“绿色照明”的真正内涵

张彦军　明习凤

摘要 太阳能技术以及LED技术的发展为整个社会注入新的元素。由太阳能供电、LED照明以及中间许多的PN结构成的整个照明系统可以称为真正意义上的绿色照明。文中提出的太阳能电池—发光二极管，即PN结—PN结的半导体绿色照明系统，具有目前世界上任何照明系统所不能比拟的优点：清洁，没有任何污染，高效率以及长寿命。

关键词 太阳能；绿色照明；LED；PN结

中图分类号：TK519 文献标识码：A 文章编号：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

“绿色照明”是20世纪90年代初期国际上对节约电能、保护环境和资源型照明系统的形象性说法，它决不能单纯地就字面意义理解为绿颜色光的照明或对绿色物品的照明。按科学定义来讲，绿色照明是指通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品，包括电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材以及调光控制设备和光控器件，最终达到高效、舒适、安全、经济、有益环境和改善提高人们工作、学习生活的条件和质量，以及有益人们身心的健康，并体现现代文明的照明系统。

1 实施绿色照明的意义及节能的重要性

当前人类社会面临着人口剧增、资源枯竭和生态环境恶化3大问题，因此，控制人口、节约资源、保护环境无疑成为当今世界各国共同关注的3大主题。在世界性保护生态环境绿色文明浪潮的呼声中，不可忽视绿色照明这一重要措施。绿色照明的核心是节能，效率提高的最终目的还是为了节约能源。中国是拥有十几亿人口、幅员辽阔的大国，如果处处节约，人人节约，汇总起来就是一个了不起的数字。党中央号召建设节约型社会，建设和谐社会，节约包括各种资源，其中能源是最重要的一个方面。

2 目前大家对绿色照明的理解

怎样实现真正意义上的绿色照明？人们把目光聚集在LED这种新型光源上。它具有寿命长、启动时间短、结构牢固、节能、发光体接近点光源、薄型灯具、灯具材料选择范围大、不需要加反射器、低压、没有紫外辐射等优点，尤其在公共环境中使用更加安全。再加上LED光源生产可实现无汞化，对环境保护和节约能源具有重要意义。

鉴于以上特点，LED被誉为21世纪的绿色照明产品，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，但揭示了半导体未来的应用前景和增长潜力。所以，LED照明被认为是“半导体绿色照明”，这是目前人们对半导体绿色照明的理解。

3 现在部分地区发展现状

但是真正意义上的绿色照明不仅仅体现在照明电器产品的效率高、寿命长、安全和性能稳定上，而是应该从能源的获取、传输，最后到照明电器产品的选择，整个一条链条的节能、环保去考虑。以德州地区为例，据了解，城郊的一些少人区采用的是太阳能供电的照明灯，但是其照明电器大部分是钠灯、汞灯。而另一方面，部分草坪灯、景观灯虽然实现LED照明设计，但却也是从电网获取电源，没有完全实现真正意义上的绿色照明。

4 太阳能技术的发展为真正的绿色照明确立了发展方向

近年来，太阳能光伏技术得到突飞猛进的发展，本技术利用电池组件将太阳能直接转变为电能，特别适用于太阳辐射强度大的高纬度地区。在太阳能光伏技术中起主导作用的是硅晶体太阳能电池。它是另一种半导体器件，同LED一样，它也是由PN结组成，结构简单，寿命长（可达到25年以上）原材料来源丰富，可靠性高，工作无噪声。太阳能技术的发展为真正的绿色照明确立了明确的方向。

5 真正的绿色照明

众所周知，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，而使用寿命可达10万小时以上。这种PN结—PN结的照明就是真正意义上的绿色照明。

太阳能电池的普及和LED照明技术的进步使人们可以站在另一个高度来审视什么是未来真正的绿色照明。未来最有前途的绿色照明系统应该是：太阳能电池—发光二极管，即PN结—PN结的半导体绿色照明系统，它具有目前世界上任何照明系统所不能比拟的优点：清洁，没有任何污染，高效率和长寿命。它们的组合方式有独立半导体绿色照明系统和并网半导体绿色照明系统2种。

1）独立半导体绿色照明系统。它的特点是系统可以脱离电网独立运行，典型的例子是目前流行的太阳能路灯、太阳能草坪灯、户用太阳能照明系统，它的结构框图如图1所示。

2）并网半导体绿色照明系统。这是一种最经济实用的太阳能光伏发电系统。太阳电池的电能通过DC/AC三相同步逆变器送到电网中，当LED照明需要用电时从电网中取电。由于这个系统不需要蓄电池，所以效率高，并且没有蓄电池造成环境污染的后顾之忧。目前世界上生产的太阳电池的一半以上已经用于并网发电系统中。在这种情况下，LED照明已经是并网的半导体绿色照明系统，只不过人们还没有站在太阳电池发电的角度关注这个问题罢了。它的结构方框图如图2所示。

6 绿色照明的意义

6.1 半导体绿色照明的概念可以扩展到能源的获取通过以上的分析可以认为，目前人们对半导体绿色照明的理解是停留在LED照明上的狭义半导体绿色照明，由于太阳电池这个极具有发展潜力的半导体新能源的出现，完全有理由从系统上去审视半导体绿色照明：它应该是由半导体发电，由半导体控制电路和半导体LED光源组成的一个没有任何污染的、人类最理想的照明系统，可以称之为广义半导体照明。

6.2 在2个“PN结”中间还应该有无数个“PN结”太阳电池到LED之间需要比较复杂、甚至非常复杂的控制电路进行连接，它们完全是由半导体器件完成，也就是无数个“PN结”来完成。在独立半导体绿色照明系统中，需要对蓄电池进行充电、放电控制：为了满足LED低电压、恒电流的工作特性，还要对电源进行高效率的电压、电流变换以及许多如自动开关方面的控制。对于并网半导体绿色照明系统，需要DC/AC三相同步逆变器、太阳电池最大工作点跟踪装置，以及为了满足LED低电压、恒电流的工作特性，对电源进行高效率的电压、电流变换等许多控制。所以说，在太阳电池和LED两个“PN结”中间还应该有无数个“PN结”，它们组成真正的半导体绿色照明。

6.3 半导体绿色照明是整个半导体产业的任务半导体绿色照明不仅仅是LED研发、生产部门的任务。它应该是硅材料、太阳电池制造、太阳电池组件制造、集成电路的设计和制造、半导体功率器件制造和LED研发、生产部门的共同任务。尤其是系统中专用集成电路的设计是非常重要的，并且是十分迫切的，使用通用标准集成电路来制造半导体绿色照明灯具，无论从节能上还是价格上都不能满足市场的需要。