楊道生

(文山學院數(shù)理系，云南文山663000)

太陽能應用是一個既古老又現(xiàn)實的課題。由于世界能源的日益緊缺和保護生態(tài)環(huán)境的需要，太陽能應用研究已經(jīng)引起了世界各國的廣泛關注。作為生態(tài)環(huán)境比較脆弱的文山，如何在大力發(fā)展工農業(yè)生產的同時，考慮好文山州太陽能應用技術的推廣，將對文山州的節(jié)能減排、降低人民群眾的生產、生活成本和生態(tài)環(huán)境保護起到積極作用，具有深遠的歷史意義和社會意義。

1 太陽能應用研究的必要性和緊迫性

世界上一些著名分析預測研究機構預測，2050年各種一次能源在世界能源構成中所占的比例為:石油0(或甚微)，天然氣 13%，煤 20%，核能10%，水電5%，太陽能(含風能、生物質能)50%，其它2%。由此可看出，在不遠的將來，太陽能將成為世界可持續(xù)發(fā)展的基礎能源，21世紀是人類大規(guī)模利用太陽能的世紀，這是不以任何人的意志為轉移的歷史發(fā)展的必然趨勢。到21世紀末，可再生能源在能源結構中將占到80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。［1］能源是經(jīng)濟建設和社會發(fā)展的重要物質基礎，由于能源供應問題和環(huán)境問題的日益突出，近年來世界各國都加大了對太陽能應用的研究。隨著我國經(jīng)濟的快速增長和人民生活水平的不斷提高，對能源的需求也隨之遞增，中國能源供應問題和環(huán)境問題也成為了制約經(jīng)濟發(fā)展的瓶徑。開發(fā)利用可再生能源是增加清潔能源供應、保護環(huán)境、實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要措施。太陽能的開發(fā)利用已經(jīng)引起了我國政府的高度重視，文山要發(fā)展低碳經(jīng)濟，實現(xiàn)跨越式和可持續(xù)發(fā)展，就必須跟隨時代潮流，進行太陽能推廣應用的研究。

2 太陽能應用的基本概念和發(fā)展概況

2.1 太陽能應用的概念

太陽能應用是指將太陽的輻射能轉換成不同形式的能量加以貯存和利用，不同的能量轉換器可以將太陽能轉換成不同形式的能量:集熱器可以將太陽能轉換成熱能，光伏效應太陽電池可以將太陽能轉換成電能，植物可以將太陽能轉換成生物質能等等。太陽能應用涉及的技術問題很多，但根據(jù)太陽能的特點，具有共性的技術主要有4項，即太陽能采集、太陽能轉換、太陽能貯存和太陽能傳輸，將這些技術與其它相關技術結合在一起，便能進行太陽能的實際利用。

2.2 太陽能應用技術的發(fā)展概況

人類在不同時期對太陽能的應用與當時的各項科學技術的發(fā)展水平密切相關，最初是太陽能的光—熱轉換和光—動力轉換。20世紀70年代以來，各國加大了對太陽能研究開發(fā)的投入，人們對各種太陽能利用方式進行了廣泛的探索研究，目前太陽能應用的形式主要有:(1)太陽能的光—熱轉換應用:通過集熱器將太陽的輻射能轉換成熱能后直接應用。光—熱轉換應用:按被加熱物質的溫度不同又可以分為低溫(如太陽能熱水器、太陽能干燥)、中低溫(如太陽灶)、高溫(如太陽爐);(2)太陽能光熱發(fā)電:通過集熱器將太陽的輻射能轉換成熱能后再利用熱能加熱來驅動汽輪機發(fā)電;(3)太陽能光伏發(fā)電:利用太陽能電池將太陽的輻射能轉換成電能;(4)太陽能水泵:利用太陽電池將太陽能轉換成電能后帶動水泵抽水;(5)太陽能熱動力水泵:通過集熱器將太陽的輻射能轉換成熱能后再帶動熱動力水泵抽水;(6)太陽能制冷與空調;(7)太陽能建筑;(8)太陽光催化治理環(huán)境;(9)太陽能海水淡化;(10)太陽能制氫:太陽能通過分解水轉換成氫能等。［1］

