初 陽(yáng)

18世紀(jì)60年代，英國(guó)人瓦特改良的蒸汽機(jī)，將人類帶入了“蒸汽時(shí)代”。至此，人類開始了第一次工業(yè)革命。

19世紀(jì)70年代，電力被人們廣泛應(yīng)用，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，各種新技術(shù)、新發(fā)明層出不窮，并被迅速應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，大大促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。這就是第二次工業(yè)革命。

如今，全球站在第二次工業(yè)革命的臨終點(diǎn)，也準(zhǔn)備向著第三次工業(yè)革命進(jìn)發(fā)。那么，第三次工業(yè)革命到底會(huì)給人類帶來什么呢？許多科學(xué)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家認(rèn)為，不同類別的資源消耗將會(huì)決定第三次工業(yè)革命為這個(gè)世界帶來何種巨變。

幾百年以前，人類使用煤炭和石油等礦藏資源作為主要的能源消耗品，可到了現(xiàn)在，我們依舊無法擺脫煤炭和石油的“控制”。倘若化石資源是無窮無盡的，倒也不會(huì)對(duì)我們的世界產(chǎn)生多大影響，但我們都知道，再過幾十年，地球上的煤炭和石油都將消耗殆盡。到了那個(gè)時(shí)候，我們?cè)撘揽渴裁创婊钕氯ィ?/p>

不用擔(dān)心，智慧的人們已經(jīng)做出了正確的選擇——可再生能源?？稍偕茉词侵冈谧匀唤缰锌梢圆粩嘣偕?、永續(xù)利用的能源，具有取之不盡、用之不竭的特點(diǎn)，主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿??？稍偕茉磳?duì)環(huán)境無害或危害極小，而且資源分布廣泛，適宜就地開發(fā)利用。相對(duì)于化石能源來說，可再生能源在自然界中可以循環(huán)再生。它就是我們解決問題的鑰匙。

誠(chéng)然，可再生能源多種多樣，類目繁多，有的靠山，有的吃水，似乎選擇任何一種可再生能源都能夠維持人類至少幾百萬年的生存。不過，在這些能源中，唯有一種資源是人類目前最渴望利用也最適宜利用的，這就是能源革命急先鋒——太陽(yáng)能。

其實(shí)，太陽(yáng)能這個(gè)詞對(duì)于大家來說都不算陌生。大至太陽(yáng)能飛機(jī)，小至太陽(yáng)能玩具，從太陽(yáng)能發(fā)電板到太陽(yáng)能熱水器，可以說人類對(duì)于太陽(yáng)能的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛了。但為什么還是有人說，太陽(yáng)能依舊有其不可替代的發(fā)展前景呢？這就不得不從太陽(yáng)能本身說起了。

什么是太陽(yáng)能

顧名思義，太陽(yáng)能就是指太陽(yáng)光的輻射能量。自地球形成以來，生物就主要以太陽(yáng)提供的熱和光生存，而人類自古也懂得利用陽(yáng)光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。沒有太陽(yáng)，就沒有地球上的水木山石、雪霽霧雨，也不會(huì)有生命出現(xiàn)，當(dāng)然也就不會(huì)產(chǎn)生石油等礦石能源?？芍钡饺缃?，在化石燃料急劇減少的情況下，人們才開始意識(shí)到，在生活里平平無奇的陽(yáng)光竟然是這個(gè)世界上最豐富的能源。

其實(shí)，從廣義的角度來看，無論是風(fēng)能或水能，潮汐能或地?zé)崮芏际翘?yáng)能的產(chǎn)物。人類所需的絕大部分能量都來自于太陽(yáng)。植物通過光合作用釋放氧氣、吸收二氧化碳，并把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能在植物體內(nèi)貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由埋在地下的古代動(dòng)植物經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代演變形成的。換句話說，沒有太陽(yáng)能就沒有這個(gè)地球。

那太陽(yáng)輻射到地球的能量究竟有多少？地球軌道上的平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為每平方米1367千瓦，地球獲得的能量可達(dá)173000太瓦（1太瓦相當(dāng)于1萬億瓦）。如果僅是計(jì)算太陽(yáng)輻射到達(dá)地球陸地表面的能量，那么每一秒鐘大約是1.2萬億千瓦。這個(gè)數(shù)值是一個(gè)什么概念？我們不妨做一個(gè)小小的假設(shè)。首先，我們得找一塊陽(yáng)光充足的地方，只要半個(gè)青海省那么大就夠了，然后設(shè)法收集那兒的太陽(yáng)能，只要能夠利用其中的20%，那么全球的能源問題就解決了。既然太陽(yáng)能如此豐富又十分環(huán)保，那為何我們不廣泛使用太陽(yáng)能呢？因?yàn)槔锰?yáng)能的難度實(shí)在不小！

利用太陽(yáng)能的難題

盡管大家都知道太陽(yáng)能相較于其他能源的優(yōu)勢(shì)所在，但是如果我們無法攻克利用太陽(yáng)能過程中的一些難點(diǎn)，那么人類想要享受太陽(yáng)能帶來的便利將十分困難。

首先，太陽(yáng)能具有分散性。盡管到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射的總量很大，但是能流密度相當(dāng)?shù)汀４騻€(gè)比方，在北回歸線附近且天氣晴朗的夏季，正午時(shí)太陽(yáng)輻射的輻照度最大，在垂直于太陽(yáng)光方向1平方米面積上接收到的太陽(yáng)能平均就有1000瓦左右。若按全年晝夜均分，則只有200瓦左右。而在冬季大致只有100瓦，陰天一般只有40瓦左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽(yáng)能時(shí)，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要用到一套面積相當(dāng)大的收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，可想而知，這套設(shè)備的造價(jià)將會(huì)非常昂貴。

