怎樣合理利用威海的太陽能

【專家解說】：太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射強(qiáng)度為1367kw/m2。地球赤道的周長為40000km，從而可計算出，地球獲得的能量可達(dá)173,000TW。在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為1kw/m2，地球表面某一點(diǎn)24h的年平均輻射強(qiáng)度為0.20kw/m2，相當(dāng)于有102,000TW 的能量，人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源(地?zé)崮苜Y源除外)雖然太陽能資源總量相當(dāng)于現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時而變，這是開發(fā)利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點(diǎn)會使它在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限制。 太陽是一個巨大、久遠(yuǎn)、無盡的能源。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量(約為3.75×1026W)的22億分之一，但已高達(dá)173,000TW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬噸煤。下圖是地球上的能流圖。從圖上可以看出，地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來源于太陽;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大，狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。 太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，對環(huán)境無任何污染。但太陽能也有兩個主要缺點(diǎn):一是能流密度低;二是其強(qiáng)度受各種因素(季節(jié)、地點(diǎn)、氣候等)的影響不能維持常量。這兩大缺點(diǎn)大大限制了太陽能的有效利用。 人類對太陽能的利用有著悠久的歷史。我國早在兩千多年前的戰(zhàn)國時期就知道利用鋼制四面鏡聚焦太陽光來點(diǎn)火;利用太陽能來干燥農(nóng)副產(chǎn)品。發(fā)展到現(xiàn)代，太陽能的利用已日益廣泛，它包括太陽能的光熱利用，太陽能的光電利用和太陽能的光化學(xué)利用等。 長期以來，人們就一直在努力研究利用太陽能。我們地球所接受到的太陽能，只占太陽表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右，這些能量相當(dāng)于全球所需總能量的3-4萬倍，可謂取之不盡，用之不竭。其次，宇宙空間沒有晝夜和四季之分，也沒有烏云和陰影，輻射能量十分穩(wěn)定。因而發(fā)電系統(tǒng)相對說來比地面簡單，而且在無重量、高真空的宇宙環(huán)境中，對設(shè)備構(gòu)件的強(qiáng)度要求也不太高。再者，太陽能和石油、煤炭等礦物燃料不同，不會導(dǎo)致"溫室效應(yīng)"和全球性氣候變化，也不會造成環(huán)境污染。正因?yàn)槿绱?，太陽能的利用受到許多國家的重視，大家正在競相開發(fā)各種光電新技術(shù)和光電新型材料，以擴(kuò)大太陽能利用的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在近10多年來，在石油可開采量日漸見底和生態(tài)環(huán)境日益惡化這兩大危機(jī)的夾擊下，我們越來越企盼著“太陽能時代”的到來。從發(fā)電、取暖、供水到各種各樣的太陽能動力裝置，其應(yīng)用十分廣泛，在某些領(lǐng)域，太陽能的利用已開始進(jìn)入實(shí)用階段。 1974年至1997年，美日等發(fā)達(dá)國家硅半導(dǎo)體光電池發(fā)電成本降低了一個數(shù)量級:從每瓦50美元降到了5美元。此后世界各國專家大都認(rèn)為，要使太陽能電站與傳統(tǒng)電站(主要是火電站)相比具有經(jīng)濟(jì)競爭力，還有一段同樣長的路要走--其成本再降低一個數(shù)量級才行。目前美國等國家建的利用太陽池發(fā)電的項(xiàng)目很多。