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1、我对太阳能利用的思考二(9)班 秦凡 辅导老师:石祚萍初中物理老师激情澎湃地对我们说:“谁能将太阳能利用率再提高几个百 分点,谁就站在能量利用的至高点。 ”他话音未落,报纸上传来消息,三结接收 器的转换效率提高至 41.1%老师刚刚才说目前太阳能效率只有 20%。 科技的发展日新月异,各国就新能源的研究展开激烈的竞赛;特别是太阳 能利用方面,稍不留神就远落后于他国,而落后是要挨打的!本文我会谈谈几 点我对太阳能利用的思考,大多是吃饭睡觉时的一闪灵光,虽然幼稚可笑,但 我想,要是中国 13 亿人每天冒出个新点子,中国智慧的年产量那是相当可观。 人类利用太阳能大概是受植物启发,我们的老师这大自然鬼
2、斧神工的 杰作每天不辞辛劳地将太阳能、水、二氧化碳生产成有机物和氧气,供世 界运作。既然认植物为老师,那他的每个优点都值得我们学习。 一 植物真正将光能转换为电能的中心色素只占少部分,而绝大多数色素用来 聚光,这是说,为了达到高效,你的原料要足够充足。足够充足!一块太阳能 板放在那儿,给它两倍三倍的光强,我想效率该会提高。 为了验证这显而易见的结果,我想到我的小计算器,聚光用凸透镜。 过程是这样的:阳光明媚的上午,我屁颠颠取来带光能板的计算器,凸透镜和 几片黑纸。光能板一共四格,我用黑纸遮住两格,显示屏就不显示数字了,然 后对着太阳,用凸透镜聚光,当亮光斑照在剩下两格时,显示屏上又显示出数 字
3、。按了“1+1”果然等于“2”能正常工作。分析一下,倘若计算器工作 需三份光能,正常阳光下每格仅照一份光能,四格见光,计算器活力十足,但 遮住两格就无法正常工作,然后用凸透镜聚光,使每格能照到 1.5 份光能两格 共照 3 份光能,这样又能正常工作了。然而,当我遮住 3 格,仅用一格见光, 再用凸透镜汇聚比刚才更小的亮斑(那叫一个刺眼) ,计算器并不给力,不像我 预想的那样显示数字“2” 。说明此时这一格没能吸收“3 份光能”导致供电不 足。 这着实让我吃了一惊,立刻做出猜想,刚才那个光斑所含光能不足 3 份, 要么就是一格光能板单位时间吸收光能达不到 3 份。我更编向于后者,因为后 来照在那
4、一格的光斑贼亮,我相信其光强很大。再一想,就算给它足够大的光 强,它也不可能达到 100%的转换效率,因此,一种光电转换材料有它的极限效 率(这有点像物理课现在学的,光电效应实验中光电子的最大初动能或遏制电 压与入射光的强度无关那样) 。但很明显,在正常光照下,光能板并没达到最大 效率。 我查阅了一下资料,聚光这一原理大多用在太阳能热电站上,用半圆弧面 镜等收集阳光,但那是用来聚集热量烧油发电的,我觉得普通太阳能电池 将太阳能转变为电能的在正常光照下并未达到最大效率,为何不在表面镀 上一层聚光但不发电,仅仅用来传递光能以增大单位面积所受光强的物质。用 凸透镜无法大面积聚光问题,但我想会有一种材
5、料其透光性很好,像由无数个 小凸透镜组成一样,能汇聚更多的光子。或者说借鉴半圆弧面镜,将太阳能接 收器改造成像蜂巢那样一个小圆凹槽,将小圆凹槽密密排列,以增大受光面积; 不一定像现在的单晶硅片那样光滑,像镜子一样反射阳光,那得损失多少光能。总之,我的第一个想法:对于无法再提高转换效率的接收器,我们可以提 高它周围环境的光强,通过使用聚光材料的方法或改进接收阳光的方式,使其 达到最大效率。 二 再回到植物老师这边,她多么强大,轻而易举有条不紊地进行复杂细密的 光合作用的工序,电子在工序中像流水一样畅快流动。我觉得光合反应中复杂 的反应其根本是电子的流动,而使反应如此迅速是因为有大量专一的酶。酶这
6、 种超高效的催化剂有雷人的效果,虽然不能称作提高效率,但就提高反应速率 这一点来说在相同时间内完成更多工作量是值得考虑的。 比如太阳能电池,那种带有储电功能的,一定涉及将电能转化为化学能的 过程,如果用上催化剂,光照相同的时间难道转换成的化学能不多一些? 酶是蛋白质,而且到哪去找这种酶呢。这是另一个问题,我的看法是,以 现在的科技,有能力制造蛋白质,再通过生物技术大量生产。其次为什么要去 找呢,何不创造自然界本没有的酶?不知道现在有没有人分析过酶的结构、构 成和反应物之间的关系,至于分析过程嘛,可以用超级计算机完成。我的猜想 是既然一种反应能对应一种酶,那么应该存在着一种关系,使任何一种反应都
7、 通过这种关系都能得到有利于该反应的酶的结构和构成。我想倘若猜想正确, 那么世界一切反应都可以人为制造出该种酶,并且是与反应条件很适宜的,世 界岂不会变得更“快”? 与植物体内相似,酶在液态环境中催化效率更高,不知道太阳能电池内部 构造,倘若重要反应部位内容物为液体或糊状,不知道效果怎么样。 我的第二个想法:在太阳能电池某些发生反应的部位渗入适量的酶。 三 植物光合作用是为了生存,她晚上怎么活呢。这又是一个神奇的设计,她 把光能固定下来,晚上再用电是无法储存的,太阳能晚上怎么发电呢。这 一点好像太阳能热电站已解决,就是把用太阳能加热的热盐一部分用来白天发 电,一部分储存起来晚上发电,这样白天再
8、将冷盐加热,形成新的热盐,如此 循环使用。而更具有发展前景的太阳能光电站却只能束手待毙,因为光伏发电, 只能靠蓄电池来储能。那我们能不能换个角度,太阳能为什么要用来直接发电 呢,或者说转变成其它各类的能量就像植物将其变为稳定的化学能那样。 植物里阳光能让水光解,我们能没有办法?将水分解为氧气和氢气这天下 最清洁的燃料,再运用于燃料电池之类的。 我的第三个想法:太阳能还可以运动到更广泛的空间,只要是将它固定成 有利于人类的能量的都应去研究一下。当然,还有很多想法,但到网上一查,嘿,早就运用到实践里了。听说中 国到 2050 年太阳能发电力争达全部电力的 20%,心里着实激动,中国强大了。 想想,日益扩大的沙漠(悲哀)其实也是资源,我国有大片荒地适合用来太阳 能发电,相信未来中国越来越干净。 但心里也有担忧: 一是,太阳能发电真正达到规模效益,还需多种因素努力,我觉得在大力 发展太阳能技术的同时,还得加快研究“人造太阳”核聚变发电,因为这是另 一种高效可靠的清洁能源,而听说美国的“人造太阳”已经大放光芒了。二是,未来高楼大厦全安装上光电板发电,效益是有了,但所造成的光污 染似乎是考虑一下,倘若用前面所说那种凹槽式的光电板, “粗糙”些,光污染 也许少些。毕竟天上的鸟儿不会习惯这种到处亮闪闪的世界。 不管怎么说,太阳的时代即将来临!