張輝

摘 要：當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問(wèn)題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“新動(dòng)力”。

關(guān)鍵詞：新能源；課堂教學(xué)；能源的利用

人類利用太陽(yáng)能的歷史比較悠久，有3 000多年的歷史。在我國(guó)，公元前11世紀(jì)的西周時(shí)期，史籍中就記載有“陽(yáng)燧取火”的技術(shù)。所謂“陽(yáng)燧”就是一種金屬凹面鏡，用來(lái)聚焦陽(yáng)光點(diǎn)燃艾絨之類易燃物而取得火種。這在世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展史中具有重要地位。

在國(guó)外，公元前214年，希臘著名科學(xué)家阿基米德利用反射鏡聚焦陽(yáng)光燒毀了進(jìn)攻撕拉修斯港的一支羅馬軍隊(duì)。

太陽(yáng)能作為一種能源來(lái)利用的歷史較短，僅有300年。真正將太陽(yáng)能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”，“未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近來(lái)的事。

公元1615年，法國(guó)考克斯發(fā)明了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，使太陽(yáng)能的利用進(jìn)入了新的歷史時(shí)期。1954年，在美國(guó)成立了“應(yīng)用太陽(yáng)能協(xié)會(huì)”（AASE），有13個(gè)國(guó)家和地區(qū)參加，每年召開(kāi)一次會(huì)議。1973年，由于西方的能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，太陽(yáng)能利用的研究在深度和廣度上有了較大的發(fā)展。聯(lián)合國(guó)教科文組織（UNESCO）、國(guó)際太陽(yáng)能協(xié)會(huì)（ISES）、地中海地區(qū)太陽(yáng)能協(xié)會(huì)（COMPLES）、法國(guó)太陽(yáng)能研究和發(fā)展協(xié)會(huì)以及西德、美國(guó)、法國(guó)政府部門(mén)聯(lián)合召開(kāi)了“太陽(yáng)能為人類服務(wù)”的國(guó)際太陽(yáng)能會(huì)議，有35個(gè)國(guó)家和地區(qū)參加。1979年，在美國(guó)召開(kāi)了國(guó)際太陽(yáng)能協(xié)會(huì)成立25周年紀(jì)念大會(huì)，參加大會(huì)的國(guó)家和地區(qū)增加到70多個(gè)。1981年，在英國(guó)召開(kāi)了國(guó)際太陽(yáng)能學(xué)會(huì)，中國(guó)加入該組織，共有77個(gè)國(guó)家參加會(huì)議。

目前，世界各國(guó)太陽(yáng)能利用的形式十分豐富，大致可歸納為以下幾個(gè)方面：

一、生物轉(zhuǎn)換利用太陽(yáng)能

生物質(zhì)通過(guò)光合作用把太陽(yáng)能吸收和貯存在體內(nèi)，生物質(zhì)的利用就是將植物和各類有機(jī)物經(jīng)過(guò)化學(xué)和生物處理轉(zhuǎn)換為有用的燃料，如酒精、氫氣或沼氣。

沼氣是生物質(zhì)能的一種利用方式。厭氧微生物發(fā)酵，可產(chǎn)生有用的沼氣。我國(guó)農(nóng)村沼氣利用發(fā)展很快，從數(shù)量說(shuō)已處世界領(lǐng)先地位，而且具有一定的科技水平。

此外，薪炭林的發(fā)展也是一種生物質(zhì)能的利用方式。有計(jì)劃的培植薪炭林，既可提供木材燃料，而且可以作為沼氣的原料，又可以防止水土流失，保護(hù)環(huán)境。

二、光熱轉(zhuǎn)換利用太陽(yáng)能

太陽(yáng)能熱水器是光熱利用中發(fā)展規(guī)模最大、技術(shù)較成熟的裝置，其生產(chǎn)和使用在許多國(guó)家已十分普遍。在我國(guó)，國(guó)家鼓勵(lì)推廣太陽(yáng)能熱水器，

