太阳能利用

太阳能的利用

太阳能作为一种清洁的可再生能源，是地球上包括风能、水能、海洋温差能、波浪能、生物质能、部分潮汐能以及化石燃料(如煤、石油、天然气)等主要能源在内的总能源[1]。人类对太阳能的利用有着悠久的历史，早在公元前11世纪的周代，我国祖先就开始利用铜质凹面镜“日隧”取火。目前，太阳能的利用已Et益广泛，其中最原始、最简单的方式是直图1古代取火用阳隧接利用太阳晾晒衣服、谷物以及取暖等。太阳能的利用方式主要包括太阳能的光热利用、光电利用、光化学利用以及光生物利用。1光热利用太阳能的光热利用是最主要的利用方式，其基本原理是将太阳辐射能收集起来，直接或间接转化成热能加以利用。其中太阳能的收集装置——太阳能集热器，是太阳能热利用的核心。集热器按进入采光口的太阳辐射是否改变方向，分为聚光型集热和非聚光型集热器；按是否跟踪太阳，可分为跟集热器和非跟踪集热器；按集热器内是否有空间，可分为平板型集热器和真空管集热器。目前使用最多的太阳能集热器为平板型集热器和聚焦型集热器。太阳光热利用根据所能达到的温度和用途的不同，又分为低温利用(<200％)、中温利用(200～800。C)和高温利用(>800。C)。目前低温利用主要有热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳

能空调制冷系统等；中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等回。

2光电利用

未来太阳能的大规模利用是太阳能发电。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： (1)光一热一电转换。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，然后由蒸汽驱动汽轮机发电机发电。前一过程为光一热转换，后一过程为热一电转换； (2)光一电转换。其基本原理是借助光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，即太阳能光伏发电，其转换元件为太阳能电池。由于太阳辐射的能量密度低且不稳定，易受地域和气候条件影响，导致其收集，存储装置制造成本高，且转换效率低，太阳能发展经过多次的高潮低潮。而光电作为唯一一种能满足全球长期能源需求又不会排放温室气体及污染物的能源技术，必将太阳能的持续繁荣。2007年，全球光电市场装机容量已达2826兆瓦(见图2)。2008年全球光伏产量达到7900兆瓦，同比增长85％；光伏电新增装机容量达到5500兆瓦，同比增长近130％。辐射到地球表面的太阳能，虽然只有它的22亿分之一，但也相当于全世界目前总量的八万倍。随着人类对能源需求的日益增加，和环保压力的不断增大，相信不久的将来，人们对化石能源的依赖性将逐步转向太阳能。

3光化学利用

光化学过程是地球上最重要的化学过程之一，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。其中光合作用为包括人类在内的所有生物的生存提供了物质和能源来源，其实质万方植物、藻类和某

些细菌通过叶绿素，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物(如淀粉)，并释放出氧气的过程，绿色植物光合作用过程见图3。所谓“万物生长靠太阳”，光合作用对制造有机物(为人类和动物提供食物)储存太阳能、维持地球4光生物利用光生物利用主要是通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质，储存能量的过程。目前主要有速生植物(如薪炭林)、油料作物和巨型海藻。目前主要从以下三个方面进行开发利用：

(1)在一些农村建立以沼气为中心的能量，物质循环系统，使秸秆、落叶等农业废弃物中的生物能以沼气的形式缓慢释放，解决燃料问题。

(2)建立以植物为能源的发电厂。变“能源植物”为“能源作物”，如“石油树”、绿玉树、续随子。

(3)种植柑蔗、木薯、海草、玉米、甜菜等，既有利于食品工业的发展，植物残渣又可制造酒精代替石油。光合作用把太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种生物能，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就像相当于目前人类消

耗矿物能的20倍。在各种可再生能源中，生物质是贮存的太阳能，更是唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x101It，含能量达3×1021焦耳。由此可见生物能具有巨大的潜力，只要充分开发利用，能源问题将不再是难题。