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狀，介紹了一種新的太陽能使用技術。

【關鍵詞】太陽能；熱水器；凸透鏡；聚光；光伏效應

1.太陽能的概念

太陽能是太陽內部連續(xù)不斷的核聚變反應過程產生的能量，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；每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億噸標煤，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世紀太陽能利用得到的更廣泛的研究：

第一階段（20世紀頭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，采用平板集熱器和低沸點工質。

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)模應用奠定了基礎；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)動機問世。在這一階段里，加強了太陽能基礎理論和基礎材料的研究，取得了如太陽選擇性涂層和硅太陽電池等技術上的重大突破，平板集熱器有了很大的發(fā)展，技術上逐漸成熟。

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，石油危機使許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達國家，重新加強了對太陽能及其它可再生能源技術發(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，促進太陽能產品的商業(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驗交流大會”，進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，進入80年代后不久開始落潮，逐漸進入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經費，其中美國最為突出。導致這種現象的主要原因是：世界石油價格大幅度回落，而太陽能產品價格居高不下，缺乏競爭力；太陽能技術沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標沒有實現，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，世界各國加強了清潔能源技術的開發(fā)，將利用太陽能與環(huán)境保護結合在一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強。

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、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一步利用，將太陽輻射能收集起來，通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用，這種光熱利用方式逐漸改變人們的生活，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—熱利用方式技術最成熟，產品也比較多，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—電轉換，一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽，然后由蒸汽驅動氣輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。前一過程為光—熱轉換，后一過程為熱—電轉換。

4.2光—電利用方式

太陽能發(fā)電的另一種方式是光—電轉換，其基本原理是利用半導體器件的光伏效應原理光生伏效應將太陽輻射能直接轉換為電能，所謂光伏效應指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現象。它首先是由光子（光波）轉化為電子、光能量轉化為電能量的過程；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。完成光電轉換的太陽能電池是陽光發(fā)電的關鍵，目前的主要的太陽能電池是硅太陽能電池。

4.3光—化學利用方式

光化利用：這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學轉換方式。

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將太陽能轉換成為生物質的過程。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到的溫度，有實驗表明，陽光充足的情況下，焦點溫度可達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.結語

綜觀太陽能的利用歷史，雖然太陽能的利用經歷了幾起幾落，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，我們即將進入能源世紀，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。