2010年底太陽(yáng)能熱水器安裝總面積接近1.5億平方米，預(yù)計(jì)到2020年底達(dá)到3萬(wàn)億平方米。

太陽(yáng)灶是收集太陽(yáng)熱能進(jìn)行食物烹調(diào)的光熱利用系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)形式主要有三種：箱式太陽(yáng)灶、聚光太陽(yáng)灶和太陽(yáng)能蒸汽灶。在我國(guó)西部日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)的地區(qū)太陽(yáng)灶的利用具有十分廣闊的前景。青海省政府制作太陽(yáng)能灶66 000臺(tái)，全部免費(fèi)發(fā)放給干旱山區(qū)的農(nóng)牧民，使30萬(wàn)農(nóng)牧民用上了太陽(yáng)能灶。

太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)是收集太陽(yáng)熱能對(duì)物品進(jìn)行脫水及蒸發(fā)處理的光熱系統(tǒng)，主要用于糧食、蔬菜、水果、煙葉、木材及一些農(nóng)副產(chǎn)品的干燥。

太陽(yáng)能光熱發(fā)電是收集太陽(yáng)熱能并將其轉(zhuǎn)化為電能。這是大規(guī)模利用太陽(yáng)能的主要方向。世界最早建成的大型太陽(yáng)能熱電站是意大利1 000千瓦塔式太陽(yáng)能電站。美國(guó)發(fā)電為10兆瓦的《太陽(yáng)能1號(hào)》工程，是當(dāng)時(shí)世界上最大的太陽(yáng)能電站。我國(guó)試驗(yàn)建成了1 000瓦的太陽(yáng)能熱電站。

太陽(yáng)能水泵是利用太陽(yáng)能把水從低處抽到高出的利用系統(tǒng)。主要用于農(nóng)田灌溉。我國(guó)北京太陽(yáng)能研究所研制的BT-SII大型太陽(yáng)能熱動(dòng)力泵，晴天可連續(xù)工作5～6小時(shí)，揚(yáng)程18米，抽水量3～7噸。

三、光電轉(zhuǎn)換利用太陽(yáng)能

太陽(yáng)能通過(guò)半導(dǎo)體材料可直接產(chǎn)生直流電。光電利用的核心部件是太陽(yáng)能電池。它的種類主要有硅、硫化鎘、砷化鎵等電池。其應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面：

1.空間電源?，F(xiàn)今世界運(yùn)行的人造衛(wèi)星中，絕大部分都是采用太陽(yáng)能電池做電源。我國(guó)發(fā)射的20多顆衛(wèi)星當(dāng)中，用的電源全部為國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)能電池。

2.海上自動(dòng)照明設(shè)備電源。如浮標(biāo)、燈塔和遠(yuǎn)離海岸油井上的閃光燈等越來(lái)越多的運(yùn)用太陽(yáng)能供電。太陽(yáng)能供電的電牧欄是效果較為顯著的一項(xiàng)。到1989年底，我國(guó)安裝太陽(yáng)能電池1 100千瓦。

3.太陽(yáng)能路燈是一種利用太陽(yáng)能作為能源的路燈。因其具有不受供電影響，不用開(kāi)溝埋線，不消耗常規(guī)電能，只要陽(yáng)光充足就可以就地安裝等特點(diǎn)，因此受到人們的廣泛關(guān)注，又因其不污染環(huán)境，而被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品。

四、光化學(xué)轉(zhuǎn)化利用太陽(yáng)能

通過(guò)光解或電解作用的熱化學(xué)方法制造氫氣。是太陽(yáng)能利用的另一個(gè)方法。由于氫是一種清潔燃料，它唯一的副產(chǎn)品是水，所以太陽(yáng)能光熱制氫對(duì)未來(lái)能源發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

五、太陽(yáng)能利用新進(jìn)展

日前從上海市科委獲悉，華東師范大學(xué)科研人員利用納米材料在實(shí)驗(yàn)室中成功“再造”葉綠體，以極其低廉的成本實(shí)現(xiàn)光能發(fā)電。

在上海市納米專項(xiàng)基金的支持下，經(jīng)過(guò)三年多實(shí)驗(yàn)與探索，這塊仿生太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已超過(guò)10%，接近11%的世界最高水平。

太陽(yáng)能是一種潔凈和可持續(xù)產(chǎn)生的能源，發(fā)展太陽(yáng)能科技可減少在發(fā)電過(guò)程中使用礦物燃料，從而減輕空氣污染及全球暖化的問(wèn)題。

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（作者單位：山東省利津縣第二中學(xué)）