摘要：  法拉第电磁感应定律和麦克斯韦方程，揭示了自然界电磁互生并交链传播的客观规律，磁电、磁光、光电、光热效应的应用成就了人类社会精彩纷呈的物质文明。直到近两百年后的今天，层出无穷的新兴磁电产业仍然交替惠济着芸芸众生。本习作综合相关报道和文献资料，尝试作一些简单介绍，谬误之处，望业内前辈不吝赐教。

关键字：  无线充电，电磁感应

1 无线电力传输产业技术的发展
无线充电技术将在我们的生活中普及并逐渐取代各种各样数码产品的充电器，它可以为你的电动汽车在街头充电。甚至还可以非接触方式为患者体内心脏起搏器充电。手机生产商很看好该项技术，将来可搭配无线充电器出售手机，中国有世界最大的无线移动通讯市场，对于便捷、易用、互通、兼容的无线充电产品的需求将呈几何级数增长。无线充电行业发展的巨大潜力，能有效地提升企业的产品竞争能力。
这项技术得到推广后，人们只需要一个充电器就可以给所有的设备都进行充电。而且，随着技术的不断推广，无线充电发射器就可以在我们生活、居住、工作的各个地方很便利地找到，甚至可以在汽车、飞机上、宾馆里、办公地点安置充电发射器，这意味着人们不用再随身携带任何电线，即可随时随地为自己的电器进行充电。而中国本土的比亚迪公司，早在2005年12月申请的非接触感应式充电器专利就使用了电磁感应技术；并且由于中国有强大的山寨市场，预计无线充电技术市场应会很快发展。
1.1 无线充电原理：电磁感应、无线电波及磁共振
无线充电器的工作原理利用的是法拉第电磁感应，当电流通过线圈之后，便会产生出磁场；而产生的磁场又会形成电压，有了电压之后便会产生电流，有了电流便可以充电。无线充电器便是这样摆脱电线的束缚的。目前最为常见的无线充电解决方案主要是：
电磁感应，通过初级和次级线圈感应产生电流，从而将能量从传输段转移到接收端，该解决方案提供商包括英国Splashpower、美国WildCharge和Fulton Innovation等公司。
无线电波（微波）是另一个发展较为成熟的技术，其基本原理类似于早期使用的矿石收音机。有公司研发的微型高效接收电路，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器，就可将无线电波转化成直流电在约1米范围内为不同电子装置的电池充电。
另一种尚在研究中的技术是磁共振，还有一种是激光束传输，但难点在于激光束需要固定通道。
1.2 无线充电技术应用
据国外媒体报道，最近，日本富士通公司揭开了一项充电技术的神秘面纱，可利用磁铁立即为一个以上的设备不借助电线充电。这项技术可在距离充电器几米远的地方充电。
富士通的无线充电技术利用磁共振在充电器与设备之间的空气中传输电荷，线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振。富士通表示这一系统可以在未来得到广泛应用，例如针对电动汽车的充电区以及针对电脑芯片的电量传输。采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。
最近几年，随着iPhone、iPad等对电量充满“饥渴”的设备迅速兴起，研发无线充电等突破性充电技术的需求日益提高。富士通在一份声明中说：“这项技术将为手机集合紧凑型无线充电功能以及同时为多个便携式设备充电铺平道路。对多个设备充电时，设备相对于充电器的位置没有任何限制。”
当前的很多无线充电系统依靠线圈之间的电磁感应，这种方式工作距离太短，设备需要放置在充电座上，同时也会消耗大量电量。富士通的充电系统立足于磁共振，电量可以在以同样频率发生共振的线圈之间进行无线传输。
测试结果显示无线传输距离大约在15厘米左右，但富士通表示无线传输距离最终可实现几米远。需要指出的是，距离设备越远，传输中损耗的电量越多。富士通的系统与美国Witricity公司研发的技术类似，后者同样利用磁共振传输电量，传输距离可达到几米远。在日本大阪举行的一场工程学会议上，富士通公布了这项无线充电技术的细节。
另据国外媒体报道，英国HaloIPT公司近日在伦敦利用其最新研发的感应式电能传输技术成功实现为电动汽车无线充电。在展示过程中，该公司将电能接收垫安装于雪铁龙电动汽车车身下侧，这样电池就可以通过无线充电系统进行无线充电。据了解，现在的一些电动汽车，如日产聆风和三菱i-MiEV，必须要通过一根电线将汽车与街边汽车充电站或家庭插头相连才可以实现充电。而感应式电能传输技术则是利用感应电荷的原理。电源板埋藏于道路的沥青之下，这样电源板既可以得到有效保护，又不会受到恶劣天气的影响。
HaloIPT公司宣称，他们的充电系统支持更大的横向感应范围，这也就意味着汽车的电能接收垫并不需要置于电源传输板的绝对正上方。
无线充电联盟(Wireless Power Consortium)早前宣布，中国领先汽车制造商吉利、奇瑞、长安和东风汽车集团于2011年4月亮相上海车展，隆重展出特别配置通用无线充电标准QI的汽车。这是内置QI无线充电器首次在大型车展上的概念车中亮相，标志着通用无线充电技术发展历程的一大里程碑。
