Производство уличных светильников

26 февраля в международном конгресс-центре "ИнфоПространство" по инициативе госкорпорации РОСНАНО состоялся круглый стол, в рамках которого обсуждалась технологическая дорожная карта "Долгосрочная программа развития светодиодной промышленности и светодиодного освещения в России".

В работе круглого стола приняли участие специалисты по светодиодной технике, научные эксперты изучающие светодиодные светильники, а также представители федеральных и муниципальных органов власти.

Руководитель сертификационного центра госкорпорации "Роснанотех" В.Иванов первым выступил с презентацией. Он отметил, что целью дорожной карты по развитию светодиодной индустрии является развитие в России нового направления промышленности, основанного на нанотехнологиях: массового производства светодиодов и светотехнических устройств на их основе. Будут разработаны технологии, позволяющие максимально быстро создавать и внедрять светодиодное освещение.

Что касается развития рынка светодиодной продукции, то аналитики дают весьма оптимистичные прогнозы. До 2012 года предполагается интенсивный рост – порядка 23% в год. Основной стимул этого роста – замещение люминесцентных ламп и ламп накаливания более эффективными и перспективными источниками света – светодиодами. Объем мирового рынка светодиодов в 2007 году составил 4,2 млрд. долл. Согласно прогнозам, в 2012 году его объем составит 12 млрд. долл.

На начало 2007 года объем российского рынка светотехники, по данным ИА "РБК", составил около 1,7 млрд.долл. Рост рынка составляет в среднем 13% и ожидается на уровне 15% в ближайшие 3–5 лет.

В докладе В.Иванова обсуждались проблемы технологии полупроводниковых и органических светодиодов (LED и OLED). К сожалению, сегодня офисные светодиодные светильники в России значительно отстают от ведущих мировых держав в этой области. Но благодаря тому, что уже сейчас РОСНАНО запущен пилотный проект по созданию производства неорганических светодиодов, к 2012 году предполагается сократить отставание (получить светоотдачу на уровне 120лм/Вт). Большие надежды РОСНАНО возлагает на научный потенциал страны.

Основная тенденция развития технологии традиционных светодиодов – повышение световой эффективности за счет более совершенных материалов подложек и кристаллодержателей с очень малым тепловым сопротивлением.

Другими важными направлениями развития являются: применение эффекта Пельтье непосредственно под излучающим кристаллом при больших плотностях тока (до 200 А/см2); интеграция групп кристаллов в одну структуру с параллельным их включением внутри самой структуры; совершенствование широкополосной излучающей полупроводниковой структуры (прежде всего для белых светодиодов с люминофорами); совершенствование конструкции светодиода; достижение значений светового потока 120 лм с 16-кристальной матрицы белого цвета размером 50×50 мм на кристаллах 250×250 мкм.

Относительно перспектив развития органических светодиодов можно сказать следующее. В России офисные светодиодные светильники серийно не производятся, но ведутся разработки на стадии НИОКР, есть сильные команды. Поэтому необходима интенсификация разработок. Ожидается, что в перспективе (2010–2011 годы) могут быть разработаны офисные светодиодные светильники большой площади и другие устройства. Но для этого необходима закупка технологических линий.

В докладе В.Иванова отдельно рассматривался вопрос о сырьевых ресурсах и исходных материалах. Карбид кремния (SiC), нитрид галлия (GaN) и сапфир используются как подложки для эпитаксии слоев GaN. 90% карбида кремния производится для изготовления синих/белых светодиодов. GaN и экспериментальные подложки из нитрида алюминия (AlN) открывают новые возможности в технологии сложных светодиодов.

Для развития российских компаний, принимающих участие в программе развития светодиодной промышленности, констатировал В.Иванов, необходимы следующие меры:

  • поддержка государством разработок перспективных конструкций светодиодов;
  • технологическое вооружение предприятий;
  • развитие отечественного производства оптимизированного технологического оборудования (с использованием импортных комплектующих);
  • развитие малотоннажного химического производства материалов для оптоэлектронной промышленности (подложек, реакционных газов и т.п.);
  • развитие диагностических (испытательных) центров;
  • введение мер (нормативов и т.п.), поощряющих энергосбережение и внедрение осветительных приборов на светодиодах для общего освещения, транспорта (в том числе железнодорожного).

