怎樣合理利用威海的太陽(yáng)能

【專家解說(shuō)】：太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為1367kw/m2。地球赤道的周長(zhǎng)為40000km，從而可計(jì)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(yáng)能資源總量相當(dāng)于現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬(wàn)多倍，但太陽(yáng)能的能量密度低，而且它因地而異，因時(shí)而變，這是開發(fā)利用太陽(yáng)能面臨的主要問(wèn)題。太陽(yáng)能的這些特點(diǎn)會(huì)使它在整個(gè)綜合能源體系中的作用受到一定的限制。 太陽(yáng)是一個(gè)巨大、久遠(yuǎn)、無(wú)盡的能源。盡管太陽(yáng)輻射到地球大氣層的能量?jī)H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(shuō)太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬(wàn)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(lái)源于太陽(yáng);即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根本上說(shuō)也是遠(yuǎn)古以來(lái)貯存下來(lái)的太陽(yáng)能，所以廣義的太陽(yáng)能所包括的范圍非常大，狹義的太陽(yáng)能則限于太陽(yáng)輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。 太陽(yáng)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(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。但太陽(yáng)能也有兩個(gè)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(yáng)能的有效利用。 人類對(duì)太陽(yáng)能的利用有著悠久的歷史。我國(guó)早在兩千多年前的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就知道利用鋼制四面鏡聚焦太陽(yáng)光來(lái)點(diǎn)火;利用太陽(yáng)能來(lái)干燥農(nóng)副產(chǎn)品。發(fā)展到現(xiàn)代，太陽(yáng)能的利用已日益廣泛，它包括太陽(yáng)能的光熱利用，太陽(yáng)能的光電利用和太陽(yáng)能的光化學(xué)利用等。 長(zhǎng)期以來(lái)，人們就一直在努力研究利用太陽(yáng)能。我們地球所接受到的太陽(yáng)能，只占太陽(yáng)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(wàn)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(duì)說(shuō)來(lái)比地面簡(jiǎn)單，而且在無(wú)重量、高真空的宇宙環(huán)境中，對(duì)設(shè)備構(gòu)件的強(qiáng)度要求也不太高。再者，太陽(yáng)能和石油、煤炭等礦物燃料不同，不會(huì)導(dǎo)致"溫室效應(yīng)"和全球性氣候變化，也不會(huì)造成環(huán)境污染。正因?yàn)槿绱耍?yáng)能的利用受到許多國(guó)家的重視，大家正在競(jìng)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(yáng)能利用的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在近10多年來(lái)，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?cè)絹?lái)越企盼著“太陽(yáng)能時(shí)代”的到來(lái)。從發(fā)電、取暖、供水到各種各樣的太陽(yáng)能動(dòng)力裝置，其應(yīng)用十分廣泛，在某些領(lǐng)域，太陽(yáng)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(guó)家硅半導(dǎo)體光電池發(fā)電成本降低了一個(gè)數(shù)量級(jí):從每瓦50美元降到了5美元。此后世界各國(guó)專家大都認(rèn)為，要使太陽(yáng)能電站與傳統(tǒng)電站(主要是火電站)相比具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，還有一段同樣長(zhǎng)的路要走--其成本再降低一個(gè)數(shù)量級(jí)才行。目前美國(guó)等國(guó)家建的利用太陽(yáng)池發(fā)電的項(xiàng)目很多。在死海之畔有一個(gè)1979年建的7000平方米的實(shí)驗(yàn)太陽(yáng)池，為一臺(tái)150千瓦發(fā)電機(jī)供熱。美國(guó)計(jì)劃將其鹽湖的8.3%面積(約8000平方千米)建成太陽(yáng)池，為600兆瓦的發(fā)電機(jī)組供熱。今年6月，亞美尼亞無(wú)線電物理所的專家宣布，已在該國(guó)山地開始建造其“第一個(gè)小型實(shí)驗(yàn)樣板”型工業(yè)太陽(yáng)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(lái)的渦輪機(jī)，裝機(jī)容量?jī)H100千瓦，但發(fā)電成本僅0.5美分/千瓦小時(shí)，效率高達(dá)40%-50%。 俄羅斯學(xué)者在太陽(yáng)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(yáng)能噴水式推進(jìn)器和噴冷式推進(jìn)器與太陽(yáng)池工程相結(jié)合，給太陽(yáng)池附設(shè)冰槽等設(shè)施，設(shè)計(jì)出了適用于農(nóng)家的新式太陽(yáng)池。按這種設(shè)計(jì)，一個(gè)6到8口人的農(nóng)戶建一個(gè)70平方米的太陽(yáng)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(yáng)池電站的設(shè)計(jì)思想，即利用熱泵、熱管等技術(shù)將太陽(yáng)能和地?zé)帷⒕邮覐U熱等綜合利用起來(lái)，使太陽(yáng)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(jìng)爭(zhēng)，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(duì)于淡水資源缺乏的國(guó)家來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)池還有另一項(xiàng)不可多得的好處:據(jù)專家測(cè)算，在近海淺水區(qū)建一個(gè)面積2163平方千米、深1.2米的太陽(yáng)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(guó)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(yáng)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(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的一種新型生態(tài)建材。美國(guó)的“光伏建筑計(jì)劃”、歐洲的“百萬(wàn)屋頂光伏計(jì)劃”、日本的“朝日計(jì)劃”以及我國(guó)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(yáng)能在新型建材產(chǎn)品中的應(yīng)用。 