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太陽能（Solar），一般指太陽光的輻射能量。在太陽內(nèi)部進(jìn)行的由“氫”聚變成“氦”的原子核反應(yīng)，不停地釋放出巨大的能量，并不斷向宇宙空間輻射能量，這種能量就是太陽能。太陽內(nèi)部的這種核聚變反應(yīng)，可以維持幾十億至上百億年的時間。太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為3.8x10^23kW的輻射值，其中20億分之一到達(dá)地球大氣層。到達(dá)地球大氣層的太陽能，30%被大氣層反射，23%被大氣層吸收，其余的到達(dá)地球表面，其功率為800000億kW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于燃燒500萬噸煤釋放的熱量。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢能等等。狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。陽能 - 簡介 太陽能（Solar），一般是指太陽光的輻射能量，在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進(jìn)一步發(fā)展。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽能發(fā)電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢能等等。 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。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量（約為3.75×1026w）的22億分之一，但已高達(dá)173,000tw，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬噸煤。地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來源于太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大，狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，對環(huán)境無任何污染。 人類對太陽能的利用有著悠久的歷史。我國早在兩千多年前的戰(zhàn)國時期，就知道利用鋼制四面鏡聚焦太陽光來點(diǎn)火；利用太陽能來干燥農(nóng)副產(chǎn)品。發(fā)展到現(xiàn)代，太陽能的利用已日益廣泛，它包括太陽能的光熱利用，太陽能的光電利用和太陽能的光化學(xué)利用等。太陽能的利用有光化學(xué)反應(yīng),被動式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽能發(fā)電一種新興的可再生能源利用方式。 使用太陽電池，通過光電轉(zhuǎn)換把太陽光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能，使用太陽能熱水器，利用太陽光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電，利用太陽能進(jìn)行海水淡化。現(xiàn)在，太陽能的利用還不很普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題，但是太陽電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應(yīng)用。 主要是硅光電池在吸收太陽所發(fā)射出來的光能，硅光電池主要是從沙子里提煉出來的，由貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)。 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。地球軌道上的平均太陽輻射強(qiáng)度為1367kw/㎡。地球赤道的周長為40000km，從而可計(jì)算出，地球獲得的能量可達(dá)173000TW。在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為1kw/m2，地球表面某一點(diǎn)24h的年平均輻射強(qiáng)度為0.20kw/㎡，相當(dāng)于有102000TW的能量，人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地?zé)崮苜Y源除外），雖然太陽能資源總量相當(dāng)于現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時而變，這是開發(fā)利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點(diǎn)會使它在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限制。 盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的22億分之一，但已高達(dá)173,000TW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬噸煤。