太陽(yáng)能的形成

熱心網(wǎng)友：太陽(yáng)能來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng).在太陽(yáng)內(nèi)部高溫高壓的條件下,每4個(gè)氫原子核發(fā)生聚變反應(yīng),生成一個(gè)氦原子核,在這個(gè)過(guò)程中,發(fā)生了部分質(zhì)量損失,由愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，這個(gè)能量是非常巨大的，氫彈爆炸產(chǎn)生的能量和太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)類(lèi)似

熱心網(wǎng)友：世界太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考 高 峰 ?(中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)信息中心 蘭州 730000) 摘要：太陽(yáng)能以其儲(chǔ)量的“無(wú)限性”、存在的普遍性、開(kāi)發(fā)利用 的清潔性以及逐漸顯露出的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)，其開(kāi)發(fā)利用是最終解決常規(guī)能源特別是化石能源 帶來(lái)的能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問(wèn)題的有效途徑，是人類(lèi)理想的替代能源。當(dāng)前， 太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)及其推廣應(yīng)用突飛猛進(jìn)，1997年，全球太陽(yáng)能電池的銷(xiāo)售量增加了40% ，成為全球發(fā)展最快的能源。太陽(yáng)能熱水器已形成行業(yè)，正以其優(yōu)良的性能價(jià)格比不斷地 沖擊燃?xì)狻㈦姛崴魇袌?chǎng)；太陽(yáng)能熱電站也已商業(yè)化，是大型太陽(yáng)能電站的希望所在；光電 技術(shù)發(fā)展更快，表現(xiàn)在光電轉(zhuǎn)換效率的不斷提高和光電池制造成本的不斷下降以及各種新型 太陽(yáng)能電池的問(wèn)世。各國(guó)對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用給予了極大關(guān)注，突出表現(xiàn)在各國(guó)政府推出的 光伏計(jì)劃，如德國(guó)的“千頂計(jì)劃”，日本的“朝日七年計(jì)劃”以及美國(guó)的“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃” 等。以色列在其房屋太陽(yáng)能熱水器安裝率達(dá)80%的情況下，更是明文規(guī)定，凡新建房屋必須 配置太陽(yáng)能熱水器。我國(guó)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用有其成功之處，但也存在諸多問(wèn)題和不足。在綜合 分析我國(guó)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)進(jìn)一步發(fā)展我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了如下思考：① 重視太陽(yáng)能 開(kāi)發(fā)利用，迎接太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)時(shí)代；②加大投資力度，實(shí)施強(qiáng)化的光電發(fā)展戰(zhàn)略；③加大政策 優(yōu)惠程度，扶植太陽(yáng)能熱水器行業(yè)；④發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。 在跨入21世紀(jì)之際，人類(lèi)將面臨實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，在有限資源和環(huán)保 嚴(yán)格要求的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已成為全球熱點(diǎn)問(wèn)題。而能源問(wèn)題將更為突出，不僅表現(xiàn)在 常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)了一系列問(wèn)題，如環(huán)境污染，溫 室效應(yīng)都與化石燃料的燃燒有關(guān)。目前的環(huán)境問(wèn)題，很大程度上是由于能源特別是化石能源 的開(kāi)發(fā)利用造成的。因此，人類(lèi)要解決上述能源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步 ，大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用可再生潔凈能源。太陽(yáng)能以其獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)，其開(kāi)發(fā)利用必將在21世紀(jì)得 到長(zhǎng)足的發(fā)展，并終將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移中擔(dān)綱重任，成為21世紀(jì)后期的主導(dǎo)能源。? 1 太陽(yáng)能與化石能源的簡(jiǎn)要比較 1．