【正文】 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的功率型硅襯底 led 芯片封裝后光效達(dá)到 78lm/W。 2021 年 8 月，科技部啟動(dòng)了 “ 十一五 ”863 計(jì)劃新材料領(lǐng)域 “ 半導(dǎo)體照明工程 ” 重大項(xiàng)目，安排經(jīng)費(fèi) 億元，對(duì)半導(dǎo)體照明全產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)的突破和支撐產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了全面部署。除發(fā)光效率外，我國(guó) LED 技術(shù)環(huán)節(jié)還存在產(chǎn)品的可靠性、一致性相對(duì)較差，量產(chǎn)能力也和國(guó)際水平有一定差距。從下游封裝做起，逐步進(jìn)入上游外延片生產(chǎn)， 2021 開始加大了對(duì)高亮度四元芯片和 GaN 芯片的投資。要把 2021 奧運(yùn)會(huì)辦成最成功的一屆奧運(yùn)會(huì)，光伏發(fā)電的應(yīng)用必然擔(dān)當(dāng)重要的角色，在所有 17 場(chǎng)館，光伏發(fā)電、 LED 照明在奧運(yùn)場(chǎng)館建設(shè)中必然會(huì)占重要地位。另外，中科院電工所先后建成了西藏雙湖 25KW、安多 100KW、班戈 70KW，和尼瑪 40KW 光伏電站的建設(shè)。 2021 年 11 月，由國(guó)家計(jì)委組織實(shí)施的“西部省份無電鄉(xiāng)通電工程光伏發(fā)電站 (含風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站 )建設(shè)項(xiàng)目”正式啟動(dòng)，該項(xiàng)目是“中國(guó)光 明工程”計(jì)劃的重要組成部分，涉及青海省、新疆維吾爾自治區(qū)、西藏自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)、甘肅省、四川省、陜西省等七省區(qū)。 1996年，我國(guó)由國(guó)家計(jì)委牽頭制定了實(shí)施“中國(guó)光明工程”的計(jì)劃。通過在人口相對(duì)集中的地區(qū)建立設(shè)備容量 100KVA以下的獨(dú)立光伏電站，解決鄉(xiāng)村的基本生產(chǎn)、辦公、生活用電需要。在我國(guó)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展、綜合國(guó)力的不斷提高和科技的進(jìn)步，特別是“西部開發(fā)”戰(zhàn)略的實(shí)施，利用西部地區(qū)豐富的太陽能、風(fēng)能資源解決幾千萬人口的用電問題這一偉大構(gòu)想己經(jīng)逐步成為現(xiàn)實(shí)。 2021~2021 年，受德國(guó)巨大的市場(chǎng)需求影響，國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)產(chǎn)能迅速擴(kuò)展，產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)。市場(chǎng)穩(wěn)步擴(kuò)大，國(guó)家和地方政府開始制訂光伏計(jì)劃。從上世紀(jì) 70 年代初到 80 年代末，由于成本高，太陽電池在地面的應(yīng)用非常有限。 1971 年，首次將光伏電池成功應(yīng)用于東方紅 2 號(hào)衛(wèi)星。臺(tái)灣地區(qū)近幾年也成長(zhǎng)了多家較有實(shí)力的外延片廠商，其中最大的是晶元 (Epistar)。當(dāng)然，作為高科技產(chǎn)業(yè)， LED 的技術(shù)仍在處于不斷進(jìn)步過程中，不排除未來由于新技術(shù)的涌現(xiàn)、新應(yīng)用領(lǐng)域的拓展而打破這一競(jìng)爭(zhēng)格局可能。 全球排名前五的廠商包括日本的日亞化學(xué) (Nichia)和豐田合成(ToyodaGosei)、美國(guó)的 Cree、 Philips Lumileds 和歐洲的歐司 朗(Osram)。美國(guó)和日本企業(yè)在技術(shù)、設(shè)備中具有壟斷優(yōu)勢(shì)，歐洲企業(yè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)強(qiáng)，所以主要從事高附加價(jià)值產(chǎn)品的生產(chǎn) , 造成全球 LED 高端產(chǎn)品市場(chǎng)集中度較高。 全球 LED 主要供應(yīng)國(guó)和地區(qū)是日本、臺(tái)灣、美國(guó)和歐洲 ,其中臺(tái)灣、大陸和韓國(guó)等非日本亞洲地區(qū)是全球 LED 產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)最快的地區(qū)。另外，阿根廷今年 12 日簽署法案，決定從 2021 年起徹底禁止普通燈泡的使用。 