張彥軍　明習(xí)鳳

摘要 太陽能技術(shù)以及LED技術(shù)的發(fā)展為整個(gè)社會(huì)注入新的元素。由太陽能供電、LED照明以及中間許多的PN結(jié)構(gòu)成的整個(gè)照明系統(tǒng)可以稱為真正意義上的綠色照明。文中提出的太陽能電池—發(fā)光二極管，即PN結(jié)—PN結(jié)的半導(dǎo)體綠色照明系統(tǒng)，具有目前世界上任何照明系統(tǒng)所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)：清潔，沒有任何污染，高效率以及長壽命。

關(guān)鍵詞 太陽能；綠色照明；LED；PN結(jié)

中圖分類號(hào)：TK519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-489X（2009）09-0101-02

Real Meaning of “Green Lighting”//Zhang Yanjun, Ming Xifeng

Abstract Solar power technologies, as well as the development of LED technology for the entire society has injected new elements. Well, from solar power, LED lighting, as well as between the PN structure into a lot of the entire lighting system can be called the true sense of the green lighting. This paper put forward by solar cells -light-emitting diodes, or PN junction-PN junction semiconductor green lighting system, with the current lighting systems anywhere in the world cannot compare advantages: clean, no pollution, high efficiency and long life.

Key words solar；green lighting；LED；PN junction

Authors address Qingdao University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266061

“綠色照明”是20世紀(jì)90年代初期國際上對(duì)節(jié)約電能、保護(hù)環(huán)境和資源型照明系統(tǒng)的形象性說法，它決不能單純地就字面意義理解為綠顏色光的照明或?qū)G色物品的照明。按科學(xué)定義來講，綠色照明是指通過科學(xué)的照明設(shè)計(jì)，采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品，包括電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材以及調(diào)光控制設(shè)備和光控器件，最終達(dá)到高效、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有益環(huán)境和改善提高人們工作、學(xué)習(xí)生活的條件和質(zhì)量，以及有益人們身心的健康，并體現(xiàn)現(xiàn)代文明的照明系統(tǒng)。

1 實(shí)施綠色照明的意義及節(jié)能的重要性

當(dāng)前人類社會(huì)面臨著人口劇增、資源枯竭和生態(tài)環(huán)境惡化3大問題，因此，控制人口、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境無疑成為當(dāng)今世界各國共同關(guān)注的3大主題。在世界性保護(hù)生態(tài)環(huán)境綠色文明浪潮的呼聲中，不可忽視綠色照明這一重要措施。綠色照明的核心是節(jié)能，效率提高的最終目的還是為了節(jié)約能源。中國是擁有十幾億人口、幅員遼闊的大國，如果處處節(jié)約，人人節(jié)約，匯總起來就是一個(gè)了不起的數(shù)字。黨中央號(hào)召建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，建設(shè)和諧社會(huì)，節(jié)約包括各種資源，其中能源是最重要的一個(gè)方面。

2 目前大家對(duì)綠色照明的理解

怎樣實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色照明？人們把目光聚集在LED這種新型光源上。它具有壽命長、啟動(dòng)時(shí)間短、結(jié)構(gòu)牢固、節(jié)能、發(fā)光體接近點(diǎn)光源、薄型燈具、燈具材料選擇范圍大、不需要加反射器、低壓、沒有紫外輻射等優(yōu)點(diǎn)，尤其在公共環(huán)境中使用更加安全。再加上LED光源生產(chǎn)可實(shí)現(xiàn)無汞化，對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源具有重要意義。

鑒于以上特點(diǎn)，LED被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色照明產(chǎn)品，業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)2005～2010年全球LED照明市場(chǎng)規(guī)模將逾10億美元。國外也有報(bào)道稱：5年后半導(dǎo)體燈替代20%的白熾燈。這個(gè)估計(jì)可能比較樂觀，但揭示了半導(dǎo)體未來的應(yīng)用前景和增長潛力。所以，LED照明被認(rèn)為是“半導(dǎo)體綠色照明”，這是目前人們對(duì)半導(dǎo)體綠色照明的理解。

3 現(xiàn)在部分地區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀

但是真正意義上的綠色照明不僅僅體現(xiàn)在照明電器產(chǎn)品的效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定上，而是應(yīng)該從能源的獲取、傳輸，最后到照明電器產(chǎn)品的選擇，整個(gè)一條鏈條的節(jié)能、環(huán)保去考慮。以德州地區(qū)為例，據(jù)了解，城郊的一些少人區(qū)采用的是太陽能供電的照明燈，但是其照明電器大部分是鈉燈、汞燈。而另一方面，部分草坪燈、景觀燈雖然實(shí)現(xiàn)LED照明設(shè)計(jì)，但卻也是從電網(wǎng)獲取電源，沒有完全實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色照明。

4 太陽能技術(shù)的發(fā)展為真正的綠色照明確立了發(fā)展方向

近年來，太陽能光伏技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，本技術(shù)利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽貏e適用于太陽輻射強(qiáng)度大的高緯度地區(qū)。在太陽能光伏技術(shù)中起主導(dǎo)作用的是硅晶體太陽能電池。它是另一種半導(dǎo)體器件，同LED一樣，它也是由PN結(jié)組成，結(jié)構(gòu)簡單，壽命長（可達(dá)到25年以上）原材料來源豐富，可靠性高，工作無噪聲。太陽能技術(shù)的發(fā)展為真正的綠色照明確立了明確的方向。