海尔电视已经将无线传电应用至最新的平板彩电上，我们为这样的创新感到高兴，说明中国的企业在创新应用上已经不甘人后，不再是“me2”型产品。[#page#]
1.3 三大关键组件牵动三个产业链
就无线充电产品看有三大关键组件，其中有控制电路板、感应线圈、磁性材料。
目前无线充电尚在起步阶段，市场预期接下来的二到三年会开始高度成长，而四年后将会变成品牌商品的标准规格之一。这个市场的成长会牵动的产业链不只在电子产业，感应线圈需要精密治具生产，这牵动的是机械工业，线圈上需要运用高效能电磁波屏蔽能力的磁性材料，这牵动的是电子器件产业。所以一个产品的成长可以牵动三个产业链，因为这个产品并不是过去已经存在的产品，而是全新的类别全新的应用，相关的材料都要重新开发生产，对经营面来看这也是可以开发的新领域。
据IHS iSuppli公司的研究，尽管仍有一些因素妨碍大众市场的接受，但2011年无线充电设备的销售额剧增616%。无线充电可以让消费者在给消费电子产品充电时摆脱专用电源适配器，其可获取市场规模(total addressable market)将达8.858亿美元左右，是2010年1.239亿美元的七倍以上。2010年无线充电市场增长了60%，是该领域第一年实现有意义的增长，但与今年相比相形见绌。预计明年增长276%，也无法与今年相比。随后增长将会放缓，到2015年持稳于48%，届时销售额将达到237亿美元，如图3所示。
总体可获取市场包括三个领域：产品专用无线充电解决方案，包括充电器以及所谓的“皮肤”，即与特定产品一同销售的接收器；售后市场接收器；售后市场充电垫或充电站。但是，随着支持三种以上产品以及具有不同电源规格的产品的通用充电器出现，充电站的地位将逐渐变弱。
根据预期的增长速度，无线充电设备将继续进入一系列应用，包括手机、便携媒体播放器、数码相机和移动PC，但目前在各领域的占有率仍然很低。其中，手机将在无线充电营业收入中占最大比例，这不仅是因为手机数量庞大，而且也因为品牌厂商参与制造无线充电设备，从而使这类产品得到市场的认同。
在目前使用的四种无线充电技术中，电感耦合在价值链中应用最为广泛，其它几种技术是传导、近场磁阻技术和远场磁共振。
1.4 无线充电技术存在的主要问题
(1)电磁波对人体辐射尚无权威答案，安全尚需分阶段逐步解决。
无线充电系统具体到安全问题，主要包括两个层面。一是如何保证电磁波只辐射到手机接收部分，不会影响到人体健康，或干扰其他设备；二是让电磁辐射在错误使用情况下不至于损坏电池和充电器，比如识别无线充电器上的异物，防止锂电池过热导致的变形或爆炸的危险等。专家表示这些都要通过大量的软硬件工作来实现。在市场发展上仍需分阶段逐步过渡，尚有很多问题待解决。
(2)无线充电覆盖范围小，电能转化率比直充电低30%。
就目前来说，无线充电器还无法达到无线网络那么大范围的覆盖率，虽然充电板和接收器是两个部分，但是彼此还是不能分开太远，不然充电效率会大幅下降甚至无法充电。除此之外，无线充电器充电的转化率比起有线充电器来说，要低了不少，目前最高只能达到70%。但这已经是很不错的效果了。因此，虽然在现阶段可能没法大规模普及，但是无线充电器将成为一个新的发展方向。磁共振方法在理论上虽然不错，不过在实际设计中还是遇到了很多麻烦。不仅寄生电容和外部磁场，甚至连接受设备都能干扰到充电磁场，从而影响充电效率。此外，越小的设备越会受到外部因素的影响，使得这项技术很难应用到移动电话中。无线充电技术眼下仅可在2米范围内为小电器充电。研究人员希望，把有效充电距离增大至30米。
无线充电技术此前多应用在专业领域，需要保证产品密闭性的地方，如水下设备、体内医疗装置等。但面对庞大的消费级设备市场，这项处于起步阶段的技术，能否说服人们“摆脱最后一根线缆”，还是未知数。但无线充电技术依然被外媒评价为21世纪最值得期待的高科技之一，它的创意为人类的生活的确带来了便捷，我们相信技术的进步将令无线充电日益成熟并拥有更广阔的天地。
2011智能移动终端电源技术国际高峰论坛透露，随着智能手机的爆发式增长，无线充电今后两年有望形成约180亿美元的市场。
2 新能源产业技术的发展
所有新能源最终都得转换为实用的电能，在产生、收集、储存、传输、变换各个环节，都离不开磁性材料和器件，对新能源发展态势的研究，就是对行业前景预测的依据。
新能源发展须突出清洁能源和可再生能源，包括水电、核电、风力发电、太阳能发电、沼气发电，以及地热利用、煤的洁净利用等。
2.1 先进核电技术
核电的利用已有半个世纪的历史，目前已经形成了美国AP1000和欧洲EPR为代表的第三代核电技术。同时，第四代核能系统发展路线图提出了超高温反应堆等6种反应堆堆型，形成了10国集团。2020年前后第四代核电站将进入市场。另外，还有一个由欧盟、美国、中国、日本、韩国、瑞士和俄罗斯7 方共同参与研发的国际热核聚变实验反应堆(ITER)，希望通过可控的核聚变反应造出一个“人造太阳”，以解决人类面临的能源危机。
