题目

人类对太阳能的利用

提问时间：2020-08-15

答案

人类对太阳能的利用有着悠久的历史.我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品.发展到现代,太阳能的利用已日益广泛,它包括太阳能的光热利用,太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等.
还在远古时期,人们对太阳就很崇拜,因为它能向地球源源不断地输送丰富的、洁净的、免费的能量.单是地球两天内从太阳接受的能量就比所有已知的化石燃料矿藏所贮存的能量还多.
人类生活离不开能源.现在世界能源的消耗每年增长5％以上,而且目前使用的能源 97％来自藏量有限的矿藏.为了摆脱能源紧张的困境,人们早就尝试看用种种方法向太阳索取更多的能量.
目前人们利用太阳能的方式有以下几种：
(1)发展太阳能光电池
一种典型的太阳能电池是单晶硅太阳能电池.1954年最先出现的这种太阳能电池,能把接受到的太阳能的6％转换成电能,接近蒸汽机的效率.目前的转换效率已达18％.单晶硅太阳能电池的性能稳定,转换效率高,体积小,重量轻,很适合作太空航天器上的电源.目前,美国发射的近千颗卫星中,有95％都采用单晶硅太阳能电池作为能源.可是单晶硅太阳能电池制作成本高,价格昂贵,很难普及.1975年以后,无定型半导体材料发展起来,它有希望成为比单晶硅更理想的太阳能电池材料.如美国能量转换公司制成了一种硅－氟－氢无定形合金半导体,用这种材料做成太阳能电池,既有单晶硅电池工作性能稳定、转换效率高的优点,又有无定形硅成本低的长处.它们转换效率最高可以达到25％.因它发出的电价格便宜,和火力发电价格不相上下,为太阳能电池的地面应用展示了光明的前景.
(2)建立太阳能聚光器
利用几千块平面镜能把太阳光反射到巨大的聚焦镜上,再将光聚焦到太阳灶的工作区域,利用焦点处产生的高温来发电和作其他用途.我国西藏拉萨市有“日光城”之称,根据这个原理,在许多宾馆、机关单位屋顶上都有这种小型“太阳灶”.一个小型“太阳灶”便能基本保证家庭或宾馆的供热需求.这种方法在日光充足的地方可用.在日光照射不稳定的地方实用价值不高.
(3)发展收集太阳能的储能材料
科学家们发现,某些化学物质受日光的照射后能吸收光能而暂时改变化合物本身化学结构,在一定条件下,它又能放出热量而回复到原来的结构.这种储能材料的发现比在屋顶安装集热器,用加热水的方法采取暖更先进得多了.只是目前储能材料的储能指标还不高,所以还不能大规模推广应用.据有关材料介绍,美国计划2000年左右,在距离地面36000公里的同步卫星轨道上,建立太阳能电站.这个空间太阳能电站,由140亿个太阳能电池在太空组成一个面积为64平方公里的列阵,在那里把太阳能转变成直流电能,然后转换成微波电能,经过微波天线汇聚成微波来发射给地面站.地面站把微波整流成直流电,最后通过高压直输电网或再变换成交流电供用户使用.
目前美国研制的这种空间电站功率为10千兆瓦,相当于10座100万千瓦的水电站.45个这样的电站,就可满足全美国的电力需要.
随着电力工厂使用的矿物燃料日益短缺紧张和由它造成的环境污染日益加剧,在满足未来能源无限需要方面,人类对太阳能寄予了极大的希望.我们相信,智慧的人类一定会创造出美好的未来,未来世界的能源将在很大程度上依赖于太阳能.