1 化石能源帶來(lái)的問(wèn)題 (1)能源短缺 由于常規(guī)能源的有限性和分布的不均勻性，造成了世界上大部分國(guó)家能源供應(yīng)不足，不能滿(mǎn) 足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，全球已探明的石油儲(chǔ)量只能用到2020年，天然氣也只能 延續(xù)到2040年左右，即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年〔1〕。因此，如不盡早設(shè)法解決化石能源的替代能源，人類(lèi)遲早將面臨化石燃料枯竭的危機(jī)局面。 (2)環(huán)境污染 當(dāng)前，由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬(wàn)噸硫等有害物質(zhì)拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量；局部地區(qū)形成酸雨，嚴(yán)重污染水土。 這些問(wèn)題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠利用太陽(yáng)能等可再生潔凈能源來(lái)解決。 (3)溫室效應(yīng) 化石能源的利用不僅造成環(huán)境污染，同時(shí)由于排放大量的溫室氣體而產(chǎn)生溫室效應(yīng)，引起全 球氣候變化。這一問(wèn)題已提到全球的議事日程，其影響甚至已超過(guò)了對(duì)環(huán)境的污染，有關(guān)國(guó) 際組織已召開(kāi)多次會(huì)議，限制各國(guó)CO2等溫室氣體的排放量。 1．2 陽(yáng)能資源及其開(kāi)發(fā)利用特點(diǎn) (1)儲(chǔ)量的“無(wú)限性” 太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大。太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023kW，其中到達(dá)地球的能量高達(dá)8×1013kW，相當(dāng)于6×109t標(biāo)準(zhǔn)煤。按此計(jì)算，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1.892×1013千億t，是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍〔2〕。太陽(yáng)的壽命至少尚有40億年，相對(duì)于人類(lèi)歷史來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)可源源不斷供給地球的時(shí)間可以說(shuō)是無(wú)限的。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”，取之不盡，用之不竭。這就決定了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類(lèi)解決常規(guī)能源匱乏、枯竭的最有效途徑。? (2)存在的普遍性 雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽(yáng)能輻射的不均勻，但相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。? (3)利用的清潔性 太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，是人類(lèi)理想的替代能源。 (4)利用的經(jīng)濟(jì)性 可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”，可以隨地取用；二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽(yáng)能利用已具經(jīng)濟(jì)性，如太陽(yáng)能熱水器一次投入較高，但其使用過(guò)程不耗能，而電熱水器和燃?xì)鉄崴髟谑褂脮r(shí)仍需耗費(fèi)，有關(guān)研究結(jié)果表明〔3〕，太陽(yáng)能熱水器已具很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。隨著科技的發(fā)展以及人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的技術(shù)突破，太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明顯。 1.3 21世紀(jì)后期太陽(yáng)能將占主導(dǎo)地位 世界各國(guó)，尤其發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)21世紀(jì)的能源問(wèn)題都特別關(guān)注。由于化石能源儲(chǔ)量的有限性和利用的污染性，各國(guó)專(zhuān)家都看好太陽(yáng)能等可再生能源，盡管目前太陽(yáng)能的利用僅在世界能源消 費(fèi)中占很小的一部分。如果說(shuō)20世紀(jì)是石油世紀(jì)的話，那么21世紀(jì)則是可再生能源的世紀(jì)， 太陽(yáng)能的世紀(jì)。據(jù)權(quán)威專(zhuān)家估計(jì)〔4〕，如果實(shí)施強(qiáng)化可再生能源的發(fā)展戰(zhàn)略，到下世紀(jì)中葉，可再生能源可占世界電力市場(chǎng)的3/5，燃料市場(chǎng)的2/5。在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中， 太陽(yáng)能處于突出位置。美國(guó)的馬奇蒂博士對(duì)世界一次能源替代趨勢(shì)的研究結(jié)果(如圖1所示) 表明，太陽(yáng)能將在21世紀(jì)初進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展階段，并在2050年左右達(dá)到30%的比例，次于核能居第二位，21世紀(jì)末太陽(yáng)能將取代核能居第一位〔5〕。