王志明

童年時做過這樣的游戲：取一凸透鏡對著陽光，焦點(diǎn)處的火柴很快就會燃燒起來。

對于太陽中的“火”，人類在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中早已開始認(rèn)識了。遠(yuǎn)在3000多年前，我們的祖先已懂得用金屬凹鏡把陽光聚焦點(diǎn)火。公元前300多年前，希臘大科學(xué)家阿基米德，曾用鏡子反射的陽光燒毀了羅馬侵略者的艦隊(duì)。這個傳說，大約在2000年后，即1747年，還曾被法國學(xué)者巴封所證實(shí)。巴封用168塊15厘米正方形的小鏡子，拼成一個拋物面型的大反射鏡，把陽光匯集于一點(diǎn)，在巴黎皇家花園表演的結(jié)果：燒著了60米以外的木材，燒熔了39米以外的鉛和18米以外的銀。

光中為何有“火”呢？原來太陽是個大火球，內(nèi)部溫度高達(dá)4000萬℃，表面溫度也有5762℃它的內(nèi)部在不斷進(jìn)行核聚變反應(yīng)，并以輻射的形式向宇宙空間發(fā)射巨大的能量。盡管只有1／22億的能量穿過1.5億公里的太空到達(dá)地球大氣的最外層，并且還有一部分被大氣反射或者消耗在加熱空氣上，但每秒鐘到達(dá)地面上的總能量還高達(dá)80萬億千瓦小時，這相當(dāng)于現(xiàn)在全世界發(fā)電總量的幾萬倍?？梢姡柲苁侨祟惾≈槐M、用之不竭，又無污染的自然能源。

太陽能雖多，卻很分散。目前，人們正考慮多種方式利用太陽能。人們發(fā)明了箱式太陽灶，可以用太陽的熱來燒水取暖。把它裝在房頂上，可以建成太陽能浴池，水溫達(dá)到50～60℃。澳大利亞正在設(shè)計(jì)一座“太陽鎮(zhèn)”，這些住宅里所用的電和暖氣等，都來自太陽能。太陽能的聚光裝置也越來越進(jìn)步了，傘式太陽灶就是其中的一種。它裝在陽光聚焦的焦點(diǎn)上，不但能燒水、做飯、炒菜，還可以加熱氣體，推動機(jī)械。人們還利用透鏡與反射鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)將太陽輻射的能量聚焦，從而獲得高溫的裝置——太陽爐。它要被用來研究在高溫下的材料性能，制取極純材料和高溫單晶。目前各國已有太陽爐260多座。世界上最大的太陽爐在法國，它的聚光鏡有9層樓高，由9000塊反射鏡組成，總面積為2500平方米，在爐中可獲得1000千瓦的功率和4000度的高溫。日本在名古屋還建成一座太陽能煉鐵高爐，它收集太陽能的光學(xué)系統(tǒng)，在電子計(jì)算機(jī)的控制下，能自動旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)太陽，即使陰天也能收到太陽能；焦點(diǎn)溫度可達(dá)3000～3500℃，能冶煉特殊合金鋼。