Много внимания в своем докладе В.Иванов уделил вопросам государственного регулирования отрасли. Поскольку речь идет о новых устройствах, безусловно, нужно разработать программу стандартизации продукции светодиодной индустрии, создать метрологическую инструментальную базу, диагностические центры, подготовить соответствующие кадры. Важно ввести меры государственного регулирования спроса и стимулирования производства, и эти вопросы должны решаться на самом высоком государственном уровне.

Сейчас существуют серьезные проблемы с научными, конструкторскими, рабочими кадрами, а также с технологами. Сегодня, как никогда, необходимы централизованная поддержка научных школ, переподготовка кадров технологов и конструкторов, создание специализированных колледжей и техникумов для нужд промышленности.

В области стандартизации требуется разработка стандартов по подтверждению параметров и характеристик элементов светотехнических устройств и систем на их основе, а также конструктивных элементов установки и замены. Нужны общие стандарты по установочным размерам для крепления, устройствам электропитания, интерфейсам управления с учетом взаимозаменяемости ламп.

В области сертификации необходимо сформировать сеть лабораторий/центров по проверке и подтверждению параметров (характеристик) элементов светотехнических устройств и их безопасности.Проблема кадров частично будет решаться путем создания научно-образовательных центров (НОЦ) нанотехнологий.

Развитие производств светодиодной светотехники в инвестиционном плане – перспективное направление. Это связано в первую очередь с высокими темпами роста рынка из-за возрастающего спроса на светодиодные светильники потолочные со стороны потребителей. Светодиодные светильники приходят на замену традиционным источникам света, таким как лампы накаливания и энергосберегающие лампы. Использование светодиодных источников света позволит существенно сократить затраты на электроэнергию и эксплуатацию систем освещения. Обыкновенная лампа – 60 Вт, срок службы – 1 тыс. ч, светоотдача – 10–15 лм/Вт; энергосберегающая лампа – 16 Вт, срок службы – 15 тыс. ч, светоотдача – 45 лм/Вт; светодиод компании – 3,7 Вт, расчетное время работы – 50 тыс. ч, светоотдача – 90 лм/Вт (технология разработана компанией (Германия), впоследствии купленной группой).

М.Одноблюдов, исполнительный директор, выступил с презентацией проекта "Твердотельная светотехника: производство нового поколения экологически чистой и энергосберегающей светотехники на основе нанотехнологий".

Цель проекта – создание экологически чистого, нового, энергосберегающего промышленного производства, а также поколения сверхъярких светодиодов и светотехнических систем на их основе (светодиодов на базе неорганических элементов – нитрида галлия).

Планируется организовать полный цикл производства в России – от наногетероструктур до светильников на светодиодных чипах. При реализации этого проекта технология будет перенесена с пилотного производства в Германии на производственную линию в России. Постоянно будут проводиться НИОКР по улучшению технических характеристик светотехнических изделий, чипов, эпитаксиальных структур и сопутствующих элементов.

Участники проекта – выступающие как финансовые инвесторы корпорация Роснано. В данном проекте выполняет несколько функций, в том числе финансовое инвестирование и предоставление производственных площадей. Кстати, – заметный игрок на рынке светодиодного освещения, он производит линейку продукции на основе светодиодов и имеет налаженную филиальная сеть сбыта. Кроме того, Завод – это большое промышленное высокоэффективное предприятие, и в современной экономической ситуации его опыт в организации массового производства является важным для проекта фактором. Так же завод может продавать светодиодные светильники оптом по выгодным для покупателя ценам.

Проект развития светодиодной промышленности получил положительные заключения научно-технической, патентной и производственно-технологический экспертиз. Общий объем инвестиций в проект планируется 3 351 млн.руб., объем инвестиций РОСНАНО – 1 776 млн.руб. Предполагается, что выручка в 2013 году составит 6 млрд.руб.

Структура проекта такова: производство уличных светильников располагается в Санкт-Петербурге, в свободной экономической зоне, где имеется школа выращивания полупроводниковых гетероструктур. Производство светодиодов и светодиодных светильников будет организовано в Екатеринбурге на площадке Уральского оптико-механического завода. Научно-исследовательская работа (на данный момент список партнеров открыт) будет проводиться в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе (эпитаксия и технология чипов), Федеральном ядерном центре ВНИИ технической физики (г.Снежинск), где также имеется необходимое оборудование для производства гетероструктур на основе нитрида галлия, Уральском политехническом институте, в котором сейчас разрабатываются новые отечественные люминофоры. В качестве кузницы кадров преполагается использовать научно-образовательный центр в Санкт-Петербурге и Физико-технический университет на его базе.