地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來源于太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大，狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。 太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會及人類進(jìn)入一個節(jié)約能源減少污染的時代。 利用太陽能的方法主要有： 現(xiàn)在，太陽能的利用還不很普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題，但是太陽電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了很好的應(yīng)用。 全球最大的屋頂太陽能面板系統(tǒng)位于德國南部比茲塔特（Buerstadt），面積為四萬平方米，每年的發(fā)電量為450萬千瓦時。 太陽電池是一對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結(jié)。 當(dāng)光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。 晶體硅太陽電池的制作過程 分類 1、太陽能光伏 光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導(dǎo)致任何損耗。簡單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋提供照明，并為電網(wǎng)供電。光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電力。近年，天臺及建筑物表面均會使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng)。 2、太陽熱能 現(xiàn)代的太陽熱能科技將陽光聚合，并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運(yùn)用適當(dāng)?shù)目萍紒硎占柲芡?，建筑物亦可利用太陽的光和熱能，方法是在設(shè)計(jì)時加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建筑材料。 據(jù)記載，人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動力加以利用，只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”，“未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近來的事。20世紀(jì)70年代以來，太陽能科技突飛猛進(jìn)，太陽能利用日新月異。 近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門·德·考克斯在世界上發(fā)明第一臺太陽能驅(qū)動的發(fā)動機(jī)算起。該發(fā)明是一臺利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機(jī)器。在1615年～1900年之間，世界上又研制成多臺太陽能動力裝置和一些其它太陽能裝置。這些動力裝置幾乎全部采用聚光方式采集陽光，發(fā)動機(jī)功率不大，工質(zhì)主要是水蒸汽，價格昂貴，實(shí)用價值不大，大部分為太陽能愛好者個人研究制造。20世紀(jì)的100年間，太陽能科技發(fā)展歷史大體可分為七個階段。 第一階段(1900~1920年) 在這一階段，世界上太陽能研究的重點(diǎn)仍是太陽能動力裝置， 但采用的聚光方式多樣化，且開始采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì)，裝置逐漸擴(kuò)大，最大輸出功率達(dá)73.64kW，實(shí)用目的比較明確，造價仍然很高。建造的典型裝置有：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；1902~1908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(diǎn)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。 在這20多年中，太陽能研究工作處于低潮，參加研究工作的人數(shù)和研究項(xiàng)目大為減少，其原因與礦物燃料的大量開發(fā)利用和發(fā)生第二次世界大戰(zhàn)（1935~1945年）有關(guān)，而太陽能又不能解決當(dāng)時對能源的急需，因此使太陽能研究工作逐漸受到冷落。 第三階段（1945~1965年） 在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的20年中，一些有遠(yuǎn)見的人士已經(jīng)注意到石油和天然氣資源正在迅速減少，呼吁人們重視這一問題，從而逐漸推動了太陽能研究工作的恢復(fù)和開展，并且成立太陽能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會，再次興起太陽能研究熱潮。在這一階段，太陽能研究工作取得一些重大進(jìn)展，比較突出的有：1945年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成實(shí)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)；1955年，以色列泰伯等在第一次國際太陽熱科學(xué)會議上提出選擇性涂層的基礎(chǔ)理論，并研制成實(shí)用的黑鎳等選擇性涂層，為高效集熱器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。