太陽(yáng)能具體是怎么回事？

【專家解說】：一般指太陽(yáng)光的輻射能量。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利用方式。廣義上的太陽(yáng)能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢(shì)能等等。

使用太陽(yáng)電池，通過光電轉(zhuǎn)換把太陽(yáng)光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能

使用太陽(yáng)能熱水器，利用太陽(yáng)光的熱量加熱水

利用太陽(yáng)光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電

利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化

現(xiàn)在，太陽(yáng)能的利用還不很普及，利用太陽(yáng)能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題，但是太陽(yáng)電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應(yīng)用。

目前，全球最大的屋頂太陽(yáng)能面板系統(tǒng)位于德國(guó)南部比茲塔特(Buerstadt)，面積為四萬(wàn)平方米，每年的發(fā)電量為450萬(wàn)千瓦。

日本為了達(dá)成京都議定書的二氧化碳減量要求，全日本都普設(shè)太陽(yáng)能光電板，位于日本中部的長(zhǎng)野縣飯?zhí)锸?，居民在屋頂設(shè)置太陽(yáng)能光電板的比率甚至達(dá)2%，堪稱日本第一。

太陽(yáng)能可分為2種:

1.太陽(yáng)能光伏

光伏板組件是一種暴露在陽(yáng)光下便會(huì)產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒有活動(dòng)的部分，故可以長(zhǎng)時(shí)間操作而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗。簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋照明，并為電網(wǎng)供電。 光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電力。近年，天臺(tái)及建筑物表面均會(huì)使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng)。

2.太陽(yáng)熱能

現(xiàn)代的太陽(yáng)熱能科技將陽(yáng)光聚合，并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運(yùn)用適當(dāng)?shù)目萍紒硎占?yáng)能外，建筑物亦可利用太陽(yáng)的光和熱能，方法是在設(shè)計(jì)時(shí)加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽(yáng)熱力的建筑材料。
有機(jī)化的太陽(yáng)能

人類對(duì)于再生性能源的需求在石化原料日漸耗盡的同時(shí)日受重視。太陽(yáng)能利用是個(gè)源源不絕的絕佳能源替代方案，因?yàn)槊刻焯?yáng)投射到地球表面的能量大於地球所需的一萬(wàn)倍以上。
最近美國(guó)新澤西州，Murray Hill的貝耳實(shí)驗(yàn)室發(fā)展出了一種新的技術(shù)制造太陽(yáng)能電池，可以使太陽(yáng)能的利用更有效率以及便宜。以往由於太陽(yáng)能電池的價(jià)格昂貴，不能廣泛的被大型工業(yè)所采用。僅有少數(shù)多千瓦電力供應(yīng)的太陽(yáng)能電池存在於美國(guó)、日本與歐洲。這些電廠發(fā)電都無(wú)法像傳統(tǒng)燃燒煤炭、天然氣與石油一般的便宜。
過去的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)在太陽(yáng)能電池的發(fā)展上必須利用矽晶片來捕獲太陽(yáng)能，因?yàn)閮r(jià)格昂貴而無(wú)法被廣泛的使用。至目前為止大多數(shù)的太陽(yáng)能電池僅能在小型家用電器上，離真正被工業(yè)利用尚有一大斷的距離。
目前對(duì)於降低太陽(yáng)能電池價(jià)格的發(fā)展分成兩個(gè)方向，一邊是致力於光線的獲取并增加轉(zhuǎn)換效率，另一邊則是專注於制造更現(xiàn)代的高效率電池，開發(fā)更便宜的物質(zhì)或降低制程的成本。貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家J. Hendrik Schon 與他的工作夥伴利用一種含碳基的有機(jī)物質(zhì)pentacene來取代太陽(yáng)能電池中的矽。Pentacene是一種很具潛力的半導(dǎo)體物質(zhì)，因?yàn)楫?dāng)它吸收了光線后的光電轉(zhuǎn)換過程中，能同時(shí)傳導(dǎo)正與負(fù)電荷的兩種粒子(electrons and holes)。 研究人員制把pentacene放在一個(gè)透明的電極上，另一邊則是半導(dǎo)體物質(zhì)氧化鋅，一份白金或者其他的傳導(dǎo)物質(zhì)中，猶如是個(gè)三明治般的將pentacene 夾在中間，他們并且發(fā)現(xiàn)界面的空隙中假如有少量的溴存在，Pentacene太陽(yáng)能電池的效率會(huì)更佳。
Pentacene晶體薄膜的制造必須利用蒸氣沉淀法才能大量制造。Pentacene 太陽(yáng)能電池的最佳光電轉(zhuǎn)換效率是4.5%，聽起來似乎不是很讓人滿意，但是傳統(tǒng)貴重的商用矽電池其效率也不過兩倍於此。雖然pentacene太陽(yáng)能電池效率不高，但是pentacene的薄膜可以涂抹在塑膠的表面上以增加價(jià)格的便宜，可以彎曲的特性更可在大范圍的區(qū)域上使用。因此低效率的缺點(diǎn)便經(jīng)由這樣的特性而得以抵銷。
有機(jī)物化制造光電池的結(jié)果，將使得太陽(yáng)能的利用變得更便宜與充滿前景。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)能源提出越來越高的要求，尋找新能源成為當(dāng)前人類面臨的迫切課題?，F(xiàn)有能源主要有3種，即火電、水電和核電。