Кроме этого, компания имеет центр опытно-конструкторских разработок в Нормандии, где есть полная линия по производству светодиодов – от выращивания эпитаксиальных пластин до чипов на пленке. Этот центр также будет в дальнейшем поддерживаться и повышать конкурентоспособность новой продукции.

Размер рынка светодиодов в 2008 году, по данным конференции Strategies in Light (бизнес-конференция и выставка, посвященная производству сверхъярких светодиодов), которая проходила в США, превысил 5 млрд. долл. И это несмотря на то, что в 2008 году начался финансово-экономический кризис. Так вот, годовой прирост отрасли превысил 10%, тогда как в 2007 году он составил 7% – это достаточно заметный рост даже в современных условиях. При том, что процент сегмента общего освещения на данный момент составляет порядка 10% от общего объема рынка. Этот сегмент имеет наибольший годовой прирост – его скорость прироста превышает 40%. Один из факторов, мешающих внедрению светодиодного освещения, – это стоимость люмена, т.е. это тот фактор, за который платит конечный потребитель.

Поэтому, чтобы стоимость изделия снизилась, надо уделять особое внимание не только экономическим факторам (снижение энергопотребления), но и технологическим.

Основных технологических факторов два.

1. Повышение эффективности. Сейчас эффективность в типовых моделях составляет 100 лм/Вт, а в лабораториях – 150 лм/Вт. Но над этой проблемой надо серьезно работать.При этом нужно помнить, что производство на основе чужих запатентованных технологий может принести большие убытки, так как есть риск того, что такое производство будет запрещено.

2. Повышение рабочей плотности тока (одновременно с повышением эффективности). Это позволит увеличить количество света, производимого светодиодной лампой, с поверхности чипа при сохранении его себестоимости, то есть напрямую снизить стоимость люмена. Но здесь существует много трудностей, и множество НИР сейчас посвящено проблеме увеличения и поддержания высокой эффективности чипа при повышении рабочей плотности тока. Светодиодные лампы должны скоро полностью заменить лампы накаливания.

Особое внимания уделяется патентной чистоте технологий, которые будут внедряться. Сегодня есть множество патентов в области производства кристаллов и чипов, несколько заявок находятся на рассмотрении, по нескольким – получен положительный ответ. На стадии рассмотрения находится 38 международных заявок, имеются и российские заявки по части технологий, связанных с эпитаксиальным выращиванием.

Что касается кадров, то их подготовка будет проводиться в научно-образовательном центре в Санкт-Петербурге и Физико-техническом университете на его базе. Между компанией и Физико-техническим университетом существует образовательный проект, в рамках которого предполагается финансировать подготовку инженерных кадров для будущего производства. Базовые кафедры ФТИ им. А.Ф.Иоффе, Санкт-петербургского электротехнического университета, Политехнического университета и Уральского политехнического института также будут принимать участие в подготовке специалистов. Совместный проект подан в РОСНАНО.

В заключение своего выступления М.Одноблюдов отметил, что в сотрудничестве с партнерами ( немецкие фирмы по производству светотехники) его компания делает первые шаги в применении светодиодов для светотехнических устройств и освещения офисов, коммерческих помещений, промышленных объектов, складов и хранилищ. Можно долго обсуждать, хороши ли светильники или плохи, какая у них эффективность, но это продукты, которые реально производятся и продаются в достаточно больших объемах.

В ходе дискуссии были высказаны интересные и конструктивные, а иногда и спорные предложения и мнения по производству светодиодных светильников.

А.Юнович, профессор МГУ. Конкурировать можно (про традиционные светодиоды), но достичь высоких показателей мы сможем только к 2012–2015 годам. Однако планировать надо уже сейчас. Сейчас максимальный уровень светоотдачи у мировых производителей в лабораторных условиях составляет порядка 150–160 лм/Вт. Лучшие светодиоды, которые я видел в наших лабораториях, при малых токах достигают 120 лм/Вт, но промышленные – не более 60 лм/Вт. Для сравнения – зарубежные производители смогли достичь 100–120 лм/Вт в промышленных масштабах.