此外，在這一階段里還有其它一些重要成果，比較突出的有：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。1960年，在美國佛羅里達(dá)建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨——水吸收式空調(diào)系統(tǒng)，制冷能力為5冷噸。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。太陽能吸收式空調(diào)的研究取得進(jìn)展，建成一批實(shí)驗(yàn)性太陽房。對難度較大的斯特林發(fā)動機(jī)和塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了初步研究。 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（1973~1980年） 自從石油在世界能源結(jié)構(gòu)中擔(dān)當(dāng)主角之后，石油就成了左右經(jīng)濟(jì)和決定一個國家生死存亡、發(fā)展和衰退的關(guān)鍵因素，1973年10月爆發(fā)中東戰(zhàn)爭，石油輸出國組織采取石油減產(chǎn)、提價等辦法，支持中東人民的斗爭，維護(hù)本國的利益。其結(jié)果是使那些依靠從中東地區(qū)大量進(jìn)口廉價石油的國家，在經(jīng)濟(jì)上遭到沉重打擊。于是，西方一些人驚呼：世界發(fā)生了“能源危機(jī)”（有的稱“石油危機(jī)”）。這次“危機(jī)”在客觀上使人們認(rèn)識到：現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)必須徹底改變，應(yīng)加速向未來能源結(jié)構(gòu)過渡。從而使許多國家，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(jì)劃，太陽能研究經(jīng)費(fèi)大幅度增長，并且成立太陽能開發(fā)銀行，促進(jìn)太陽能產(chǎn)品的商業(yè)化。日本在1974年公布了政府制定的“陽光計(jì)劃”，其中太陽能的研究開發(fā)項(xiàng)目有：太陽房、工業(yè)太陽能系統(tǒng)、太陽熱發(fā)電、太陽電池生產(chǎn)系統(tǒng)、分散型和大型光伏發(fā)電系統(tǒng)等。為實(shí)施這一計(jì)劃，日本政府投入了大量人力、物力和財力。70年代初世界上出現(xiàn)的開發(fā)利用太陽能熱潮，對中國也產(chǎn)生了巨大影響。一些有遠(yuǎn)見的科技人員，紛紛投身太陽能事業(yè)，積極向政府有關(guān)部門提建議，出書辦刊，介紹國際上太陽能利用動態(tài)；在農(nóng)村推廣應(yīng)用太陽灶，在城市研制開發(fā)太陽能熱水器，空間用的太陽電池開始在地面應(yīng)用……。1975年，在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗(yàn)交流大會”，進(jìn)一步推動了中國太陽能事業(yè)的發(fā)展。這次會議之后，太陽能研究和推廣工作納入了中國政府計(jì)劃，獲得了專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)和物資支持。一些大學(xué)和科研院所，紛紛設(shè)立太陽能課題組和研究室，有的地方開始籌建太陽能研究所。當(dāng)時，中國也興起了開發(fā)利用太陽能的熱潮。這一時期，太陽能開發(fā)利用工作處于前所未有的大發(fā)展時期，具有以下特點(diǎn)： 各國加強(qiáng)了太陽能研究工作的計(jì)劃性，不少國家制定了近期和遠(yuǎn)期陽光計(jì)劃。開發(fā)利用太陽能成為政府行為，支持力度大大加強(qiáng)。國際間的合作十分活躍，一些第三世界國家開始積極參與太陽能開發(fā)利用工作。 研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，研究工作日益深入，取得一批較大成果，如CPC、真空集熱管、非晶硅太陽電池、光解水制氫、太陽能熱發(fā)電等。 各國制定的太陽能發(fā)展計(jì)劃，普遍存在要求過高、過急問題，對實(shí)施過程中的困難估計(jì)不足，希望在較短的時間內(nèi)取代礦物能源，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用太陽能。例如，美國曾計(jì)劃在1985年建造一座小型太陽能示范衛(wèi)星電站，1995年建成一座500萬kW空間太陽能電站。事實(shí)上，這一計(jì)劃后來進(jìn)行了調(diào)整，至今空間太陽能電站還未升空。 太陽熱水器、太陽電池等產(chǎn)品開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，太陽能產(chǎn)業(yè)初步建立，但規(guī)模較小，經(jīng)濟(jì)效益尚不理想。 第六階段（1980~1992年） 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(fèi)，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(shí)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。