核能是通过转化其质量（核裂变、核聚变、核衰变）而从原子核释放的能量。由于核聚变难以控制，核衰变释放能量少，目前人类利用核能的方式主要是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电。与其它发电方式相比，核能发电具有发电效率高（一座100万千瓦的火电站每年耗煤三四百万吨，而相同功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨）、干净、无污染（几乎是零排放）等优点。核电科技含量高，经济带动性强，符合低碳经济和可持续发展路线，因此受到了世界各国的青睐。[#page#]
2.1.1 我国核电产业发展面临的主要问题
目前，我国各地发展核电意愿强烈，特别是在《核电中长期发展规划》发布之后，部分地方政府对发展核电热情过高、目标过大、动作过快，核电投资和建设纷纷加快步伐，一些地方甚至提出每年开工建设8-10台机组的速度和规模。但显然我国核电产业仍然处于大规模发展前期阶段，一些薄弱环节如若不能及时弥补和改善，将有可能影响我国核电产业的整体发展和运行安全。
(1)核电产业人力资源缺口明显
一个两台百万千瓦级核电机组，需四年以上建设高峰期，需要各类专业技术和管理人员上千人，其中相当数量人员应是具备相关经验的“高端人才”，而目前我国核电人才储备有限。而在人力资源得不到保障的情况下，过快扩大核电建设规模，将造成现有人力资源过量稀释和无序流动，既难以满足新建项目人才需求，又影响已开工项目建造质量，其结果是直接影响未来核电厂的运行安全。
(2)核电核心技术和设备的研发和设计能力不完备
我国尚未全面掌握百万千瓦级核电站设计技术、堆芯设计和部分关键设备的设计，同时具备大型核电站设计资质仅728院、一院和二院，距离全面承担大规模核电发展的研发和设计任务还有较大差距。
(3)制造和安装能力不足
在核电站的建设投资中，设备成本占 50%以上，核电设备的国产化对降低核电造价意义重大，我国在核电设备制造和安装方面仍存在不少问题：首先，我国核电的核心部件和重要核级材料（包括焊材）主要依赖进口；其次，我国还没有完全独立制造过一套百万千瓦级压水堆核电厂的主设备；最后，对于大型压水堆核设备制造，国内企业尚须添置专用设备、攻克和掌握部分关键工艺和扩大生产规模，现阶段我国核电主泵依靠进口关键部件进行组装才能够实现年产6至8 台。
(4)核安全监管力量薄弱
核安全监管是发展核电的必须支撑和必然要求，核安全是国家安全的重要组成部分。我国已基本建立了与国际接轨的核安全监管体制和相关法规、标准体系，培养了一支审评监督队伍。国际、国内经验表明，每个新建核电项目需审评人力为50人年，每台运行机组需审评人力为20人年，每台机组需现场监督人员为3人年，国家核安全局目前仅有核安全监管人员300余人，与核电快速发展的形势完全不相适应。
2.2 光伏发电开发利用技术
光伏发电在世界范围内受到高度重视。从远期来看，光伏发电将以分布式电源进入电力市场，并部分取代常规能源；从近期来看，光伏发电可以作为常规能源的补充，解决特殊应用领域和边远地区无电地区民用生活用电需求。
技术上看，晶体硅电池技术成熟、性能稳定，是光伏电池的主流品种。经过多年发展，多晶硅-硅片-电池片-组件”等产业链各环节都已发展了成熟的工艺；
薄膜电池的市场份额将继续提升，a-Si、CIGS、CdTe 三种技术都不断取得长足进步，目前龙头企业已基本能将度电成本控制在1 元以内；
聚光光热发电采用传统发电原理，适合高强光照荒漠地区的大规模并网发电，靠规模化降低发电成本，已建成的项目规模均较小；聚光光伏因其价格十分昂贵，主要用于航天领域。
光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转为电能。由于拥有保护气候、改善环境等众多优点，太阳能光伏产业（以下简称“光伏产业”）受到越来越多国家的重视和政策支持。全球太阳能电池产量1996年~2006年10年间增长26倍，年复合增长率38%。国际能源组织预测，2010年~2020年间光伏产业发展速度复合增长率将达到34%，预计2020年光伏产业发电量将达到250TWh以上，占当年总发电量的1%，2040年占总发电量的20%。
光伏发电系统分并网发电系统和独立式发电系统。并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂；独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路。据了解，逆变器是光伏系统接入电网的核心设备，可分为独立型电源用和并网用二种，其占据系统成本10%-15%，技术含量高，且逆变器产品质量直接影响光伏发电系统的稳定。光伏逆变器按功率大小一般分为组串型和电站型两大类，其中，前者主要应用于住宅型屋顶和一些小型商业屋顶，后者主要应用于大型商业屋顶、工业厂房和大型地面光伏电站。未来，它将会朝高频化、小型化、智能化、模块化发展。
