胡雨霞　焦子云

摘要：在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的環(huán)境下，環(huán)保設(shè)計(jì)的理念被大范圍推廣，而太陽(yáng)能作為綠色能源成為了主導(dǎo)環(huán)保設(shè)計(jì)的重要因素?？萍及l(fā)達(dá)的今天，不斷提高的太陽(yáng)能能源利用率為環(huán)保設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了必要的能源基礎(chǔ)，而太陽(yáng)能在此中的應(yīng)用與發(fā)展更是—項(xiàng)重要的研究課題。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能 環(huán)保設(shè)計(jì) 再生能源

環(huán)保設(shè)計(jì)，是切合當(dāng)下嚴(yán)重的環(huán)境污染，以及各種產(chǎn)品除去自身功能外對(duì)人類及動(dòng)物造成傷害的現(xiàn)狀，將環(huán)保理念注入各個(gè)設(shè)計(jì)類別中體現(xiàn)對(duì)地球?qū)θ祟悓?duì)動(dòng)物都具有環(huán)保意義的設(shè)計(jì)與研究。環(huán)保設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中體現(xiàn)為再生能源的利用，環(huán)保材料的使用以及產(chǎn)品具有環(huán)保功能。再生能源的高效率利用更是在科技發(fā)達(dá)的今天成為環(huán)保設(shè)計(jì)重要發(fā)展方向。現(xiàn)階段可以高效利用的再生能源有：太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能等。以下就太陽(yáng)能及其在環(huán)保設(shè)計(jì)中的應(yīng)用所做的相關(guān)分析：

一、太陽(yáng)能相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)

太陽(yáng)是一顆恒星，在異常的高溫高壓下，氫核聚合成氦核產(chǎn)生熱核反應(yīng)。在反應(yīng)中，氫變成氦，質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量發(fā)射出來(lái)，而總功率中的二十二億分之一到達(dá)地球大氣層，最后地球表面可利用的功率約8500萬(wàn)兆瓦。

二、太陽(yáng)能的特性

優(yōu)點(diǎn)：

1.資源無(wú)害，太陽(yáng)能是絕對(duì)的潔凈能源，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。

2.資源無(wú)限，每年地球可利用的太陽(yáng)輻射能約相當(dāng)于130萬(wàn)億噸標(biāo)煤，是現(xiàn)今人類可以開(kāi)發(fā)的最大的能源。

3.資源長(zhǎng)久，太陽(yáng)中氫的儲(chǔ)量可維持百億年，而地球的壽命約為幾十億年，因此從某方面來(lái)講，太陽(yáng)的能源是用之不盡的。

4.資源普遍，太陽(yáng)光一年四季長(zhǎng)期照射各個(gè)地方，可直接開(kāi)發(fā)利用，無(wú)需開(kāi)采運(yùn)輸。

缺點(diǎn)：

1.能源收集的不穩(wěn)定性，太陽(yáng)能到達(dá)地球表面的總量很大，但是因?yàn)槭艿郊竟?jié)、晝夜差異以及南北半球差異的影響，能流密度很低，因此在利用太陽(yáng)能時(shí)，需要達(dá)到足夠的面積及裝備才能保證一定的轉(zhuǎn)換功率。因?yàn)槟茉吹牟环€(wěn)定造成了太陽(yáng)能能源的儲(chǔ)蓄成為主要問(wèn)題，這影響了太陽(yáng)能是否能作為產(chǎn)品主要能源使用的決定因素。

2.成本較高，太陽(yáng)能的利用率與其設(shè)備成本直接掛鉤，想要達(dá)到高的能源轉(zhuǎn)換效率就需要成本相當(dāng)高的優(yōu)良的轉(zhuǎn)換設(shè)備，近幾年，科技的高速發(fā)展在此領(lǐng)域也有很大程度的進(jìn)步。

三、太陽(yáng)能在環(huán)保設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，利用太陽(yáng)能作為能源主要通過(guò)兩種方式：光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換。光熱轉(zhuǎn)換是通過(guò)反射、吸收等方式將太陽(yáng)輻射能集中然后轉(zhuǎn)換成足夠溫度的過(guò)程以滿足不同負(fù)載的要求。光電轉(zhuǎn)換則是光子將能量傳遞給電子使其運(yùn)動(dòng)從而形成電流。

