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太阳能电池与发光二极管的异曲同工之妙

2007-11-03 09:53
天堂的苦涩
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                                                     无锡尚德太阳能电力 孟昭渊

发光二极管又称LED,是一种半导体发光元件。近年来,由于LED技术的突飞猛进的发展和世界性能源的紧张,“半导体绿色照明”的概念被越来越多的人接受。2004年,国家半导体照明工程协调领导小组宣告成立,科技部会同信息产业部、建设部、教育部、中国轻工业联合会、中科院等开始共同启动半导体照明工程。
              
在国际上,通用电气、飞利浦、欧司朗纷纷与半导体公司结合,建立半导体照明公司。美国《激光世界》曾撰文称:到2025年白光LED将占照明灯具市场的25%以上份额。业内人士预计2005-2010年全球LED照明市场规模将逾10亿美元。国外也有报道称:5年后半导体灯替代20%的白炽灯。这个估计可能比较乐观,但揭示了半导体灯未来的应用前景和增长潜力。据统计:若台湾地区25%的白炽灯和全部日光灯被白光LED取代,每年可节省110亿度电力,相当于一座核电站的供电能力。由于照明消耗占整个电力消耗的20%,全球每年使用这种光源所节省的电能达1000亿美元,因此大力发展白光LED技术将是保护环境和节省能源的一个有效途径。在未来二十年内使用固态照明有减低全球用于照明的用电量50%,及节省全球电力总消耗量10%。

“半导体绿色照明”就是LED照明,这就是目前人们对“半导体绿色照明”的理解。
              
近年来,和LED技术同时得到突飞猛进发展的还有太阳电池技术,尽管太阳电池的种类有许多,但是在整个光伏发电领域由于晶体硅太阳电池相对优越的使用寿命、转换效率等性能,起主导地位的是晶体硅太阳电池,目前人们所讲的太阳电池,基本上就是硅晶体太阳电池。
              
硅晶体太阳能电池是另一种半导体器件,和LED一样,它也是由PN结组成,它是一个面积比LED大几千倍甚至上万倍的PN结。它的寿命可以达到25年以上,原材料来源丰富,可靠性高,工作无噪声。太阳能作电池作为取自太阳能的绿色能源,是一种半导体器件。它结构简单,寿命长,是取之不尽,用之不竭的能源,是本世纪最有前途的能源。有人估计,到2050年,人类的能源主要来自太阳能电池,这种估计是有充分理论根据的。首先,到2010年,大规模生产的太阳能电池的转换效率平均可以达到20%以上,而且价格下降一半。也就是说,人类在10年之内就会在太阳能电池技术上取得惊人的成就,今天不可使用太阳能电池的许多场合,10年以后可以使用上太阳能电池,例如城市的太阳能电池并网发电系统,每千瓦时价格也可能接近普通电网水平。太阳能路灯,太阳能庭院灯,高速公路上的各种信号灯,许多供电困难的场合,或者输送电力成本昂贵的场合,目前由于太阳能电池价格过高,或者由于太阳能电池效率低,单位面积的功率小,没有合适的位置安放太阳能电池,这些问题那时可能得到解决。和LED技术一样,太阳电池的发展目前也遇到了一些暂时的技术难题。回顾人类1954年制造出现代硅太阳能电池,1958年应用在宇宙飞船上,60年代初空间太阳能电池的设计已经成熟。以后十多年,太阳能电池主要应用在空间。70年代太阳能电池的转换效率已经有了明显提高,到70年代末,由于制造成本下降,地面应用太阳能电池数量已经超过空间应用数量。80年代至今,晶体硅太阳能电池的效率从18%增加到25%,这就是说,未来人类主要电力来源于太阳能电池是完全可能的。

在这里我们把它们的特性作一比较,可以发现它们何其相似:

都是半导体器件:太阳电池和LED一样,都是半导体器件,都是由PN结构成的二极管;只不过太阳电池是将光线转换为电能,LED是将电能转换为光线。

有相同的温度特性:它们都有负的温度系数,温度每上升1度,单片太阳电池的电压要下降2毫伏;对于LED,温度每上升10度,其光通量下降一半,当温度达到80℃时,其光通量下降至0;同样,在这个温度下,太阳电池也接近于不能够工作了。

有相同的长使用寿命:太阳电池组件的使用寿命为25-30年,是各种电池和发电装置使用寿命最长的,LED的使用寿命可以达到10万小时(非白色),也是各种电光源中使用寿命最长的。

封装技术非常相似:太阳电池和LED都需要用透光性能好、抗紫外线、密封性能好的材料进行封装,封装技术决定了太阳电池和LED的使用性能和寿命。
              
电流、电压特性相似:由于太阳电池和LED一样,都是半导体器件,由PN结组成,所以太阳电池的输出特性曲线和LED的电流、电压特性曲线非常相似,都有一个明显的拐点。对于太阳电池,这个拐点就是太阳电池的最大输出功率点;对于LED,这个拐点就对应着它的工作电压,超过这个电压,LED就会过载而烧毁。
              
都面临同样的应用发展瓶颈:太阳电池的普及瓶颈主要是价格比较高。LED存在的技术问题还要多一些,目前商品化的白光LED的效率在20-30Lm/W,和节能灯、钠灯比,还相差很远;另外它的显色性不好,使用寿命虽然比其他光源长,但离10万小时的寿命还相差很远。LED目前成功应用在各种信号灯、显示屏和装饰性景观照明上,对于真正意义上的照明还有一段路要走。

都是绿色环保产品:这两种产品都是绿色环保产品。目前我们所能够见到的高效率的电光源中基本上都有污染环境的稀土材料、有害气体或者放射性元素,而LED就很少存在这个问题。太阳电池更是一种对环境没有任何污染的清洁能源,甚至连风力发电的噪声都没有。

在使用中都需要控制电路的支撑:正如同太阳电池的使用必须有控制器或者逆变器一样,LED的使用也必须有恒流或者恒压电路。没有控制电路的支撑,无论太阳电池还是LED,都不能正常工作。

市场定位非常一致:在人类的能源领域里,太阳电池目前还只能够使用在一些特殊场合或者作为其他能源的一种补充;LED在照明领域里目前也只能够用于非常规照明方面(各种信号灯、显示屏和装饰性景观照明),对于真正意义上的照明还有待技术上的进步。

二者的结合将是真正的绿色照明:据估计,20年以后的今天,我们用于照明电力的一半以上可能来于太阳能。在人类的发电技术中,太阳能光伏发电是真正没有任何污染而可以给我们提供电能的技术。大家知道,太阳能电池是一个巨大的PN结,它把太阳能转换为电能。LED是另一个可以将电能转换为光线的PN结,它的转换效率一天一天在提高,据说不久就可以达到节能灯的水平,而使用寿命可以达到10万小时以上,这种从PN结——PN结的照明是真正意义上的绿色照明。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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