3 文山州應用太陽能的條件分析

3.1 自然條件分析

我國各地平均年日照時數(shù)多在1 400～3 200 h之間，年總輻射量約3 300～8 300 MJ/m2之間。文山州的年平均日照時數(shù)為1 760 h①，年平均總輻射量為4 023 MJ/m2，與全國的其它地區(qū)相比，文山州各縣(市)屬于太陽能較豐富區(qū)或太陽能可利用區(qū)，有較好的太陽能應用條件①。文山州的國土面積為31 456 km2，按年平均總輻射量為4 023 MJ/m2計算，每年在文山大地上的太陽輻射能為1.27x1020J，相當于35 300億度電提供的能量，是文山州現(xiàn)有發(fā)電站年供電量60多億度電②的588.3倍，換句話說，只要文山州太陽輻射能的1/588被利用，就相當于把文山州的發(fā)電站增加了一倍多。在能源越來越緊缺的今天，若能開發(fā)利用好太陽能，將大大緩解能源供應不足的困難，同時還對保護文山州的生態(tài)環(huán)境起到積極作用。

3.2 社會及政策環(huán)境分析

目前，我國政府對太陽能應用給予了高度重視，出臺了一系列政策措施，制定了《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》。到2015年，國家支持建設100座新能源城市、1 000個新能源示范區(qū)、200個綠色能源示范縣和10 000個新能源示范村，其中大力應用太陽熱能是重點，為擴大太陽能在城鎮(zhèn)和農村的應用，國家每年將補貼建設熱水工程示范項目，在5年中，國家補貼建設的熱水工程城市為5 000萬m2，農村為1 000萬m2。預計在未來五年，中國太陽能利用的發(fā)展要比前30年的總量還要大許多。［2］

在最近幾年中，云南省大力開發(fā)太陽能資源，太陽能應用進入快速發(fā)展時期。省人民政府在2008年提出要加快開發(fā)風能和太陽能等新能源，把云南建成國家低碳基地。在各級政府的推動和支持下云南省的太陽能應用成效顯著，太陽能熱水器、太陽能灶、太陽能燈等設施廣泛進入城鄉(xiāng)群眾的家庭，太陽能光伏利用穩(wěn)步推進，云南省被列為太陽能電站建設的主省區(qū)。

文山雖然地處邊疆，但也具備了良好的社會環(huán)境，太陽能的開發(fā)應用得到了中共文山州委、州人大、州政府、州政協(xié)及社會各界的關心和重視:太陽能的開發(fā)應用(太陽能熱水器的普及和光伏發(fā)電等)項目被列入文山州的“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃中;在政府對農村的扶貧中，考慮了太陽能熱水器的推廣應用項目，如與省科技廳共同開展“文山農村光伏水泵應用示范項目”;在文山州政協(xié)十屆六次全會中，《關于加大文山州太陽能技術應用推廣研究的建議》的提案引起高度重視，被列為重點提案;在人民群眾中，有很多人希望能夠在太陽能熱水器的基礎上，進一步擴大應用太陽能的范圍，如利用太陽能干燥農產品、利用太陽能做飯和提供動力等③。

目前，云南省和文山州進一步開發(fā)應用太陽能已經(jīng)具備了良好的社會和政策環(huán)境。但是也應該看到文山州的太陽能應用推廣工作與全國和省內先進地區(qū)相比有較大差距，主要原因是:(1)社會各界對節(jié)能與環(huán)保的重視力度不夠，只從眼前的經(jīng)濟利益出發(fā)，沒有開發(fā)應用太陽能的緊迫感;(2)經(jīng)濟落后、科技不發(fā)達，缺乏開發(fā)太陽能的資金和技術支持。因此還必須做大量工作，爭取得到社會各界的認同和支持。

