淺談太陽能手表的發展

李 鵬，楊 麗，鐘 飛，鄔治平

（依波精品（深圳）有限公司，廣東 深圳 518000）

自從1980年聯合國召開的“聯合國新能源和可再生能源會議”對新能源作了定義之后，各國對于新能源的開發利用可謂風生水起。新能源的利用逐漸以各種方式涉及到各個領域，從軍事到民生，大到供應一個國家電能的核能發電站，小到家家戶戶使用的太陽能熱水器。手表作為一個需要持續運轉的設備，在人們的日常生活中扮演著非常重要而且非常親密的角色，手表的工作離不開能量的存儲、能量的轉化以及能量的傳遞，人們也由此設想能否將“太陽能”運用到手表領域中去。隨著制表業的發展，太陽能手表誕生了。但由于太陽能這種特殊能源在利用上的局限性，太陽能技術在手表中的應用并不太成熟，加之人們對太陽能手表的陌生及對傳統機械表的癡迷，太陽能手表的推廣與發展還是處于瓶頸期，較難突破。對于太陽能手表技術上的缺陷，可以采用改進其結構的方式來加以改善。

1 太陽能手表的誕生

20世紀70年代，西鐵城就已前瞻性地致力于太陽能手表的研發，并一直努力實現將新能源應用到手表上去，同時實現精美、時尚的外觀設計。彼時的能源危機也是西鐵城開始研發替代能源的觸因之一。當時，以電池供電的石英表是日本鐘表市場的主流趨勢，成為當時最受歡迎的腕表。與此同時，西鐵城也面臨石英表帶來的一些潛在問題，例如電池使用壽命有限，需要頻繁更換電池，以及一次性電池對環境造成的影響。

就在這種時代背景下，世界上首個將太陽能電池嵌入表盤下方的光能供電腕表原型于1974年誕生了。2年之后，也就是1976年，西鐵城推出了全球第一款太陽能手表Crystron Solar Cell[1]。西鐵城公司也成為了第一家研發并制造出太陽能手表的鐘表公司。圖1為光能供電腕表原型，圖2為全球首款太陽能手表。

圖1 原型（1974年）

圖2 全球首款太陽能手表（1976年）

2 太陽能手表的發展

20世紀80年代，許多行業對蓄電池的需求不斷增長，通過光供電的產品越來越多，促使西鐵城的工程師們不斷提升現有技術，進一步改進太陽能手表。經過一段時間的緊張研發之后，西鐵城推出了全球第一款滿電后運行時長達到200 h的腕表，200 h的續航在當時已經算得上一次巨大突破。此后，隨著鋰電池蓄電技術的成熟，西鐵城將其成功應用在太陽能手表上，將太陽能手表的續航能力帶到了一個嶄新的高度，使得腕表突破了滿電運行6個月以上的技術難關。

隨著時代的發展和技術的成熟，基于太陽能手表這項核心科技，以西鐵城、卡西歐為主力軍的各大鐘表企業，不斷推出了高附加值的太陽能手表，包括光能電波表、光能多局電波表、光能萬年歷表、光能三問報時表、光能衛星對時表等，旨在以更好的材質、更先進的功能、更穩定的走時、更持久的續航全方位地滿足消費者需求。同時，這些致力于研發太陽能手表的鐘表企業不斷完善太陽能手表的研發與設計技術，攻克了表盤吸光、能量儲存、節電等種種技術難關，最終完美地將光能機心、精銳制表工藝與精美、時尚的外觀融合為一體，太陽能手表也正式以“第三代手表”的身份進入到人們的視線，被廣大愛表一族所追求。市場上的太陽能手表樣式和種類越來越多，市場占有率也得到了大幅度的提高。圖3為滿電運行200 h的腕表，圖4為首款太陽能潛水表，圖5為首款GPS太陽能腕表，圖6為首款具有藍牙功能的太陽能腕表。

圖3 滿電運行200 h的腕表（1986年）

圖4 首款太陽能潛水表 （1998年）

圖5 首款GPS太陽能腕表（2012年）

圖6 首款具有藍牙功能的太陽能腕表 （2013年）

3 太陽能手表的推廣與發展的瓶頸

太陽能手表，亦稱“光能手表”，利用的就是光能轉電能的原理，為手表提供工作的能量來源。實現這種光電轉化的裝置就是太陽能電池板[2]，太陽能電池板接收太陽光，并將光線輻射的能量通過光伏效應或者光化學效應直接或間接轉換成電能，將太陽能轉化為電能，一方面傳輸到蓄電池中存儲起來，一方面直接供給負載工作。這也就意味著，太陽能電池板的質量與成本將直接決定了太陽能手表的質量和成本。

大部分太陽能電池板的主要材料為“硅”。當前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場占有率在90%以上，而且在今后相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。多晶硅材料的生產技術長期以來掌握在美、日、德等3個國家7個公司的10家工廠手中，形成技術封鎖、市場壟斷的狀況[3]。不但太陽能電池板原材料的獲取渠道狹窄，而且隨著技術和市場的壟斷，其制造成本變得非常大。單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，最高的達到24%[4]，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但其制作成本很大，加之單晶硅一般采用鋼化玻璃及防水樹脂封裝，雖然非常堅固耐用，可無形中又增加了其制作成本，以至于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。多晶硅太陽能電池雖然制作成本低，但是其光電轉換效率卻下降了很多，從性價比上來說，單晶硅太陽能電池還是略好一些。太陽能電池板的組成如圖7所示。

圖7 太陽能電池板的組成

除了技術成本上的局限和制約之外，人們對于傳統機械表的鐘愛對太陽能手表的推廣來說也是個阻礙。當今，人們常常是把手表作為配飾還有彰顯地位的工具，而不是僅僅用來查看時間，我們可以說觀賞把玩性才是機械表真正被人們認可而產生購買欲的因素而不單單是看時間和續航能力。雖然今天的科技突飛猛進，新能源的開發利用也趨于成熟，但是普通民眾還是更喜歡傳統工藝和復古風格。

相比于機械手表，太陽能手表作為“第三代手表”，雖然得到了不少愛表者的追崇，也在市場上有了一定的銷量，但其在市場上的推廣仍然比較緩慢，加之制造太陽能手表的手表廠家非常少，主要集中在日本的幾個老牌鐘表企業，一些歐洲老牌鐘表企業對這種新技術的投入和產品的生產并不感興趣。

4 結束語

太陽能手表作為“新時代、新能源、新技術”的產物，將太陽能技術成功地移植到了手表上，作為第三代手表，它的優越性和高技術含量逐漸被人們所認可，在市場上也有了一席之地，但是發展的速度依舊非常緩慢，技術成本和傳統觀念對太陽能手表的推廣和發展帶來了非常大的阻礙，太陽能手表的未來之路依舊很漫長，如何突破這種發展瓶頸仍然是值得思考的問題。

［1］杜晨.西鐵城防守反擊［J］.IT經理世界，2007（06）：53-55.

［2］梁鈺涵.太陽能光伏發電的意義及前景探究［J］.工業，2017（1）：164.

［3］劉廣榮.中國多晶硅產業前景展望［J］.半導體信息，2008（4）：1-4.

［4］豐艷婷.有機太陽能電池中光誘導電荷轉移的理論研究［D］.沈陽：遼寧大學，2015.