太阳能的发展史

太阳能的发展史
摘要：以前我们一直认为地球上的能源是取之不尽，用之不竭的。

直到出现能
源危机，环境污染等种种问题，太阳能开始被人们重视起来。

从根本上来说，因
为太阳，地球上可以存在生命。

并且太阳直接或间接地与我们当前普遍使用的各
种能源有关。

并且随着时间的推移，太阳能开始逐渐走进人们的生活。

本文将主
要介绍太阳能的主要发展历程。

关键词：太阳能、发展史
正文：
一、介绍
随着人类能源需求的不断增长，据估计，到本世纪中期，全球能源需求至少
将增加一倍。

在如此能源急需的情况下，对于太阳能—这种含有巨大能量潜力的
可再生能源的研究刻不容缓。

如果可以充分的开发太阳能，那么这将会是人类科
技进步的一次重大飞跃。

几乎所有利用的能源形式都是由太阳能产生，比如说：煤、天然气、石油等。

纵观历史，每一种新的能源应用形式的发现都有助于社会的发展[1]。

使用清洁能源—太阳能并不是我们这个时代科学家的发现。

许多世纪以来，太阳能都被广泛
应用于各种领域。

二、古代文明时期
在古代，太阳对地球上的生命起着至关重要的作用这一点就已经被所有的文
化所认可。

当时的人们崇拜太阳，甚至把太阳当作神来崇拜。

说起太阳神，就不得不提到神秘而古老的国度，古埃及。

在那个时期，阿吞
神[2]就是被所有人信奉的唯一的神，他是以太阳圆盘的形象出现，是全埃及的神，取代了古老的创造大神阿图姆，位列九元神之首。

可见太阳神在古埃及人民心中
不可动摇的地位。

不仅仅是古埃及，世界上几乎所有的古代文化都有他们的太阳
神比如说日本的天照大神[3]、希腊的阿波罗、印度的苏里亚等等。

它们都代表了
太阳系恒星的力量。

六千多年前，新石器时代的中国人开始大胆的应用太阳能。

他们把家朝南建，为了在冬季的时候捕捉更多的阳光，让房间内变得温暖。

这种看似粗糙的方法实
际上是当前加热技术的原型。

到后来，希腊著名建筑师维特鲁威[4]（公元前80—
前15）设计出了正确的住宅朝向方向，进一步的改善了人们居住的舒适程度。

维
特鲁威也创作了建筑学领域的范本《建筑十书》。

自史前时代以来，食品储存与加工一直是人类重要的生产生活部分。

而太阳
光就可以用来干燥和保存食物。

古埃及人就是利用太阳光将谷物脱水干燥，并把
干燥后的谷物储存在密封的筒仓中，这种方法可以使他们的粮食储存好几年。

古代人早就认识到，通过集中太阳光线可以用来照明。

早在公元前第七世纪，人们就会用放大镜来聚焦阳光。

然而在公元前第三世纪，古希腊人和罗马人开始
使用一个更先进的方法：就是利用镜子集中太阳光来照明。

三、中世纪
中世纪早期五—十世纪，是西欧罗马帝国崩溃后的时期，是知识、经济匮乏
的时期，也是科技发展的“黑暗时代”。

等到欧洲中世纪十四—十七世纪的文艺复
兴时期，新发现和新发明的数量急剧增加，这些推进了西方科技的进一步发展。

达•芬奇，（1452—1519）被大家称作“文艺复兴人”，是意大利时代最著名的
发明家。

他呈现给人们一个巨大的、多样性的，如工程，化学，数学，物理的科
学领域。

当时的人们普遍都通过燃烧大量木材的方式来取暖，而他在当时，就已
经开始对环境问题有所注意。

在他的作品中也表现出了他对地球森林正遭破坏的
问题的担心。

因此，他进行了几项关于利用太阳能取暖的研究。

通过研究可反射
平行光线的弯曲金属板，达芬奇得出了光线与金属板的几何关系。

据说，达•芬
奇提出了，第一个工业应用的凹面镜太阳能聚光热水器。

他还提出了一种集中的
太阳辐射来焊接铜的技术。

罗马帝国衰落后，生活在这个时代的有钱人想在家里也可以享用热带水果。

在气温相对较低的欧洲为了满足外来植物的生长需要，欧洲人会在屋子朝南的地
方铺上玻璃形成一个温室。

在某些家庭里，温室也被连接到房子中去，进而将温
室内的热空气输送到建筑物的内部来取暖。

四、工业革命时期至现在
十八世纪，英国开始工业革命[7]，在这个时代，同样也有许多与太阳能相关
的工业成就和创新：
研究如何集中太阳光的科学家亚当斯，制作了一个手动旋转的烤箱，有八个
对称放置的镀银玻璃镜。

