“綠色照明”的真正內(nèi)涵

張彥軍　明習鳳

摘要 太陽能技術以及LED技術的發(fā)展為整個社會注入新的元素。由太陽能供電、LED照明以及中間許多的PN結構成的整個照明系統(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—PN結的半導體綠色照明系統(tǒng)，具有目前世界上任何照明系統(tǒng)所不能比擬的優(yōu)點：清潔，沒有任何污染，高效率以及長壽命。

關鍵詞 太陽能；綠色照明；LED；PN結

中圖分類號：TK519 文獻標識碼：A 文章編號：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90年代初期國際上對節(jié)約電能、保護環(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對綠色物品的照明。按科學定義來講，綠色照明是指通過科學的照明設計，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、配線器材以及調光控制設備和光控器件，最終達到高效、舒適、安全、經(jīng)濟、有益環(huán)境和改善提高人們工作、學習生活的條件和質量，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 實施綠色照明的意義及節(jié)能的重要性

當前人類社會面臨著人口劇增、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、保護環(huán)境無疑成為當今世界各國共同關注的3大主題。在世界性保護生態(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，匯總起來就是一個了不起的數(shù)字。黨中央號召建設節(jié)約型社會，建設和諧社會，節(jié)約包括各種資源，其中能源是最重要的一個方面。

2 目前大家對綠色照明的理解

怎樣實現(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、啟動時間短、結構牢固、節(jié)能、發(fā)光體接近點光源、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，尤其在公共環(huán)境中使用更加安全。再加上LED光源生產(chǎn)可實現(xiàn)無汞化，對環(huán)境保護和節(jié)約能源具有重要意義。

鑒于以上特點，LED被譽為21世紀的綠色照明產(chǎn)品，業(yè)內(nèi)人士預計2005～2010年全球LED照明市場規(guī)模將逾10億美元。國外也有報道稱：5年后半導體燈替代20%的白熾燈。這個估計可能比較樂觀，但揭示了半導體未來的應用前景和增長潛力。所以，LED照明被認為是“半導體綠色照明”，這是目前人們對半導體綠色照明的理解。

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，而是應該從能源的獲取、傳輸，最后到照明電器產(chǎn)品的選擇，整個一條鏈條的節(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、景觀燈雖然實現(xiàn)LED照明設計，但卻也是從電網(wǎng)獲取電源，沒有完全實現(xiàn)真正意義上的綠色照明。

4 太陽能技術的發(fā)展為真正的綠色照明確立了發(fā)展方向

近年來，太陽能光伏技術得到突飛猛進的發(fā)展，本技術利用電池組件將太陽能直接轉變?yōu)殡娔埽貏e適用于太陽輻射強度大的高緯度地區(qū)。在太陽能光伏技術中起主導作用的是硅晶體太陽能電池。它是另一種半導體器件，同LED一樣，它也是由PN結組成，結構簡單，壽命長（可達到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，太陽能電池是一個巨大的PN結，它把太陽能轉換為電能。LED是另一個將電能轉換為光線的PN結，它的轉換效率一天一天在提高，據(jù)說不久就可以達到節(jié)能燈的水平，而使用壽命可達10萬小時以上。這種PN結—PN結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照明技術的進步使人們可以站在另一個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)應該是：太陽能電池—發(fā)光二極管，即PN結—PN結的半導體綠色照明系統(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：清潔，沒有任何污染，高效率和長壽命。它們的組合方式有獨立半導體綠色照明系統(tǒng)和并網(wǎng)半導體綠色照明系統(tǒng)2種。

1）獨立半導體綠色照明系統(tǒng)。它的特點是系統(tǒng)可以脫離電網(wǎng)獨立運行，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)，它的結構框圖如圖1所示。

2）并網(wǎng)半導體綠色照明系統(tǒng)。這是一種最經(jīng)濟實用的太陽能光伏發(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LED照明需要用電時從電網(wǎng)中取電。由于這個系統(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)電的角度關注這個問題罷了。它的結構方框圖如圖2所示。

6 綠色照明的意義

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

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

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