殼牌石油公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期 研究得出結(jié)論，下一世紀(jì)的主要能源是太陽(yáng)能；日本經(jīng)濟(jì)企劃廳和三洋公司合作研究后則更 樂(lè)觀地估計(jì)，到2030年，世界電力生產(chǎn)的一半將依靠太陽(yáng)能〔2〕。正如世界觀察研 究所的一期報(bào)告所指出：正在興起的“太陽(yáng)經(jīng)濟(jì)”將成為未來(lái)全球能源的主流。其最新一期 報(bào)告則指出，1997年全球太陽(yáng)電池的銷(xiāo)售量增長(zhǎng)了40%，已成為全球發(fā)展最快的能源①①。 2太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)? 人類(lèi)利用太陽(yáng)能已有幾千年的歷史，但發(fā)展一直很緩慢，現(xiàn)代意義上的開(kāi)發(fā)利用只是近半個(gè) 世紀(jì)的事情。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一塊太陽(yáng)電池，從此揭開(kāi)了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā) 利用的新篇章。之后，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)發(fā)展很快，特別是70年代爆發(fā)的世界性的石油危 機(jī)有力地促進(jìn)了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的努力，太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)異 軍突起，成為能源工業(yè)的一支生力軍。迄今為止，太陽(yáng)能的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，但最終可歸 結(jié)為太陽(yáng)能熱利用和光利用兩個(gè)方面。太陽(yáng)能利用的具體形式和用途如圖2所示〔2〕。? 圖2太陽(yáng)能利用系統(tǒng) 2.1太陽(yáng)能熱利用及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展? 根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，太陽(yáng)能熱利用在替代高含碳燃料的能源生產(chǎn)和終端利用中大有用武之 地。從圖2可以看出，太陽(yáng)能熱利用具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，可歸納為太陽(yáng)能熱發(fā)電(能源產(chǎn)出 )和建筑用能(終端直接用能)，包括采暖、空調(diào)和熱水。當(dāng)前太陽(yáng)能熱利用最活躍、并已形 成產(chǎn)業(yè)的當(dāng)屬太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)能熱發(fā)電。? 2.1.1 太陽(yáng)能熱水器? 在世界范圍內(nèi)，太陽(yáng)能熱水器技術(shù)已很成熟，并已形成行業(yè)，正在以?xún)?yōu)良的性能不斷地沖擊 電熱水器市場(chǎng)和燃?xì)鉄崴魇袌?chǎng)。國(guó)外的太陽(yáng)能熱水器發(fā)展很早，但80年代的石油降價(jià)，加 之取消對(duì)新能源減免稅優(yōu)惠的政策導(dǎo)向，使工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家太陽(yáng)能熱水器總銷(xiāo)售量徘徊在幾十萬(wàn)平方米。據(jù)報(bào)道，1992年國(guó)外太陽(yáng)能熱水器總量為45萬(wàn)m2，其中日本為20萬(wàn)m2，美國(guó) 為12萬(wàn)m2，歐洲為8萬(wàn)m2，其他國(guó)家為5萬(wàn)m2。世界環(huán)境發(fā)展大會(huì)之后，許多國(guó)家又開(kāi) 始重視太陽(yáng)能熱水器在節(jié)約常規(guī)能源和減少排放CO2方面的潛力，僅據(jù)美國(guó)加州首府薩克 門(mén)托市的計(jì)劃，到2000年太陽(yáng)能熱水器將取代該州47000套家用電熱水器；到2000年日本太 陽(yáng)能熱水器的擁有量將翻一番；以色列更是明文規(guī)定，所有新建房屋必須配備太陽(yáng)能熱水器 。目前，我國(guó)是世界上太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)量和銷(xiāo)售量最大的國(guó)家。1992年銷(xiāo)售量為50萬(wàn)m2 ，為世界其他各國(guó)銷(xiāo)售量之和；1995年銷(xiāo)售量翻番，達(dá)100萬(wàn)m2。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，1997年我 國(guó)太陽(yáng)能熱水器銷(xiāo)售量300萬(wàn)m2，目前，我國(guó)從事太陽(yáng)能熱水器研制、生產(chǎn)、銷(xiāo)售和安裝 的企業(yè)達(dá)到1000余家，年產(chǎn)值20億元，從業(yè)人數(shù)1.5萬(wàn)人能源工程，1999 ，(1)：59。但從房屋的熱水器安裝率來(lái)說(shuō)，以色列已達(dá)80%，日本為11%，臺(tái) 灣達(dá)2.7%.〔6〕.，我國(guó)在千分之幾左右，其太陽(yáng)能熱水器的推廣應(yīng)用潛力仍很大。