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新型照明技术或将替代传统白炽灯

类别:行业资讯 发布时间:2012-08-24

  我国的照明用电占到电能消耗的12%,有极大的节约潜力。如今,一种高效绿色的全固态发光器件将有望取代沿用百年的传统白炽灯——新型照明灯可点50年。

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  自爱迪生于1879年发明白炽灯以来,除了灯丝材料从最初的毛竹纤维改为钨丝以外,基本形态沿用至今。荧光灯虽然效率更高,但仍离不开电极和灯管。如今,一种全固态发光器件——半导体发光二极管(LED)和有机物发光二极管(OLED)已率先在特殊照明领域大显身手,在进一步提高电光转换效率、降低成本后,将成为通用照明领域节能的有效技术途径。

  近几年,世界三大照明工业巨头——通用电气、飞利浦、奥斯拉姆都已组建半导体照明公司,日、美、欧盟、韩国等也相继推出半导体照明计划。去年6月,我国科技部等6部门联合成立国家半导体照明工程协调领导小组并启动该工程。今年3月,中国工程院陈良惠等14位院士建议将固态照明列入国家中长期科技发展规划。一场抢占半导体照明新兴产业制高点的争夺战,已经在全球打响。

  固态照明神在何处。采用全固态发光器件作为光源的照明技术,其实并不是新事物。半导体发光二极管(LED)在仪器仪表的显示、手机和数码相机的背光照明、全色显示(如广场显示屏)中的应用早已为人们所熟悉,并在特殊照明上得到应用。比如除了交通灯、信号灯、标志灯、汽车灯已经商品化以外,随着人民生活水平的提高,室内的夜间长明灯、公共绿地和别墅花园的草坪灯、楼宇景观灯也备受青睐。

  这种灯的神奇之处在于:低压供电、使用寿命长,既可以有选择地发出红、绿、蓝光,也可以发出白光,而且十分节电。与沿用百年的白炽灯比较,在同样亮度下,它的耗电仅为十分之一,寿命则长达100倍,是荧光灯的10倍。以一天点6小时计算,一支半导体灯可用50年,一个人一辈子也用不了两支灯。它的光电转换效率已超过白炽灯,尚不及荧光灯,预计10年后将达到荧光灯的1.5倍。

  早在40年前,研究人员就在实验中发现,给封装在透明环氧树脂中的半导体晶体通电时,电流驱使负电子进入带正电的空穴并释放能量,生成光子,发出红光或绿光,但发光十分微弱,只能用于电子钟或是计算器上;直到磷化铝镓铟半导体出现后才发出比较明亮的红光来。如今随着第三代半导体材料氮化镓的突破和蓝、白光发光二极管的问世,大大推动了半导体照明产业的形成,并向全色、高亮度的方向发展。专家预测,半导体技术继引发微电子产业革命之后,又将孕育一场新的产业革命——照明革命,其标志就是半导体灯将逐步替代白炽灯和荧光灯。

  固态照明市场诱人。陈良惠院士算过一笔账:2003年,全国发电量为1.91万亿千瓦时(度),其中照明用电占12%,即2292亿度。按照每年增长5%计算,到2010年,照明用电达3225亿度。按照同样亮度下固态照明用电仅为白炽灯的十分之一、并取代三分之一的白炽灯计算,届时可节约照明用电约1000亿度。三峡工程总工期17年,全部建成需20年,静态、动态投资合计为3000亿元,建成后年均发电量846.8亿度。而用15年时间,投资50亿至100亿元发展固态照明产业,相当于仅用三峡工程5%的投入再造一个“绿色三峡工程”。

  在美国能源部设立的半导体照明国家研究项目中,给固态照明描绘了美好的前景:2010年有55%的白炽灯、荧光灯被取代,2025年使美国照明用电(现为6000亿度)减少一半;从2000年到2020年,使用固态照明可累计减排2.58亿吨碳污染物,少建133座100万千瓦的电站,节约开支1150亿美元,形成每年500亿美元的光源产业,还带来数以百万计的高质量工作机会。日本计划2006年用半导体灯大规模取代白炽灯,节电相当于一两座核电站的发电量,每年可以节省10公斤以上的原铀消耗。

  虽然固态照明要真正进入通用照明市场,在技术和成本上还要有重大的突破,这需要大量投资和长期努力。但它的预期市场魅力无法抗拒,难怪各国纷纷启动国家项目给予引导和支持。

  固态照明发展强劲。中国科学院早在上世纪60年代就开展发光科学的研究,80年代走向生产,直到本世纪初才形成规模。2002年我国发光二极管(LED)生产企业数达420家,员工3万余人,产量150多亿支,产值80多亿元;去年产量达200亿只,产值100多亿元,增速超过30%,其中超高亮度发光二极管产量几十亿只,增速超过50%。我国早期只是引进管芯进行封装,属劳动密集型产业;上世纪末,从引进外延片进行加工,发展为技术含量较高的外延片的研发和小批量生产。目前,固态照明在我国还需要强力支持。

  去年,大连明集团建立的我国第一家生产高品质发光二极管的大连美芯片科技有限公司投产,使我国成为继美、日之后第三个拥有LED核心技术并实现产业化的国家,还并购了世界LED四强之一——美国AXT公司的光事业部,使我国的半导体照明产业跨入世界的前列。目前我国半导体照明技术与国际先进水平相比,差距仅有几年。以现有的技术和产业基础,有望通过整体推进,最终形成有核心竞争力的固态照明产业。

  固态照明离民用照明的使用还有两方面的障碍,一是光电转化效率较低,目前是25流明(光通量的单位)/千瓦,虽高于白炽灯,但是低于日光灯的85流明/千瓦,要达到民用照明的经济性要求,需提高到160流明至200流明/千瓦;二是价格较高,是白炽灯的十几至几十倍,日、美、欧盟等启动的半导体照明计划,主攻方向之一就是降低造价。

  随着固态照明技术的不断完善,白炽灯最终将被代替的趋势已经不可避免。节能、长寿命、免维护、易控制、环保,半导体灯有着这么多的优点,我们还有什么理由拒绝它的到来呢?