太陽(yáng)能(Solar Energy),一般是指太陽(yáng)光的輻射能量,在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。自地球形成生物就主要以太陽(yáng)提供的熱和光生存,而自古人類也懂得以陽(yáng)光曬干物件,并作為保存食物的方法,如制鹽和曬咸魚(yú)等。但在化石燃料減少下,才有意把太陽(yáng)能進(jìn)一步發(fā)展。太陽(yáng)能的利用有被動(dòng)式利用(光熱轉(zhuǎn)換)和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽(yáng)能發(fā)電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽(yáng)能是地球上許多能量的來(lái)源,如風(fēng)能,化學(xué)能,水的勢(shì)能等等。
簡(jiǎn)介
太陽(yáng)能能源是來(lái)自地球外部天體的能源(主要是太陽(yáng)能)人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來(lái)自太陽(yáng)。正是各種植物通過(guò)光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能在植物體內(nèi)貯存下來(lái)。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動(dòng)植物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代形成的。它們實(shí)質(zhì)上是由古代生物固定下來(lái)的太陽(yáng)能。此外,水能、風(fēng)能、波浪能、海流能等也都是由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換來(lái)的。
地球本身蘊(yùn)藏的能量 通常指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源。
與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源正是核能。原子核的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)能釋放出大量的能量,稱為原子核能,簡(jiǎn)稱核能,俗稱原子能。它則來(lái)自于地殼中儲(chǔ)存的鈾、钚等發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)的核裂變能資源,以及海洋中貯藏的氘、氚、鋰等發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)的核聚變能資源。這些物質(zhì)在發(fā)生原子核反應(yīng)時(shí)釋放出能量。目前核能最大的用途是發(fā)電。此外,還可以用作其它類型的動(dòng)力源[12.03 -0.41%]、熱源等。
全世界的潮汐能折合成煤約為每年30億噸,而實(shí)際可用的只是淺海區(qū)那一部分,每年約可折合為6000萬(wàn)噸煤。太陽(yáng)能利用基本方式可以分為如下4大類。
太陽(yáng)能是氫原子核在超高溫時(shí)聚變釋放的巨大能量,太陽(yáng)能是人類能源的寶庫(kù),如化石能源、地球上的風(fēng)能、生物質(zhì)能都來(lái)源于太陽(yáng)。太陽(yáng)能的利用
間接利用太陽(yáng)能:化石能源(光能----化學(xué)能)生物質(zhì)能(光能----化學(xué)能)
直接利用太陽(yáng)能:集熱器(有平板型集熱器、聚光式集熱器)(光能----內(nèi)能)
太陽(yáng)能電池:(光能----電能)一般應(yīng)用在人造衛(wèi)星、宇宙飛船、打火機(jī)、手表等方面。
開(kāi)發(fā)歷史
據(jù)記載,人類利用太陽(yáng)能已有3000多年的歷史。將太陽(yáng)能作為一種能源和動(dòng)力加以利用,只有300多年的歷史。真正將太陽(yáng)能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”,“未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”,則是近來(lái)的事。20世紀(jì)70年代以來(lái),太陽(yáng)能科技突飛猛進(jìn),太陽(yáng)能利用日新月異。近代太陽(yáng)能利用歷史可以從1615年法國(guó)工程師所羅門(mén)·德·考克斯在世界上發(fā)明第一臺(tái)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)算起。該發(fā)明是一臺(tái)利用太陽(yáng)能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機(jī)器。在1615年~1900年之間,世界上又研制成多臺(tái)太陽(yáng)能動(dòng)力裝置和一些其它太陽(yáng)能裝置。這些動(dòng)力裝置幾乎全部采用聚光方式采集陽(yáng)光,發(fā)動(dòng)機(jī)功率不大,工質(zhì)主要是水蒸汽,價(jià)格昂貴,實(shí)用價(jià)值不大,大部分為太陽(yáng)能愛(ài)好者個(gè)人研究制造。20世紀(jì)的100年間,太陽(yáng)能科技發(fā)展歷史大體可分為七個(gè)階段。
第一階段(1900~1920年)
在這一階段,世界上太陽(yáng)能研究的重點(diǎn)仍是太陽(yáng)能動(dòng)力裝置,但采用的聚光方式多樣化,且開(kāi)始采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì),裝置逐漸擴(kuò)大,最大輸出功率達(dá)73.64kW,實(shí)用目的比較明確,造價(jià)仍然很高。建造的典型裝置有:1901年,在美國(guó)加州建成一臺(tái)太陽(yáng)能抽水裝置,采用截頭圓錐聚光器,功率:7.36kW;1902 ~1908年,在美國(guó)建造了五套雙循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)動(dòng)機(jī),采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì);1913年,在埃及開(kāi)羅以南建成一臺(tái)由5個(gè)拋物槽鏡組成的太陽(yáng)能水泵,每個(gè)長(zhǎng)62.5m,寬4m,總采光面積達(dá)1250m2。
第二階段(1920~1945年)
在這20多年中,太陽(yáng)能研究工作處于低潮,參加研究工作的人數(shù)和研究項(xiàng)目大為減少,其原因與礦物燃料的大量開(kāi)發(fā)利用和發(fā)生第二次世界大戰(zhàn)(1935~1945年)有關(guān),而太陽(yáng)能又不能解決當(dāng)時(shí)對(duì)能源的急需,因此使太陽(yáng)能研究工作逐漸受到冷落。
第三階段(1945~1965年)
在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的20年中,一些有遠(yuǎn)見(jiàn)的人士已經(jīng)注意到石油和天然氣資源正在迅速減少, 呼吁人們重視這一問(wèn)題,從而逐漸推動(dòng)了太陽(yáng)能研究工作的恢復(fù)和開(kāi)展,并且成立太陽(yáng)能學(xué)術(shù)組織,舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會(huì),再次興起太陽(yáng)能研究熱潮。在這一階段,太陽(yáng)能研究工作取得一些重大進(jìn)展,比較突出的有:1945年,美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成實(shí)用型硅太陽(yáng)電池,為光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ);1955年,以色列泰伯等在第一次國(guó)際太陽(yáng)熱科學(xué)會(huì)議上提出選擇性涂層的基礎(chǔ)理論,并研制成實(shí)用的黑鎳等選擇性涂層,為高效集熱器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。此外,在這一階段里還有其它一些重要成果,比較突出的有:1952年,法國(guó)國(guó)家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽(yáng)爐。1960年,在美國(guó)佛羅里達(dá)建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨——水吸收式空調(diào)系統(tǒng),制冷能力為5冷噸。1961年,一臺(tái)帶有石英窗的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世。在這一階段里,加強(qiáng)了太陽(yáng)能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究,取得了如太陽(yáng)選擇性涂層和硅太陽(yáng)電池等技術(shù)上的重大突破。平板集熱器有了很大的發(fā)展,技術(shù)上逐漸成熟。太陽(yáng)能吸收式空調(diào)的研究取得進(jìn)展,建成一批實(shí)驗(yàn)性太陽(yáng)房。對(duì)難度較大的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了初步研究。
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