3.3 科學技術條件分析

云南省和文山州大部分地區(qū)都開始普及應用太陽能熱水器，昆明就有太陽能熱水器的生產企業(yè)，有一些銷售光伏太陽能水泵的商家。文山本地也有生產某些簡單的太陽能應用產品的條件，為太陽能應用打下了較好的基礎，但和其他省相比有較大差距，一是在應用方面較單一;二是在研究方面沒有形成科研團隊，雖然有一些企業(yè)和個人進行利用太陽能干燥三七和農產品的試驗(如文山苗鄉(xiāng)三七實業(yè)有限公司、文山七丹藥業(yè)股份有限公司利用太陽能烘烤加工三七等)，但是還少有企業(yè)和科研機構開展太陽能應用系統(tǒng)的深層次研究，沒有掌握進一步發(fā)展的核心技術③;三是研究用的材料不易得到，四是交通不夠方便，與外界的交往和技術溝通比較困難。

4 文山州開展太陽能應用研究工作的策略思考

文山州的太陽能應用推廣工作應該考慮兩個層面的問題:一是應該做什么，可以做什么;二是應該怎么做、能怎么做。

對于第一個層面的問題，筆者認為，從保護生態(tài)環(huán)境的長遠利益看，文山應該從太陽能光—電轉換應用、太陽能光—熱轉換綜合利用、太陽能光—動力轉換應用、太陽能的光—生物質能轉換應用4大方面進行太陽能的應用推廣和開發(fā)研究，但結合云南省和文山州的現(xiàn)有條件，目前文山本土研究的重點應該考慮太陽能的光—熱轉換綜合熱利用和光—動力轉換應用。理由如下:1、目前建光伏發(fā)電站和光熱發(fā)電站的成本太高，需要一次性投入的資金太多，只有依靠國家的投入才能進行，必須由地方政府爭取國家立項投入建設?？紤]到文山的年平均日照時數(shù)和太陽年總輻射量在全國和云南省排位居中偏下，進行太陽能發(fā)電的效率較低，因此立項的困難較大，只能進行一些小型的光伏產品(如太陽能路燈)的應用推廣;2、太陽能的光—熱轉換綜合熱利用和光—動力轉換應用的產品成本低、光熱一次性轉換效率高、應用范圍廣，服務對象是千家萬戶的老百姓，比較適合現(xiàn)階段在文山城鄉(xiāng)進行推廣應用，產品具有廣闊的市場;3、太陽能的光—熱轉換綜合熱利用和光—動力轉換應用研究需要的資金和技術條件不是很高，容易組織應用推廣和產品開發(fā)研究的科研團隊。

對于太陽能光—熱應用產品，目前普及的是太陽能熱水器，主要用于洗浴，在人們的生活中所占的能耗比很低，和生產、生活的關系也不十分密切，應該將光—熱應用的范圍擴展:一是考慮民用產品由洗浴向餐飲加工和采暖擴展，二是考慮在民用基礎上向工農業(yè)應用擴展，三是考慮在低溫利用基礎上向中高溫應用擴展。

對于太陽能光—動力轉換應用，目前市場上還缺少產品，有待研究開發(fā)。在選擇研究開發(fā)項目時，應該首先考慮投資較少、方便操作應用的產品，考慮什么樣的產品才讓群眾樂于接受。

對于第二個層面的問題，筆者認為，第一，應該結合文山實際，充分利用文山的現(xiàn)有條件，多方面多渠道爭取項目和資金，采取兩條腿走路的方針:在爭取資金支持方面，一是依靠國家的扶持鼓勵政策，努力爭取項目資金(如將太陽能開發(fā)應用與石漠化治理有機結合爭取項目資金)，二是爭取得到企業(yè)的支持參與，將應用推廣工作和企業(yè)擴大生產、發(fā)展新的產業(yè)有機結合。