國(guó) 際上，太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品經(jīng)歷了悶曬式、平板式、全玻璃真空管式的發(fā)展，目前其產(chǎn)品的發(fā) 展方向仍注重提高集熱器的效率，如將透明隔熱材料應(yīng)用于集熱器的蓋板與吸熱間的隔層， 以減少熱量損失；聚脂薄膜的透明蜂窩已在德國(guó)和以色列批量生產(chǎn)。. 隨著世界范圍內(nèi)的環(huán)境意識(shí)和節(jié)能意識(shí)的普遍提高，太陽(yáng)能熱水器必將逐步替代電熱水器和 燃?xì)鉄崴?。雖然太陽(yáng)能熱水器目前仍存在市場(chǎng)價(jià)格高、受季節(jié)和天氣影響的不利因素，但 太陽(yáng)能熱水器具有不耗能、安全性、無(wú)污染性等優(yōu)勢(shì)，而且隨著技術(shù)的發(fā)展其經(jīng)濟(jì)性也逐漸 顯露出來(lái)。表1為三種熱水器的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果.〔3〕.，從中可以看出，太陽(yáng)能熱水 器在經(jīng)濟(jì)上已具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。?? 表1三種熱水器經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比 項(xiàng)目品種壽命(年) 使用天數(shù) (天) 購(gòu)置費(fèi)用?(元) 運(yùn)行費(fèi)用?(元) 總投資?(元) 備 注 太陽(yáng)能熱水器 10～15 300*2300 250 2550 均以日 產(chǎn)水量電熱水器 5～8 300 1000 4500 550080kg 水溫40燃?xì)鉄崴?6 300 5003 700420 0～60℃計(jì)算 *有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為該數(shù)字應(yīng)為250天左右。?? 2.1.2 太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)? 80年代太陽(yáng)能熱利用技術(shù)的最大突破是實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能熱發(fā)電的商業(yè)化。Luz國(guó)際公司在美國(guó) 南加州自1984年至1991年共建造了9個(gè)柱形拋物槽鏡分散聚光系統(tǒng)的太陽(yáng)能熱發(fā)電站，總功 率為354MW，約占當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)容量的2%〔7〕。9座電站中最大的容量為80MW，約有900條 聚光槽組成。由于美國(guó)政府和州政府先后在1991年取消對(duì)太陽(yáng)能電站的投資減免稅優(yōu)惠政策 ，迫使第10號(hào)電站停建，公司宣告破產(chǎn)。另一頗具實(shí)力的Solel公司也在致力于太陽(yáng)能熱發(fā) 電，它于1992年接收了破產(chǎn)的Luz公司的技術(shù)，將開(kāi)發(fā)市場(chǎng)瞄向澳大利亞、以色列和北美洲 。Solel公司自稱(chēng)具有建造300MW大型太陽(yáng)能熱發(fā)電站的能力。該公司已開(kāi)始在澳大利亞建造 一座70MW的槽型太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置，并計(jì)劃在以色列建一座200MW的電站，同時(shí)正在洽談在 北美洲和另兩洲建三座電站，每座200～300MW。Solel公司在澳大利亞的另一目標(biāo)是2000年 的悉尼奧運(yùn)會(huì)，它和米爾斯公司將合建一個(gè)太陽(yáng)能熱發(fā)電的聯(lián)合體，為奧運(yùn)村旅館和運(yùn)動(dòng)會(huì) 主會(huì)場(chǎng)提供10MW的電力〔7〕。希臘政府1997年開(kāi)始實(shí)施一項(xiàng)500MW的太陽(yáng)能熱發(fā)電 項(xiàng)目，計(jì)劃于2003年完工，屆時(shí)將是世界上最大的太陽(yáng)能電站。此外，它的阿莫科石油公司 將在印度沙漠地區(qū)建造一座更大的太陽(yáng)能熱電站沙特阿拉伯《中東報(bào)》，1997年12 月1日?qǐng)?bào)道。? 目前，太陽(yáng)能熱發(fā)電在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的三種形式是：①30～80MW線聚焦拋物面槽式太 陽(yáng)熱發(fā)電技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)拋物面槽式)；②30～200MW點(diǎn)聚焦中央接收式太陽(yáng)熱發(fā)電技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)塔式 )；③7.5～25kW的點(diǎn)聚焦拋物面盤(pán)式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)拋物面盤(pán)式)。在上述三種技 術(shù)中，拋物面槽式領(lǐng)先一步，美國(guó)加州的9座太陽(yáng)熱發(fā)電站可以代表槽式熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)狀。塔式太陽(yáng)熱發(fā)電技術(shù)也是集中供電的一種適用技術(shù)，目前只有美國(guó)巴斯托建的一座叫 “SolarⅡ”的電站，功率為43MW，該電站成功運(yùn)行兩年后，兩家美國(guó)電力公司計(jì)劃建兩座1 00MW的電站〔8〕。為了提高塔式電站的效率，有人提出了一種新想法〔8〕， 把帶有太陽(yáng)能塔的定日鏡陣列附加到先進(jìn)聯(lián)合循環(huán)電站上作為燃料節(jié)省裝置，采用甲烷重整 工藝，以太陽(yáng)能提高天然氣等級(jí)。