IMSResearch报告显示，全球光伏逆变器市场受德、意、捷克、法等欧洲市场的驱动，2010年增长了140%；由于亚洲新的激励机制以及1月份上网电价削减计划开始之前，2011年年底出货量仍增长并打破25GW，将跌破60亿美元；2014年将售出超过700万逆变器，收益额达85亿美元，年综合增长率高达25%；2015年收入将超过100亿美元；至2020年，全球逆变器市场的收入预计可达74.7亿美元。
随着全球光伏装机量的迅猛发展，逆变器市场也在不断扩大。如2010年上半年总体达 8GW，相当于2009年全年，同比增长了近3倍。Isuppli预测，今后三年将有9倍的增长。
我国的光伏产业启动较晚，远远落后于发达国家。但随着政府政策支持力度不断加大，我国的光伏发电市场前景广阔，根据《可再生能源中长期规划》。2020年我国光伏发电总装机容量将达到180MW，2050年将达到10GW。
研究表明，逆变器供应商目前在光伏行业内享有最高的毛利率，其创造的利润占整个产业的17%。不过，当前全球逆变器市场基本被美国的Power-one、Emerson，加拿大的Xantrex，德国的SMA、KACO，意大利的Frouis，日本的Sanyo和Mitsubish等巨头瓜分，SMA作为全球逆变器的龙头企业，占有市场份额超过40%，且收益逾30%，第二梯队几家厂商占据30%左右，其余剩下市场被超过150多家公司分割。[#page#]
2.2.1 我国光伏产业存在的主要问题
光伏产业是新能源中最为突出的一类。我国太阳能电池产量仅次于日本和德国，位居全球第三，成为了全球最重要的太阳能光伏产业基地之一。但是我国光伏产业所面临的问题仍十分明显，主要体现在以下方面：
(1)缺乏核心技术和设备
以多晶硅电池来看，尽管我国是目前全球最大的多晶硅电池生产国之一，但我国企业并没有太大的定价权，其原因主要在于多晶硅提纯核心技术主要掌握在国外七大厂商手中。而薄膜电池也存在同样的问题，或是核心技术由国外企业把握，或是生产设备主要从国外进口。我国企业主要的优势仍在较低的劳动力成本和较为宽松的环保压力。
(2)产业与市场倒挂
我国成为了全球生产光伏电池最多的国家，但光伏电池的使用却远远落后，形成了典型的产业与市场倒挂现象。我国90%以上的光伏电池组件和系统销往国外，其中德国安装的太阳能光伏发电设备九成为中国制造。而光伏发电仅限于边远无电地区和大城市里的一些示范工程，究其原因，一是目前光伏发电成本高昂，为传统能源的(5~8) 倍，国内企业只有到海外寻求市场，二是国内仍缺少对于光伏产业强有力的政策支持。
(3)盲目扩张可能产生的后遗症
目前我国的多晶硅产能已经远远超过电池需求，但在 2008 年上半年多晶硅最狂热的时候，同时上马的多晶硅项目高达30 多项，不少企业抛出了万吨多晶硅的计划，这些项目存在巨大的风险。一是多晶硅项目技术复杂，工艺参数多，许多项目投入巨资但却不能按期达产；二是环保风险，因为多晶硅是高污染的项目，环保不达标，有被强制关停的风险；三是投资巨大且项目建设及回收周期长。尽管经济危机给全球的光伏产业当头泼了一盆冷水，但产业潜在的狂热仍然存在。
2.3 风能开发利用技术
由于其良好的环境效益，风能是可再生能源技术中发展最快，最可能实现商品化、产业化的技术之一。国外对风电技术的发展非常重视，投入了大量的研究经费和人员，近20 年取得了很大发展，特别是在大型并网风力发电技术方面。不过，在兆瓦级风电系统中控制器和变流器技术、商业化风电整机技术方面还有待突破。
风电产业链的核心是风力发电系统。风力发电系统主要包括以下三个部分：风力发电机组（包括风力发电机、机舱、塔架、控制器等）、辅助设备（即通用的电力和控制设备，包括输变电设备及线路，通讯控制系统等）和其它配套设施。世界风电设备制造业主要集中丹麦、德国、西班牙等欧洲国家和美国。其中欧洲地区的风电设备制造业生产能力占世界的50%以上，是最重要的风电设备生产地，也是最大的风电设备出口地区。美国的GE WIND 公司也占据了世界风电设备市场的16%左右份额。
进入二十一世纪以来，国际上风电设备制造企业之间频频发生并购重组事件，巨型企业加入风电机组制造业，行业集中度不断上升，形成了五大企业控制了较大部分风电设备市场的局面。2003年，丹麦的Vestas（德意志交易所上市公司）吞并了NEGMicon，成为世界上最大的风机制造商，市场份额达到了22.5%；美国通用电气(GE)在2002年通过并购安然风力公司进入风能市场，市场占有率位居第二，为16.6%；西班牙的GEMESA、德国的ENERCON、印度的SUZLON市场份额也都达到了15.4%、14.0%、10.5%。前五大风电设备生产企业牢牢占据全球80%以上的市场份额。最近几年中国的风机企业也体现出了较快的发展速度，金风科技（深圳中小板上市公司）和华锐风电分别在2006年和2007年跻身全球十强。