在死海之畔有一個1979年建的7000平方米的實(shí)驗(yàn)太陽池，為一臺150千瓦發(fā)電機(jī)供熱。美國計劃將其鹽湖的8.3%面積(約8000平方千米)建成太陽池，為600兆瓦的發(fā)電機(jī)組供熱。今年6月，亞美尼亞無線電物理所的專家宣布，已在該國山地開始建造其“第一個小型實(shí)驗(yàn)樣板”型工業(yè)太陽能電站。該電站使用的渦輪機(jī)不是新的，而是使用壽命已屆滿而從直升機(jī)上拆下來的渦輪機(jī)，裝機(jī)容量僅100千瓦，但發(fā)電成本僅0.5美分/千瓦小時，效率高達(dá)40%-50%。 俄羅斯學(xué)者在太陽池研究方面也取得了令人矚目的進(jìn)展。一家公司將其研制的太陽能噴水式推進(jìn)器和噴冷式推進(jìn)器與太陽池工程相結(jié)合，給太陽池附設(shè)冰槽等設(shè)施，設(shè)計出了適用于農(nóng)家的新式太陽池。按這種設(shè)計，一個6到8口人的農(nóng)戶建一個70平方米的太陽池，便可滿足其100平方米住房全年的用電需要。另一家研究機(jī)構(gòu)提出了組合式太陽池電站的設(shè)計思想，即利用熱泵、熱管等技術(shù)將太陽能和地?zé)?、居室廢熱等綜合利用起來，使太陽池發(fā)電的成本大大下降，在北高加索地區(qū)能與火電站競爭，并且一年四季都可用，夏天可用于空調(diào)，冬天可用于采暖。 對于淡水資源缺乏的國家來說，太陽池還有另一項(xiàng)不可多得的好處:據(jù)專家測算，在近海淺水區(qū)建一個面積2163平方千米、深1.2米的太陽池，可為10吉瓦的發(fā)電機(jī)組供熱，并可每年產(chǎn)淡水2立方千米。 在歐美一些先進(jìn)國家，目前正在廣泛開展應(yīng)用“光電玻璃幕墻制品”，這是一種將太陽能轉(zhuǎn)換硅片密封在(尤如夾層玻璃)雙層鋼化玻璃中，安全地實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的一種新型生態(tài)建材。美國的“光伏建筑計劃”、歐洲的“百萬屋頂光伏計劃”、日本的“朝日計劃”以及我國已開展的“光明工程”將在建筑領(lǐng)域掀起節(jié)能環(huán)保生態(tài)建材的開發(fā)應(yīng)用熱潮，極大的促進(jìn)了太陽能在新型建材產(chǎn)品中的應(yīng)用。 在發(fā)展中國家，各國也在積極發(fā)展利用太陽能。如菲律賓早在九九年，政府已批出了首個太陽能計劃，在澳洲政府“海外援助計劃”的協(xié)助下，在全國263個社區(qū)安裝1000個太陽能系統(tǒng)。目前菲政府正在推行全球最大太陽能應(yīng)用計劃，整個計劃耗資4800萬美元，是目前為止世界上最龐大的太陽能計劃。太陽能發(fā)電計劃共分兩期，受惠的除了民居外，還包括25個灌溉系統(tǒng)、97個凈水及分配系統(tǒng)、68間學(xué)校和社區(qū)中心，及35間診所。 由此看來，全人類夢寐以求的太陽能時代實(shí)際上已近在眼前，包括到太空去收集太陽能，把它傳輸?shù)降厍?，使之變?yōu)殡娏Γ越鉀Q人類面臨的能源危機(jī)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這已不是一個夢想。由美國國家航空和航天局與國家能源部建造的世界上第一座太陽能發(fā)電站，最近將在太空組裝，不久將開始向地面供電。 在我國，太陽能的利用也一直是最熱門的話題，經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)在集熱器(含太陽能熱水器)已成為太陽能應(yīng)用最為廣泛、產(chǎn)業(yè)化最迅速的產(chǎn)業(yè)之一。1998年銷售總額達(dá)到了35億元，其產(chǎn)量位居世界榜首。我國的太陽能產(chǎn)業(yè)已開始運(yùn)作。中國科學(xué)院宣布啟動西部行動計劃，將在兩年內(nèi)投入2.5億元人民幣開展研究，建立若干個太陽能發(fā)電、太陽能供熱、太陽能空調(diào)等示范工程。目前河北保定國家高新技術(shù)開發(fā)區(qū)正加快建設(shè)我國規(guī)模最大的多晶硅太陽能電池生產(chǎn)基地，該項(xiàng)目集太陽能電池、組件及應(yīng)用系統(tǒng)等為一體，一期工程完成后可達(dá)到年產(chǎn)3兆瓦多晶硅太陽能電池的能力，填補(bǔ)了我國在太陽能開發(fā)應(yīng)用方面多項(xiàng)空白，并將大大推動太陽能電池用低鐵玻璃的生產(chǎn)、銷售市場。