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(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730060)

新能源技術(shù)是當(dāng)今世界備受關(guān)注的五大技術(shù)領(lǐng)域之一，作為新能源的中堅力量-太陽能，它的研究和利用是新能源中相對研究技術(shù)較成熟的技術(shù)之一。地球上的能源大多數(shù)都來自于太陽，所以可以說太陽是人類能源的寶庫。目前生活中對太陽能的商業(yè)化利用主要有三種類型，但是由于太陽能的使用還有些沒有解決的問題，如成本高、功率小、太陽能轉(zhuǎn)化的效率還比較低等，所以導(dǎo)致太陽能的利用技術(shù)尚未達(dá)到成熟期。所以解決太陽能利用過程中存在的問題，將為人類能源的可持續(xù)發(fā)展提供保障[1]。

1 太陽能在我國的分布

太陽就是一個巨大的核能火爐，想要了解太陽能，就要先了解太陽的能量來源、結(jié)構(gòu)、歷史及壽命，事實上太陽的能量來源于太陽內(nèi)部的核聚變，也可以叫做太陽輻射能，是一種清潔能源，對環(huán)境毫無污染，但是能量卻十分巨大。在我國太陽能利用的前景十分廣闊，這是緣由我國部分地區(qū)蘊藏著十分豐富的太陽能資源[2]。

1.1 我國太陽能資源分布最豐富的地區(qū)

在我國太陽能資源分布最豐富的地區(qū)有甘肅、寧夏的北部，青海、西藏的西部，以及新疆的東部，在這些地區(qū)年太陽能的輻射總量可以達(dá)到6680～8400 MJ/m2。其中，西藏的西部太陽能資源最為豐富，僅僅少于撒哈拉大沙漠，在世界可以排第二位，日輻射量最高可以達(dá)到6.4 kWh/m2。

1.2 我國太陽能資源分布比較豐富的地區(qū)

在我國太陽能資源分布比較豐富的地區(qū)主要有要寧夏、新疆、內(nèi)蒙古的南部，山西、河北的北部，青海的東部以及甘肅的中部，平均每年太陽輻射總量能夠達(dá)到5850～6680 MJ/m2。

1.3 我國太陽能資源分布量中等的地區(qū)

在我國太陽能資源分布量中等的地區(qū)，主要有新疆、山西、江蘇、安徽北部，山西、廣東、福建南部，河北、甘肅的東南部，這些地區(qū)的太陽能資源年輻射總量能夠達(dá)到5000～5850 MJ/m2。

2 太陽能的利用技術(shù)

根據(jù)已有的資料記載，人類發(fā)展史上對太陽能資源的利用歷史可以追溯到3000多年以前，但是在人類生產(chǎn)史上把太陽能資源當(dāng)作能源和動力來利用卻只從300多年前開始[3]。

2.1 太陽能資源的熱利用

集熱器是太陽能熱利用技術(shù)利用的重點技術(shù)，因為太陽能輻射能量要依靠集熱器來進(jìn)行采集，然后通過加熱集熱管中的介質(zhì)將采集到的太能輻射能量轉(zhuǎn)換成可以直接利用的熱能，介質(zhì)大多是水或者空氣。常見的集熱器有平板型集熱器和聚光型集熱器。對于最早實現(xiàn)商業(yè)化利用的平板集熱器，它可以采集太陽輻射能中的直射輻射和散射輻射，但它的缺點是集熱溫度相對比較低。而對于改進(jìn)后的聚光集熱器能將陽光會聚在面積較小的吸熱面上，可獲得較高溫度，但其只能利用直射輻射，且需要跟蹤太陽。是依靠集熱器對太陽能進(jìn)行采集，通過加熱水或空氣將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能[4]。目前國內(nèi)對太陽能熱利用的方式主要有以下幾種：

1)通過使用集熱器采集太陽能，直接加熱水和空氣，直接為人類社會生活提供服務(wù)用水，還可以能為北方部分地區(qū)的住房提供供暖熱量，也可以通過換熱系統(tǒng)為部分地區(qū)的住房進(jìn)行降溫。

2)通過使用集熱器，集中利用太陽輻射能，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室和晾曬干燥設(shè)施中，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供必需的熱能，這種利用方法可以使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施少受天氣變化的干擾和影響；