拋物面盤(pán)式太陽(yáng)熱發(fā)電技術(shù)很適合于分散式發(fā)電，可以在 偏遠(yuǎn)地區(qū)用作獨(dú)立系統(tǒng)。作為太陽(yáng)能供電的一種方式，太陽(yáng)熱發(fā)電技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上是可行的， 而且有較大的市場(chǎng)潛力。在美國(guó)加州的太陽(yáng)熱發(fā)電站建造過(guò)程中，由于技術(shù)進(jìn)步及容量的增 大，電站的裝機(jī)造價(jià)和發(fā)電成本顯著下降，1984年Ⅰ號(hào)電站(14MW)造價(jià)為5979美元/kW，發(fā) 電成本26.5美分/kWh；到1990年的Ⅷ號(hào)電站(80MW)，造價(jià)降至3011美元/kW，發(fā)電成本降到 8.9美分/kWh.〔9〕.。因此，拋物面槽式在太陽(yáng)能豐富的地區(qū)，經(jīng)濟(jì)上已能與燃油的 火力電站競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)西南電力設(shè)計(jì)院曾對(duì)西藏地區(qū)以引進(jìn)Luz公司太陽(yáng)能熱電站進(jìn)行估算， 如果考慮設(shè)備的折舊和還貸，太陽(yáng)能熱電站和火力發(fā)電站的發(fā)電成本均為1.1元/kWh，如果 不考慮設(shè)備折舊，僅計(jì)入運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，則太陽(yáng)能電站的發(fā)電成本為0.1元/kWh，而火力 發(fā)電站的成本為0.8元/kWh.〔9〕.。有人估算過(guò)13種太陽(yáng)熱電站在不同日照射條件下 的發(fā)電成本.〔8〕.，結(jié)果表明，隨著年產(chǎn)電量的增加，主要是隨著機(jī)組容量的增大、 日射強(qiáng)度的增高、部件和系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)，發(fā)電成本顯著下降。進(jìn)而對(duì)地中海國(guó)家的太陽(yáng) 能熱發(fā)電應(yīng)用進(jìn)行過(guò)可行性研究，認(rèn)為太陽(yáng)能的熱利用在這一地區(qū)具有特殊重 要性，具有巨大的市場(chǎng)潛力。一方面，地中海國(guó)家技術(shù)水平高、資金雄厚，且有很好的太陽(yáng) 熱發(fā)電示范和早期商業(yè)化基礎(chǔ)；另一方面，未來(lái)幾十年里，地中海國(guó)家能源需求量大，每年 要新增5～6GW，加之該地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富，年輻射強(qiáng)度大于1700kWh/m\+2的面積達(dá)到700 萬(wàn)km\+2，太陽(yáng)熱可發(fā)電容量達(dá)1200GW，是目前全球電力需求的4倍。所有這一切形成了地中 海地區(qū)廣闊的太陽(yáng)能熱發(fā)電市場(chǎng)。? 2?2太陽(yáng)能光電技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)? 2.2.1太陽(yáng)能光電已成為全球發(fā)展最快的能源? 50年代第一塊實(shí)用的硅太陽(yáng)電池的問(wèn)世，揭開(kāi)了光電技術(shù)的序幕，也揭開(kāi)了人類(lèi)利用太陽(yáng)能 的新篇章。自60年代太陽(yáng)電池進(jìn)入空間、70年代進(jìn)入地面應(yīng)用以來(lái)，太陽(yáng)能光電技術(shù)發(fā)展迅 猛。世界觀察研究所在其最近一期研究報(bào)告中指出，利用太陽(yáng)能獲取電力已成為全球發(fā)展最 快的能量補(bǔ)給方式。報(bào)告說(shuō)，1990年以來(lái)，全球太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置的市場(chǎng)銷(xiāo)售量以年平均 16%的幅度遞增，目前總發(fā)電能力已達(dá)800MW，相當(dāng)于20萬(wàn)個(gè)美國(guó)家庭的年耗電量太陽(yáng)能，1998，(4)：22。? 2.2.2提高轉(zhuǎn)換效率、降低成本是光電技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵? 當(dāng)前影響光電池大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙是它的制造成本太高。在眾多發(fā)電技術(shù)中，太陽(yáng)能光 電仍是花費(fèi)最高的一種形式，因此，發(fā)展陽(yáng)光發(fā)電技術(shù)的主要目標(biāo)是通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有的制造工 藝，設(shè)計(jì)新的電池結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)新穎電池材料等方式降低制造成本，提高光電轉(zhuǎn)換效率。近年 來(lái)，光伏工業(yè)呈現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展的趨勢(shì)，發(fā)展的特點(diǎn)是：產(chǎn)量增加，轉(zhuǎn)換效率提高，成本降低， 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。目前，世界太陽(yáng)電池年產(chǎn)量已超過(guò)150MW，是1944年產(chǎn)量的兩倍還多， 如表2所示。