太陽能的利用綜述

發(fā)布時間:2024-03-10
太陽能是區(qū)別于其他任何一種特殊能源。太陽能的利用方式主要有:①光伏(太陽能電池,太陽電池)發(fā)電系統(tǒng),將太陽能轉(zhuǎn)化為電能;②太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),利用太陽能的熱能產(chǎn)生電能;③太陽能熱利用,比如太陽能熱水系統(tǒng);④太陽能集中供暖、太陽能空調(diào)取暖和制冷、太陽能建筑等。像“陽光動力”太陽能飛機這類的未來移動能源應(yīng)用的就是光伏發(fā)電系統(tǒng),飛機的起飛、降落、飛行一切的動力、電力來源都來自于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。
由于人類對能源需求的日益增長,常規(guī)能源的日益短缺,石油價格不斷上漲,全球氣候變暖以及環(huán)境的壓力,世界各國為尋求能源安全和人類社會可持續(xù)發(fā)展,將戰(zhàn)略目光轉(zhuǎn)向可再生能源的開發(fā)新能源要同時符合兩個條件:一是蘊藏豐富不會枯竭;二是安全、干凈,不會威脅人類和破壞環(huán)境。目前找到的新能源主要有兩種,一是太陽能,二是燃料電池。另外,風(fēng)力發(fā)電也可算是輔助性的新能源。其中,最理想的新能源是大陽能。太陽能是最理想的可再生能源,具有清潔、無污染、輻射總功率巨大且取之不盡的優(yōu)點,開發(fā)和利用太陽能是人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。
太陽以電磁波的形式向宇宙輻射能量,稱為太陽輻射能,簡稱太陽能。地球表面每平方米年輻射太陽能相當(dāng)于200噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量,而且太陽能是清潔、無污染、可再生的自然資源。
從世界范圍來看,當(dāng)今國際事務(wù)中存在的突出問題之一就是能源之爭,如何獲取更多的能源資源成為了國家與國家之間矛盾產(chǎn)生的根源;同時新能源的開發(fā)和利用亦成為了重要的研究項目之一。從國內(nèi)來看,能源問題關(guān)系我國經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定和國家安全,以能源的可持續(xù)發(fā)展支持經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展,是我國現(xiàn)代化建設(shè)中一項長期的重大戰(zhàn)略任務(wù)。黨的十七屆五中全會,在對我國“第十二個五年規(guī)劃”建議中,提出了三個重大轉(zhuǎn)型,其中第二個轉(zhuǎn)型,就是從高碳向低碳轉(zhuǎn)型。經(jīng)過幾十年的努力,特別是經(jīng)過“十一五”,開發(fā)利用再生能源、清潔能源,已在我國形成相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)規(guī)模,其中太陽能的利用,可謂方興未艾,大有可為。
一、太陽能利用技術(shù)的形式
從太陽能的整體利用形式來看,大致有以下三種:
1、太陽能光熱技術(shù)
太陽能光熱技術(shù)是指將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能進行利用的技術(shù)。按利用的溫度不同分為太陽能低溫(<100℃)利用、中溫(100~500℃)利用和高溫(>500℃)利用。太陽能光熱技術(shù)的利用通??煞种苯永煤烷g接利用兩種形式。常見的直接利用方式有以下四種方式:
(1) 利用太陽能熱水器提供生活熱水;
(2) 利用太陽能空氣集熱器進行供暖或物料干燥
(3) 基于集熱一儲熱原理的間接加熱式被動太陽房;
(4) 利用太陽能加熱空氣產(chǎn)生的熱壓增強建筑通風(fēng)。
目前技術(shù)比較成熟且應(yīng)用比較廣泛的是太陽能熱水器及蔬菜溫室大棚、中藥材和果脯干燥等。其他幾種技術(shù)還處于研究開發(fā)階段,且由于一次性投資較大,要想走向市場和大范圍推廣尚需時日.
太陽能間接利用的主要形式有:
(1)太陽能吸收式制冷;
(2)太陽能吸附式制冷;
(3)太陽能噴射制冷。
但目前也還處于研究階段,有的僅僅制造出了樣機,尚未形成定型產(chǎn)品和批量生產(chǎn)。
2、太陽能光電技術(shù)
太陽能之所以引起全世界的關(guān)注,一個重要原因是:由于這些年來人們對太陽能光電池所做的努力,已經(jīng)使多晶硅光電池轉(zhuǎn)化率達到15%,單晶硅光電池轉(zhuǎn)化率是20%,砷化鎵光電池是25%,在實驗室中特制的砷化鎵光電池甚至已高達35%—36%!