其次，太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性。由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等條件的限制以及晴、陰、云、雨等天氣因素的影響，到達(dá)某一地面的太陽(yáng)輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽(yáng)能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題。把晴朗白天的太陽(yáng)輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽(yáng)能利用技術(shù)中最為薄弱的環(huán)節(jié)之一。人類不得不承認(rèn)，晝夜更迭和陰晴云雨等最影響太陽(yáng)能輻射的因素是我們無法改變的。

最后，太陽(yáng)能的效率低且使用成本高。當(dāng)然，我們這里提到的“效率低”和“成本高”僅是針對(duì)現(xiàn)在而言的。目前太陽(yáng)能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽(yáng)能利用裝置，因?yàn)樾势?，成本較高，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽(yáng)能利用的進(jìn)一步發(fā)展將主要受到經(jīng)濟(jì)的制約。

太陽(yáng)能利用的主要方式

雖然人類對(duì)太陽(yáng)的利用能還存在著許多無法攻克的難題，但利用方式卻已經(jīng)多彩多樣，非常豐富了。接下來，就讓我們一起了解一下目前太陽(yáng)能利用的主要方法。

光熱利用

我們最常見的太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)能爐灶就屬于這種利用方式，是最簡(jiǎn)單也是利用率最低的一種使用方式，主要依靠光熱轉(zhuǎn)換器中的真空管對(duì)太陽(yáng)能加以利用。內(nèi)玻璃管的表面上利用特種工藝涂有光譜選擇性吸收涂層，以最大限度地吸收太陽(yáng)輻射能。經(jīng)陽(yáng)光照射，光子撞擊涂層，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成熱能。

太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能發(fā)電是人類目前利用太陽(yáng)能的最主要方式，分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電兩種。

光伏發(fā)電利用光伏效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)化成電能。光伏效應(yīng)的原理是半導(dǎo)體材料受到光子的撞擊，會(huì)釋放出電子，電子遷移產(chǎn)生電流。而撞擊這塊半導(dǎo)體的太陽(yáng)光子所攜帶的能量并不相同，并非所有光子都能激發(fā)出電子。另一方面，只有合適的材料才能實(shí)現(xiàn)光電的最大轉(zhuǎn)化，目前實(shí)驗(yàn)室的最大光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過了40%。而應(yīng)用最廣泛最成熟的技術(shù)是硅電池板，其效率為7%～17%。為了尋找更廉價(jià)、光電轉(zhuǎn)換效率更高的材料，還需要研究人員付出更多的努力。

光熱發(fā)電則是利用太陽(yáng)輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。一般是用太陽(yáng)能集熱器吸收熱量加熱蒸汽，然后由蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

太陽(yáng)跟蹤和聚光是太陽(yáng)能發(fā)電的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。以光伏發(fā)電為例，保證太陽(yáng)能電池板時(shí)刻跟蹤太陽(yáng)可提高效率40%。而跟蹤技術(shù)更是聚光技術(shù)的基礎(chǔ)，并且只有實(shí)現(xiàn)高倍的聚光才能實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能集熱器的加熱。

光生物利用

這是一種利用植物的光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成生命物質(zhì)的方法，和一般種樹不同，目前主要用于種植速生植物、油料作物和巨型海藻。

光化利用

這是一種利用太陽(yáng)輻射能直接分解水的光化學(xué)轉(zhuǎn)換方式。它包括光合作用、光電化學(xué)作用、光敏化學(xué)作用及光分解反應(yīng)。

光化轉(zhuǎn)換就是因吸收光輻射導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的過程。其基本形式有植物的光合作用和利用物質(zhì)化學(xué)變化貯存太陽(yáng)能的光化反應(yīng)。植物靠葉綠素把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)自身的生長(zhǎng)與繁衍，若能揭示光化轉(zhuǎn)換的奧秘，便可實(shí)現(xiàn)人造葉綠素發(fā)電。目前，太陽(yáng)能光化轉(zhuǎn)換正在積極探索、研究中。

利用太陽(yáng)能真的靠譜嗎

雖然從目前來看，人類尚處于直接利用太陽(yáng)能的初級(jí)階段，但隨著石油、天然氣等化石燃料以及環(huán)境問題日益嚴(yán)重，太陽(yáng)能技術(shù)將會(huì)得到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。許多國(guó)家首腦都已經(jīng)明確表示將動(dòng)用大量資金支持新能源的研究，而太陽(yáng)能則是重中之重。隨著光發(fā)電設(shè)備成本的下降，只要我們能將每度電的成本控制在1元人民幣以內(nèi)，那么太陽(yáng)能發(fā)電相對(duì)于其他傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)就會(huì)有足夠的競(jìng)爭(zhēng)力。

權(quán)威科學(xué)家預(yù)測(cè)，到2030年，太陽(yáng)能發(fā)電將占世界電力供應(yīng)的10%以上，而到了2050年，將達(dá)到20%以上。也許在不久的將來，我們就將會(huì)看到曾經(jīng)作為能源革命急先鋒的太陽(yáng)能被人們廣泛利用，第三次工業(yè)革命的時(shí)代就要來了！

名詞解釋

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。它首先是光子轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程，其次是形成電壓的過程。有了電壓，就像筑高了大壩，如果兩者之間連通，就會(huì)形成電流的回路。

光化反應(yīng)：物質(zhì)在可見光或紫外線照射下吸收光能時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。它可引起化合、分解、電離、氧化、還原等過程。主要有光合作用和光解作用兩類。