2.3.1 我国风电产业存在的主要问题
自2002年以来我国风电新增、累计装机量的年均增长速度双双出现稳步加快态势，与全球其他主要风电市场区域发展横向对比来看，表明我国风电市场的发展速度已居全球首位，2006年～2008年新增装机量的增长速度数倍于德国、西班牙、美国等风电装机大国的增长速度。但在风电产业快速发展中也出现了一些问题，主要如下：
(1)政策依赖性较强
国家发改委1204号文件强调风电设备国产化率要达到70%以上的政策给本土风电企业提供了发展良机。但是随着国内企业实力的增强以及欧美的企业和政府认为上述规定限制了国外企业在中国风电产业的公平竞争，2010年1月，发改委取消了“风电设备国产化率要达到70%以上”的相关规定，这一开放风电市场的政策变化对已经产生政策依赖性的国产风电企业带来了国内市场更为激烈的竞争和走出国内参与国际竞争的机会。
(2)关键设备的产业链配套不够完善
目前国内较为成熟的600kW、750kW机组的国产化率可以达到90%，1.5MW机组的国产化率也达到了70%，但国产化率不能简单地看成其中多少产品是国内生产的，需要真正掌握相应技术的国产化率才有意义。我国风电设备商大都仍只是组装生产商，或者买个国外的生产许可权，核心部件如电控系统、主轴轴承、风叶等关键领域仍处于起步阶段，其生产与配套能力的不足，已成为制约国内风电产业规模化发展的瓶颈。2009年，我国叶片生产总能力在150万~170万千瓦，齿轮箱的生产能力在1，600台左右，两者都约占目前国内近400万千瓦整机产能（包括境内外资与合资企业）的50%，尚存在200余万千瓦的供应缺口。国内风电机组用轴承（特别是主轴轴承）也绝大部分依赖进口。[#page#]
2.4 生物质能开发利用技术
生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。目前各国开发的生物质能液体燃料主要包括燃料乙醇、生物柴油、气化合成柴油、生物裂解油等，这些优质替代能源已经成为各国交通清洁能源发展的重点。
2.5 半导体照明技术
LED（light emitting diode，发光二极管）具有发光效率高（一个两瓦的LED相当于15瓦的白炽照明）、耗电量小（耗电量只有普通照明的1/10）、寿命长、体积小等优点，被认为是继白炽灯、荧光灯之后照明光源的又一次革命。目前美欧日等国在努力开发研究使用寿命更长、更轻薄、成本更低的GaN高效蓝光和紫外LED技术，以期彻底取代传统荧光灯的地位。
2.6 洁净煤发电技术
未来20年世界范围内化石燃料仍是主导能源，化石燃料的高效开发、清洁利用技术也因此得到广泛重视。其中，FutureGen电站技术和高效率、零排放燃煤发电技术代表着未来洁净煤技术发展的主要方向。在提高能源利用效率方面，超临界燃煤发电技术是常规燃煤发电的先进技术。在燃煤污染控制方面，低NO燃烧器、分段送风技术和再燃烧技术目前已经成为主流。在众多的燃煤电站脱硝技术中，选择性催化还原(SCR)是应用最广、技术成熟的烟气脱硝方法。
2.7 电力输送技术
当前的输电技术正朝着高电压、大容量、远距离的目标不断进步。在交流超高压发展的同时，高压直流(HVDC)输电技术也进入了工程实用阶段。此外，灵活交流输电技术已经在美日欧等国家重要的超高压输电工程中得到应用。在电力输送方面，紧凑型输电技术和超导输电技术也逐步被使用或是成为研发重点。另外，新型能源与大电网的并网耦合技术和基于先进储能的分布式电力与微型电网技术还有待突破。
2.8 氢能和燃料电池技术
氢燃料电池高效地将氢的化学能通过电化学反应直接转换成电能加以利用。质子交换膜燃料电池(PEMFC)以子交换膜为电介质，是目前国际上研发的重点。碱性燃料电池(AFC)适合在太空使用，磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和常规的固体氧化物燃料电池(SOFC)均在世界各地得到了不同程度的应用。
3 新能源汽车产业简介
新能源汽车指采用汽油、柴油之外的动力作为动力源的汽车的总称，具体可以分为镍氢电池动力汽车、锂电池动力汽车和燃料电池动力汽车。混合动力汽车(HEV)存在两个动力源：内燃机和储能电池。汽车可由电动机或内燃机发动，在刹车及下坡时，电动机将动能转成电能为电池充电。按照是否依赖外部充电，混合动力汽车又可分为普通HEV和插电式混合动力汽车 PHEV(Plug-inhybrid)。目前普通HEV电池主要采用镍氢动力电池，PHEV电池主要采用锂离子电池或锂聚合物电池。
