反射和背面反射式衍射光栅,有可能把太阳能光伏发电的效率提高50%以上,也就是比现在的效率提高3倍左右。还没有什么理论证明,这就是太阳能电池效率的最高值了,说不定有一天太阳能电池的效率可以提高到90%。LED也是这样,现在的发光效率是130lm/W,据说最后可以提高到300lm/W,所以也还有很大的发展空间。遗憾的是,国内企业很少进行基础性的研究。
  《十城万盏参考》:保定是我国太阳能综合应用示范城市,在保定的“十城万盏”工程的推进中,主抓太阳能LED方向,其得益于前期形成的太阳能光伏产业基础,而当前很多城市省份也开始猛上太阳能LED产业项目,诸如山东。您如何看待国内涌现的新能源产业泡沫下的太阳能光伏LED产业的未来发展?
  茅于海:当前各个城市猛上太阳能LED项目,当然是好事,但是也的确有可能形成新的产业泡沫。不过,相信经过严酷的现实考验,一定会大浪淘沙,淘汰一些不合格的产品和产业,留下一些经得起考验的产业。不过,这个过程也会浪费大量的国家财富和资源,形成一批高级废品和垃圾。其实,关键是技术。不合格的产品和产业一定是不重视技术,因而技术上不过关。
  但是,各地的政府应当起主导作用。因为现在的“十城万盏”是计划经济,不是市场经济,所以是政府在主导的。例如政府在采购时,就应当强调质量优先、技术领先,而不是价格越低越好。就像前段时间,深圳对二十几家的LED路灯产品进行了严格的测试,各家产品的质量就暴露无遗,很容易从中挑选出质量过关的产品。
  再进一步,各级政府不应当把这个“十城万盏”看成是简单的采购任务,更应当看作是发展一个巨大的高科技产业的机遇,好好进行长期规划,重点扶持几个高科技产业,加强基础研究,掌握核心技术,做大做强,使我们不只是生产大国,而且还要成为科技强国。
  《十城万盏参考》:作为具有明显优势完全节能的太阳能LED灯,相较于纯LED灯在现实推广上有哪些局限和问题?
  茅于海:纯LED灯比较容易实现,所以现在“十城万盏”计划不少城市都是以改造原有高压钠灯为LED路灯,这样当然比较简单,原来的供电系统不用改变就可以用。但是其节能效果也有限,不像采用太阳能LED路灯,所有的电费都可以节省下来。但是太阳能LED路灯要在城市中推广也有它的局限性。一个原因是城市中高楼大厦林立,阳光常被遮挡,另外也可能被高大的树木所遮挡。还有就是我国的大城市大多在东南沿海地区,那里的阳光照射不及西北部,阴雨天比较多,大城市的公安部门为了防盗又要求路灯彻夜通明,无法采用半夜降功率的方法来节能。这些都是太阳能LED路灯在“十城万盏”计划中的局限性。
  《十城万盏参考》:当前国家大力推进节能减排、创建低碳社会的大背景下,这种完全节能的太阳能光伏LED,在技术得以全面提升后,是否可能一步到位,作为半导体照明试点城市的推广首选方式?有哪些具体问题?
  茅于海:前面已经提到了太阳能LED路灯在城市推广中的局限性,所以过去一直认为太阳能LED路灯只能在城市郊区的非主干道中推广,这就可以避免前面说到的一些局限性。不过随着LED光效的提高,随着太阳能电池板效率的提高,随着控制器性能的提高(例如采用最大功率跟踪),太阳能LED路灯也已经有可能进入主干道。应该说太阳能LED的主要应用场所不是在城市,而是在农村;不是在非主干道,而是在高速公路。因为,高速公路远离城市,要铺设供电电缆更加困难,耗费也更大,这时太阳能LED路灯的优越性就可以充分发挥。铺设太阳能LED路灯根本不需要挖地沟,埋设电缆,而只要像种树一样,挖一个洞,埋一根杆,远比交流电路灯的铺设要简单。
  《十城万盏参考》:在共同面对诸如在采购上,来自传统高压钠灯方面的部门利益等问题上,太阳能光伏LED和纯LED灯将如何打开局面,更好地进入政府采购中?
  茅于海:对于涉及到既得利益的问题,我们不好回答,相信今后的廉政建设能够解决这些问题。
  《十城万盏参考》:当前很多传统灯具企业对LED产品还处于观望中,企业作为半导体照明产业的主体,他们将如何接受来自科技创新趋势带动下的照明产业变革?
  茅于海:对于那些持观望态度的企业,希望他们能够认识到,LED势必将取代一 切电光源,所有的白炽灯、节能灯都将会被淘汰。这是大势所趋。迟进不如早进。
  《十城万盏参考》:您对包括保定在内的试点城市,结合自身产业优势推进太阳能LED产业发展,走低碳城市发展的路径,有什么建议或意见?
  茅于海:节能减排是我们国家乃至全世界的长期目标,不是一个短期国策。一定要做好长远打算,从基础做起。尤其是要发展科学技术,因为科学技术才是最先进的生产力。
  
  茅于海教授简历:
  
  清华大学电子工程系教授、中国电子学会会士、美国IEEE高级会员。1982年任中国科学院技术科学部电子学分组成员,并任第一届、第二届中国宇航学会理事。茅于海教授曾于1984年获得国家发明一等奖。1986年任国家高技术“863计划”信息技术专家委员会委员、1980-1981年,应美国康乃尔大学聘请任副研究员。1990-1992年应美国Stanford大学聘请任客座教授。1989年在美国硅谷创办Specom技术公司,1995年至2001年任美国ESS技术公司首席科学家。2001年任北京万事晓科技公司董事长。2003年任伯威微电子(上海)公司首席科学家。2004年任美国PAM(Power Analog Microelectronic)公司首席科学家、龙鼎微电子(上海)有限公司总经理,致力于黑色家电节能的绿色芯片的开发和应用,包括各种电源管理、D类功放和LED恒流驱动芯片。2008年任上海龙茂微电子公司总经理,该公司的主要方向为开发和销售各种LED灯具恒流驱动模块、调光控制器和LED日光灯。

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