太阳能电池赋予“半导体绿色照明”新的内涵 [3]

　　4 半导体绿色照明的“昨天、今天和明天”
            　　
　　太阳电池进入实用阶段不久，太阳电池就被应用在照明领域。在我国，早在70年代初太阳电池就被使用在航标灯上。紧接着，为了解决无电源地区的照明问题，太阳能照明灯就越来越多的出现。当然，那个时代由于半导体光源LED还没有普及，太阳能照明灯的光源部分采用的是白炽灯和荧光灯，但是这个阶段为今天的半导体绿色照明做了积极的技术准备。

　　进入90 年代，半导体绿色照明进入了真正的快速发展时期。大量的太阳能电池和LED组合而成的交通信号灯被广泛的使用；太阳能电池和LED组合而成的各种照明灯具也出现了。这里特别要提一下的是这个领域的一个成功典型——太阳能草坪灯，太阳能草坪灯是我国太阳能电池和LED应用领域的一个不可忽视的重要分支。
            　　
　　2004年的出口数量已经超过一亿盏，太阳能电池的消耗数量20MW左右，LED的消耗量在1-2亿只，这些数量的太阳电池和LED组成的半导体照明系统无论是太阳能照明还是LED照明都是目前我国生产的数量最大的。1.2V的小型蓄电池的消耗也将超过一亿只，这绝对是一个让人心动的统计数据。它的生产主要分布在广东、福建、浙江沿海一带，它是由0.2-0.3W的太阳电池和1-2只LED组成，它们之间由一个控制和升压起来电路连接，电路机构虽然比较简单，但是它给半导体照明许多启示，提出了系统中需要研究解决的问题：

            　　1）适合为LED 供电的高效率太阳能电池研究。
            　　2）太阳能电池和LED半导体照明系统中微功耗控制器，高效率逆变器研究，并网发电技术研究。
            　　3）太阳能和LED半导体照明系统中高效率，长寿命蓄电技术研究。
            　　4）高效率LED及其照明灯具研究。
            　　5）太阳电池和LED之间的阻抗匹配研究。
            　　
　　除此以外，无锡尚德太阳能电力公司还开发了专用的半导体照明控制芯片，并且在此基础上设计和制造了一体化半导体照明模块，它的结构照片是图3，从照片上可以看到，它的正面是太阳电池，背面是采用“软封装”的专用的半导体照明控制芯片和LED，它特别适合所以在太阳能草坪灯上，同时也适合于照明，目前它已经出口印度尼西亚地震灾区，供灾民照明使用。


              
                                              图3 一体化半导体照明模块
            　　
　　2005年10月，在第15届国际光伏科学与工程大会上，夏普公司展出了他们设计的背面安装了LED的太阳电池玻璃幕墙，这种新型的太阳电池和LED共同组成的玻璃幕墙在大会上引起了大家的关注，它的结构照片是图4。


                                                   图4 太阳电池玻璃幕墙
            　　
　　从目前的技术上看，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。

　　OLED（有机LED）技术也可能给半导体照明一个更有前途的发展空间，我们可以在一个面做上硅晶体薄膜太阳电池，另个面做上OLED薄膜，这样的太阳电池和LED组成的照明系统无论从制造工艺上还是从价格上看都会有巨大的进步。

　　太阳能电池正在以出乎人们预料的惊人速度发展。根据科学家的保守估计，在未来的10年里，太阳能电池的平均转换效率要达到20%以上，而价格要下降一半，这就是说，10年以后的今天，我们用于照明电力的一半可能来于太阳能，达到从PN结到PN结真正的绿色照明。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，这是真正意义上的的绿色照明。