火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蘊(yùn)藏量有限、越燒越少，正面臨著枯竭的危險(xiǎn)。據(jù)估計(jì)，全世界石油資源再有30年便將枯竭。另一方面燃燒燃料將排出CO2和硫的氧化物，因此會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)和酸雨，惡化地球環(huán)境。

水電要淹沒大量土地，有可能導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞，而且大型水庫(kù)一旦塌崩，后果將不堪設(shè)想。另外，一個(gè)國(guó)家的水力資源也是有限的，而且還要受季節(jié)的影響。

核電在正常情況下固然是干凈的，但萬(wàn)一發(fā)生核泄漏，后果同樣是可怕的。前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故，已使900萬(wàn)人受到了不同程度的損害，而且這一影響并未終止。

這些都迫使人們?nèi)ふ倚履茉?。新能源要同時(shí)符合兩個(gè)條件：一是蘊(yùn)藏豐富不會(huì)枯竭；二是安全、干凈，不會(huì)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(yáng)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(yáng)能。

太陽(yáng)能發(fā)電是最理想的新能源

照射在地球上的太陽(yáng)能非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽(yáng)能，便足以供全球人類一年能量的消費(fèi)?？梢哉f，太陽(yáng)能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽(yáng)能發(fā)電絕對(duì)干凈，不產(chǎn)生公害。所以太陽(yáng)能發(fā)電被譽(yù)為是理想的能源。

從太陽(yáng)能獲得電力，需通過大陽(yáng)電池進(jìn)行光電變換來實(shí)現(xiàn)。它同以往其他電源發(fā)電原理完全不同，具有以下特點(diǎn)：①無(wú)枯竭危險(xiǎn)；②絕對(duì)干凈（無(wú)公害）；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發(fā)電；⑤能源質(zhì)量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。不足之處是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。但總的說來，瑕不掩瑜，作為新能源，太陽(yáng)能具有極大優(yōu)點(diǎn)，因此受到世界各國(guó)的重視。

要使太陽(yáng)能發(fā)電真正達(dá)到實(shí)用水平，一是要提高太陽(yáng)能光電變換效率并降低其成本，二是要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電同現(xiàn)在的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。

目前，太陽(yáng)電地主要有單晶硅、多晶硅、非晶態(tài)硅三種。單晶硅太陽(yáng)電池變換效率最高，已達(dá)20％以上，但價(jià)格也最貴。非晶態(tài)硅太陽(yáng)電池變換效率最低，但價(jià)格最便宜，今后最有希望用于一般發(fā)電的將是這種電池。一旦它的大面積組件光電變換效率達(dá)到10％，每瓦發(fā)電設(shè)備價(jià)格降到1－2美元時(shí)，便足以同現(xiàn)在的發(fā)電方式竟?fàn)?。估?jì)本世紀(jì)末便可達(dá)到這一水平。

當(dāng)然，特殊用途和實(shí)驗(yàn)室中用的太陽(yáng)電池效率要高得多，如美國(guó)波音公司開發(fā)的由砷化鎵半導(dǎo)體同銻化鎵半導(dǎo)體重疊而成的太陽(yáng)電地，光電變換效率可達(dá)36％，快趕上了燃煤發(fā)電的效率。但由于它太貴，目前只能限于在衛(wèi)星上使用。