纯电动汽车(EV)取消了传统的内燃机，动力来源于自身携带的储能电池。储能电池依靠外界电源充电，在汽车启动时电池向电动机供电，由电动机直接向驱动轴输出扭矩，驱动车辆行驶。燃料电池汽车(FCEV)既摒弃了内燃机，也不需要从外界充电，而是通过自身携带的液态氢和氧气在燃料电池中的化学反应发电，为电动机提供能量，进而为汽车驱动轴提供扭矩。
不管是混合动力汽车、纯电动汽车还是燃料电池汽车，动力电池的性能对新能源汽车的发展起着至关重要的作用。新能源汽车动力电池应具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长及安全性好等特性。欧洲柴油车份额逐年提高，如西欧柴油乘用车2007年的市场份额已达53.3%；日本的战略核心是发展混合动力车，2008年在其新能源汽车中，混合动力车的市场份额高达95.7%；虽然混合动力汽车在美国新能源汽车销量的份额不到20%，但美国却是全球混合动力汽车的主要消费国，占2007年全球份额的70%。
3.1 我国新能源汽车产业存在的问题
我国目前新能源汽车产量小，投入商业化生产的产品较少，汽车企业缺乏足够的重视与政府政策引导，主要存在以下问题：
(1)新能源汽车合资企业多，自主核心技术少。
由于我国汽车厂商与外资企业合资较多，这就难以避免地造成国内研发实力的弱化，企业越来越依赖国外技术，造成本国技术空心。在当前发展新能源汽车的潮流下，如果企业又走这一条等待国外技术的老路，则必将造成自身核心技术缺失，丧失追赶国际先进的机会。
(2)关键技术的缺失造成成本难以迅速降低。
在新能源汽车的一些关键技术中，我国企业还比较缺失。如锂离子电池原料的隔膜和电解液技术基本由国外企业把握，而这两者是占据锂电池成本的70%以上，国内企业不得不为此花费大量的成本，以至于新能源汽车的成本无法降低。
(3)技术难度加大产业化难度。
新能源汽车可以大幅度提高燃油效率，但存在两个问题，一是系统复杂化，能效大幅提高将导致系统非常复杂；二是如果实现复杂系统的动力装置，成本将非常高，难以产业化。如燃料电池汽车已具备很好的能量转化效率，但是由于其催化剂和质子交换膜的耗费太高，目前也难实现大规模生产。
(4)清洁新能源大规模供应体系没有建立起来。
如果新能源汽车产业化战略规划不能够建立在清洁新能源大规模供应的基础上，即使企业在新能源汽车技术方面也许会领先，但主流产品会没有竞争力，从而将置身于危险的境地。我国大规模的清洁能源供应体系远未建立，国家也还没有制定出新能源大规模供应和能源基本转型的具体计划和时间表，从而使得新能源汽车的长久、稳定发展缺乏实质性基础。[#page#]
(5)政策扶持力度还不够，较少直接惠及消费群体。
新能源汽车的发展靠的是市场的需求，而市场需求的主体是消费群体。目前，国家对新能源汽车产业有一部分政策支持，但是，这些政策大体上都是针对源头生产企业的，对于广大的新能源汽车消费群体，国家并没制定完善的政策，及时的给与补贴。由于目前的新能源汽车售价普遍比传统汽车高出(1~2)倍，甚至数倍，这种情况下，如果国家补贴缺位，市场需求无法兴起。
(6)资金缺口较大
与传统汽车开发相比，我国新能源汽车的研发仍处于初级阶段，要真正实现产业化，尚需大量资金。一方面，在基础技术研究、关键部件和材料的研发及产业化方面，需要大量资金投入。另一方面，充电站、加氢站的广泛建设需要大量资金投入。第三，新能源汽车的产业化发展离不开大量的示范推广工作，这些也需要大量资金投入。资金的缺失需要建立一个支持新能源企业的完整投融资体系来弥补。
4 LED照明产业技术分析
4.1 LED照明产业简介
LED（light emitting diode，发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，具有发光效率高（一个两瓦的LED相当于15瓦的白炽照明）、耗电量小（耗电量只有普通照明的1/10）、寿命长、体积小等优点，被认为是继白炽灯、荧光灯之后照明光源的又一次革命。LED照明产业科技含量高，经济带动性强，符合低碳经济的发展路线，因而受到了世界各国的青睐。美国市场研究公司Communications Industry Researchers (CIR)预测，在未来(5~10)年时间内，全球LED照明产业仍将以保持平均每年20%~30%的增长率，形成500亿～1000亿美元的潜在市场。
我国目前的 LED照明产业从业人数达5万多人，研究机构20多家，企业4000多家（其中上游企业50余家，封装企业1000余家，下游应用企业3000余家）。内需的拉动以及“十城万盏”等政策的出台，带动了我国LED照明产业的发展，2001年~2006年，市场销售额年均增长率为48%。一般来说，LED 照明产业链可以分为上、中、下游三个部分。
上游产业主要包括LED材料制备，如衬底、外延材料与芯片制造，属于典型的技术和资金密集行业；中游企业负责LED 发光器件生产和模块封装；下游企业着重LED 照明应用。
LED 照明产业呈现典型的金字塔产业结构：
(1)上游企业进入壁垒很高，企业数量最少；