受80年代國際上太陽能低落的影響，中國太陽能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太陽能利用投資大、效果差、貯能難、占地廣，認(rèn)為太陽能是未來能源，主張外國研究成功后中國引進(jìn)技術(shù)。雖然，持這種觀點(diǎn)的人是少數(shù)，但十分有害，對中國太陽能事業(yè)的發(fā)展造成不良影響。這一階段，雖然太陽能開發(fā)研究經(jīng)費(fèi)大幅度削減，但研究工作并未中斷，有的項(xiàng)目還進(jìn)展較大，而且促使人們認(rèn)真地去審視以往的計(jì)劃和制定的目標(biāo)，調(diào)整研究工作重點(diǎn)，爭取以較少的投入取得較大的成果。 第七階段（1992年~至今） 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，對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅。在這樣背景下，1992年聯(lián)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會”，會議通過了《里約熱內(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言》，《21世紀(jì)議程》和《聯(lián)合國氣候變化框架公約》等一系列重要文件，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)。世界環(huán)發(fā)大會之后，中國政府對環(huán)境與發(fā)展十分重視，提出10條對策和措施，明確要“因地制宜地開發(fā)和推廣太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?/font>、潮汐能、生物質(zhì)能等清潔能源”，制定了《中國21世紀(jì)議程》，進(jìn)一步明確了太陽能重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。1995年國家計(jì)委、國家科委和國家經(jīng)貿(mào)委制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》（1996~2010年），明確提出中國在1996-2010年新能源和可再生能源的發(fā)展目標(biāo)、任務(wù)以及相應(yīng)的對策和措施。這些文件的制定和實(shí)施，對進(jìn)一步推動中國太陽能事業(yè)發(fā)揮了重要作用。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(jì)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(jiān)定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。1992年以后，世界太陽能利用又進(jìn)入一個發(fā)展期，其特點(diǎn)是：太陽能利用與世界可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)緊密結(jié)合，全球共同行動，為實(shí)現(xiàn)世界太陽能發(fā)展戰(zhàn)略而努力；太陽能發(fā)展目標(biāo)明確，重點(diǎn)突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽熱、過熱過急的弊端，保證太陽能事業(yè)的長期發(fā)展；在加大太陽能研究開發(fā)力度的同時，注意科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)，加速商業(yè)化進(jìn)程，擴(kuò)大太陽能利用領(lǐng)域和規(guī)模，經(jīng)濟(jì)效益逐漸提高；國際太陽能領(lǐng)域的合作空前活躍，規(guī)模擴(kuò)大，效果明顯。通過以上回顧可知，在本世紀(jì)100年間太陽能發(fā)展道路并不平坦，一般每次高潮期后都會出現(xiàn)低潮期，處于低潮的時間大約有45年。太陽能利用的發(fā)展歷程與煤、石油、核能完全不同，人們對其認(rèn)識差別大，反復(fù)多，發(fā)展時間長。這一方面說明太陽能開發(fā)難度大，短時間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用；另一方面也說明太陽能利用還受礦物能源供應(yīng)，政治和戰(zhàn)爭等因素的影響，發(fā)展道路比較曲折。盡管如此，從總體來看，20世紀(jì)取得的太陽能科技進(jìn)步仍比以往任何一個世紀(jì)都大。 太陽能利用涉及的技術(shù)問題很多，但根據(jù)太陽能的特點(diǎn)，具有共性的技術(shù)主要有四項(xiàng)，即太陽能采集、太陽能轉(zhuǎn)換、太陽能貯存和太陽能傳輸，將這些技術(shù)與其它相關(guān)技術(shù)結(jié)合在一起，便能進(jìn)行太陽能的實(shí)際利用----光熱利用、光電利用和光化學(xué)利用。 太陽能的熱利用，是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，實(shí)現(xiàn)這個目的的器件叫“集熱器”。由于使用的目的不同，集熱器和與之匹配的系統(tǒng)類型繁多，名稱各不相同。例如太陽能用于炊事，就叫“太陽灶”；用于產(chǎn)生熱水，就叫“太陽熱水器”；為烘干用的設(shè)備，則稱做“太陽能干燥器”等等。 