鄧建峰

【摘 要】介紹了太陽能的概念和太陽能的特點，概述了太陽能的利用歷史與現(xiàn)狀，介紹了一種新的太陽能使用技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】太陽能；熱水器；凸透鏡；聚光；光伏效應(yīng)

1.太陽能的概念

太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量，是一種可再生能源。廣義上講，它還是地球上很多能源的來源，如風(fēng)能、潮汐能、水的勢能等等。

2.太陽能的特點

太陽能很普遍可直接開發(fā)利用，無需開采和運輸；而且太陽能不會污染環(huán)境，是難得的清潔能源；每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸標(biāo)煤，其總量屬世界上可以開發(fā)的最大能源；相對于其他能源，太陽能的儲存量可以說是用之不竭的。太陽能除了有這些優(yōu)點外，還有一些缺點，表現(xiàn)在能量密度低，不同地方不同時間分布不均勻，其利用效率低，這些都限制了太陽能的開發(fā)利用。

3.太陽能的使用歷史

20世紀(jì)太陽能利用得到的更廣泛的研究：

第一階段（20世紀(jì)頭20年），世界上太陽能研究的重點仍是太陽能動力裝置，典型裝置有1901年，在美國加州建成一臺太陽能抽水裝置，采用截頭圓錐聚光器，功率：7.36kW。

1902至1908年，在美國建造了五套雙循環(huán)太陽能發(fā)動機(jī)，采用平板集熱器和低沸點工質(zhì)。

1913年，在埃及開羅以南建成一臺由5個拋物槽鏡組成的太陽能水泵，每個長62.5m，寬4m，總采光面積達(dá)1250m2。

第二階段，接下來的20多年，由于歷史原因及其石油的大量開發(fā)利用，太陽能研究工作逐漸受到冷落。

第三階段，1945年以后的20年，太陽能研究又迎來了高潮。1954年，美國貝爾實驗室研制成實用型硅太陽電池，為光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；1952年，法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐；1961年，一臺帶有石英窗的斯特林發(fā)動機(jī)問世。在這一階段里，加強(qiáng)了太陽能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，取得了如太陽選擇性涂層和硅太陽電池等技術(shù)上的重大突破，平板集熱器有了很大的發(fā)展，技術(shù)上逐漸成熟。

第四階段，1965-1973年這一階段，太陽能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽能利用技術(shù)處于成長階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競爭，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支持。

第五階段，1973年10月爆發(fā)中東戰(zhàn)爭，石油危機(jī)使許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，重新加強(qiáng)了對太陽能及其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持，在世界上再次興起了開發(fā)利用太陽能熱潮。1973年，美國制定了政府級陽光發(fā)電計劃，促進(jìn)太陽能產(chǎn)品的商業(yè)化。1974年日本公布了政府制定的“陽光計劃”， 1975年，在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗交流大會”，進(jìn)一步推動了中國太陽能事業(yè)的發(fā)展。

第六階段，70年代興起的開發(fā)利用太陽能熱潮，進(jìn)入80年代后不久開始落潮，逐漸進(jìn)入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經(jīng)費，其中美國最為突出。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是：世界石油價格大幅度回落，而太陽能產(chǎn)品價格居高不下，缺乏競爭力；太陽能技術(shù)沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標(biāo)沒有實現(xiàn)，以致動搖了一些人開發(fā)利用太陽能的信心；核電發(fā)展較快，對太陽能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。

第七階段，由于大量燃燒礦物能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，1992年聯(lián)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會”，把環(huán)境與發(fā)展納入統(tǒng)一的框架，確立了可持續(xù)發(fā)展的模式。這次會議之后，世界各國加強(qiáng)了清潔能源技術(shù)的開發(fā)，將利用太陽能與環(huán)境保護(hù)結(jié)合在一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強(qiáng)。

1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”，會后發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言》，會上討論了《世界太陽能10年行動計劃》（1996～2005年），《國際太陽能公約》，《世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件。這次會議進(jìn)一步表明了聯(lián)合國和世界各國對開發(fā)太陽能的堅定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。

4.太陽能的使用現(xiàn)狀

每天我們都在直接或間接地使用太陽能，太陽能的利用方式有光—電、光—熱、光—化學(xué)、光—生物四種，其中光—熱使用最為廣泛。下面分別介紹。

4.1光—熱利用方式

自古以來，人類就懂得用陽光曬干衣物、用來保存食物如制鹽和曬咸肉等。這些是比較傳統(tǒng)的利用方式，這種方法顯然是比較被動的。長期以來人類對太陽能的利用都局限于此。隨著社會的發(fā)展，人類對能源的需求越來越多，化石燃料等不可再生能源存儲量急劇下降，各國都在研究太陽能的進(jìn)一步利用，將太陽輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用，這種光熱利用方式逐漸改變?nèi)藗兊纳?，使用最多的太陽能收集裝置，主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等三種。光—熱利用方式技術(shù)最成熟，產(chǎn)品也比較多，如太陽能熱水器、開水器、干燥器、太陽灶、太陽能海水淡化裝置以及太陽能采暖和制冷器等。光—熱利用方式的用途還有太陽能發(fā)電，利用光—熱—電轉(zhuǎn)換，一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的蒸汽，然后由蒸汽驅(qū)動氣輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。前一過程為光—熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱—電轉(zhuǎn)換。

4.2光—電利用方式

太陽能發(fā)電的另一種方式是光—電轉(zhuǎn)換，其基本原理是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理光生伏效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，所謂光伏效應(yīng)指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程；其次，是形成電壓過程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會形成電流的回路。完成光電轉(zhuǎn)換的太陽能電池是陽光發(fā)電的關(guān)鍵，目前的主要的太陽能電池是硅太陽能電池。

4.3光—化學(xué)利用方式

光化利用：這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學(xué)轉(zhuǎn)換方式。

4.4光—生物利用方式

光生物利用：通過植物的光合作用來實現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過程。主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。

5.太陽能的新的使用方法

我們知道，通過凸透鏡聚光可以使火柴燒著，這里介紹的太陽能的新的使用方法就是用凸透鏡聚光來燒水，或提供動力，在一個大大的凸透鏡下放置一些導(dǎo)熱的鐵皮，鐵皮浸泡在一個小水箱中使水升溫，這種方法主要問題是效率，就是燒水時間和能達(dá)到的溫度，有實驗表明，陽光充足的情況下，焦點溫度可達(dá)700度，燒開2升水半小時都不到，同時也有人獲得了這種發(fā)明的國家專利（公告（公布）號：CN 102121460 A卷期號：7-28公告（公布）日：2011-07-13）。

6.結(jié)語

綜觀太陽能的利用歷史，雖然太陽能的利用經(jīng)歷了幾起幾落，但隨著工業(yè)的發(fā)展，人類對資源的需求不斷增加，這就必然要求人類重新選擇太陽能，我們即將進(jìn)入能源世紀(jì)，作為唯一用之不竭的可再生能源，太陽能必將成為未來能源的佼佼者。