3)通過使用集熱器采集太陽能輻射能量，然后用于發(fā)電系統(tǒng)，這樣可以減緩傳統(tǒng)能源發(fā)電的壓力。

2.2 太陽能的光電利用技術(shù)

太陽能的光電利用技術(shù)是將太陽輻射能不通過集熱器轉(zhuǎn)換，而是直接將其轉(zhuǎn)變成電能的一種發(fā)電方式。這其中包括了多種發(fā)電形式，最常見的又光伏發(fā)電技術(shù)和光感應(yīng)發(fā)電技術(shù)。

光電效應(yīng)是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的基本原理，要利用特殊的裝置把光直接轉(zhuǎn)換成電能，這個裝置就是光伏裝置，也叫太陽能電池。太陽能電池最關(guān)鍵的是要產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)部電場，這就要靠各種具有不同電子特性的半導(dǎo)體材料薄膜制成的平展晶體來實現(xiàn)。當(dāng)太陽光線照入晶體時，內(nèi)部的電場會將光產(chǎn)生的電子分離，然后再太陽能電池的兩端(頂端和底端)之間形成電動勢。這個時候，連通電路，會產(chǎn)生直流電流。當(dāng)光線進(jìn)入晶體是，由光產(chǎn)生的電子被這些電場分離，在太陽電池的頂面和底面之間產(chǎn)生電動勢，此時，若用電路連通，就會產(chǎn)生直流電流[4]。

在我國太陽能光伏發(fā)電利用技術(shù)從70年代就開始了，但是真正實現(xiàn)商業(yè)化利用是在80年代，那時也是該技術(shù)迅速發(fā)展的年代。我國在1983年至1987年，這短短的5年內(nèi)先后從發(fā)達(dá)國家，比如美國、加拿大等國家引進(jìn)了七條太陽電池生產(chǎn)線。而近些年，我國的太陽能光伏發(fā)電利用技術(shù)主要應(yīng)用于國防通信系統(tǒng)以及邊遠(yuǎn)偏辟的國家電網(wǎng)尚未覆蓋到的無電地區(qū)[5]。

2.3 太陽能光-化學(xué)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)

太陽能光-化學(xué)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)主要通過可逆的化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的過程。在光化學(xué)發(fā)電中有電化學(xué)光伏電池、光電解電池和光催化電池。要了解光化學(xué)電池，首先要了解什么是光化學(xué)？光化學(xué)也是化學(xué)的一個分支，主要研究光和物質(zhì)相互作用引起的化學(xué)反應(yīng)。而光化學(xué)電池，就是利用光照射在半導(dǎo)體和電解液界面，催化促進(jìn)電池的正負(fù)極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成電，在電解液內(nèi)形成電流，并使水電離直接產(chǎn)生氫的電池，這種太陽電池的正負(fù)極之間其實并沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是光照射激發(fā)了電子和空穴的產(chǎn)生，經(jīng)過外電路后，電子與空穴復(fù)合[6]。

3 我國太陽能資源開發(fā)利用技術(shù)中存在的主要問題

盡管太陽能資源有著眾多獨有的特點和優(yōu)勢，但是開發(fā)利用技術(shù)卻仍然未到達(dá)成熟期，尤其是商業(yè)化的利用，這主要是因為太陽能的利用設(shè)備的成本較高。雖然近些年新材料新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)必然會使得現(xiàn)有的太陽能利用設(shè)備的成本逐漸降低，利用效率逐漸增大，但是由于太陽能的使用還有些沒有解決的問題，如成本高、功率小、太陽能轉(zhuǎn)化的效率還比較低等，所以導(dǎo)致太陽能尚未得到充分的利用。

4 展望

太陽能作為一種綠色清潔、高效長久的新能源，在未來的利用前景十分廣闊，也是世界各國重點關(guān)注的能源領(lǐng)域，各國政府已經(jīng)將太陽能資源的開發(fā)利用技術(shù)作為國家的可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略內(nèi)容。在不久的未來，太陽能資源的集中開發(fā)利用技術(shù)無疑會使使社會及人類進(jìn)入一個節(jié)約能源減少污染的時代。