但從整體上分析，國內(nèi)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由于起步較晚，尤其是在太陽能電池的開發(fā)、生產(chǎn)上還落后于國際水平，整體上仍處于產(chǎn)量小、應(yīng)用面窄、產(chǎn)品單一、技術(shù)落后的初級階段。經(jīng)粗略統(tǒng)計表明，國內(nèi)目前僅建有5個(單晶硅)太陽能電池生產(chǎn)廠，年產(chǎn)量約有4.5兆瓦(注:1兆瓦(MW)為1000千瓦)，工廠設(shè)施仍停留在已有引進(jìn)的生產(chǎn)線上。而國外不少企業(yè)已把眼光瞄準(zhǔn)更為先進(jìn)的薄膜晶體太陽能電池的開發(fā)與生產(chǎn)上。這種新一代的先進(jìn)的薄膜晶體太陽能電池其轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)18.3%，比目前平均轉(zhuǎn)換效率提高了3個百分點(diǎn)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，我國太陽能電池平均轉(zhuǎn)換效率不高，其主要原因是專用材料國產(chǎn)化程度低，如封裝玻璃就完全依賴進(jìn)口，低鐵含量的高透過率基板玻璃市場仍不能滿足需求，科研成果還沒有迅速及完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。 目前國家計委和國家科委對發(fā)展太陽能技術(shù)及其應(yīng)用給予了大力的支持，國內(nèi)已有多家企業(yè)涉足。北新集團(tuán)是最早率先組織專家對國內(nèi)、國際太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)行調(diào)查的單位之一。于1998年在國內(nèi)首家引進(jìn)了76千瓦國際上先進(jìn)的屋面太陽能發(fā)電系統(tǒng)，至今一直運(yùn)行穩(wěn)定、效果良好。這套系統(tǒng)日均發(fā)電量為12千瓦時以上，可滿足1個小康之家用電要求。該集團(tuán)還與瑞士的ATLANTIS公司合資組建了北京-阿脫蘭太陽能科技有限公司，合資生產(chǎn)太陽能光伏發(fā)電組件和屋面發(fā)電組件兩大系列、多個品種的光伏發(fā)電產(chǎn)品，并將這一世界領(lǐng)先的太陽能利用新技術(shù)引入了中國。 河北振海鋁業(yè)集團(tuán)公司是德國皮爾金頓(Piikington)太陽能國際有限公司在中國獨(dú)家總代理，現(xiàn)已投入生產(chǎn)世界先進(jìn)的太陽能電池玻璃封裝設(shè)備和配套材料，如德國凱米特化學(xué)制品有限公司的優(yōu)質(zhì)濕法玻璃層壓設(shè)備、濕法灌漿液(封裝介質(zhì))等。振海集團(tuán)的基地于1999年11月已在我國率先安裝了100多平方米的光電玻璃幕墻示范建筑物，現(xiàn)已竣工投入應(yīng)用，其運(yùn)行使用效果良好，已成國內(nèi)一大景觀及太陽能光伏發(fā)電工程的典范。 太陽能集熱管是清華大學(xué)的一項(xiàng)專利技術(shù)，經(jīng)清華陽光公司的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，目前其年產(chǎn)量為世界第一，其產(chǎn)品性能為世界領(lǐng)先，清華陽光公司的曬樂牌太陽能集熱管及集熱裝置，用六七年時間完成了小試、中試到大規(guī)模生產(chǎn)，目前已經(jīng)建成世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的集熱管生產(chǎn)廠，每年可生產(chǎn)500萬支全世界集熱效率最高的全玻璃真空集熱管，預(yù)計這個項(xiàng)目的經(jīng)營額再過3年將達(dá)到10億元。 2008年的奧運(yùn)會，北京將成為我國在太陽能應(yīng)用方面的最大展示窗口，“新奧運(yùn)”將充分體現(xiàn)“環(huán)保奧運(yùn)、節(jié)能奧運(yùn)”的新概念，計劃奧運(yùn)會場館周圍80%至90%的路燈將利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù);采用全玻璃真空太陽能集熱技術(shù)，供應(yīng)奧運(yùn)會90%的洗浴熱水。屆時在整個奧運(yùn)會期間，我們將看到太陽能路燈、太陽能電話，太陽能手機(jī)、太陽能無沖洗衛(wèi)生間等等以一系列太陽能技術(shù)的應(yīng)用。我們的生活將充滿陽光!