太陽能的光電轉(zhuǎn)換是指太陽的輻射能光子通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，通常叫做“光生伏打效應(yīng)″，太陽電池就是利用這種效應(yīng)制成的。 光電轉(zhuǎn)換又稱太陽能光伏。太陽能板是一種暴露在陽光下便會產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料（例如硅）制成的薄身固體太陽能電池組成。由于沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導(dǎo)致任何損耗。簡單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源，較大的光伏系統(tǒng)可為房屋照明，并為電網(wǎng)供電。 現(xiàn)代的太陽能科技可以將陽光聚合，并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸汽和電力。集熱式太陽能(Solar Thermal)。原理是將鏡子反射的太陽光，聚焦在一條叫接收器的玻璃管上，而該中空的玻璃管可以讓油流過。從鏡子反映的太陽光會令管子內(nèi)的油升溫，產(chǎn)生蒸氣，再由蒸氣推動?輪機(jī)發(fā)電。[1]除了運(yùn)用適當(dāng)?shù)目萍紒硎占柲芡?，建筑物亦可利用太陽的光和熱能，方法是在設(shè)計(jì)時加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建筑材料。在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，太陽能的長期使用成本已經(jīng)接近甚至低于傳統(tǒng)的化石燃料。 優(yōu)點(diǎn)： (1)普遍：太陽光普照大地，無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運(yùn)輸。 (2)無害：開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天，這一點(diǎn)是極其寶貴的。 (3)巨大：每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億t標(biāo)煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。 (4)長久：根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。 缺點(diǎn)： (1)分散性：到達(dá)地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向1平方米面積上接收到的太陽能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1／5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價較高。 (2)不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽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能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。 (3)效率低和成本高：目前太陽能利用的發(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。但有的太陽能利用裝置，因?yàn)樾势?，成本較高，總的來說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后相當(dāng)一段時期內(nèi)，太陽能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。 太陽能利用中的經(jīng)濟(jì)問題： 第一，世界上越來越多的國家認(rèn)識到一個能夠持續(xù)發(fā)展的社會 應(yīng)該是一個既能滿足社會需要，而又不危及后代人前途的社會。因此，盡可能多地用潔凈能源代替高含碳量的礦物能源，是能源建設(shè)應(yīng)該遵循的原則。隨著能源形式的變化，常規(guī)能源的貯量日益下降，其價格必然上漲，而控制環(huán)境污染也必須增大投資。 第二，中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，煤炭約占商品能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的76％，已成為中國大氣污染的主要來源。大力開發(fā)新能源和可再生能源的利用技術(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施。能源問題是世界性的，向新能源過渡的時期遲早要到來。從長遠(yuǎn)看，太陽能利用技術(shù)和裝置的大量應(yīng)用，也必然可以制約礦物能源價格的上漲。 中國太陽能年總輻射量大致在930--2330千瓦小時/平方米?年之間。以1630千瓦小時/平方米?年。年為等值線，則自大興安嶺西麓向西南至滇藏交界處，把中國分為兩大部分，其西北地區(qū)高于1630千瓦小時/平方米?年，此線東南側(cè)低于這個等值線。 大體上說，我國約有三分之二以上的地區(qū)太陽能資源較好，特別是青藏高原和新疆、甘肅、內(nèi)蒙古一帶，利用太陽能的條件尤其有利。 根據(jù)各地接受太陽總輻射量的多少，可將全國劃分為五類地區(qū)。 一類地區(qū) 為中國太陽能資源最豐富的地區(qū)，年太陽輻射總量6680～8400MJ/㎡，相當(dāng)于日輻射量5.1～6.4KWh/㎡。