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1、太阳能的利用综述太阳以电磁波的形式向宇宙辐射能量，称为太阳辐射能，简称太阳能。地球表面每平方米年辐射太阳能相当于 200 吨标准煤的发热量，而且太阳能是清洁、无污染、可再生的自然资源。从世界范围来看，当今国际事务中存在的突出问题之一就是能源之争，如何获取更多的能源资源成为了国家与国家之间矛盾产生的根源；同时新能源的开发和利用亦成为了重要的研究项目之一。从国内来看，能源问题关系我国经济发展、社会稳定和国家安全，以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展，是我国现代化建设中一项长期的重大战略任务。党的十七届五中全会，在对我国“第十二个五年规划”建议中，提出了三个重大转型，其中第二个转型，就是从高碳
2、向低碳转型。经过几十年的努力，特别是经过“十一五” ，开发利用再生能源、清洁能源，已在我国形成相当的产业规模，其中太阳能的利用，可谓方兴未艾，大有可为。一、太阳能利用技术的形式 从太阳能的整体利用形式来看，大致有以下三种：1、太阳能光热技术太阳能光热技术是指将太阳辐射能转化为热能进行利用的技术。按利用的温度不同分为太阳能低温(500 )利用。太阳能光热技术的利用通常可分直接利用和间接利用两种形式。常见的直接利用方式有以下四种方式：(1) 利用太阳能热水器提供生活热水；最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分
3、。此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。(2) 利用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥；太阳能干燥比较适于农副产品的干燥，一般温度在 60以下，不会破坏食品的营养价值， ；木材采用太阳能预干不仅节能，还可以防止因为干燥温度过高，而使木材开裂、变形。太阳能干燥技术设备应用于食品和植物的深加工中，可以有效地防止菌虫对物料的侵害和变质变色现象的发生，有效地保持了物料原有的优良品质，也避免了因为干燥加工而造成的二次污染（如灰尘等污染物的污染） 。(3) 基于集热一储热原理的间接加热式被动太阳房
4、；(4) 利用太阳能加热空气产生的热压增强建筑通风。目前技术比较成熟且应用比较广泛的是太阳能热水器及蔬菜温室大棚、中药材和果脯干燥等。其他几种技术还处于研究开发阶段，且由于一次性投资较大，要想走向市场和大范围推广尚需时日。太阳能间接利用的主要形式有：(1)太阳能吸收式制冷；(2)太阳能吸附式制冷；(3)太阳能喷射制冷。但目前也还处于研究阶段，有的仅仅制造出了样机，尚未形成定型产品和批量生产。2、太阳能光电技术太阳能之所以引起全世界的关注，一个重要原因是：由于这些年来人们对太阳能光电池所做的努力，已经使多晶硅光电池转化率达到 15%，单晶硅光电池转化率是 20%，砷化镓光电池是 25%，在实验室
5、中特制的砷化镓光电池甚至已高达 35%36%！太阳能未来的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。 光热电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光热转换，后一过程为热电转换。 光电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。太阳能光电技术是指利用太阳能电池将白天的太阳能转化为电能由蓄电池储存起来，晚上在放电控制器的控制下释放出来，供室内照明和其他需要。太阳能光电转换系统主要由太阳能电池、充放电控制器、蓄电池、负荷等部
6、分组成。其中，光电池组件由多个单晶硅或多晶硅单体电池通过串并联组成，其主要作用是把光能转化为电能；充放电控制器主要用来控制蓄电池的充电和放电，并具有反向放电保护功能和极性反接电路保护功能，还能够实现对系统的监控和数据采集；蓄电池为系统的储能设备，它的主要作用是将太阳能电池所产生的电能储存起来，在用户需要时提供能源。我国西部沙漠地区将能集中地提供丰富的太阳能。我国现有沙漠约 52 万平方公里，有沙漠化土地 17.6 万平方公里，潜在沙漠化土地 15.8 万平方公里，三者共计为 85.4 万平方公里。大部分集中在内蒙古地区和新疆地区。如果太阳能转化为电的效率是 15%，每平方米的面积将能提供约 0
