作為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵利器，激光技術(shù)近年來(lái)也在不斷進(jìn)行技術(shù)革新。過(guò)去幾年，激光技術(shù)的升級方向更聚焦于提高功率以帶來(lái)加工效率的提升。隨著(zhù)“雙碳”戰略目標的確立（2060年實(shí)現碳中和），人們對節能環(huán)保、能效利用的關(guān)注度也開(kāi)始提高，一些大型制造企業(yè)選擇激光產(chǎn)品時(shí)也開(kāi)始將更高的電光轉換效率納入選擇標準。毫無(wú)疑問(wèn)，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(shí)現對環(huán)境、激光設備用戶(hù)、激光器制造商的三贏(yíng)。
多年打磨——電光效率超50％ ，IPG技術(shù)持續領(lǐng)先
在雙碳經(jīng)濟成為社會(huì )關(guān)注熱點(diǎn)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(shù)優(yōu)勢的方向。電光轉換效率是體現激光器性能的關(guān)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(fā)熱量，延緩設備老化速度，使設備的使用壽命更長(cháng)。
然而，過(guò)去幾年中國激光市場(chǎng)正處于快速擴張階段，大家更關(guān)注如何提高功率、提升加工速度，尤其是2020年進(jìn)入萬(wàn)瓦激光爆發(fā)期，原本罕有的萬(wàn)瓦技術(shù)幾乎成為所有企業(yè)公開(kāi)亮相的標配。對用戶(hù)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(yè)扎堆萬(wàn)瓦、扎堆沖刺更高功率的時(shí)候，全球光纖激光器領(lǐng)軍企業(yè)IPG早早就意識到節能環(huán)保的大勢，在保持傳統高功率產(chǎn)品優(yōu)勢的同時(shí)，不斷致力于在兼顧加工效率和生產(chǎn)成本的前提下提高能源效率，為客戶(hù)提供長(cháng)期穩定的激光產(chǎn)品。早在2015年，IPG便推出了電光轉化效率超過(guò)40％的激光器產(chǎn)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(shù)應用至更高功率的產(chǎn)品，并在中國市場(chǎng)正式發(fā)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將召開(kāi)YLS－ECO激光器新品發(fā)布會(huì )，屆時(shí)將會(huì )詳細解讀該款創(chuàng )新技術(shù)的優(yōu)勢與特點(diǎn)。
據IPG官方披露，能夠實(shí)現如此高的電光轉化效率，來(lái)源于其獨有的創(chuàng )新技術(shù)——包層側泵浦技術(shù)和分布式單發(fā)射芯結二極管泵浦結構。
包層側泵浦技術(shù)，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(zhì)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(fā)射芯結二極管泵浦結構是將多個(gè)單發(fā)射極半導體二極管形成獨立的發(fā)光元件組件，其中任何單個(gè)發(fā)射器泵的故障都不會(huì )影響其余泵組件的性能，以此提供高效可靠的電源。同時(shí)，IPG單發(fā)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(shí)測——高效率基礎上能耗再降20％，節能降碳雙管齊下
然而，超過(guò)50％的電光轉化效率一度引發(fā)業(yè)內質(zhì)疑。有人認為，基于光纖激光器的原理和結構，是不可能實(shí)現電光轉化效率超過(guò)50％的。為驗證這一點(diǎn)，IPG在最新發(fā)布的YLS－ECO系列產(chǎn)品中附帶了實(shí)時(shí)電能采集工具包——能夠實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)監測電壓及電流的等比變化情況，通過(guò)功率與時(shí)間的積分算法，得出動(dòng)態(tài)功率下的真實(shí)電能消耗數據，每個(gè)采樣節點(diǎn)都通過(guò)總線(xiàn)形式將信息匯總到中央處理軟件。在軟件中可以按照客戶(hù)的實(shí)際使用頻次進(jìn)行參數的預設，包括每天加工時(shí)長(cháng)，每年工作天數以及電費單價(jià)，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(huán)境下同時(shí)滿(mǎn)功率出光，經(jīng)測算發(fā)現，YLS－ECO激光器輸出20 kW功率的激光時(shí)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(shí)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(zhù)，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(shí)際工業(yè)應用中又將起到什么作用？最直觀(guān)的好處是：覆蓋多種功率段的節能技術(shù)，讓更多的用戶(hù)在提升工作效率改善產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，通過(guò)節能的途徑降低單個(gè)工件的生產(chǎn)成本。而針對中厚板加工量巨大、加工環(huán)境惡劣、能耗高的行業(yè)（如工程機械、礦機、鋼結構等重工領(lǐng)域），YLS－ECO系列激光器能夠助企業(yè)實(shí)現降低能耗及碳排放的目標，實(shí)現更高效的綠色制造。
IPG表示，以每天工作16小時(shí)，每年工作300天為例，20 kW YLS－ECO激光器每年可省電11．87萬(wàn)度。按照目前火電的碳排放量計算（每度電約產(chǎn)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(fā)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(wàn)噸，為客戶(hù)節省電力65太瓦時(shí)。
超高的功率穩定性，預期壽命超過(guò)10年以上
要真正發(fā)揮節能優(yōu)勢，產(chǎn)品的穩定可靠至關(guān)重要。如果空有高電光效率，但時(shí)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(jià)值。
幸運的是，IPG產(chǎn)品一向以穩定著(zhù)稱(chēng)，市面上不乏服役十年以上的IPG激光器，它們在鋁罐廠(chǎng)、礦山機械制造、農機、汽車(chē)零部件制造等工廠(chǎng)晝夜不休，持續為客戶(hù)創(chuàng )造價(jià)值。大量用戶(hù)反饋說(shuō)，IPG激光器投產(chǎn)后極少出現故障，功率幾乎沒(méi)有衰減，切割速度、亮度和精度一直保持“年輕狀態(tài)”。這種穩定性和可靠性，為產(chǎn)量大、交期密集、高負荷生產(chǎn)的客戶(hù)提供了有力支持。
更為重要的是，長(cháng)期穩定性更夠更大限度得發(fā)揮高效節能的特點(diǎn)，確保設備為用戶(hù)源源不斷地創(chuàng )造價(jià)值。IPG將用目前業(yè)內最高的電光轉換效率，為最嚴苛的應用提供長(cháng)期穩定激光功率，讓設備投資為用戶(hù)帶來(lái)長(cháng)期而持續的回報。
我國力爭在2030年前實(shí)現碳達峰，2060年前實(shí)現碳中和。要實(shí)現這一戰略目標，離不開(kāi)各行各業(yè)的共同努力，離不開(kāi)綠色制造的推進(jìn)，離不開(kāi)對能源的高效利用。激光技術(shù)本身就憑借高效、環(huán)保等優(yōu)勢在產(chǎn)業(yè)升級中發(fā)揮了巨大作用，而更高效的光源將讓這一優(yōu)勢成倍放大，成為我國推進(jìn)雙碳戰略的關(guān)鍵一環(huán)。