第二，將引進推廣和自主研發(fā)有機結合，相互促進。應該由易到難，由推廣應用到自主研發(fā)，先直接引進和應用已經(jīng)成熟的現(xiàn)有技術和產品，然后再進一步改進創(chuàng)新。比如太陽灶，目前有很成熟的反射聚光式太陽灶的產品和生產技術，可以直接應用產品或引進技術生產。又如太陽能干燥技術，目前國際國內都有很多成功的經(jīng)驗和技術，我國已有70余座太陽能干燥裝置，采光面積超過5000 m2。干燥對象以谷物、煙草、水果、黃花菜、中草藥、棉花等農副產品為主。農業(yè)部規(guī)劃設計研究院研發(fā)設計的混聯(lián)式太陽能多功能果蔬干燥成套設備已成功在新疆、甘肅等地進行生產示范［3］。我們可以將外地的先進經(jīng)驗和技術引進，根據(jù)文山農產品和中藥材加工的需要改進后進行應用。太陽能光伏水泵抽水也有比較成熟的產品和技術，可以引進后試用。而儲能式太陽灶目前還沒有成熟的產品和技術，應該在學習現(xiàn)有技術的基礎上進行研究創(chuàng)新，研發(fā)出有自主知識產權的產品再進行推廣。

第三，加大宣傳力度，營造應用太陽能產品的社會氛圍。由于文山州群眾習慣用傳統(tǒng)的產品和方法，節(jié)能和環(huán)保的意識較差，同時由于經(jīng)濟效益的原因，很多新的太陽能產品還沒有在文山市場出現(xiàn)，大家對很多太陽能應用產品缺乏認識，要搞好推廣應用，必須象推廣沼氣應用一樣，依靠政府的政策支持，并由相關部門組織人力物力進行宣傳和引進推廣。

第四，應該選好試點，做好示范，以點帶面，以實際效果擴大影響。在推廣應用新的太陽能產品時，先選擇自然開發(fā)條件和社會環(huán)境好的縣進行應用推廣，取得經(jīng)驗后再全面推開。在文山州的八個縣(市)中，自然開發(fā)條件最好的是文山、丘北、硯山［2］(年平均日照時數(shù)分別為2 019.9 h、1 961.9h、1 868.7 h)，可以先在這些縣(市)選點試驗，讓群眾嘗到應用這些產品的甜頭后，用自己的親身體會去向其他人宣傳，帶動更多的人使用。

第五，由政府職能部門組織開展進行太陽能推廣利用的研究工作。文山州目前還沒有形成一個系統(tǒng)的、開展太陽能應用研究的科研團隊，應該由州政府職能部門組織開展應用推廣和開發(fā)新產品的研究工作，采取相應措施鼓勵高校、科研部門和企業(yè)進行太陽能應用技術的推廣研究，建立多學科結合的科研團隊，鼓勵科研工作者進行研究和創(chuàng)新，并就如何進行太陽能應用的研究進行具體的規(guī)劃和指導，列出科研項目指南，組織文山州應用研究工作的具體實施。

由上面的分析可以看出，文山具有較好的自然條件和社會環(huán)境，目前太陽能的應用研究和推廣面臨著最好的時機，但是文山州的太陽能應用推廣工作與全國和省內先進地區(qū)相比有較大差距，機遇和挑戰(zhàn)并存，文山州只有緊緊抓住機遇，采取有力措施，才能使文山的太陽能推廣應用和研究有新的突破，促進文州的經(jīng)濟快速、健康發(fā)展。

注 釋:

① 文山州氣象局提供資料。

② 文山州電力公司辦公室提供資料。

③ 文山州科技局提供資料。

［1］ 20世紀太陽能科技發(fā)展的回顧與展望［EB/OL］．中國太陽能網(wǎng)，http://www.etaiyang.com，2010－06－04.

［2］ 太陽能熱利用:“十二五”風來滿眼春［EB/OL］．中國太陽能網(wǎng)，http://www.etaiyang.com，2011－04－01.

［3］ 太陽能干燥技術的國內外概況及應用前景［EB/OL］．中國新能源網(wǎng)，http://www.newenergy.org.cn，2008－06－26.