在發(fā)展中國(guó)家，各國(guó)也在積極發(fā)展利用太陽(yáng)能。如菲律賓早在九九年，政府已批出了首個(gè)太陽(yáng)能計(jì)劃，在澳洲政府“海外援助計(jì)劃”的協(xié)助下，在全國(guó)263個(gè)社區(qū)安裝1000個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)。目前菲政府正在推行全球最大太陽(yáng)能應(yīng)用計(jì)劃，整個(gè)計(jì)劃耗資4800萬(wàn)美元，是目前為止世界上最龐大的太陽(yáng)能計(jì)劃。太陽(yáng)能發(fā)電計(jì)劃共分兩期，受惠的除了民居外，還包括25個(gè)灌溉系統(tǒng)、97個(gè)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(lái)，全人類夢(mèng)寐以求的太陽(yáng)能時(shí)代實(shí)際上已近在眼前，包括到太空去收集太陽(yáng)能，把它傳輸?shù)降厍?，使之變?yōu)殡娏?，以解決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(gè)夢(mèng)想。由美國(guó)國(guó)家航空和航天局與國(guó)家能源部建造的世界上第一座太陽(yáng)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(guó)，太陽(yáng)能的利用也一直是最熱門的話題，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)在集熱器(含太陽(yáng)能熱水器)已成為太陽(yáng)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(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)已開始運(yùn)作。中國(guó)科學(xué)院宣布啟動(dòng)西部行動(dòng)計(jì)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(gè)太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能供熱、太陽(yáng)能空調(diào)等示范工程。目前河北保定國(guó)家高新技術(shù)開發(fā)區(qū)正加快建設(shè)我國(guó)規(guī)模最大的多晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)基地，該項(xiàng)目集太陽(yáng)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(yáng)能電池的能力，填補(bǔ)了我國(guó)在太陽(yáng)能開發(fā)應(yīng)用方面多項(xiàng)空白，并將大大推動(dòng)太陽(yáng)能電池用低鐵玻璃的生產(chǎn)、銷售市場(chǎng)。但從整體上分析，國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)由于起步較晚，尤其是在太陽(yáng)能電池的開發(fā)、生產(chǎn)上還落后于國(guó)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(jí)階段。經(jīng)粗略統(tǒng)計(jì)表明，國(guó)內(nèi)目前僅建有5個(gè)(單晶硅)太陽(yáng)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(guó)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(yáng)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(yáng)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(gè)百分點(diǎn)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，我國(guó)太陽(yáng)能電池平均轉(zhuǎn)換效率不高，其主要原因是專用材料國(guó)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(guò)率基板玻璃市場(chǎng)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(shì)。 目前國(guó)家計(jì)委和國(guó)家科委對(duì)發(fā)展太陽(yáng)能技術(shù)及其應(yīng)用給予了大力的支持，國(guó)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(duì)國(guó)內(nèi)、國(guó)際太陽(yáng)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(guó)內(nèi)首家引進(jìn)了76千瓦國(guó)際上先進(jìn)的屋面太陽(yáng)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(shí)以上，可滿足1個(gè)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(yáng)能科技有限公司，合資生產(chǎn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電組件和屋面發(fā)電組件兩大系列、多個(gè)品種的光伏發(fā)電產(chǎn)品，并將這一世界領(lǐng)先的太陽(yáng)能利用新技術(shù)引入了中國(guó)。 河北振海鋁業(yè)集團(tuán)公司是德國(guó)皮爾金頓(Piikington)太陽(yáng)能國(guó)際有限公司在中國(guó)獨(dú)家總代理，現(xiàn)已投入生產(chǎn)世界先進(jìn)的太陽(yáng)能電池玻璃封裝設(shè)備和配套材料，如德國(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)一大景觀及太陽(yáng)能光伏發(fā)電工程的典范。 太陽(yáng)能集熱管是清華大學(xué)的一項(xiàng)專利技術(shù)，經(jīng)清華陽(yáng)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(yáng)光公司的曬樂(lè)牌太陽(yáng)能集熱管及集熱裝置，用六七年時(shí)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(wàn)支全世界集熱效率最高的全玻璃真空集熱管，預(yù)計(jì)這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)營(yíng)額再過(guò)3年將達(dá)到10億元。 2008年的奧運(yùn)會(huì)，北京將成為我國(guó)在太陽(yáng)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(jì)劃奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館周圍80%至90%的路燈將利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù);采用全玻璃真空太陽(yáng)能集熱技術(shù)，供應(yīng)奧運(yùn)會(huì)90%的洗浴熱水。屆時(shí)在整個(gè)奧運(yùn)會(huì)期間，我們將看到太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能電話，太陽(yáng)能手機(jī)、太陽(yáng)能無(wú)沖洗衛(wèi)生間等等以一系列太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用。我們的生活將充滿陽(yáng)光!