(2)中游企业数量较多，属于技术和劳动密集行业；
(3)下游企业数量最多，进入门槛最低（上游外延片制备的投资规模比一些下游应用环节高出上千倍），尚属于低端无序竞争阶段。
4.1.1 上游产业分析
LED 照明产业上游企业数不到整个产业链的20%，但拥有着整个产业链70%的利润。由于对技术要求极高，我国企业能够进入上游的企业数量很少，可以批量生产的芯片以及外延片企业仅10 余家，而且产品亮度和光效等参数与国外差距较大。LED 照明产业的上游技术、工艺和设备主要由美欧日等发达国家企业掌控。
(1)衬底材料——日美两国企业垄断市场
LED 照明产业衬底材料的开发影响着整个LED 照明产业的技术路线，是各个技术环节的关键。目前的衬底材料主要有蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、ZnO、GaN，但只有前两种得到了较大规模的商业化应用，其市场则几乎由日本和美国的两家企业所垄断：日本日亚公司垄断了大部分蓝宝石衬底的供应，而美国Cree 公司（纳斯达克上市公司，CREE.OQ）则是唯一能够提供商用SiC 衬底的企业。
案例：日亚公司设置的技术壁垒
高进入壁垒是超额利润的良好保证。技术壁垒是国内企业无法进入该阶段的主要障碍。以衬底材料龙头企业日本日亚为例，该企业在世界LED 产品的主要生产国均拥有大量的专利，其中在日本拥有640 多项发明专利和近500 项设计衬底材料，全球(3~5)家，85%外延片和芯片，国内(30~50)家，产值19亿元发光器件生产和模块封装，国内1000余家，产值185亿元LED 照明产品应用，国内3000余家，产值450亿元专利；在美国230多项发明专利和160多项设计专利；在韩国和我国均分别拥有100多项发明专利和设计专利。超强的技术能力使得日亚几乎涉足所有与GaN-LED相关的领域都有其产品，特别是在户外全彩色大屏幕方面（对LED要求最严格的领域），几乎被日亚公司垄断。同时，日亚公司所设置的技术壁垒也给其他企业造成了巨大压力。2009年8月台湾地区高等法院认定台湾LED 龙头企业之一的亿光电子侵害了日亚在台湾地区的专利，应负担新台币8000万元的赔偿；2009年11月，日亚公司在美国对中国深圳嘉伟(Shenzhen Jiawei Industries Co.)等三家公司提出专利侵权诉讼，要求立即停止继续损害拥有专利权的日亚以及做出相应的损害赔偿。
(2)外延片生长——欧美企业主导工艺和设备
外延片生长主要依靠生长工艺和设备，其中设备更是成为了进入的最大门槛。LED照明产业制造外延片的主流方法是采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)，其设备制造难度非常大，价格昂贵，一台24片机器的价格高达数千万元人民币，业内常常以拥有的MOCVD设备作为衡量企业规模和实力的重要指标。目前国际上只有德国、美国等少数国家的个别企业可以进行MOCVD的商业化生产，如德国的AIXTRON公司（法兰克福上市公司和纳斯达克上市公司）和美国的Veeco公司（纳斯达克上市公司，VECO.OQ）。
案例：德国 AIXTRON 公司的影响力
尽管德国的 AIXTRON 公司并不生产LED 相关的任何产品，但是作为目前全球规模最大和市场占有率最高的化合物半导体外延设备供应商，AIXTRON 公司在LED 照明产业的地位无可撼动。目前AIXTRON 公司在全世界安装了千余台MOCVD 设备，在近20个国家有常驻代表，在全球拥有超过60%的生产占有率。德国AIXTRON 公司还是我国“国家半导体照明研发及产业联盟”的唯一客座会员单位，可见其对LED 照明产业的影响力。[#page#]
AIXTRON 公司1983 年诞生于德国亚琛工业大学，1997 年公司在法兰克福上市。上市之后开始进行全球收购，1999 年收购英国THOMAS SWAN 公司，2000 年收购法国J.I.P 公司股份，2001 年收购瑞典EPIGRESS 公司70%的股份，2005 年反向收购美国Genus 公司并实现在纳斯达克的上市。
(3)芯片制造——韩国和台湾地区企业实力雄厚，芯片制造的难度仅次于材料制备，同属于技术和资本密集型产业，进入壁垒仍然很高。其主要技术方向是提升出光效率，其中提高芯片的外量子效率又是关键，同时还要兼顾降低结温和有效散热。这在很大程度上要求设计新的芯片结构以及设备和管理的精细化。
目前全球 LED 芯片制造商主要有两大类：一类以日本日亚公司和美国Cree为主，此类公司依靠核心的衬底技术，将产业链向下延伸，进入外延片和芯片制造环节；一类是韩国和台湾地区的芯片制造企业，此类企业以其在半导体方面强大的研发实力和设计实力进入LED芯片制造领域，拥有了全球近一半的市场份额。主要企业有韩国的首尔半导体（科斯达克上市公司，046890）和台湾地区的晶元光电（台湾上市，2448）、光磊科技（台湾上市，2340）、华上光电（台湾上柜，6289）和广镓光电（台湾兴柜，8199）等。
