电光转换效率超50%！IPG发力低碳环保，践行绿色生产

　　近年来，“双碳”战略目标为我国经济社会发展带来了新的机遇。在这一战略目标的引领下，我国持续推进新一轮科技革命和产业变革，节能环保、绿色制造也逐渐成为产业升级的重点方向之一。
 

　　作为推动产业升级的关键利器，激光技术近年来也在不断进行技术革新。过去几年，激光技术的升级方向更聚焦于提高功率以带来加工效率的提升。随着“双碳”战略目标的确立(2060年实现碳中和)，人们对节能环保、能效利用的关注度也开始提高，一些大型制造企业选择激光产品时也开始将更高的电光转换效率纳入选择标准。毫无疑问，更高的电光转换效率能够减少电力消耗、减少碳足迹、减少煤炭燃烧量以及大气层中的CO₂，可以实现对环境、激光设备用户、激光器制造商的三赢。
 

　　多年打磨——电光效率超50％ ，IPG技术持续抢位
 

　　在双碳经济成为社会关注热点之前，激光器制造商们已将追求更高的电光效率作为体现自身技术优势的方向。电光转换效率是体现激光器性能的关键指标之一，电光转换效率越高，所需的输入功率(电功率)就越少，既能降低设备整体能耗，也能相应减少设备的发热量，延缓设备老化速度，使设备的使用寿命更长。
 

　　然而，过去几年中国激光市场正处于快速扩张阶段，大家更关注如何提高功率、提升加工速度，尤其是2020年进入万瓦激光爆发期，原本罕有的万瓦技术几乎成为所有企业公开亮相的标配。对用户而言，功率更高、速度更快的吸引力远大于更节能、更省电。
 

　　在国内企业扎堆万瓦、扎堆冲刺更高功率的时候，光纤激光器企业IPG早早就意识到节能环保的大势，在保持传统高功率产品优势的同时，不断致力于在兼顾加工效率和生产成本的前提下提高能源效率，为客户提供长期稳定的激光产品。早在2015年，IPG便推出了电光转化效率超过40%的激光器产品。2020年，这一数据被更新到50%(YLS-ECO系列激光器)！
 

　　2022年，IPG将这一高效节能技术应用至更高功率的产品，并在中国市场正式发布YLS-ECO系列高效节能光纤激光器。该系列激光器电光转化效率超50%，功率覆盖4000-30000 W。7月15日，IPG召开YLS-ECO激光器新品发布会，详细解读了该款创新技术的优势与特点。

　　据IPG官方披露，能够实现如此高的电光转化效率，来源于其创新技术——包层侧泵浦技术和分布式单发射芯结二极管泵浦结构。
 

　　包层侧泵浦技术，由多模泵浦光纤和单模掺杂芯光纤组成双光纤结构，将多模二极管光转换成单模光纤激光器，具有极高的效率和高亮度。相比其他光纤激光器普遍使用端面泵浦而言，具有更高的效率和光束质量(因为端面泵通常需要使用反射镜，并且可能需要在激光器内保持正气压，以避免灰尘和其他污染物)。

　　分布式单发射芯结二极管泵浦结构是将多个单发射极半导体二极管形成独立的发光元件组件，其中任何单个发射器泵的故障都不会影响其余泵组件的性能，以此提供高效可靠的电源。同时，IPG单发射极二极管的耦合效率(90-95%)和能量效率(50-60%)均明显高于条形堆叠替代方案。

　　功耗实测——高效率基础上能耗再降20％，节能降碳双管齐下
 

　　然而，超过50%的电光转化效率一度引发业内质疑。有人认为，基于光纤激光器的原理和结构，是不可能实现电光转化效率超过50%的。为验证这一点，IPG在最新发布的YLS-ECO系列产品中附带了实时电能采集工具包——能够实时监测激光输出功率和能耗的功率采集器。
 

　　据悉，该功率采集器能够实时监测电压及电流的等比变化情况，通过功率与时间的积分算法，得出动态功率下的真实电能消耗数据，每个采样节点都通过总线形式将信息汇总到中央处理软件。在软件中可以按照客户的实际使用频次进行参数的预设，包括每天加工时长，每年工作天数以及电费单价，系统将根据这些信息计算出全年的电能消耗以及电费支出情况。
 

　　本次测试的主体是一台20 kW的IPG YLS-ECO激光器和一台常规20 kW 激光器。两台激光器在相同环境下同时满功率出光，经测算发现，YLS-ECO激光器输出20 kW功率的激光时消耗的电功率约为39.87kW(电光转换效率50.16%)，常规版激光器输出20 kW功率的激光时消耗的电功率约为49.69kW(电光转换效率40.25%)。这一数据意味着，IPG的YLS-ECO激光器，比电光转换效率本就处在较高水平的IPG常规版激光器，能耗还将再降低20%！
 

　　如此高的电光转换效率，在实际工业应用中又将起到什么作用？最直观的好处是：覆盖多种功率段的节能技术，让更多的用户在提升工作效率改善产品品质的同时，通过节能的途径降低单个工件的生产成本。而针对中厚板加工量巨大、加工环境恶劣、能耗高的行业(如工程机械、矿机、钢结构等重工领域)，YLS-ECO系列激光器能够助企业实现降低能耗及碳排放的目标，实现更高效的绿色制造。
 

　　IPG表示，以每天工作16小时，每年工作300天为例，20 kW YLS-ECO激光器每年可省电11.87万度。按照目前火电的碳排放量计算(每度电约产生0.7-1.0公斤二氧化碳，此处取0.7公斤)，一台ECO 20kW激光器每年可减少84吨二氧化碳排放，大约相当与178亩森林的碳中和效果(根据森林蓄积量扩展法估计)。
 

　　此外，据《IPG 2022年可持续发展报告》披露，2011-2021年，与传统激光器相比，使用IPG激光器使二氧化碳排放量减少了3400万吨，为客户节省电力65太瓦时。
 

　　超高的功率稳定性，预期寿命超过10年以上
 

　　要真正发挥节能优势，产品的稳定可靠至关重要。如果空有高电光效率，但时常需要停机维护，甚至一两年就要大修、更换，其造成的浪费将远高于节能的价值。
 

　　幸运的是，IPG产品一向以稳定著称，市面上不乏服役十年以上的IPG激光器，它们在铝罐厂、矿山机械制造、农机、汽车零部件制造等工厂昼夜不休，持续为客户创造价值。大量用户反馈说，IPG激光器投产后极少出现故障，功率几乎没有衰减，切割速度、亮度和精度一直保持“年轻状态”。这种稳定性和可靠性，为产量大、交期密集、高负荷生产的客户提供了有力支持。

　　更为重要的是，长期稳定性更够更大限度得发挥高效节能的特点，确保设备为用户源源不断地创造价值。IPG将用50%的电光转换效率，为最严苛的应用提供长期稳定激光功率，让设备投资为用户带来长期而持续的回报。
 

　　我国力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。要实现这一战略目标，离不开各行各业的共同努力，离不开绿色制造的推进，离不开对能源的高效利用。激光技术本身就凭借高效、环保等优势在产业升级中发挥了巨大作用，而更高效的光源将让这一优势成倍放大，成为我国推进双碳战略的关键一环。
 

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