能不能用太陽光直接發(fā)電呢？人們終于利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)原理，研究出一種硅太陽能電池，陽光照到硅制成的電池板上，就能產(chǎn)生電流了。把它裝在人造衛(wèi)星上，它任何時間都能接受陽光，就能不停地發(fā)電。它可以連續(xù)工作7年，1秒鐘也不停電。近幾年來，太陽能電池已從空間應(yīng)用擴(kuò)大到地面應(yīng)用。日本一家公司推出的利用太陽能電池為電源的全自動亮滅的室外照明燈，特別受到人們的青睞：當(dāng)人們或者車輛行近它需要光亮的時候，能自動通電亮燈，離開時又自動熄滅。原來這是一種以陽光蓄電池為電源的感應(yīng)路燈。這種燈能裝在陽光能照射到的地方，不需要電線，而且一次性投資后就不需要再花電費(fèi)了。亮燈的時間可以調(diào)節(jié)為5秒、10秒或30秒。這種燈使用的是高亮度的鹵素?zé)?，與100瓦的反射燈泡一樣明亮。它的感應(yīng)器能夠發(fā)覺在它前5米和旁邊10米的人和車輛。瑞士聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院的化學(xué)家最近又發(fā)明了一種利用太陽能發(fā)電的“窗戶玻璃”，其優(yōu)異性能更妙不可言。如果裝有太陽能電池和燃料的房屋再裝上這種窗戶玻璃，就可滿足用電的需要。這種窗戶玻璃實(shí)際上是一種比較透明的太陽能電池，由雙層夾心玻璃組成，發(fā)電原理頗似植物葉片的光合作用。太陽光穿過上層玻璃經(jīng)漫射通過碘基電解質(zhì)溶液到達(dá)染料層，染料會像植物的葉綠素分子那樣捕獲光子，光子激發(fā)染料層中的某些電子，被激發(fā)的電子運(yùn)動到下層的二氧化鈦半導(dǎo)體膜中，被傳輸?shù)酵坑谙聦硬Ａ?nèi)表面的氧化錫導(dǎo)電薄膜上，定向流動產(chǎn)生電流。電流經(jīng)某一用電器，再流到上層玻璃內(nèi)表面的氧化錫層，經(jīng)過碘基電解質(zhì)回到染料層，如此循環(huán)，形成一個閉合回路。目前，這種窗戶玻璃的光電轉(zhuǎn)換率為7～8％，每平方米發(fā)電量150千瓦小時，與硅基太陽能電池差不多，但費(fèi)用只有太陽能電池的1／5。此外，太陽能電池還可以作為無線電中繼站、氣象觀測臺、無人管理燈塔、海上航標(biāo)燈、農(nóng)用滅蟲黑光燈等的電源裝置。所有這些電能畢竟還是微不足道的。因此，科學(xué)家們還設(shè)想要建設(shè)更大的空間太陽能電站。這種電站，是重量以萬噸計(jì)的巨大的同步衛(wèi)星，它將在距地表3萬多公里的軌道上展開幾十平方公里的太陽能電池列陣向著太陽，把由此產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成微波能量射送地面。據(jù)估計(jì)，一顆這樣的衛(wèi)星可為一座現(xiàn)代化工業(yè)城市供電。

除太陽灶、太陽爐、太陽能電池外，許多絢麗多彩的太陽能產(chǎn)品還在不斷涌現(xiàn)。美國一家公司研制成功的太陽能電筒，貼合在電簡外面的光電池可以在白天充電，晚間使用。印度的一些工程師已研制成功了一種能夠隨身攜帶的太陽能“廚房”。它包括一個太陽能加熱爐和全套炊具。在晴天時，加熱溫度可達(dá)140℃，全套用具總重量僅3.2公斤。日本則推出了別具一格的只依靠太陽光源行走的太陽能汽車。這種汽車長6米，裝有1900個晶體太陽能電池，重量只有140公斤，最高時速達(dá)120公里，它消耗的電能只相當(dāng)于一般家用洗衣機(jī)的耗電量。這種汽車幾乎完全聽不到行車車聲，沒有廢氣排出，絕不污染環(huán)境，被譽(yù)為21世紀(jì)的交通工具。為了給太陽能汽車充電，最近德國卡塞爾市還推出一個公共“充能站”，太陽能汽車可以在這里“充能”。這個“充能站”的設(shè)備包括一個太陽能發(fā)電機(jī)，每年可發(fā)約650千瓦小時的電力，但其條件是每天平均接收2.7小時的陽光。汽車“充能”后余下的全部能量，可以供給該市的市立發(fā)電廠使用。

太陽能的利用，前程似錦。據(jù)專家們預(yù)測：21世紀(jì)整個世界將不再依賴石油、煤等燃料。取而代之的是太陽能；未來40年太陽能將占據(jù)世界一半的能源市場。但是，太陽能這個寶庫還沒有完全打開，在這方面，還需要科學(xué)家們繼續(xù)探索前進(jìn)，發(fā)現(xiàn)和征服新的“大陸”。