2021 年歐盟春季首腦會(huì)議上達(dá)成協(xié)議 ，決定歐盟各國(guó)將逐步用節(jié)能燈取代白熾燈；歐盟各國(guó)也擬通過立法從 2021 年開始禁止生產(chǎn)白熾燈泡。計(jì)劃的時(shí)間節(jié)點(diǎn)是 2021年達(dá) 20 /lmW ， 2021 年達(dá) 75 /lmW ， 2021 年達(dá) 150 /lmW 。 2021 年 4 月日本政府呼吁力爭(zhēng)到 2021 年為止，全面實(shí)現(xiàn)由白熾燈向熒光燈的轉(zhuǎn)換。 國(guó)外 LED光源照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r 日本于 1998 年率先實(shí)施“ 21 世紀(jì)照明”計(jì)劃，并在 2021 年完成用白光發(fā)光二極管照明替代 50%的傳統(tǒng)照明。制作高亮度LED 的材料主要為 AIGaAs、 AlInGaP 和 GaInAs。色度方面已實(shí)現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中重要的是，超高亮度白光 LED 的出現(xiàn)，使 LED 應(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場(chǎng)成為可能。單只 LED 的光通量也達(dá)到幾十流明。就是利用這種技術(shù)制造出任何可見顏色的光。 90 年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵 LED，隨即又制造出能產(chǎn) 13 生高強(qiáng)度的綠光和藍(lán)光銦氮鎵 Led。第一個(gè)有歷史意義的藍(lán)光 LED 也出現(xiàn)在 90 年代早期，再一次利用金鋼砂 — 早期的半導(dǎo)體光源的障 礙物。 80 年代早期到中期對(duì)砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED 的誕生，先是紅色，接著就是黃色，最后為綠色。盡管它不如歐洲的 LED 高效。用雙層磷化鎵蕊片（一個(gè)紅色另一個(gè)是綠色）能夠發(fā)出黃色光。磷化鎵的改變使得 LED 更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。第一個(gè)商用 LED 僅僅只能發(fā)出不可視的紅外光，但迅速應(yīng)用于感應(yīng)與光電領(lǐng)域。二十世紀(jì) 50 年代，英國(guó)科學(xué)家在電致發(fā)光的實(shí)驗(yàn)中使用半導(dǎo)體砷化鎵發(fā)明了第一個(gè)具有現(xiàn)代意義的 LED,并于 60 年代面世。 1936 年 Gee Destiau 出版了一個(gè)關(guān)于硫化鋅粉末 發(fā)射光的報(bào)告。 二十年代晚期 Bernhard Gudden 和 Robert Wichard 在德國(guó)使用從鋅硫化物與銅中提煉的黃磷發(fā)光。 國(guó)外 LED光源研究歷程 1907 年 Henry Joseph Round 第一次在一塊碳化硅里觀察到電致 12 發(fā)光現(xiàn)象。 圖 21 為 2021 年至 2021 年間光伏安裝總量統(tǒng)計(jì)情況；圖 22 為2021 年至 2021 年全球每年新增光伏安裝量及份額。光伏發(fā)電的快速增長(zhǎng)，使太陽能光伏發(fā)電不再局限于邊遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)供電及特殊應(yīng)用，開始向并網(wǎng)發(fā)電及與建筑結(jié)合供電的方向發(fā)展，逐漸由補(bǔ)充能源向替代能源過渡。 2021 年全年世界各國(guó)共安裝太陽能光伏組件達(dá) ，年增長(zhǎng)率高達(dá) 34，其中德國(guó)以全年 837MW 的總安裝容量居首，直到 2021年底光伏產(chǎn)業(yè)以連續(xù)五年超過 40%的速度向前發(fā)展，從市場(chǎng)需求的角度看，一個(gè)非常重要的原因在于光伏系統(tǒng)價(jià)格的持續(xù)大幅下降。日本計(jì) 劃累計(jì)安裝 5GW(日本新陽光計(jì)劃 )。到 2021 年，美國(guó)計(jì)劃累計(jì)安裝 (含百萬屋頂計(jì)劃 )。太陽能光伏產(chǎn)業(yè)已 10 經(jīng)存在一定的生產(chǎn)能力過剩。光伏產(chǎn)業(yè)在不同國(guó)家地區(qū)之間發(fā)展不平衡，無論是在技術(shù)、產(chǎn)量還是在市場(chǎng)運(yùn)作方面，發(fā)達(dá)國(guó)家和不發(fā)達(dá)國(guó)家之 間的發(fā)展差距很大，發(fā)展中國(guó)家已經(jīng)大大落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，而且在主要光伏應(yīng)用形式和技術(shù)特點(diǎn)上發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家也有所區(qū)別 。