案例：台湾地区的 LED 芯片产业
台湾地区 LED 照明产业起始于上世纪70 年代，最初十几年集中于下游封装，所需的芯片几乎全部从日本进口。从上世纪80 年代开始，台湾企业积极向中上游拓展并获得成功，其中上游环节的发展速度明显快于下游环节。目前，台湾企业在芯片制造方面已占有绝对优势，2007 年产量将近全球总产量的50%，无可争议地成为全球LED 芯片第一大产地。芯片制造更依赖于设备和管理的精细化，台湾企业整体制造优势明显。与之相比，尽管 2007 年内地GaN 芯片月产能达960KK，同比增长60%，国产率也提升到了35%，但产量总和还不及台湾地区的1/4，而且多为低端产品，芯片可靠性较差，尤其是光衰太大，竞争优势不明显。
4.1.2 中游产业分析
LED 照明产业的中游主要包括发光器件生产和模块封装。在我国LED 封装已经发展了若干年，技术上跟国外的差距不是很大的，用于封装设备和配套产品价格也已不高，进入门槛较低。我国的LED 封装产品产量已经达到世界第一，从LED 的发展情况来看，小功率LED 总量所占比重很大，但利润较前几年有了很大的降低，竞争加剧。大功率产品最近两年发展势头强劲，发展速度相当快，技术水平提高明显。LED 照明产业的中游企业目前所遭遇的最大问题在于“两头受阻”。由于进入门槛较低，近年来进入 LED 发光器件生产和模块封装的企业数迅速增加，但上游技术的缺乏和下游产品应用通道的尚未通，使得中游企业的利润率大幅下降，甚至低于下游产业的利润率。
面对如此困境，国内较有实力的LED 封装企业大多数采取了两种选择：一是通过不断优化生产线及加强管理来降低成本，提高劳动生产率，依靠扩大规模来获得更好效益；二是打通产业链，试图进入上游的外延片和芯片生产，将运营模式的重心向技术研发环节倾斜。但无论上述哪一种选择，研发实力和资金实力的欠缺成为了该部分企业的发展“瓶颈”。
4.1.3 下游产业分析
LED 照明产业的下游主要指LED 应用，包括灯具制造和照明控制系统等，其技术更多地体现在系统设计、结构设计、散热处理以及二、三次光学设计，但与中上游产业相比，基本不存在技术难度。我国LED 照明产业处于该阶段的企业家数最大，创造了产业超过60%的产值。国内LED 下游企业主要集中在广东，部分企业已具备一定的规模，利润率甚至超过20%，但主要靠低成本而不是性能优势取胜。以LED 显示屏为例，进口显示阵列的价格一般在10000美元/平方米，国内企业1000 余家，主要有雷曼光电、勤上光电、中电照明等中游企业占据整个业链10%左右的利润，竞争激烈国内企业近3000 余家，产值占我国LED照明产业的近60％。衬底技术由美日垄断，核心设备由欧美掌握，芯片技术韩国、台湾称雄。中国是目前全球最大的LED 封装生产地，政策成为了LED 推广的最大影响因素。链衬底技术、外延片、芯片发光器材和模块封装照明产品应用产业链中，上游企业占据了整个产业链70％的利润，主要企业有：美国Cree 、日本日亚、德国AIXTRON、韩国首尔半导体。
而国内厂商的价格只有(1000-2000)美元/平方米，而且多数出口产品是为外国企业贴牌(OEM)。同时，国内企业销售收入很少能够突破3 亿元，平均规模与国际行业龙头有较大差距，为了能在激烈的竞争中得以生存，一些有实力和远见的下游企业开始逐渐从单纯的生产制造型企业向服务运营型企业过渡，即加大企业在景观设计和显示系统解决方案的能力，先依据客户需求，提出系统解决方案，而后依托强大的生产资源，以增加产品附加值。
4.2 我国LED照明产业存在的主要问题
从政策层面来看，我国政府对LED 照明给予了较高关注。先后制定并启动了“863”计划、绿色照明工程、半导体照明工程、“十城万盏”半导体照明应用示范工程等措施，发改委等六部门在2009 年10 月12 日联合公布《半导体照明节能产业发展意见》，以扶持我国LED 照明产业的发展。我国LED 照明产业目前主要存在的问题在于：
(1)扶持政策中的地方保护主义
一些地方政府出台了培育当地 LED 照明企业的政策，在当地的市政景观照明和交通照明中给予优先考虑，这使得LED 照明下游企业不得不将主要精力放在参与政府项目的招投标当中。另外，国内尚未制订LED 照明的标准，各地应用标准也有所差异，导致企业跨地区开拓市场时遇到很大的阻力，也限制了LED照明产业的整体发展。
(2)技术和设备瓶颈
在 LED 衬底材料的技术和外延片生产设备方面，国产LED 照明产业存在明显瓶颈。我国企业LED 领域的自主创新和专利主要集中在封装阶段，而在最关键的白光、大功率LED 灯的热平衡问题、持久高效的荧光粉等方面，技术专利一直被欧、美、日等国企业垄断。国内LED 产品的亮度、发光效率、抗静电能力、抗漏电能力以及品质控制水平与国际产品相比仍有较大差距。