案例一：太陽(yáng)能交通工具

在大氣污染中，交通工具中汽車等流動(dòng)污染源約占大氣污染總量的90%，汽車尾氣主要的危害是光化學(xué)煙霧，對(duì)人類有嚴(yán)重危害。而主要原因就是因?yàn)槠囁褂玫钠秃筒裼偷取Ｌ?yáng)能汽車真正意義上實(shí)現(xiàn)了無(wú)污染無(wú)噪音，太陽(yáng)能提供的電動(dòng)能源不會(huì)排放污染大氣的有害氣體，沒(méi)有內(nèi)燃機(jī)就不會(huì)產(chǎn)生行駛時(shí)的轟鳴。而太陽(yáng)能汽車?yán)锰?yáng)能將其轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)力，既有效降低大氣污染和噪音污染，創(chuàng)造潔凈的生活環(huán)境，又減少有限的石油資源的使用，同時(shí)太陽(yáng)能還可以為汽車提供輔助設(shè)備的能源。其他的太陽(yáng)能交通設(shè)計(jì)還有太陽(yáng)能飛機(jī)、太陽(yáng)能船等，都已經(jīng)在天空或海洋的領(lǐng)域設(shè)計(jì)并使用成功，雖然造價(jià)昂貴，但是卻為未來(lái)太陽(yáng)能在交通工具上的應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

案例二：太陽(yáng)能家電產(chǎn)品

相比之下，太陽(yáng)能在家電中應(yīng)用的成本要低得多，而且在全球范圍內(nèi)已經(jīng)取得了卓越的科研和使用成果。太陽(yáng)能家電與太陽(yáng)能交通工具一樣是以提供電能為主。

大型太陽(yáng)能家電比如太陽(yáng)能空調(diào)，將太陽(yáng)能蓄電池和主體空調(diào)器成分體式鏈接，外部蓄電池在日間吸收太陽(yáng)能供應(yīng)和存儲(chǔ)能量。

法國(guó)生產(chǎn)一種太陽(yáng)能冰箱，利用吸收固體間隙吸附作用，無(wú)需運(yùn)動(dòng)部件，電源零消耗。其原理是用氨和干燥的氯化鈣顆粒代替一般的制冷劑，將他們混合后形成固體銨鹽，固體銨鹽受熱后分解釋放氨在夜間溫度降低時(shí)冷凝，白天受陽(yáng)光照射蒸發(fā)時(shí)吸收熱量，使冰箱制冷。

太陽(yáng)能電視則是在多個(gè)國(guó)家均已實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)和銷售。比如德國(guó)的流動(dòng)式太陽(yáng)能電視機(jī)，日本銷售的天線內(nèi)裝有特殊太陽(yáng)能電池的電視機(jī)可以白天工作時(shí)充電，晚上使用5～8小時(shí)。其他國(guó)家還有菲律賓、芬蘭等。大部分的方式是利用太陽(yáng)能蓄電池儲(chǔ)存充足電量以供使用。

還有很多小型的太陽(yáng)能家電，比如太陽(yáng)能風(fēng)扇、太陽(yáng)能灶、太陽(yáng)能收音機(jī)、太陽(yáng)能燈具、太陽(yáng)能照相機(jī)、太陽(yáng)能熨斗、太陽(yáng)能輪椅、太陽(yáng)能電話等，太陽(yáng)能在小型家電的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)具有相當(dāng)高的技術(shù)水平，這更是為太陽(yáng)能在環(huán)保設(shè)計(jì)的應(yīng)用提供技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)支持。

案例三：太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備與系統(tǒng)