這些地區(qū)包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最為豐富，最高達(dá)2333KWh/㎡（日輻射量6.4KWh/㎡），居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。 二類地區(qū) 為中國太陽能資源較豐富地區(qū)，年太陽輻射總量為5850-6680MJ/m2，相當(dāng)于日輻射量4.5～5.1KWh/㎡。這些地區(qū)包括河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。 三類地區(qū) 為中國太陽能資源中等類型地區(qū)，年太陽輻射總量為5000-5850MJ/m2，相當(dāng)于日輻射量3.8～4.5KWh/㎡。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、蘇北、皖北、臺灣西南部等地。 四類地區(qū) 是中國太陽能資源較差地區(qū)，年太陽輻射總量4200～5000MJ/㎡，相當(dāng)于日輻射量3.2～3.8KWh/㎡。這些地區(qū)包括湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇北部、安徽南部以及黑龍江、臺灣東北部等地。 五類地區(qū) 主要包括四川、貴州兩省，是中國太陽能資源最少的地區(qū)，年太陽輻射總量3350～4200MJ/㎡，相當(dāng)于日輻射量只有2.5～3.2KWh/㎡。 太陽能輻射數(shù)據(jù)可以從縣級氣象臺站取得，也可以從國家氣象局取得。從氣象局取得的數(shù)據(jù)是水平面的輻射數(shù)據(jù)，包括：水平面總輻射，水平面直接輻射和水平面散射輻射。 從全國來看，中國是太陽能資源相當(dāng)豐富的國家，絕大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在4kWh/㎡以上，西藏最高達(dá)7kWh/㎡。 太陽能的利用有多種方式： 1、太陽熱能的利用，比如太陽能熱水器，目前就用的比較多也比較普及； 2、太陽能發(fā)電，是目前太陽能利用的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，主要的普及障礙是： ①用于完成光電轉(zhuǎn)化的硅光電池成本太高、轉(zhuǎn)化效率低、使用壽命短； 國外采用電能聯(lián)網(wǎng)的辦法解決電能的儲存問題，不用電池儲電，直接供電，效果很好，但需要形成規(guī)模，并有政府的介入?yún)f(xié)調(diào)管理。硅光電池的技術(shù)正在快速發(fā)展和進(jìn)步之中。目前太陽能發(fā)電還主要用在一些很難獲得其他電力資源的地區(qū)或場所。 就目前來說，人類直接利用太陽能還處于初級階段，主要有太陽能熱水器、太陽能集熱、太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能暖房、太陽能發(fā)電等方式。 太陽能集熱器 太陽能熱水器裝置通常包括太陽能集熱器、儲水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要熱交換器和膨脹槽以及發(fā)電裝置以備電廠不能供電之需。太陽能集熱器(solar collector)在太陽能熱系統(tǒng)中，接受太陽輻射并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的裝置。按傳熱工質(zhì)可分為液體集熱器和空氣集熱器。按采光方式可分為聚光型和聚光型集熱器兩種。另外還有一種真空集熱器：一個好的太陽能集熱器應(yīng)該能用20～30年。自從大約1980年以來所制作的集熱器更應(yīng)維持40～50年且很少進(jìn)行維修。 太陽能熱水系統(tǒng) 早期最廣泛的太陽能應(yīng)用即用于將水加熱，現(xiàn)今全世界已有數(shù)百萬太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統(tǒng)主要元件包括收集器、儲存裝置及循環(huán)管路三部分。此外，可能還有輔助的能源裝置（如電熱器等）以供應(yīng)無日照時使用，另外尚可能有強(qiáng)制循環(huán)用的水，以控制水位或控制電動部份或溫度的裝置以及接到負(fù)載的管路等。依循環(huán)方式太陽能熱水系統(tǒng)可分兩種： 1、自然循環(huán)式: 此種型式的儲存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太陽輻射的加熱，溫度上升，造成收集器及儲水箱中水溫不同而產(chǎn)生密度差，因此引起浮力，此一熱虹吸現(xiàn)像，促使水在除水箱及收集器中自然流動。由與密度差的關(guān)系，水流量于收集器的太陽能吸收量成正比。此種型式因不需循環(huán)水，維護(hù)甚為簡單，故已被廣泛采用。 2、強(qiáng)制循環(huán)式: 熱水系統(tǒng)用水使水在收集器與儲水箱之間循環(huán)。當(dāng)收集器頂端水溫高于儲水箱底部水溫若干度時，控制裝置將啟動水使水流動。水入口處設(shè)有止回閥以防止夜間水由收集器逆流，引起熱損失。由此種型式的熱水系統(tǒng)的流量可得知（因來自水的流量可知），容易預(yù)測性能，亦可推算于若干時間內(nèi)的加熱水量。如在同樣設(shè)計(jì)條件下，其較自然循環(huán)方式具有可以獲得較高水溫的長處，但因其必須利用水，故有水電力、維護(hù)（如漏水等）以及控制裝置時動時停，容易損壞水等問題存在。