太陽能未來的大規(guī)模利用是用來發(fā)電。利用太陽能發(fā)電的方式有多種。目前已實用的主要有以下兩種。
①光—熱—電轉(zhuǎn)換。
②光—電轉(zhuǎn)換。
太陽能光電技術(shù)是指利用太陽能電池將白天的太陽能轉(zhuǎn)化為電能由蓄電池儲存起來,晚上在放電控制器的控制下釋放出來,供室內(nèi)照明和其他需要。
3、光化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)
光化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)亦稱光化學(xué)制氫轉(zhuǎn)換技術(shù),就是將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為氫的化學(xué)自由能,通稱太陽能制氫,屬于另一類太陽能利用途徑。是目前太陽能應(yīng)用的三種主要技術(shù)方式之一。這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學(xué)轉(zhuǎn)換方式。它包括光合作用、光電化學(xué)作用、光敏化學(xué)作用及光分解反應(yīng)。
綠色植物的光合作用就是通過葉綠素吸收太陽光,把光能轉(zhuǎn)化為電能借助電子轉(zhuǎn)移過程將水分解的。從太陽能利用角度看,光解水制氫過程主要是利用太陽能而不是它的熱能。
1、光電化學(xué)池。即通過光陽板吸收太陽能并將光能轉(zhuǎn)化為電能。
2、光助絡(luò)合催化。即人工模擬光合作用分解水的過程。
3、3、半導(dǎo)體催化,即將ti02或cds等光半導(dǎo)體微粒直接懸浮在水中進行光解水反應(yīng)。
植物靠葉綠素把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,實現(xiàn)自身的生長與繁衍,若能揭示光化轉(zhuǎn)換的奧秘,便可實現(xiàn)人造葉綠素發(fā)電。目前,太陽能光化轉(zhuǎn)換正在積極探索、研究中。
二、太陽能利用技術(shù)的應(yīng)用前景
我們相信隨著科技水平的逐步提高,我國太陽能利用也將在更多的領(lǐng)域得到有效、合理、大規(guī)模的應(yīng)用。
1、在高層建筑應(yīng)合理利用太陽能光熱及光電技術(shù),不但能有效緩解電力供應(yīng)的壓力,也更加節(jié)能環(huán)保,在我國具有廣闊的應(yīng)用前景。
2、在太陽能干燥技術(shù)的應(yīng)用方面也會有一定的發(fā)展,特別是一些小型、簡易的太陽能干燥室,在太陽日照條件好,而經(jīng)濟又欠發(fā)達的偏遠地區(qū),有較好的應(yīng)用前景。
3、在太陽能發(fā)電方面,國際光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已向集團化、規(guī)模化發(fā)展,產(chǎn)量增幅穩(wěn)定,生產(chǎn)成本和市場售價平穩(wěn)下降,在我國,“綠色奧運”、“西部大開發(fā)”、“鄉(xiāng)鄉(xiāng)通”等工程的實施,將使光伏發(fā)電的應(yīng)用前景日益廣闊。
4、在太陽能光化學(xué)轉(zhuǎn)換方面,我國也應(yīng)加大基礎(chǔ)研發(fā)的支持力度,爭取在此領(lǐng)域內(nèi)走在國際先進行列。
三、太陽能利用技術(shù)的幾點建議
1、太陽能利用技術(shù)應(yīng)引起政府部門、大專院校及全國人民足夠的重視。
2、增加科研投入,不斷提高太陽能利用的效率,降低利用成本。
3、希望我國政府對太陽能利用技術(shù)給予政策上的充分鼓勵與扶持,增加科研、生產(chǎn)等方面的經(jīng)費投入并加大宣傳力度。
四、總結(jié)
太陽能熱利用是人類太陽能利用開發(fā)中一個重要內(nèi)容,在最近幾十年里必將得到了實質(zhì)性的發(fā)展,諸多技術(shù)日趨成熟并形成了產(chǎn)業(yè)。目前,太陽能熱利用正朝著高技術(shù)、高品味、大規(guī)模的方向發(fā)展。
隨著我國經(jīng)濟建設(shè)規(guī)模的不斷擴大,環(huán)境問題越來越引起全社會的廣泛關(guān)注,傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應(yīng)經(jīng)濟、社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展要求,因此促進可再生能源的開發(fā)利用已經(jīng)成為我國能源建設(shè)的一項緊迫任務(wù),目前中國政府已經(jīng)著手訂立《中華人民共和國可再生能源促進法》,以鼓勵和支持中國可再生能源行業(yè)的健康有序發(fā)展。相信中國的太陽能產(chǎn)業(yè)能借著這股東風(fēng),在激烈的國際市場競爭中健康發(fā)展,也使太陽能利用這種具有可持續(xù)發(fā)展理想特征的能源技術(shù)進入中國的能源結(jié)構(gòu)并成為能源主體的構(gòu)成之一。我們相信,人類的未來將是一個太陽能時代的未來!
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