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天爾
近年來，“雙碳”戰略目標為我國經濟社會發展帶來了新的機遇。在這一戰略目標的引領下，我國持續推進新一輪科技革命和產業變革，節能環保、綠色制造也逐漸成為產業升級的重點方向之一。
作為推動產業升級的關鍵利器，激光技術近年來也在不斷進行技術革新。過去幾年，激光技術的升級方向更聚焦于提高功率以帶來加工效率的提升。隨著“雙碳”戰略目標的確立(2060年實現碳中和)，人們對節能環保、能效利用的關注度也開始提高，一些大型制造企業選擇激光產品時也開始將更高的電光轉換效率納入選擇標準。毫無疑問，更高的電光轉換效率能夠減少電力消耗、減少碳足跡、減少煤炭燃燒量以及大氣層中的CO2，可以實現對環境、激光設備用戶、激光器制造商的三贏。
多年打磨——電光效率超50％ ，IPG技術持續搶位
在雙碳經濟成為社會關注熱點之前，激光器制造商們已將追求更高的電光效率作為體現自身技術優勢的方向。電光轉換效率是體現激光器性能的關鍵指標之一，電光轉換效率越高，所需的輸入功率(電功率)就越少，既能降低設備整體能耗，也能相應減少設備的發熱量，延緩設備老化速度，使設備的使用壽命更長。
然而，過去幾年中國激光市場正處于快速擴張階段，大家更關注如何提高功率、提升加工速度，尤其是2020年進入萬瓦激光爆發期，原本罕有的萬瓦技術幾乎成為所有企業公開亮相的標配。對用戶而言，功率更高、速度更快的吸引力遠大于更節能、更省電。
在國內企業扎堆萬瓦、扎堆沖刺更高功率的時候，光纖激光器企業IPG早早就意識到節能環保的大勢，在保持傳統高功率產品優勢的同時，不斷致力于在兼顧加工效率和生產成本的前提下提高能源效率，為客戶提供長期穩定的激光產品。早在2015年，IPG便推出了電光轉化效率超過40%的激光器產品。2020年，這一數據被更新到50%(YLS-ECO系列激光器)！
2022年，IPG將這一高效節能技術應用至更高功率的產品，并在中國市場正式發布YLS-ECO系列高效節能光纖激光器。該系列激光器電光轉化效率超50%，功率覆蓋4000-30000 W。7月15日，IPG召開YLS-ECO激光器新品發布會，詳細解讀了該款創新技術的優勢與特點。
據IPG官方披露，能夠實現如此高的電光轉化效率，來源于其創新技術——包層側泵浦技術和分布式單發射芯結二極管泵浦結構。
包層側泵浦技術，由多模泵浦光纖和單模摻雜芯光纖組成雙光纖結構，將多模二極管光轉換成單模光纖激光器，具有極高的效率和高亮度。相比其他光纖激光器普遍使用端面泵浦而言，具有更高的效率和光束質量(因為端面泵通常需要使用反射鏡，并且可能需要在激光器內保持正氣壓，以避免灰塵和其他污染物)。
分布式單發射芯結二極管泵浦結構是將多個單發射極半導體二極管形成獨立的發光元件組件，其中任何單個發射器泵的故障都不會影響其余泵組件的性能，以此提供高效可靠的電源。同時，IPG單發射極二極管的耦合效率(90-95%)和能量效率(50-60%)均明顯高于條形堆疊替代方案。
功耗實測——高效率基礎上能耗再降20％，節能降碳雙管齊下
然而，超過50%的電光轉化效率一度引發業內質疑。有人認為，基于光纖激光器的原理和結構，是不可能實現電光轉化效率超過50%的。為驗證這一點，IPG在最新發布的YLS-ECO系列產品中附帶了實時電能采集工具包——能夠實時監測激光輸出功率和能耗的功率采集器。
據悉，該功率采集器能夠實時監測電壓及電流的等比變化情況，通過功率與時間的積分算法，得出動態功率下的真實電能消耗數據，每個采樣節點都通過總線形式將信息匯總到中央處理軟件。在軟件中可以按照客戶的實際使用頻次進行參數的預設，包括每天加工時長，每年工作天數以及電費單價，系統將根據這些信息計算出全年的電能消耗以及電費支出情況。
本次測試的主體是一臺20 kW的IPG YLS-ECO激光器和一臺常規20 kW 激光器。兩臺激光器在相同環境下同時滿功率出光，經測算發現，YLS-ECO激光器輸出20 kW功率的激光時消耗的電功率約為39.87kW(電光轉換效率50.16%)，常規版激光器輸出20 kW功率的激光時消耗的電功率約為49.69kW(電光轉換效率40.25%)。這一數據意味著，IPG的YLS-ECO激光器，比電光轉換效率本就處在較高水平的IPG常規版激光器，能耗還將再降低20%！
如此高的電光轉換效率，在實際工業應用中又將起到什么作用？最直觀的好處是：覆蓋多種功率段的節能技術，讓更多的用戶在提升工作效率改善產品品質的同時，通過節能的途徑降低單個工件的生產成本。而針對中厚板加工量巨大、加工環境惡劣、能耗高的行業(如工程機械、礦機、鋼結構等重工領域)，YLS-ECO系列激光器能夠助企業實現降低能耗及碳排放的目標，實現更高效的綠色制造。
IPG表示，以每天工作16小時，每年工作300天為例，20 kW YLS-ECO激光器每年可省電11.87萬度。按照目前火電的碳排放量計算(每度電約產生0.7-1.0公斤二氧化碳，此處取0.7公斤)，一臺ECO 20kW激光器每年可減少84噸二氧化碳排放，大約相當與178畝森林的碳中和效果(根據森林蓄積量擴展法估計)。
此外，據《IPG 2022年可持續發展報告》披露，2011-2021年，與傳統激光器相比，使用IPG激光器使二氧化碳排放量減少了3400萬噸，為客戶節省電力65太瓦時。
超高的功率穩定性，預期壽命超過10年以上
要真正發揮節能優勢，產品的穩定可靠至關重要。如果空有高電光效率，但時常需要停機維護，甚至一兩年就要大修、更換，其造成的浪費將遠高于節能的價值。
幸運的是，IPG產品一向以穩定著稱，市面上不乏服役十年以上的IPG激光器，它們在鋁罐廠、礦山機械制造、農機、汽車零部件制造等工廠晝夜不休，持續為客戶創造價值。大量用戶反饋說，IPG激光器投產后極少出現故障，功率幾乎沒有衰減，切割速度、亮度和精度一直保持“年輕狀態”。這種穩定性和可靠性，為產量大、交期密集、高負荷生產的客戶提供了有力支持。
更為重要的是，長期穩定性更夠更大限度得發揮高效節能的特點，確保設備為用戶源源不斷地創造價值。IPG將用50%的電光轉換效率，為最嚴苛的應用提供長期穩定激光功率，讓設備投資為用戶帶來長期而持續的回報。
我國力爭在2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和。要實現這一戰略目標，離不開各行各業的共同努力，離不開綠色制造的推進，離不開對能源的高效利用。激光技術本身就憑借高效、環保等優勢在產業升級中發揮了巨大作用，而更高效的光源將讓這一優勢成倍放大，成為我國推進雙碳戰略的關鍵一環。
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