В представленной дорожной карте, направление, связанное с OLED, отражено очень слабо. Понятно, что направление, связанное с традиционными светодиодами развивается примерно в течение полувека, и поэтому проблемы применения их в системах освещения решаются быстро. В то время как органические светодиоды как осветительное направление начало развиваться только последние несколько лет. Быть может, именно в связи с этим OLED имеет смысл вывести либо в отдельную дорожную карту, либо в подраздел?

Второе. Сейчас существуют две технологии изготовления органических светодиодов – из паровой фазы и из жидкой фазы – на основе полимерных соединений. В НИИ выбрана технология низкомолекулярных соединений из паровой фазы. На сегодняшний день это наиболее отработанная технология во всем мире.

Б.Казаков, генеральный директор, Москва. Первое. С учетом сегодняшнего состояния дел в промышленности, ставить задачу конкурировать с ведущими мировыми странами – излишне оптимистично. Главное – не пустить конкурентов на наш рынок. Поэтому сохранить отечественный рынок для России – основной приоритет.

И второе. Мне кажется, что максимальное внимание нужно уделить импорту и замещению компонентов и элементов, которые требуются для производства светодиодной техники, таких как нитрид галлиевых чипов и пр.

Генеральный директор. Сейчас ситуация складывается так, что все технологическое оборудование мы пытаемся закупить на Западе. Есть опасение, что так будет продолжаться дальше. Поэтому мне кажется, что производство оборудования для осаждения и травления пленок обязательно надо налаживать здесь, в России. И, конечно же, надо налаживать производство подложек. И в том, и в другом случае есть существенные заделы – и у нашей науки, и отчасти у нашего производства. Эта задача нам вполне по силам. Мне известно, что сейчас подложки, в том числе и сапфировые, уже экспортируются за рубеж нашими производителями. Есть серьезные, хорошие школы и небольшие производства, к сожалению, пока еще не очень крепко стоящие на ногах, которые выпускают подложки из карбида кремния и нитрида алюминия.

А.Шинов. Одно из важных возможных направлений с точки зрения удешевления стоимости светодиодных изделий – это матрицы в гибридно-интегральном и монолитном исполнениях непосредственно на полупроводниковом материале. Этим направлением сейчас занимаются практически все фирмы, но, к сожалению, в дорожной карте данный факт не отображен. А мне кажется, что создание матриц станет отдельным направлением.

С.Полипарпов, управляющий директор. Я позволю себе ремарку. Может показаться, что мы мало уделяем внимания технологии органических светодиодов. Это не так, ведь это та область, в которой мы действительно можем сделать серьезный прорыв. Но при этом, на круглом столе, который мы проводили в прошлый раз, и на рабочих совещаниях, которые мы проводили в госкорпорации, мы все время призываем к конкретным предложениям по органическим светодиодам. Но пока таких предложений нет.

В программу круглого стола были включены также доклады ведущих специалистов светодиодной отрасли.

Н.Бакин рассказал об опыте организации производства полупроводниковых источников света для промышленного применения.

Сообщили о базовых технологиях, кадрах и соответствующих инфраструктурах, которые имеются в НИИ. Создан производственный участок гетероструктур для светодиодов повышенной яркости видимого диапазона на основе твердых растворов AIGalnP/GaAs и AIGaN/GaN/AI203. Разработана конструкция и технология светоизлучающих диодов мощностью 1 Вт и технология изготовления нанокомпозитного материала медь-алмаз повышенной теплопроводности.

И.Аксенов информировал собравшихся о том, что на предприятии разработана конструкция и организовано производство кристаллов на твердых растворах GalnN для мощных диодов (более 1 Вт). Создан участок серийной (до 10 млн. штук в месяц) сборки мощных светодиодов для осветительных устройств. Организовано производство уличных светильников на основе энергосберегающих полупроводниковых твердотельных источников света.

В заключительной части круглого стола выступил В.Бородин (Экспериментальный завод научного приборостроения со Специальным конструкторским бюро. Он доложил о разработках в области MOCVD-технологии и оборудования для светодиодной промышленности Предприятие основано в 1973 году для обеспечения научно-исследовательских институтов Академии наук СССР и других организаций особо сложным оборудованием и приборами. Завод специализировался на выпуске высоковакуумных установок, приборов для исследования структуры и химического анализа материалов, а также средств автоматизации и обработки данных. В настоящее время ЭЗАН производит широкий спектр оборудования для науки, промышленности, телекоммуникации, транспорта, энергетики, медицины и сельского хозяйства.