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　　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。

　　太陽(yáng)是一個(gè)熾熱的氣態(tài)球體，它的直徑約為1.39×10⁶km，質(zhì)量約為2.2×l0²⁷t，為地球質(zhì)量的3.32×10⁵倍，體積則比地球大1.3×10⁶倍，平均密度為地球的1/4。其主要組成氣體為氫（約80％）和氦（約19％）。由于太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)進(jìn)行著氫聚合成氦的核聚變反應(yīng)，所以不斷地釋放出巨大的能量，并以輻射和對(duì)流的方式由核心向表面?zhèn)鬟f熱量，溫度也從中心向表面逐漸降低。由核聚變可知，氫聚合成氦在釋放巨大能量的同時(shí)，每1g質(zhì)量將虧損0.00729。根據(jù)目前太陽(yáng)產(chǎn)生核能的速率估算，其氫的儲(chǔ)量足夠維持600億年，因此太陽(yáng)能可以說(shuō)是用之不竭的。

　　太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)如上圖所示。在太陽(yáng)平均半徑23％（0.23R） 的區(qū)域內(nèi)是太陽(yáng)的內(nèi)核，其溫度約為8×10⁶～4×10⁷K，密度為水的80～100倍，占太陽(yáng)全部質(zhì)量的40％，總體積的15％。這部分產(chǎn)生的能量占太陽(yáng)產(chǎn)生總能量的90％。氫聚合時(shí)放出γ射線，當(dāng)它經(jīng)過(guò)較冷區(qū)域時(shí)由于消耗能量，波長(zhǎng)增長(zhǎng)，變成X射線或紫外線及可見光。從0.23～0.7R的區(qū)域稱為“輻射輸能區(qū)”，溫度降到1.3×10⁵K，密度下降為0.079g/ cm³。0.7～1.0R之間稱為“對(duì)流區(qū)”，溫度下降到5×10³K，密度下降到10-8g/cm³。 太陽(yáng)的外部是一個(gè)光球?qū)?，它就是人們?nèi)庋鬯吹降奶?yáng)表面，其溫度為5762K，厚約500km，密度為10-6g/cm³，它是由強(qiáng)烈電離的氣體組成，太陽(yáng)能絕大部分輻射都是由此向太空發(fā)射的。光球外面分布著不僅能發(fā)光，而且?guī)缀跏峭该鞯奶?yáng)大氣， 稱之為“反變層”，它是由極稀薄的氣體組成，厚約數(shù)百公里，它能吸收某些可見光的光譜輻射?！胺醋儗印钡耐饷媸翘?yáng)大氣上層，稱之為“色球?qū)印?，厚約1～1.5×10⁴km，大部分由氫和氦組成。“色球?qū)印蓖馐巧烊胩盏你y白色日冕，溫度高達(dá)1百萬(wàn)度，高度有時(shí)達(dá)幾十個(gè)太陽(yáng)半徑。

　　從太陽(yáng)的構(gòu)造可見，太陽(yáng)并不是一個(gè)溫度恒定的黑體，而是一個(gè)多層的有不同波長(zhǎng)發(fā)射和吸收的輻射體。不過(guò)在太陽(yáng)能利用中通常將它視為一個(gè)溫度為6000K，發(fā)射波長(zhǎng)為0.3～3μm的黑體。

　　晝夜是由于地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，而季節(jié)是由于地球的自轉(zhuǎn)軸與地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道的轉(zhuǎn)軸呈23°27′的夾角而產(chǎn)生的。地球每天繞著通過(guò)它本身南極和北極的“地軸” 自西向東自轉(zhuǎn)一周。每轉(zhuǎn)一周為一晝夜，所以地球每小時(shí)自轉(zhuǎn)15°。地球除自轉(zhuǎn)外還循偏心率很小的橢圓軌道每年繞太陽(yáng)運(yùn)行一周。地球自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軌道面的法線始終成23．5°。地球公轉(zhuǎn)時(shí)自轉(zhuǎn)軸的方向不變，總是指向地球的北極。因此地球處于運(yùn)行軌道的不同位置時(shí)，太陽(yáng)光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季變化（見下圖）。每天中午時(shí)分，太陽(yáng)的高度總是最高。在熱帶低緯度地區(qū)（即在赤道南北緯度23°27′之間的地區(qū)），一年中太陽(yáng)有兩次垂直入射，在較高緯度地區(qū)，太陽(yáng)總是靠近赤道方向。在北極和南極地區(qū)（在南北半球大于90°~23°27′），冬季太陽(yáng)低于地平線的時(shí)間長(zhǎng)，而夏季則高于地平線的時(shí)間長(zhǎng)。

