太陽(yáng)能及其應(yīng)用

【專家解說(shuō)】：在太陽(yáng)能的熱利用中，關(guān)鍵是將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。由于太陽(yáng)能比較分散，必須設(shè)法把它集中起來(lái)，所以，集熱器是各種利用太陽(yáng)能裝置的關(guān)鍵部分。由于用途不同，集熱器及其匹配的系統(tǒng)類型分為許多種，名稱也不同，如用于炊事的太陽(yáng)灶、用于產(chǎn)生熱水的太陽(yáng)能熱水器、用于干燥物品的太陽(yáng)能干燥器、用于熔煉金屬的太陽(yáng)能熔爐，以及太陽(yáng)房、太陽(yáng)能熱電站、太陽(yáng)能海水淡化器等等。 效率比較高的集熱器由收集和吸收裝置組成。陽(yáng)光由不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光組成，不同物質(zhì)和不同顏色對(duì)不同波長(zhǎng)的光的吸收和反射能力是不一樣的。黑顏色吸收陽(yáng)光的能力最強(qiáng)，因此棉衣一般用深色或黑色布。白色反射陽(yáng)光的能力最強(qiáng)，因而夏季的襯衫多是淡色或白色的。因此利用黑顏色可以聚熱。讓平行的陽(yáng)光通過(guò)聚焦透鏡聚集在一點(diǎn)、一條線或一個(gè)小的面積上，也可以達(dá)到集熱的目的。紙?jiān)陉?yáng)光照射下，不管陽(yáng)光多么強(qiáng)，哪怕是在炎熱的夏天，也不會(huì)被陽(yáng)光點(diǎn)燃。但是，若利用集光器，把陽(yáng)光聚集在紙上，就能將紙點(diǎn)燃。集熱器一般可分為平板集熱器、聚光集熱器和平面反射鏡等幾種類型。 平板集熱器一般用于太陽(yáng)能熱水器等。聚光集熱器可使陽(yáng)光聚焦獲得高溫，焦點(diǎn)可以是點(diǎn)狀或線狀，用于太陽(yáng)能電站、房屋的采暖（暖氣）和空調(diào)（冷氣）、太陽(yáng)爐等。按聚光鏡構(gòu)造有“菲涅爾”透鏡、拋物面鏡和定日鏡。 平面反射鏡用于塔式太陽(yáng)能電站，有跟蹤設(shè)備，一般和拋物面鏡聯(lián)合使用。平面鏡把陽(yáng)光集中反射在拋物面鏡上，拋物面鏡使其聚焦。 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(méi)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?lái)收集太陽(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(guò)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(lái)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(lái)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(guò)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(tīng)起來(lái)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(guò)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.