5 真正的綠色照明

眾所周知，太陽能電池是一個(gè)巨大的PN結(jié)，它把太陽能轉(zhuǎn)換為電能。LED是另一個(gè)將電能轉(zhuǎn)換為光線的PN結(jié)，它的轉(zhuǎn)換效率一天一天在提高，據(jù)說不久就可以達(dá)到節(jié)能燈的水平，而使用壽命可達(dá)10萬小時(shí)以上。這種PN結(jié)—PN結(jié)的照明就是真正意義上的綠色照明。

太陽能電池的普及和LED照明技術(shù)的進(jìn)步使人們可以站在另一個(gè)高度來審視什么是未來真正的綠色照明。未來最有前途的綠色照明系統(tǒng)應(yīng)該是：太陽能電池—發(fā)光二極管，即PN結(jié)—PN結(jié)的半導(dǎo)體綠色照明系統(tǒng)，它具有目前世界上任何照明系統(tǒng)所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)：清潔，沒有任何污染，高效率和長壽命。它們的組合方式有獨(dú)立半導(dǎo)體綠色照明系統(tǒng)和并網(wǎng)半導(dǎo)體綠色照明系統(tǒng)2種。

1）獨(dú)立半導(dǎo)體綠色照明系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是系統(tǒng)可以脫離電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，典型的例子是目前流行的太陽能路燈、太陽能草坪燈、戶用太陽能照明系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2）并網(wǎng)半導(dǎo)體綠色照明系統(tǒng)。這是一種最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽電池的電能通過DC/AC三相同步逆變器送到電網(wǎng)中，當(dāng)LED照明需要用電時(shí)從電網(wǎng)中取電。由于這個(gè)系統(tǒng)不需要蓄電池，所以效率高，并且沒有蓄電池造成環(huán)境污染的后顧之憂。目前世界上生產(chǎn)的太陽電池的一半以上已經(jīng)用于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中。在這種情況下，LED照明已經(jīng)是并網(wǎng)的半導(dǎo)體綠色照明系統(tǒng)，只不過人們還沒有站在太陽電池發(fā)電的角度關(guān)注這個(gè)問題罷了。它的結(jié)構(gòu)方框圖如圖2所示。

6 綠色照明的意義

6.1 半導(dǎo)體綠色照明的概念可以擴(kuò)展到能源的獲取通過以上的分析可以認(rèn)為，目前人們對(duì)半導(dǎo)體綠色照明的理解是停留在LED照明上的狹義半導(dǎo)體綠色照明，由于太陽電池這個(gè)極具有發(fā)展?jié)摿Φ陌雽?dǎo)體新能源的出現(xiàn)，完全有理由從系統(tǒng)上去審視半導(dǎo)體綠色照明：它應(yīng)該是由半導(dǎo)體發(fā)電，由半導(dǎo)體控制電路和半導(dǎo)體LED光源組成的一個(gè)沒有任何污染的、人類最理想的照明系統(tǒng)，可以稱之為廣義半導(dǎo)體照明。

6.2 在2個(gè)“PN結(jié)”中間還應(yīng)該有無數(shù)個(gè)“PN結(jié)”太陽電池到LED之間需要比較復(fù)雜、甚至非常復(fù)雜的控制電路進(jìn)行連接，它們完全是由半導(dǎo)體器件完成，也就是無數(shù)個(gè)“PN結(jié)”來完成。在獨(dú)立半導(dǎo)體綠色照明系統(tǒng)中，需要對(duì)蓄電池進(jìn)行充電、放電控制：為了滿足LED低電壓、恒電流的工作特性，還要對(duì)電源進(jìn)行高效率的電壓、電流變換以及許多如自動(dòng)開關(guān)方面的控制。對(duì)于并網(wǎng)半導(dǎo)體綠色照明系統(tǒng)，需要DC/AC三相同步逆變器、太陽電池最大工作點(diǎn)跟蹤裝置，以及為了滿足LED低電壓、恒電流的工作特性，對(duì)電源進(jìn)行高效率的電壓、電流變換等許多控制。所以說，在太陽電池和LED兩個(gè)“PN結(jié)”中間還應(yīng)該有無數(shù)個(gè)“PN結(jié)”，它們組成真正的半導(dǎo)體綠色照明。

6.3 半導(dǎo)體綠色照明是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的任務(wù)半導(dǎo)體綠色照明不僅僅是LED研發(fā)、生產(chǎn)部門的任務(wù)。它應(yīng)該是硅材料、太陽電池制造、太陽電池組件制造、集成電路的設(shè)計(jì)和制造、半導(dǎo)體功率器件制造和LED研發(fā)、生產(chǎn)部門的共同任務(wù)。尤其是系統(tǒng)中專用集成電路的設(shè)計(jì)是非常重要的，并且是十分迫切的，使用通用標(biāo)準(zhǔn)集成電路來制造半導(dǎo)體綠色照明燈具，無論從節(jié)能上還是價(jià)格上都不能滿足市場(chǎng)的需要。