太阳能在日常生活中的推广应用

【摘 要】介绍了太阳能的概念和太阳能的特点，概述了太阳能的利用历史与现状，介绍了一种新的太阳能使用技术。

【关键词】太阳能；热水器；凸透镜；聚光；光伏效应

1.太阳能的概念

太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量，是一种可再生能源。广义上讲，它还是地球上很多能源的来源，如风能、潮汐能、水的势能等等。

2.太阳能的特点

太阳能很普遍可直接开发利用，无需开采和运输；而且太阳能不会污染环境，是难得的清洁能源；每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨标煤，其总量属世界上可以开发的最大能源；相对于其他能源，太阳能的储存量可以说是用之不竭的。太阳能除了有这些优点外，还有一些缺点，表现在能量密度低，不同地方不同时间分布不均匀，其利用效率低，这些都限制了太阳能的开发利用。

3.太阳能的使用历史

20世纪太阳能利用得到的更广泛的研究：

第一阶段（20世纪头20年），世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，典型装置有1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水装置，采用截头圆锥聚光器，功率：7.36kW。

1902至1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质。

1913年，在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵，每个长62.5m，宽4m，总采光面积达1250m2。

第二阶段，接下来的20多年，由于历史原因及其石油的大量开发利用，太阳能研究工作逐渐受到冷落。

第三阶段，1945年以后的20年，太阳能研究又迎来了高潮。1954年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉；1961年，一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破，平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。

第四阶段，1965-1973年这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。

第五阶段，1973年10月爆发中东战争，石油危机使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，促进太阳能产品的商业化。1974年日本公布了政府制定的“阳光计划”， 1975年，在河南安阳召开“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会”，进一步推动了中国太阳能事业的发展。

第六阶段，70年代兴起的开发利用太阳能热潮，进入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。

第七阶段，由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。

1996年，联合国在津巴布韦召开“世界太阳能高峰会议”，会后发表了《哈拉雷太阳能与持续发展宣言》，会上讨论了《世界太阳能10年行动计划》（1996～2005年），《国际太阳能公约》，《世界太阳能战略规划》等重要文件。这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动，广泛利用太阳能。

4.太阳能的使用现状

每天我们都在直接或间接地使用太阳能，太阳能的利用方式有光—电、光—热、光—化学、光—生物四种，其中光—热使用最为广泛。下面分别介绍。

4.1光—热利用方式

自古以来，人类就懂得用阳光晒干衣物、用来保存食物如制盐和晒咸肉等。这些是比较传统的利用方式，这种方法显然是比较被动的。长期以来人类对太阳能的利用都局限于此。随着社会的发展，人类对能源的需求越来越多，化石燃料等不可再生能源存储量急剧下降，各国都在研究太阳能的进一步利用，将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用，这种光热利用方式逐渐改变人们的生活，使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等三种。光—热利用方式技术最成熟，产品也比较多，如太阳能热水器、开水器、干燥器、太阳灶、太阳能海水淡化装置以及太阳能采暖和制冷器等。光—热利用方式的用途还有太阳能发电，利用光—热—电转换，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，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。

4.2光—电利用方式

太阳能发电的另一种方式是光—电转换，其基本原理是利用半导体器件的光伏效应原理光生伏效应将太阳辐射能直接转换为电能，所谓光伏效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。完成光电转换的太阳能电池是阳光发电的关键，目前的主要的太阳能电池是硅太阳能电池。

4.3光—化学利用方式

光化利用：这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。

4.4光—生物利用方式

光生物利用：通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。

5.太阳能的新的使用方法

我们知道，通过凸透镜聚光可以使火柴烧着，这里介绍的太阳能的新的使用方法就是用凸透镜聚光来烧水，或提供动力，在一个大大的凸透镜下放置一些导热的铁皮，铁皮浸泡在一个小水箱中使水升温，这种方法主要问题是效率，就是烧水时间和能达到的温度，有实验表明，阳光充足的情况下，焦点温度可达700度，烧开2升水半小时都不到，同时也有人获得了这种发明的国家专利（公告（公布）号：CN 102121460 A卷期号：7-28公告（公布）日：2011-07-13）。

6.结语

综观太阳能的利用历史，虽然太阳能的利用经历了几起几落，但随着工业的发展，人类对资源的需求不断增加，这就必然要求人类重新选择太阳能，我们即将进入能源世纪，作为唯一用之不竭的可再生能源，太阳能必将成为未来能源的佼佼者。