箱子对准阳光后，阳光透过镜子集中到一个玻璃盒子里，里面可以放着要煮熟的食物。

他所发明的烤箱，内温度可超过200度。

这是第一
个大规模投入生产的太阳能烤箱[6][8]。

利用同样的方法，人们用抛光的铁、玻璃
透镜或镜子制成的太阳炉来集中阳光，熔化铁、铜和其他金属[8]。

第十九世纪，第一个广泛应用太阳能的方面是，将太阳光能转换成供给动力
系统运作的能量。

在1901年，伊尼厄斯建造了一个直径10m的聚焦集热器。

该
装置由1788面镜子组成的一个形如大伞的结构。

锅炉内的水放在集热器内被加热，产生的蒸汽作用于常规的复合发动机和离心泵[8]。

1912年，美国人弗兰克舒曼，在埃及建立了世界上第一个太阳能热发电站抽
水厂。

该工程使用了几个62m长的圆柱形抛物柱面镜，将阳光聚焦到吸收管上来收集太阳能。

它可以使超过20000L/min的水由泵从尼罗河抽到附近的农田[8]。

另一个广泛应用太阳能的方面是住宅供暖。

世界上第一批热水器实际上是装
满水的黑色水箱。

但是它们有需要很长的时间来制热，易迅速冷却等的缺点。

然
而1891年初，由克拉伦斯肯普制作出来的第一个商业化太阳能的产品，克服了
这些缺点，太阳能热水器开始热销。

再到二十世纪初，人们通过将暴露在阳光下
的管道和远程隔热储水箱结合起来，做了进一步的保温改善了，这种太阳能热水
器的问世使所有购买者都能够整天享受热水[8]。

五、光伏的历史
“光伏”一词来源于希腊语“ευήλιος”，意味着光，而“伏”就是电动力单元。

谈
到光伏，不得不说到光电效应规律。

这个规律的发现可能是太阳能利用中最重要
的突破。

光伏电池，通常也称为太阳能电池，就是根据光伏效应的原理将太阳能
直接转换为电能。

自从20世纪30年代，亚历山大•埃德蒙•贝克雷尔[9]（1820—1891）发现了
光伏效应，即：受太阳光线照射的导体中存在电流。

19岁时他便发明了世界上第一个光伏电池。

他把氯化银置于酸性溶液中，对其进行光照，观察到了铂电极上
存在电压。

美国发明家弗里兹（1850—1903）是公认的第一个光伏电池的创造者。

1883年，他将硒夹在一个铁盘和金层之间发明出了第一个光伏电池。

虽然这种光伏电
池的效率很低，但是它仍是现今光伏工程的起点。

很少有人知道，著名的理论物理学家，阿尔伯特•爱因斯坦（1879—1955），
在1922年获得诺贝尔物理学奖并不是因为他新广义和狭义相对论的理论。

而是
因为他对理论物理学的贡献，尤其是他发现了光电效应的规律。

美国工程师拉塞尔（1898—1987），在1946年诞生了他的专利—结半导体太
阳能电池。

之后几年，太阳能电池的效率逐步增高，在1960年就达到了14%。

在20世纪60年代研究人员还发现了其他的光伏材料—砷化镓。

它可以在比硅更
高的温度下工作[5]。

由于成本高，效率低，在光伏时代开始时，太阳能电池仅用
于玩具生产。

1858年，太阳能电池开始应用于太空探索，先锋号是世界上第一颗太阳能动力卫星。

卫星直径长165mm，重达1.47kg，其中含有6个可产生几十MW能量
太阳能电池。

但在实践中，太阳能电池有很多的缺点比如说效率低、高成本等。

所以这些缺点成为了航空航天工业上急需解决的难关。

而到了20世纪70年代，
由于半导体工业的迅速发展，太阳能电池的价格与集成电路的价格都开始下降，
成本高的问题便迎刃而解，太阳能电池的发展也突破了自身瓶颈，迎来了光明。

六、小结
太阳不仅是我们太阳系的中心，也是地球上所有生命赖以生存的源泉。

地球
在一小时内从太阳获得的能量够全世界使用一年多。

人类自几千年来就开始利用这种普遍存在的清洁能源。

对于太阳能开发与利
用的不断创新、提高，会使人们节约下来更多能源，减少环境污染，因为太阳能
本身就拥有这种优势，希望随着科技的进步会让太阳能越来越普及，造福全人类。

参考文献
[1]太阳能发电的普及与前景，罗承先，中外能源，2010-11-15
[2]试论古代埃及的阿吞崇拜, 李模, 世界宗教研究, 2004-09-15
[3]日本的太阳神神话研究, 张正军, 宁波大学学报(人文科学版), 2014-09-10
[4]建筑理论、建筑史与维特鲁威《建筑十书》——读新版中译维特鲁威《建
筑十书》有感, 王贵祥, 建筑师
[5]C.J.Chen, Physics of Solar Energy,John Wiley& Sons,2011
[6]History of solar cooking.Available,2017-4-11
[7]英国的工业革命与创新史, 柯能就, 中国知识产权报, 2004-11-13
[8]Renewable Energy Focus Handbook Amsterdam, B. Sorersen, P. Breeze, T. Storvick, S.Yang, A.da Rosa, 2009
[9]迎接太阳能时代, 水天, 中国电力企业管理, 2005-11-10。