太陽(yáng)能發(fā)電的應(yīng)用

太陽(yáng)能發(fā)電雖受晝夜、晴雨、季節(jié)的影響，但可以分散地進(jìn)行，所以它適于各家各戶分激進(jìn)行發(fā)電，而且要聯(lián)接到供電網(wǎng)絡(luò)上，使得各個(gè)家庭在電力富裕時(shí)可將其賣給電力公司，不足時(shí)又可從電力公司買入。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的技術(shù)不難解決，關(guān)鍵在于要有相應(yīng)的法律保障?，F(xiàn)在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家都已制定了相應(yīng)法律，保證進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電的家庭利益，鼓勵(lì)家庭進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電。

日本已于1992年4月實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)同電力公司電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，已有一些家庭開始安裝太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。日本通產(chǎn)省從1994年開始以個(gè)人住宅為對(duì)象，實(shí)行對(duì)購(gòu)買太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的費(fèi)用補(bǔ)助三分之二的制度。要求第一年有1000戶家庭、2000年時(shí)有7萬(wàn)戶家庭裝上太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。

據(jù)日本有關(guān)部門估計(jì)日本2100萬(wàn)戶個(gè)人住宅中如果有80％裝上太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，便可滿足全國(guó)總電力需要的14％，如果工廠及辦公樓等單位用房也進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電，則太陽(yáng)能發(fā)電將占全國(guó)電力的30％－40％。當(dāng)前阻礙太陽(yáng)能發(fā)電普及的最主要因素是費(fèi)用昂貴。為了滿足一般家庭電力需要的3千瓦發(fā)電系統(tǒng)，需600萬(wàn)至700萬(wàn)日元，還未包括安裝的工錢。有關(guān)專家認(rèn)為，至少要降到100萬(wàn)到200萬(wàn)日元時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電才能夠真正普及。降低費(fèi)用的關(guān)鍵在于太陽(yáng)電池提高變換效率和降低成本。

不久前，美國(guó)德州儀器公司和SCE公司宣布，它們開發(fā)出一種新的太陽(yáng)電池，每一單元是直徑不到1毫米的小珠，它們密密麻麻規(guī)則地分布在柔軟的鋁箔上，就像許多蠶卵緊貼在紙上一樣。在大約50平方厘米的面積上便分布有1，700個(gè)這樣的單元。這種新電池的特點(diǎn)是，雖然變換效率只有8％—10%，但價(jià)格便宜。而且鋁箔底襯柔軟結(jié)實(shí)，可以像布帛一樣隨意折疊且經(jīng)久耐用，掛在向陽(yáng)處便可發(fā)電，非常方便。據(jù)稱，使用這種新太陽(yáng)電池，每瓦發(fā)電能力的設(shè)備只要15至2美元，而且每發(fā)一度電的費(fèi)用也可降到14美分左右，完全可以同普通電廠產(chǎn)生的電力相競(jìng)爭(zhēng)。每個(gè)家庭將這種電池掛在向陽(yáng)的屋頂、墻壁上，每年就可獲得一二千度的電力。

太陽(yáng)能發(fā)電的前景

太陽(yáng)能發(fā)電有更加激動(dòng)人心的計(jì)劃。一是日本提出的創(chuàng)世紀(jì)計(jì)劃。準(zhǔn)備利用地面上沙漠和海洋面積進(jìn)行發(fā)電，并通過超導(dǎo)電纜將全球太陽(yáng)能發(fā)電站聯(lián)成統(tǒng)一電網(wǎng)以便向全球供電。據(jù)測(cè)算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太陽(yáng)能發(fā)電供給全球能源，占地也不過為 65.11萬(wàn)平方公里、 186.79萬(wàn)平方公里、829.19萬(wàn)平方公里。829.19萬(wàn)平方公里才占全部海洋面積 2.3％或全部沙漠的 51.4％，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5％ 。因此這一方案是有可能實(shí)現(xiàn)的。

另一是天上發(fā)電方案。早在1980年美國(guó)宇航局和能源部就提出在空間建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電站設(shè)想，準(zhǔn)備在同步軌道上放一個(gè)長(zhǎng)10公里、寬5公里的大平板，上面布滿太陽(yáng)電池，這樣便可提供500萬(wàn)千瓦電力。但這需要解決向地面無(wú)線輸電問題?，F(xiàn)已提出用微波束、激光束等各種方案。目前雖已用模型飛機(jī)實(shí)現(xiàn)了短距離、短時(shí)間、小功率的微波無(wú)線輸電，但離真正實(shí)用還有漫長(zhǎng)的路程。