單晶硅太陽(yáng)電池的平均效率為15%，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室效率已 達(dá)24.4%；多晶硅太陽(yáng)電池效率也達(dá)14%，實(shí)驗(yàn)室最大效率為19.8%；非晶硅太陽(yáng)電池的穩(wěn) 定效率，單結(jié)6～9%，實(shí)驗(yàn)室最高效率為12%，多結(jié)電池為8～10%，實(shí)驗(yàn)室最高效率為11.83 %.〔10〕.。表3??〔11〕?為有關(guān)研究人員所做的太陽(yáng)能電池組件的效率預(yù)測(cè)。由于 生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，晶體硅太陽(yáng)電池組件的制造成本已降至3～3?5美元/W ?p，售價(jià)也相應(yīng)降到4~5美元/W?p；非晶硅太陽(yáng)能電池單結(jié)售價(jià)3~4美元，多結(jié)售價(jià)為4～5 美元/W?p??〔10〕?。與十年前相比，太陽(yáng)光電池價(jià)格普遍降低了20%。最近，瑞士聯(lián)邦 工學(xué)院M·格雷策爾研制出一種二氧化鈦太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換率高達(dá)33%，并成功地采用 了一種無(wú)定形有機(jī)材料代替電解液，從而使它的成本比一塊差不多大的玻璃貴不了多少，使 用起來(lái)也更加簡(jiǎn)便??〔12〕??？梢灶A(yù)料，隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)的拓展，光電池成本及 售價(jià)將會(huì)大幅下降。表4??〔13〕?為地面用光伏組件成本/價(jià)格的預(yù)測(cè)結(jié)果，表5為美國(guó) 國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室對(duì)太陽(yáng)電池成本與市場(chǎng)的關(guān)系所做的估計(jì)??〔14〕?。對(duì)比表4， 表5，可以看出，2010年以后，由于太陽(yáng)能電池成本的下降，可望使光伏技術(shù)進(jìn)入大規(guī)模發(fā) 展時(shí)期。?? 表2世界光電組件的產(chǎn)量及年增長(zhǎng)率 年份1989199019911992199319941995199619971998 年產(chǎn)量(MW)42.047.054.058.261.070.781.090.612 2150年增長(zhǎng)率(%)12%15%8%5%16%15%12%35%23%? 表4地面用太陽(yáng)能電池組件成本/價(jià)格預(yù)測(cè)(美元) 電池種類(lèi)1990199520002010 單晶硅3.25/5.402.40/4.001.50/2.501.20/2.00 多晶硅3.00/5.002.25/3.751.50/2.501.20/2.00 聚光電池3.00/5.002.00/3.301.20/2.001.00/1.67 非晶硅3.00/5.002.00/3.331.20/2.000.75/1.25 薄膜硅2.00/3.331.20/2.000.75/1.25 CIS2.00/3.331.20/2.000.75/1.25 CdTe1.50/2.501.20/2.000.75/1.25? 表5太陽(yáng)能電池成本與市場(chǎng)的關(guān)系 太陽(yáng)能電池成本?(美元/峰瓦)可進(jìn)入的市場(chǎng) ＞6少量應(yīng)用2～5通信、邊遠(yuǎn)地區(qū) 1～2城市屋頂系統(tǒng)＜1大規(guī)模發(fā)電 表3商品化光伏直流組件效率預(yù)測(cè)(%) 電池技術(shù)199019952000 2010 單晶硅12151822 澆鑄多晶硅11141620 帶狀硅12141721 聚光器(光電池)17202530 非晶硅(包括疊層電池)5～67～91014 CuInSe\-2-8～101214 CdTe-8～101214 低成本基片硅薄膜-8～101215 球粒電池-101214\= 2?2?3光伏新技術(shù)發(fā)展日新月異? 近年來(lái)，圍繞光電池材料、轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性等問(wèn)題，光伏技術(shù)發(fā)展迅速，日新月異。晶體 硅太陽(yáng)能電池的研究重點(diǎn)是高效率單晶硅電池和低成本多晶硅電池。限制單晶硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn) 換效率的主要技術(shù)障礙有：①電池表面柵線遮光影響；②表面光反射損失；③光傳導(dǎo)損失； ④內(nèi)部復(fù)合損失；⑤表面復(fù)合損失。針對(duì)這些問(wèn)題，近年來(lái)開(kāi)發(fā)了許多新技術(shù)，主要有：① 單雙層減反射膜；②激光刻槽埋藏柵線技術(shù)；③絨面技術(shù)；④背點(diǎn)接觸電極克服表面柵線遮 光問(wèn)題；⑤高效背反射器技術(shù)；⑥光吸收技術(shù)。隨著這些新技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)明了不少新的電 池種類(lèi)，極大地提高了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，如澳大利亞新南威爾士大學(xué)的格林教授采用 激光刻槽埋藏柵線等新技術(shù)將高純化晶體硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率提高到24.4%，他在1994 年5月表示能用純度低100倍的硅制成高效光電池，約在10年后采用該類(lèi)電池的太陽(yáng)能發(fā)電成 本可降至5～8美分/kWh.〔15〕.。