與此同時(shí)，太陽能電池售價(jià)也大幅度下降，己從上世紀(jì)五十年代 1785 美元 /瓦，降低到現(xiàn)在 2—— 3 美元 /瓦，并還有持續(xù)下降的趨勢(shì)。2021 年世界太陽電池總產(chǎn)量為 ，而 2021 年則突破了 1200MW大關(guān)，增長(zhǎng)率高達(dá) %， 2021 年，世界太陽能電池總產(chǎn)量 1656MW，其中日本仍居首位。 從總的發(fā)展趨勢(shì)來看，太陽電池從 1996 年以后，以 30%的年增長(zhǎng)幅度高速發(fā)展。1996 年， BP Solar 購(gòu)買加州 APS 技術(shù)，宣布實(shí) 施“太陽神工程，即開始磅化福電池商業(yè)生產(chǎn) 。 1995 年，第一個(gè)國(guó)際資助加速光伏商業(yè)化的國(guó)家培訓(xùn)項(xiàng)目在印度萬始。1990 年，世界光伏電池年產(chǎn)超過 。 1985 年單晶硅太陽 電池售價(jià) 10 美元 /瓦 。 1980 年， ARCO 太陽能成為世界上第一個(gè)年產(chǎn) 1Mw 太陽能電池生產(chǎn)廠家 。 1977 年，世界太陽能電池產(chǎn)量超過 500KW。 1974年，日本推出光伏發(fā)電的“陽光計(jì)劃” 。 除了單晶硅池電池外，多晶 澆鑄硅電池得到迅速發(fā)展。 1960 年， Hoffman 電子實(shí)現(xiàn)硅電池效率達(dá)到 14%， 1963 年， Sharp公司成功生產(chǎn)光伏電池組件，日本在一個(gè)燈塔安裝 242 瓦光伏電池列陣，在當(dāng)時(shí)是世界最大的光伏電池列陣。 由于價(jià)格昂貴，硅太陽電池開始僅用于地球衛(wèi)星、空間站等太空飛行器的供 電。 8 1954 年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的成功制備了具有實(shí)用價(jià)值的單晶硅太陽電池，該硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率為 %，幾年后提高到 10%左右。 第二章 項(xiàng)目國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、項(xiàng)目意義 本項(xiàng)目目標(biāo)產(chǎn)品國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 國(guó)外光伏發(fā)電研究歷程 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的歷史要追溯到 1839 年，當(dāng)時(shí)法國(guó) 人 Edmund Becquerel 發(fā)現(xiàn)了光伏現(xiàn)象。這些特點(diǎn)恰好與 LED 相匹配，兩者結(jié)合將獲得很高的能源利用率、較高的安全性能和可靠性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全、高效的照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)十分完美的結(jié)合。由于 LED 的工作電流是直流，且電壓較低。同時(shí)，借助于并網(wǎng)技術(shù)或利用蓄電池充放能量，使其優(yōu)勢(shì)更加明顯。 7 項(xiàng)目可行性研究依據(jù) 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)能與 LED 照明完美結(jié)合的關(guān)鍵在于兩者同為直流電、電壓低且能互相匹配。 可見，本項(xiàng)目的目標(biāo)產(chǎn)品高效 LED 光伏戶外照明系統(tǒng)的開發(fā)如果完成了太陽電池與 LED 電學(xué)性能的最佳匹配，同時(shí)，保證太陽電池發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池的合理利用，便可真正實(shí)現(xiàn)最大限度的綠色環(huán)保理念。但 LED 燈具的耗電功率要比直流熒 光燈低的多，節(jié)能效果顯著。因此 LED 燈的效率要更高。只要將燈桿下相應(yīng)面積的地面照亮即可。 （ 3） LED 特別適合使用在太陽能路燈照明。在太陽輻射不足的幾個(gè)月，由于蓄電池的充電不足，使蓄電池放電時(shí)端電壓也較低，使負(fù)載工作電流較小，功率也小，這樣系統(tǒng)能夠工作較長(zhǎng)的時(shí)間。使得兩者結(jié)合不需要變頻器和逆變器等將直流變交流的過程，因此大大提高了整個(gè)照明系統(tǒng)的效率，降低了功耗和系統(tǒng)成本。 