太阳能的用途之一

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1、太阳能的用途之一光芒四射的太阳是地球上万物生长的能量源泉。尽管它辐射出来的巨大能量只有二十 亿分之一到达地球，其中又有一半被大气反射或吸收掉，但每秒钟到达地面的能量仍然高达 81 万亿千瓦，相当于当代全世界发电能力的八万倍。 太阳能是清洁的可再生能源，而且几乎到处都有。但利用太阳能有很大的难度，主要 是它照在地球上的能量密度太小，过于分散，而且易受多云、阴雨等气象变化的影响而时 断时续。若大规模利用太阳能，投资、设备费用也很高。尽管如此，太阳能仍然是诱人的。有人估计，只要将撒哈拉大沙漠上的全部辐射能的 百分之一利用起来，就比现在全世界消耗的能量要多得多。太阳能无疑是潜力最大的能源。 人类发明了

2、许多利用太阳能的方法，太阳能已开始为现代社会的生活和生产服务。除 了太阳能热水器、太阳能灶等早期产品外，太阳能电池、太阳能发电站相继问世，太阳能 动力人造卫星、太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能飞机、太阳能电话、太阳能彩电、太阳 能收音机、太阳能计算器等五花八门的新产品也不断涌现出来。 一、太阳能热水器是利用热箱原理制作的一种太阳能热水器具。首先是将太阳光能转 变成热能，然后通过冷热水自然循环而得到热水。70 年代初，世界性石油涨价是促使太阳 能热水器发展的一味“ 催化剂 ” 。美、日两国分别销售了几亿美元的太阳能热水器。澳大利亚、希腊、以色列的许多地区，都广泛利用太阳能热水器为家庭供应热水。英国

3、已经有2 万多个住宅采用太阳能热水器，日本有10以上的住宅利用太阳能热水器供应热水。澳大 利亚有 10 万多个住宅装有太阳能热水器。 许多国家都在研究开发新型的太阳能热水器。例如，奥地利已研制出一种新型太阳能热水器，它既是集水器又是蓄水器，不依赖阳光的方向。其球体外壳由玻璃制成，球体内 部是一个中心固定的容量为30 升的铬镍钢球。使用普通的蛇形管将冷水输入该装置内，由 钢和玻璃球之间的一只高真空管（类似一只热水瓶）加热并保温。试验结果表明：在一般 的阳光条件下，该装置在6 小时内能把水加热到74，在模拟的环境温度为18的 12 小时 夜晚期间，水温降至40.2。 二、太阳热水工程。日本还研制成

4、功太阳能蓄热发电系统，现在已在日本香川县仁尾 镇安装了一台1000 千瓦的太阳能蓄热发电系统，在该系统中，集热器把太阳能聚集起来加热水；四台熔盐蓄热器用来加热蒸汽，并使之过热；四台蒸汽蓄热器每台高15 米，直径 2.5 米，工作压力4.2MPa。 整个系统的工作过程为：水由太阳能集热器加热成为高温蒸汽，并送到熔盐蓄热器内 使之过热，经减温成一定值后进入汽轮机作功发电，排汽经冷凝后送入空气抽出器和脱气 器中，用蒸汽加热除气，之后送回集热器，完成一个热力循环。 当天气晴朗，太阳能集热器产生的蒸汽量大于需要量时，剩余的蒸汽分别用于加热熔盐和 向筒内充热，把热量贮存起来；在气候不好或夜间时，集热器产生

5、的蒸汽量小于需要量，此时蓄热器放热，与集热器出来的蒸汽一起，进入熔盐加热，带动汽轮机发电。 通过加装蓄热器，变波动汽源为稳定连续的蒸汽，稳定了汽轮机发电，满足了用电需要。 三、太阳能电池太阳能电池的工作原理是使太阳光照在光电材料上使光能直接转换成电能，1954 年诞 生了世界上第一台硅太阳能电池，随后它被用作人造卫星的电源，从而取代了只能连续使 用几天的化学电池，使卫星电源安全地工作了20 多年之久。 太阳能电池的缺点是造价高、集光板占地面积大、贮能困难、阴雨天不能发电等。30多年来，通过大量研究和试制，成本不断降低，品种不断翻新，产量不断增加。从1981 1984 年，全世界的太阳能光电池产