光伏技術(shù)發(fā)展的另一特點(diǎn)是薄膜太陽(yáng)能電池研究取得 重大進(jìn)展和各種新型太陽(yáng)能電池的不斷涌現(xiàn)。晶體硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率雖高，但其成本難 以大幅度下降，而薄膜太陽(yáng)能電池在降低制造成本上有著非常廣闊的誘人前景。早在幾年 前，澳大利亞科學(xué)家利用多層薄膜結(jié)構(gòu)的低質(zhì)硅材料已使太陽(yáng)能電池成本驟降80%，為此， 澳大利亞政府投資6400萬(wàn)美元支持這項(xiàng)研究，并希望10年內(nèi)使該項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化.〔16〕.。? 高效新型太陽(yáng)能電池技術(shù)的發(fā)展是降低光電池成本的另一條切實(shí)可行的途徑，近年來(lái)，一些 新型高效電池不斷問(wèn)世。專(zhuān)家推斷，只要有一二種取得突破，就會(huì)使光電池局面得到極大的 改觀。? (1)硒化銅銦(CuInSe\-2,CIS)薄膜太陽(yáng)能電池..〔17〕.：1974年CIS電池在美國(guó)問(wèn)世，1 993年美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室使它的本征轉(zhuǎn)換效率達(dá)16.7%，由于CIS太陽(yáng)能電池具有成 本低(膜厚只有單晶硅的1/100)、可通過(guò)增大禁帶寬度提高轉(zhuǎn)換效率(理論值為單晶30%，多 晶24%)、沒(méi)有光致衰降、抗放射性能好等優(yōu)點(diǎn)，各國(guó)都在爭(zhēng)相研究開(kāi)發(fā)，并積極探索大面積 應(yīng)用的批量生產(chǎn)技術(shù)。? (2)硅-硅串聯(lián)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池〔18〕：通過(guò)非晶硅與窄禁帶材料的層疊，是有效利用 長(zhǎng)波太陽(yáng)光，提高非晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的良好途徑。研究表明，把1.3ev和1.7ev光 學(xué)禁帶度組合起來(lái)的薄膜非晶硅與多晶硅串聯(lián)電池轉(zhuǎn)換效率最高。它具有成本低、耗能少、 工序少、價(jià)廉高效等優(yōu)點(diǎn)。? (3)用化學(xué)束外延(CBE)技術(shù)生產(chǎn)的多結(jié)Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽(yáng)能電池〔19〕：Ⅲ-Ⅴ族化 合物(如GaAs,InP)具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，這些材料的多層匹配可將太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率 提高到35%以上。而這種多層結(jié)構(gòu)很容易用CBE法制作，并能以低于1美元/W?p的成本獲得超 高效率。? (4)大面積光伏納米電池〔20〕：1991年瑞士M.Grtzel博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組 ，用納米TiO\-2粉水溶液作涂料，和含有過(guò)渡族金屬有機(jī)物的多種染料及玻璃等材料制作出 微晶顏料敏感太陽(yáng)能電池，簡(jiǎn)稱(chēng)納米電池。計(jì)算表明，可制造出轉(zhuǎn)換效率至少為12%的低成 本電池。這種電池為大面積應(yīng)用于建筑物外表面提供了廣闊的前景。? 2.2.4各國(guó)的光伏計(jì)劃雄心勃勃? 隨著太陽(yáng)能光電技術(shù)的日趨成熟和商業(yè)化發(fā)展，太陽(yáng)能光電技術(shù)的推廣應(yīng)用有了長(zhǎng)足的進(jìn)展 。目前，已建成多座兆瓦級(jí)光伏電站，最大的是位于美國(guó)加州的光伏電站，容量為6.5MW. p，現(xiàn)正在希臘克里特島建造的一座陽(yáng)光電站，容量為50MW.p，估計(jì)2003年可建成供電，總 投資1775萬(wàn)美元新能源，1997，19(2)：23。而在美國(guó)準(zhǔn)備建造的另一座電 站規(guī)模將達(dá)到100MW.p，已與太陽(yáng)能熱發(fā)電站容量相匹敵。除此之外，一些國(guó)家推出的屋頂 計(jì)劃將更引人注目，顯示了陽(yáng)光發(fā)電的廣闊應(yīng)用前景和強(qiáng)大的生命力。1990年，德國(guó)政府率 先推出的“千頂計(jì)劃”，至1997年已完成近萬(wàn)套屋頂光伏系統(tǒng)，每套容量1～5kW.p，累計(jì) 安裝量已達(dá)33MW.p，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超出了當(dāng)初制定的計(jì)劃規(guī)模。日本政府從1994年開(kāi)始實(shí)施“朝 日七年計(jì)劃”，計(jì)劃到2000年安裝16.2萬(wàn)套屋頂系統(tǒng)，總?cè)萘窟_(dá)185MW.p，1997年又再次 宣布實(shí)施“七萬(wàn)屋頂計(jì)劃”，每套容量擴(kuò)大到4kW.p，總?cè)萘繛?80MW.p。印度于1997年12 月宣布在2002年前推廣150萬(wàn)套太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)。意大利1998年開(kāi)始實(shí)施“全國(guó)太陽(yáng)能屋頂 計(jì)劃”，總投入5500億里拉，總?cè)萘窟_(dá)50MW.p。