LED 光源用于光伏照明的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)： （ 1）太陽能電池是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件 PN 結(jié)，而LED 是一 種將電能轉(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體器件 PN 結(jié)，因此作為集成了太陽能光伏發(fā)電和 LED 光源的照明系統(tǒng)，從 PN 結(jié)發(fā)電，再到 PN 結(jié)發(fā)光是新一代能源和新一代光源的完美結(jié)合。所以，利用清潔的、取之不盡、用之不竭的太陽能為能源，與功耗低、壽命長(zhǎng) (10 萬小時(shí) )、光效高 (2021 年達(dá) 50—— 80 /lmW 、2021 年可達(dá) 100—— 120 /lmW 、反應(yīng)速度快、環(huán)保的 LED 相結(jié)合，將在直流低壓條件下實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全、高效的照明系統(tǒng)。如果將太陽電池與 LED 相結(jié)合，將無須任何的逆變器進(jìn)行交、直流或高、低壓電的轉(zhuǎn)換。太陽電池是直接將光能轉(zhuǎn)化為直流電能的，且太陽電池組件可以通過串、并聯(lián)的方式任意組合，得到實(shí)際需要的電壓。當(dāng)利用常規(guī)供電系統(tǒng)(交流電， 110v， 220v， 380v 等 )作為 LED 的電源時(shí)，必須將電源轉(zhuǎn)變成低壓、直流電才能使用。 項(xiàng)目目標(biāo)產(chǎn)品及主要優(yōu)勢(shì) 目標(biāo)產(chǎn)品 高效 LED 光伏戶外照明系 統(tǒng)。所以， LED 光伏照明系統(tǒng)的開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 正是基于光伏照 明和 LED 光源的各自優(yōu)勢(shì)，本項(xiàng)目將兩者結(jié)合取代傳統(tǒng)光源應(yīng)用于光伏照明系統(tǒng)，徹底地解決了傳統(tǒng)的光伏照明系統(tǒng)存在的交流逆變不可靠、燈管壽命短、耗電量大、效率低等缺點(diǎn)。充分開發(fā)太陽能是世界各國(guó)政府可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略決策。同時(shí)又是集光電子半導(dǎo)體、電力電子、現(xiàn)代電力系統(tǒng)、電機(jī)學(xué)、電化學(xué)和現(xiàn)代控制理論等高新技術(shù)于一體的交叉科研課題。因此，“綠色照明工程”應(yīng)運(yùn)而生。為此，照明節(jié)電具有重要意義。我國(guó)照明消耗約占整個(gè)電力消耗的 20％。所以，節(jié)能、環(huán)保、防恐、防災(zāi)是擺在電力行業(yè)面前最主要的、永恒的話題。 1 目 錄 第一章 總論 ............................................... 4 ........................................................................................................ 4 ................................................................................ 5 .................................................. 5 .................................................. 5 ....................................................................................... 7 第二章 項(xiàng)目國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、項(xiàng)目意義 ............................. 7 .............................................................. 7 ...................................... 7 ...................................... 9 LED光源研究歷程 ..................................... 11 LED光源照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r .............................. 13 ............................................................ 15 ............................ 15 LED光源應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢(shì) ............................... 17