7、.036 千瓦的电能，其日平均将能提供约 0.41 千瓦小时的电能。如果沙漠地区每年有360 天的日照时间，那么每平方米面积的沙漠，将能年提供约 3600.41=150 千瓦小时的电能。85.4 万平方公里的沙漠将能年提供85.41501010=1.281014 度电。以火力发电的年运转时为 6400 小时来计算，上述太阳能供电将等价于 21010 千瓦的电力装机。如以每标准核电站能提供106 千瓦的电功率来计算，那么 85 万平方公里的沙漠地区将能提供约 20000 座核电站的电功率。某些人估计，到 2050 年，可能约需 2500106 千瓦的电力。因此，仅由沙漠地区的 12.5%的面积，
8、亦即约为 10 万平方公里的面积，就能提供所需要的电力。内蒙古自治区的面积约 110 万平方公里，其中沙漠和沙漠化面积约为 2030 万平方公里，所以，仅内蒙古自治区的沙漠地区的太阳能就能为中国在 2050 年以及今后的发展提供所需要的足够的电力。3、光化学转换技术光化学转换技术亦称光化学制氢转换技术，就是将太阳辐射能转化为氢的化学自由能，通称太阳能制氢，属于另一类太阳能利用途径。是目前太阳能应用的三种主要技术方式之一。这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。绿色植物的光合作用就是通过叶绿素吸收太阳光，把光能转化为电能借助电
9、子转移过程将水分解的。从太阳能利用角度看，光解水制氢过程主要是利用太阳能而不是它的热能。太阳能分解水制氢。太阳能分解水制氢可以通过三种途径来进行。 1、光电化学池。即通过光阳板吸收太阳能并将光能转化为电能。光阳板通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子空穴对，光阳极和对极（阴极）组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产生氢气。 2、光助络合催化。即人工模拟光合作用分解水的过程。只从太阳能的光化学转化与储存角度考虑，无疑光合作用过程是十分理想的。因为它不但通过光化学反应储存了氢，同时也储存了碳。但对于太阳能分解水制氢，所需要
10、的是氢而不是氧，则不必从结构上和功能上去模拟光合作用的全过程，而只需从原理上去模拟光合作用的吸光，电荷转移，储能和氧化还原反应等基本物理化学过程。3、半导体催化，即将 Ti02 或 cds 等光半导体微粒直接悬浮在水中进行光解水反应。半导体光催化在原理上类似于光电化学池，细小的光半导体颗粒可以被看做是一个个微电极悬浮在水中，它们像太阳极一样在起作用，所不同的是它们之间没有像光电化学池那样被隔开，甚至对级也被设想是在同一粒子上。植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电。目前，太阳能光化转换正在积极探索、研究中。二、太阳能利用技术的应用前
11、景我们相信随着科技水平的逐步提高，我国太阳能利用也将在更多的领域得到有效、合理、大规模的应用。1、在高层建筑应合理利用太阳能光热及光电技术，不但能有效缓解电力供应的压力，也更加节能环保，在我国具有广阔的应用前景。2、在太阳能干燥技术的应用方面也会有一定的发展，特别是一些小型、简易的太阳能干燥室，在太阳日照条件好，而经济又欠发达的偏远地区，有较好的应用前景。3、在太阳能发电方面，国际光伏产业的发展已向集团化、规模化发展，产量增幅稳定，生产成本和市场售价平稳下降，在我国， “绿色奥运” 、 “西部大开发” 、“乡乡通”等工程的实施，将使光伏发电的应用前景日益广阔。4、在太阳能光化学转换方面，我国也
12、应加大基础研发的支持力度，争取在此领域内走在国际先进行列。三、太阳能利用技术的几点建议1、太阳能利用技术应引起政府部门、大专院校及全国人民足够的重视。2、增加科研投入，不断提高太阳能利用的效率，降低利用成本。3、希望我国政府对太阳能利用技术给予政策上的充分鼓励与扶持，增加科研、生产等方面的经费投入并加大宣传力度。四、总结随着我国经济建设规模的不断扩大，环境问题越来越引起全社会的广泛关注，传统的能源结构已经不能适应经济、社会和环境的可持续发展要求，因此促进可再生能源的开发利用已经成为我国能源建设的一项紧迫任务，目前中国政府已经着手订立中华人民共和国可再生能源促进法 ，以鼓励和支持中国可再生能源行业的健康有序发展。相信中国的太阳能产业能借着这股东风，在激烈的国际市场竞争中健康发展，也使太阳能利用这种具有可持续发展理想特征的能源技术进入中国的能源结构并成为能源主体的构成之一。我们相信，人类的未来将是一个太阳能时代的未来！