而最雄心勃勃的屋頂計(jì)劃當(dāng)屬1997年6月美 國(guó)總統(tǒng)克林頓宣布實(shí)施的美國(guó)“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”，計(jì)劃從1997年開(kāi)始至2010年，將在百萬(wàn)個(gè) 屋頂上，安裝總?cè)萘窟_(dá)到3025MW.p的光伏系統(tǒng)，并使發(fā)電成本降到6美分/kWh。上述各國(guó)屋 頂計(jì)劃的實(shí)施，將有力地促進(jìn)太陽(yáng)能光電的應(yīng)用普及，使太陽(yáng)能光電進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)。? 與此相呼應(yīng)，當(dāng)前世界上實(shí)力雄厚的10家光伏公司，雖然目前的生產(chǎn)能力都不大，但都有雄 心勃勃的擴(kuò)展計(jì)劃。各公司年產(chǎn)目標(biāo)為：Kyocera公司和夏普公司60MW，BP太陽(yáng)能公司50MW ，西門(mén)子公司和Solarex公司30MW，殼牌/Pilington公司和ASE公司25MW，Photo wott公司， AP公司和三洋/Solec公司15MW。據(jù)美國(guó)Spire公司預(yù)測(cè)，2003年世界光電池的生產(chǎn)能力將達(dá) 到350MW，而2010年的光電池組件交易量將達(dá)到700～4000MW/年②?。? 光伏技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，近期將以高效晶體硅電池為主，然后逐步過(guò)渡到薄膜太陽(yáng)能電池和各 種新型太陽(yáng)能光電池的發(fā)展。應(yīng)用上將從屋頂系統(tǒng)突破，逐步過(guò)渡到與建筑一體化的大型并 網(wǎng)光伏電站的發(fā)展。? 2.3太陽(yáng)能光電制氫? 70年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：在陽(yáng)光輻照下TiO2之類(lèi)寬頻帶間隙半導(dǎo)體，可對(duì)水的電解提供所需能 量，并析出O2和H2，從而在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換領(lǐng)域產(chǎn)生了一門(mén)新興學(xué)科--光電化學(xué)。隨著光 電化學(xué)及光伏技術(shù)和各種半導(dǎo)體電極試驗(yàn)的發(fā)展，使得太陽(yáng)能制氫成為發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的最佳 選擇。? 1995年，美國(guó)科學(xué)家利用光電化學(xué)轉(zhuǎn)換中半導(dǎo)體/電介質(zhì)界面產(chǎn)生的隔柵電壓，通過(guò)固定兩 個(gè)光粒子床的方法，來(lái)解決水的光催化分離問(wèn)題取得成功〔22〕。其兩個(gè)光粒子床概 念的光電化學(xué)水分解機(jī)制為：? H2的光反應(yīng)4H2O+4M°→2H2+4OH-+4M+? O2的光反應(yīng)4OH-+M+→O2+2H2O+4M°? 凈結(jié)果為：2H2O→2H2+O2(其中M為氧化還原介質(zhì))? 近來(lái)，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室還推出了一種利用太陽(yáng)能一次性分解成氫燃料的裝置。該 裝置的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換率為12.5%，效率比水的二步電解法提高一倍，制氫成本也只有電解法的 大約1/4〔23〕。日本理工化學(xué)研究所以特殊半導(dǎo)體做電極，鉑對(duì)極，電解質(zhì)為硝酸 鉀，在太陽(yáng)光照射下制得了氫，光能利用效率為15%左右〔24〕。? 在太陽(yáng)能制氫產(chǎn)業(yè)方面，1990年德國(guó)建成一座500kW太陽(yáng)能制氫示范廠，沙特阿拉伯已建成 發(fā)電能力為350kW的太陽(yáng)能制氫廠〔24〕。印度于1995年推出了一項(xiàng)制氫計(jì)劃，投資4 800萬(wàn)美元，在每年有300個(gè)晴天的塔爾沙漠中建造一座500kW太陽(yáng)能電站制氫，用光伏-電解 系統(tǒng)制得的氫，以金屬氧化物的形式貯存起來(lái)，保證運(yùn)輸?shù)陌踩履茉矗?7(3)，19 95，19。自90年代以來(lái)，德、英、日、美等國(guó)已投資積極進(jìn)行氫能汽車(chē)的開(kāi)發(fā)。美 國(guó)佛羅里達(dá)太陽(yáng)能中心研究太陽(yáng)能制氫(SH)已達(dá)10年之久，最近用SH作為汽車(chē)燃料-壓縮天 然氣的一種添加劑，使SH在高價(jià)值利用方面獲得成功〔25〕，為氫燃料汽車(chē)的實(shí)用化 提供了重要基礎(chǔ)。其他，在對(duì)重量十分敏感的航天、航空領(lǐng)域以及氫燃料電池和日常生活中 “貯氫水箱”的應(yīng)用等方面氫能都將獲得特別青睞。? 由于氫是一種高效率的含能體能源，它具有重量最輕、熱值高、“爆發(fā)力”強(qiáng)、來(lái)源廣、品 質(zhì)純凈、貯存便捷等許多優(yōu)點(diǎn)

熱心網(wǎng)友：太陽(yáng)能其實(shí)就是太陽(yáng)上的氦和氫發(fā)生核聚變時(shí)放出的能量。像氫彈爆炸就屬于核聚變，很少的物質(zhì)就能放出很大的能量。而且這種反應(yīng)的特點(diǎn)是一旦開(kāi)始就不容易控制，直到耗盡所有的物質(zhì)。所以太陽(yáng)在存在了50億年后仍在進(jìn)行這種反應(yīng)，仍在放出太陽(yáng)能

熱心網(wǎng)友：`氫核聚變`

熱心網(wǎng)友：不知道 呵呵哈哈 哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈 我高興 哈哈哈哈哈哈哈哈哈