在農(nóng)業(yè)方面，隨著科技的進(jìn)步也逐步向機(jī)械農(nóng)業(yè)發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械可以大量提高農(nóng)忙時(shí)節(jié)的效率，并減少人力投入，但如同汽車一樣需要汽油、柴油等燃料資源，太陽(yáng)能這種潔凈能源，應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中的具體實(shí)例有太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)秸稈蒸汽爆破裝置、太陽(yáng)能干燥裝置、太陽(yáng)能魚塘增氧機(jī)、太陽(yáng)能生態(tài)農(nóng)業(yè)大棚、太陽(yáng)能養(yǎng)殖場(chǎng)等，以及應(yīng)用在相關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的例子，太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈、太陽(yáng)能污水凈化系統(tǒng)等。對(duì)于電力不足或不同的偏遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，太陽(yáng)能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用具有良好的市場(chǎng)前景和實(shí)際意義。

案例四：太陽(yáng)能相關(guān)的概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)是根據(jù)用戶需求提出設(shè)想，由抽象的設(shè)計(jì)概念到細(xì)化而具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容的一個(gè)過(guò)程。太陽(yáng)能概念設(shè)計(jì)是在一定的太陽(yáng)能技術(shù)支持基礎(chǔ)上去大膽設(shè)想概念方向的設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)想來(lái)開(kāi)拓新的設(shè)計(jì)思路和領(lǐng)域。比如太陽(yáng)能淡水處理人工島嶼，具有雨水收集、海水淡化、高溫消毒、過(guò)濾凈化的系統(tǒng)功能，主要利用太陽(yáng)能高溫集熱技術(shù)，采用“太陽(yáng)能漸分式蒸餾”完成海水的淡化，并通過(guò)太陽(yáng)能集熱器高溫消毒水源。還有一些相關(guān)的空氣處理裝置都是利用太陽(yáng)能來(lái)完善產(chǎn)品系統(tǒng)來(lái)達(dá)到最終的需求。類似的概念設(shè)計(jì)還有很多，或許當(dāng)今的技術(shù)還不能達(dá)到這樣的水平，但是在長(zhǎng)遠(yuǎn)意義上看，這些概念是科技技術(shù)的推動(dòng)力，是技術(shù)發(fā)展的引領(lǐng)方向。

四、太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展的新方向

光化利用，是一種利用太陽(yáng)輻射來(lái)直接分解水制氫的轉(zhuǎn)換方式。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)，地球上的植物靠葉綠素將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，從而促進(jìn)自身的生長(zhǎng)和繁衍，現(xiàn)有概念是制造人工葉綠素，吸收光能發(fā)電。早在2009年，美國(guó)的研究人員在黃石國(guó)家公園發(fā)現(xiàn)一種可以將光能轉(zhuǎn)化為生物能的罕見(jiàn)的細(xì)菌。這種細(xì)菌進(jìn)行的是一種新型的光合作用，是人類發(fā)現(xiàn)的第一種含有集光綠色體的喜氧微生物。而這個(gè)太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展的新方向無(wú)疑是生命科學(xué)的研究熱點(diǎn)。此研究本身不僅具有重大的理論價(jià)值，還能推進(jìn)多個(gè)相關(guān)前沿領(lǐng)域的發(fā)展。

五、總結(jié)

太陽(yáng)能作為潔凈而又可再生的能源，無(wú)疑是人類科技發(fā)展與進(jìn)步重要的研究方向。特別是在因環(huán)境污染、資源恐慌、能源缺乏的種種現(xiàn)狀影響下，太陽(yáng)能在環(huán)保設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與發(fā)展，是未來(lái)太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能在環(huán)保設(shè)計(jì)中的現(xiàn)有案例分析發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能主要作為產(chǎn)品提供電力能源或熱能源，其次有向化學(xué)能轉(zhuǎn)化研究的新方向。這些不斷更新的研究結(jié)果都表明太陽(yáng)能在未來(lái)設(shè)計(jì)中具有重要的研究?jī)r(jià)值與意義，同時(shí)也是人類利用大自然的物去改善自身生活和周邊環(huán)境的重要過(guò)程，標(biāo)志著人類從盲目改造自然和發(fā)展成為改善自然的巨大跨越。而在不久的未來(lái)，人類生活環(huán)境將與自然高度和諧，太陽(yáng)為人類與自然提供無(wú)限能源。