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      太陽能的開發(fā)和應用

      2015-12-09 08:08:38王彪
      企業(yè)導報 2015年22期
      關鍵詞:開發(fā)利用發(fā)展前景太陽能

      王彪

      摘 要:能源是人類社會活動的物質(zhì)基礎。新能源的開發(fā)利用是人類的共識。太陽能是一種清潔的自然再生能源,取之不盡,用之不竭。開發(fā)和利用太陽能,既不會出現(xiàn)大氣的污染,也不會影響自然界的生態(tài)平衡,而且只要陽光所及的地方,都有太陽能可以利用,太陽能以其長久性、再生性、無污染等優(yōu)點備受人們的青睞。與此同時,在當今世界,常規(guī)能源逐漸減少,而世界人口卻逐年增長,科學技術迅速發(fā)展,在不久的將來,現(xiàn)有的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將不可避免地會發(fā)生巨大變革,無疑會利用一些新能源,而太陽能就會起到重要作用??梢灶A見,在21世紀,太陽能將會成為較為重要的動力源。開發(fā)利用太陽能是人類社會長期追求的目標。而本文將介紹一下太陽能的特點、發(fā)展歷史及當前的發(fā)展狀況,討論太陽能利用的發(fā)展趨勢及其前景,還有關于太陽能的利用和它的發(fā)展將會給人類的生產(chǎn)、生活和社會發(fā)展帶來的意義。

      關鍵詞:太陽能;開發(fā)利用;發(fā)展前景

      一、引言

      新能源是21世紀世界經(jīng)濟發(fā)展中最具決定力的五大技術領域之一。隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展,對能源需求逐年增長,而地球上以石油和煤為主的礦物資源日漸枯竭,能源已成為制約各國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。同時,隨著化石燃料的燃燒,所產(chǎn)生的二氧化碳在大氣中的濃度急劇增加,生態(tài)環(huán)境逐漸惡化,使地球逐漸變暖。隨著人類社會的發(fā)展,改善生態(tài)環(huán)境的呼聲越來越高,開發(fā)利用無污染的新能源,對促進社會文明與進步,發(fā)展經(jīng)濟,改善人民生活具有重大的意義。太陽能作為一種清潔、高效和永不衰竭的新能源,在日常生活中受到了各國政府的重視,各國都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

      二、太陽能發(fā)展歷史

      據(jù)記載,人類利用太陽能已有3000多年的歷史。而將太陽能作為一種能源和動力加以利用卻只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補充能源”、“未來能源結構的基礎”,則是近來的事。20世紀70年代以來,太陽能科技突飛猛進,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)動機算起。這是一臺利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機器。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。

      三、太陽能特點

      第一,總量巨大。到達地球大氣外層的太陽輻照總強度約為174000tw,其中約30%被大氣層反射回外太空,其余到達地表的能量被大氣、陸地、海水、植被等吸收,約為每年3.8×1024j,這相當于全世界2009年全部能源消耗(4.7×1020j)的8000倍,也就是說地球表面一小時接收的太陽能足夠人類一年使用。若排除海洋、森林、冰川等地區(qū),僅計算適于利用太陽能的陸地面積,大約有600tw的太陽能資源可用,即每年1.9×1022j,總量上滿足世界能源需求全無問題。而其他形式的可再生能源及核能的豐度遠不及太陽能,均無法單獨依靠自身滿足能源需求缺口。第二,清潔無排放。獲取和利用太陽能的過程本身不會產(chǎn)生任何污染物的排放,也不會留下殘余物。第三,取之不盡,用之不竭。太陽能來自于太陽內(nèi)氫元素聚變?yōu)楹ぴ氐臒岷朔磻L柕馁|(zhì)量約為2×1030kg(是地球質(zhì)量的33萬倍),其中約3/4為氫元素,根據(jù)目前太陽熱核反應速率,每秒有6.57×1011kg的氫聚合生成6.53×1011kg的氦,那么氫的儲量足夠維持超過200億年,而地球的壽命估計為50億年,從這個意義上講,可以說太陽的能量是取之不盡,用之不竭的。第五,能量密度低。雖然太陽能總量豐富,但輻射強度低,到達地球大氣層上沿的太陽輻射強度約為1400w/㎡,經(jīng)過大氣層后,地表平均的峰值日照強度僅為1000w/㎡。因此利用太陽能發(fā)電相對占地比較大,目前即使采用效率較高的晶體硅太陽能組件,僅建設裝機容量1萬千瓦的太陽能電站平均占地達

      250~300畝(1畝=666.67m2,下同)。而一座200萬千瓦的火電站占地約4200畝,平均每萬千瓦占地2l畝。一座1200萬千瓦裝機容量的核電站占地約12000畝,平均每萬千瓦占地10畝。

      四、太陽能發(fā)展趨勢及其前景

      太陽能的眾多獨特優(yōu)勢決定了其廣闊的發(fā)展前景。從理論上來說,在未來社會,現(xiàn)有的太陽能利用方式將會得到進一步發(fā)展,新材料、新技術的出現(xiàn)必然會使得太陽能利用設備效率高且成本低,而到時研究新的利用方式,全面利用太陽能將會是重點。至本世紀中葉,世界范圍內(nèi)的能源問題、環(huán)境問題的最終解決將依靠可再生潔凈能源特別是太陽能的開發(fā)利用,隨著越來越多國家的政府和有識之士的重視,太陽能的利用技術也有望在短期內(nèi)獲得較大進展。

      太陽能電池材料一般的要求有:1)半導體材料的禁帶不能太寬;2)要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率;3)材料本身對環(huán)境不造成污染;4)材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且性能穩(wěn)定?;谝陨蠋讉€方面的考慮,硅是最理想的太陽能電池材料,這也是太陽能電池以硅材料為主的主要原因。但隨著新材料的不斷出現(xiàn)和相關技術的發(fā)展,以其他材料為基礎的太陽能電池也愈來愈顯示出誘人的前景。

      參考文獻:

      [1] 世界能源理事會《新的可再生能源.未來發(fā)展指南》海洋出版社 1998

      [2] 王榮光、沈天行《可再生能源利用與建筑節(jié)能》機械工業(yè)出版社 2004

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