因此，除大型熱水系統(tǒng)或需要較高水溫的情形，才選擇強(qiáng)制循環(huán)式，一般大多用自然循環(huán)式熱水器。 暖房 利用太陽能作房間冬天暖房之用，在許多寒冷地區(qū)已使用多年。因寒帶地區(qū)冬季氣溫甚低，室內(nèi)必須有暖氣設(shè)備，若欲節(jié)省大量化石能源的消耗，設(shè)法應(yīng)用太陽輻射熱。大多數(shù)太陽能暖房使用熱水系統(tǒng)，亦有使用熱空氣系統(tǒng)。太陽能暖房系統(tǒng)是由太陽能收集器、熱儲存裝置、輔助能源系統(tǒng)，及室內(nèi)暖房風(fēng)扇系統(tǒng)所組成，其過程乃太陽輻射熱傳導(dǎo)，經(jīng)收集器內(nèi)的工作流體將熱能儲存，在供熱至房間。至輔助熱源則可裝置在儲熱裝置內(nèi)、直接裝設(shè)在房間內(nèi)或裝設(shè)于儲存裝置及房間之間等不同設(shè)計(jì)。當(dāng)然亦可不用儲熱雙置而直接將熱能用到暖房的直接式暖房設(shè)計(jì)，或者將太陽能直接用于熱電或光電方式發(fā)電，在加熱房間，或透過冷暖房的熱裝置方式供作暖房使用。最常用的暖房系統(tǒng)為太陽能熱水裝置，其將熱水通至儲熱裝置之中（固體、液體或相變化的儲熱系統(tǒng)），然后利用風(fēng)扇將室內(nèi)或室外空氣驅(qū)動至此儲熱裝置中吸熱，在把此熱空氣傳送至室內(nèi)；或利用另一種液體流至儲熱裝置中吸熱，當(dāng)熱流體流至室內(nèi)，在利用風(fēng)扇吹送被加熱空氣至室內(nèi)，而達(dá)到暖房效果。 太陽能發(fā)電 即直接將太陽能轉(zhuǎn)變成電能，并將電能存儲在電容器中，以備需要時使用。 太陽能利用基本方式可以分為如下4大類。 它的基本原來是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。目前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3種。通常根據(jù)所能達(dá)到的溫度和用途的不同，而把太陽能光熱利用分為低溫利用（＜200℃）、中溫利用（200～800℃）和高溫利用（＞800℃）。目前低溫利用主要有太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能蒸餾器、太陽房、太陽能溫室、太陽能空調(diào)制冷系統(tǒng)等，中溫利用主要有太陽灶、太陽能熱發(fā)電聚光集熱裝置等，高溫利用主要有高溫太陽爐等。 （2）太陽能發(fā)電 未來太陽能的大規(guī)模利用是用來發(fā)電。利用太陽能發(fā)電的方式有多種。目前已實(shí)用的主要有以下兩種。 （3）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。 通過植物的光合作用來實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。 中國蘊(yùn)藏著豐富的太陽能資源，太陽能利用前景廣闊。目前，我國太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是全球太陽能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家和重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國。我國比較成熟太陽能產(chǎn)品有兩項(xiàng)：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng)。 中國《可再生能源法》的頒布和實(shí)施，為太陽能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了政策的保障；京都議定書的簽定，環(huán)保政策的出臺和對國際的承諾，給太陽能利用產(chǎn)業(yè)帶來機(jī)遇；西部的大開發(fā)，為太陽能利用產(chǎn)業(yè)提供巨大的國內(nèi)市場；原油價格的上漲，中國能源戰(zhàn)略的調(diào)整，使得政府加大對可再生能源發(fā)展的支持的力度，所有的這些都為中國太陽能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來極大的機(jī)會。 2006年發(fā)表“陽光伏城計(jì)劃”(Solar Cities initiative)，目前已有圣地愛麗絲泉、阿得雷德、湯士維爾與布萊克頓四個城市獲取政府補(bǔ)助打造太陽能發(fā)電系統(tǒng)城市。 2007年3月30日，歐洲第一座商業(yè)太陽能發(fā)電廠(PS10太陽能發(fā)電塔)啟用，這座電廠自2001年7月于西班牙南部的塞維利亞（Seville）西方25公里的桑路卡拉馬尤（Sanlucar la Mayor）開始興建，直到2005年12月31日完工，費(fèi)時4年多建造完成。 2006年8月，美國加州參院以36票對4票獲得壓倒性的勝利，通過“百萬太陽能屋頂法案”，法案計(jì)劃在未來10年，在加州百萬個屋頂上裝設(shè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，將太陽能發(fā)電的上限由0.5％提升為2.5％，整個計(jì)劃總發(fā)電規(guī)模將達(dá)300萬千瓦。 2005年9月，上海市政府公布“上海開發(fā)利用太陽能行動計(jì)劃”。 臺灣地區(qū) 2000年1月26日，經(jīng)濟(jì)部能源局頒布實(shí)施“太陽能熱水系統(tǒng)推廣獎勵辦法”，于2004年1月22日廢止。 |
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