6、量增长了三倍，1984 年达到 2.28 万千瓦发电能力。预 计本世纪末世界太阳能光电池容量将达5001000 万千瓦。 1983 1992 年世界光电池产量 见下表。 表 19831992 年世界光电池产量（单位：千瓦）1983 年1985年1990年1991 年1992 年世界总计21700 22800 46500 55300 57900 日本5000 10300 16800 19800 18800 美国13100 7700 14800 17100 18100 欧洲3300 3400 10200 13400 16400 其它300 1400 4700 5000 4600 资料来源：日本能源

7、1993 年第 5 期。 太阳能电池新技术的开发已成为世界热门，近年来取得了可喜成果。现在转换效率良好的 硅系太阳能电池可吸收太阳光中较长波部分并转换为电能，最大转换效率为20左右。而 用多层积层太阳电池可吸收各种波长的太阳光，提高太阳电池的转换效率。日本通产省1994 年度预算约3 亿日元的研究费用于研制光电转换效率最高达40的 太阳能电池。这项计划将研制的新型太阳能电池有以下类型：在硅衬片上积以砷化镍、砷 化锑、铟化磷等，用透镜集光型；单晶硅型；铜、铟、硒等化合物的半导体型；非晶锗 型。计划目标是，到下世纪初，砷化镍系太阳能电池的光电转换效率达到40，单晶硅型达到 30，其他化合物半导体和

8、非晶型达到20。 现在，国外已经出现了一些建材一体型太阳能电池，这种太阳能电池有以下优点：太阳能电池和建筑材料一体化，不需支撑台架；太阳能电池安装于屋顶，不需占据设置的土地； 设置太阳能电池的屋顶，不需一般的建材。 瑞士研制成一种新型太阳能电池板，将它装在窗户上可以节省能源。这种被誉为“ 三明 治式 ” 的太阳能电池板是根据植物进行光合作用的原理研制成的。它的最大优点是除了能导 电的特殊玻璃以外，其余皆取自普通材料，而且易于安装。这种特殊的玻璃好比三明治的 两片面包，位于太阳能电池板的里外层。光通过以碘为主的电解质发生散射而达染色层。 染色层能像植物中的叶绿素那样捕获光子。光子把染色层里的电子

9、推入“ 三明治 ” 的最下一 层 二氧化钛半导体薄膜。这个厚度只有10 微米而又透明的薄膜能捕获电荷，把电子送入二氧化锡导体层。这一层位于窗户里层玻璃板上。二氧化锡层指挥电子工作产生电流。 这种太阳能电池板能将照射到它上面的7.1 7.9的阳光转变为电能，其成本只是同样 效果硅太阳能电池板的五分之一到十分之一。 瑞士一位工程师还设计出一种可嵌在玻璃间的厚1/4 英寸的光电板，效率极高，而造 价却低，最终可藉玻璃窗发电发热。光电板为一块导电的氧化钛，外涂染料作为天线，染料分子一个个地传递电子。光又将染料分子的电子击出，将其传往氧化钛，形成电流。电 流传至光电板另一面的氧化锡涂层，负电荷传至电解液

10、中的中性碘分子，后者收集电子送回到氧化钛导电体中，过程周而复始。光电转换效率7 12。复合光电池效率较高， 但也较贵，较适合特殊用途。氧化钛吸收光能效率高，是由于其表面粗糙。这种光电板每 平方米面积可产生150 瓦电力，寿命约5 年。现由 ASEABrown-Bover及 Sandoz两家公司 开发商业应用的光电板，不久可正式生产。太阳能电池产业是全球增长最快的高技术产业之一，太阳能电池的发货量1975 年大约 只有 2000 千瓦，到1991 年已增加到5.5 万千瓦，年增长率超过15。太阳能电池转换效 率已提高到20以上，在80 年代发电成本已降低3/4，但要与电力网竞争还要再降低2/3，

11、预计今后10 年内可以办到。 目前世界上最大的太阳能电池在美国佐治亚州本宁堡，它的面积为44515 平方米，每 天可供热水1800 多吨，供6500人生活使用。这个太阳能电池是用太阳能加热空气的，它 包括 80 个独立的太阳能膜板，分4 行排列，每块膜板长61 米，宽 4.72 米，另围以0.4572米高的水池墙，底部以8.89 厘米高的水为储热流体。每块膜板上覆以高分子强化玻璃纤维 制成的波状面盖，面盖的透射率达89，可使水温升到6070。 这个太阳能电池的优点是：在空气加热器中，不发生任何锈蚀；液体泄漏不像水加热器那样严重。 用与植物叶绿素相同的原理，将太阳光能吸收进行发电的氧化钛（TiO

12、2）元件，一年 后实用化的可能性相当大。这种光电元件光转换效率，100 平方厘米模件达12以上，1992 年已达到15。它不仅对直达日射有很好的发电效率，即使散乱光的发电效率也很 高，工作温度范围-5 +75，大量生产可降低成本。电池面积，目前是100 平方厘米左 右，不远的将来可扩大到数平方米。生产成本，如进入批量生产阶段，每1 平方米面积电 池为 100150 美元，功率可提高到1 千瓦级。这种光电转换元件，与一般的以硅等固体内 的半导体理论为基础的元件不同，它是将TiO2作为感光材料的电解液式电池。四、太阳能发电站 太阳能发电站是指将太阳光聚焦到一座几十米高的塔顶锅炉上，利用太阳能热将水

13、烧 开使其变成蒸汽，再由蒸汽推动汽轮发电机发电。或者用太阳能热使低沸点工质沸腾，变成蒸汽，以推动汽轮发电机发电。1980 年 12 月，欧洲九国在意大利建成了一座电功率为1000 千瓦的太阳能电站，耗资 1200 万美元，占地2400 平方米。目前，世界各国都在积极采取措施，降低太阳能发电站 的造价。 美国南加利福尼亚爱迪生公司于1993 年 3 月成立了商业的太阳电力公司，并实施先进 的战略计划。太阳计划投资3900 万美元，是世界上最先进的没有污染物排出的塔式太阳 能发电计划。预定使用新型的熔融盐技术，并将在商用太阳能发电设备（出力1 万千瓦）中使用。太阳 是太阳 的技术成果，太阳是使用

14、1800 台反射镜收集到的太阳能加热塔 上的水，用其蒸汽推动透平运行的太阳能发电设备。太阳也使用反射镜，但所获得的太 阳能用于加热熔融盐，这种盐在没有太阳时也可将热保存。太阳能利用的主要目的是将太阳能转换为电力，试验证实，熔融盐技术是最经济最实 用的技术。利用熔融盐的塔式聚光式发电设备在白天收集太阳能并储存，在必要时产生电 力。南加利福尼亚爱迪生公司准备1995 年完成太阳 的工程技术设计、筹措和建设，1998年完成实证试验。太阳计划的技术要点和优点如下：熔融盐基本上是无害的，到648.89 也不会产生腐蚀，在537.78左右也可发挥其性能。与含油溢出污染地下水的现有 设备不同，如果有熔融盐溢

15、出，可以将其回收、净化，并返送回系统中继续使用，这样不 会产生污染。计划预定将水蒸汽储气罐变为熔融盐，盐成为贮热媒体。所使用的盐是钾、 钠的硝酸盐，一般为硝酸钾，融点为223.89。在 287.78565.56 运行。 爱迪生公司实施的第2 个计划是在加利福尼亚州Zzyzx 的沙漠研究中心实施。该计划 的目标是探索向偏远地区提供发电设备和建设的可能性。现在其可移动发电设备正在将能源提供给具有12 栋建筑物的沙漠中心。最近，Zzyzx 的电力主要由丙烷或柴油发电机获 得，尚存在产生噪音的污染问题。 新的系统由10 千瓦的 PV模块和 5180 瓦时的密封型蓄电池组成。这种新系统还备有 阴天或能量使用多时的蓄电池充电设备和丙烷发电机作辅助电源。爱迪生公司南岸大气管理部，在高速公路备有电动汽车自动充电用PV 设备。这种试验设备是24 千瓦的 PV 阵 列，装上太阳能充电孔，设置于管理部停车场的简易车库屋顶，PV 将太阳光转换为电力，再用转换器将电能转换为汽车所需的交流电。