　　由于地球以橢圓形軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，因此太陽(yáng)與地球之間的距離不是一個(gè)常數(shù)，而且一年里每天的日地距離也不一樣。眾所周知，某一點(diǎn)的輻射強(qiáng)度與距輻射源的距離的平方成反比，這意味著地球大氣上方的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度會(huì)隨日地間距離不同而異。然而，由于日地間距離太大（平均距離為1.5 x 10⁸km），所以地球大氣層外的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度幾乎是一個(gè)常數(shù)。因此人們就采用所謂 “太陽(yáng)常數(shù)”來(lái)描述地球大氣層上方的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。它是指平均日地距離時(shí)，在地球大氣層上界垂直于太陽(yáng)輻射的單位表面積上所接受的太陽(yáng)輻射能。近年來(lái)通過(guò)各種先進(jìn)手段測(cè)得的太陽(yáng)常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值為1353w／m²。一年中由于日地距離的變化所引起太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化不超過(guò)上3.4％。

　　太陽(yáng)照射到地平面上的輻射或稱“日射”由兩部分組成——直達(dá)日射和漫射日射。太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層而到達(dá)地面時(shí)，由于大氣中空氣分子、水蒸氣和塵埃等對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射和散射，不僅使輻射強(qiáng)度減弱，還會(huì)改變輻射的方向和輻射的光譜分布。因此實(shí)際到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射通常是由直射和漫射兩部分組成。直射是指直接來(lái)自太陽(yáng)其輻射方向不發(fā)生改變的輻射；漫射則是被大氣反射和散射后方向發(fā)生了改變的太陽(yáng)輻射，它由三部分組成：太陽(yáng)周圍的散射 （太陽(yáng)表面周圍的天空亮光），地平圈散射（地平圈周圍的天空亮光 或暗光），及其他的天空散射輻射。另外，非水平面也接收來(lái)自地面的反射輻射。直達(dá)日射、漫射日射和反射日射的總和即為總?cè)丈浠颦h(huán)球日射。可以依靠透鏡或反射器來(lái)聚焦直達(dá)日射。如果聚光率很高， 就可獲得高能量密度，但卻損耗了漫射日射。如果聚光率較低，也可以對(duì)部分太陽(yáng)周圍的漫射日射進(jìn)行聚光。漫射日射的變化范圍很大，當(dāng)天空晴朗無(wú)云時(shí)，漫射日射為總?cè)丈涞?0％。但當(dāng)天空 烏云密布見不到太陽(yáng)時(shí)，總?cè)丈鋭t等于漫射日射。因此聚式收集 器采集的能量通常要比非聚式收集器采集的能量少得多。反射日射一般都很弱，但當(dāng)?shù)孛嬗斜└采w時(shí)，垂直面上的反射日射可達(dá)總?cè)丈涞?0％。

　　到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射主要受大氣層厚度的影響。大氣層越厚，對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射和散射就越嚴(yán)重，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射就越少。此外大氣的狀況和大氣的質(zhì)量對(duì)到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射也有影響。顯然太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層的路徑長(zhǎng)短與太陽(yáng)輻射的 方向有關(guān)。參看下圖，A為地球海平面上的一點(diǎn)，當(dāng)太陽(yáng)在天頂位置S時(shí)，太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層到達(dá)A點(diǎn)的路徑為OA。城陽(yáng)位于S點(diǎn)時(shí)，其穿過(guò)大氣層到達(dá)A點(diǎn)的路徑則為0A。 O，A與 OA之比就稱之為“大氣質(zhì)量”。它表示太陽(yáng)輻射穿過(guò)地球大氣的路徑與太陽(yáng)在天頂方向垂直入射時(shí)的路徑之比，通常以符號(hào)m表示，并設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和O℃時(shí)海平面上太陽(yáng)垂直入射時(shí)，大氣質(zhì)量m＝1。從下圖可知：

　　顯然地球上不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同氣象條件下到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度都是不相同的。下表給出了熱帶、溫帶和比較寒冷地帶的太陽(yáng)平均輻射強(qiáng)度。

不同地區(qū)太陽(yáng)平均輻射強(qiáng)度

　　通常根據(jù)各地的地理和氣象情況已將到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度制成各種可供工程使用的圖表，它們不但對(duì)太陽(yáng)能利用，而且對(duì)建筑物的采暖、空調(diào)設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的數(shù)據(jù)。

　　太陽(yáng)能的波長(zhǎng)分布可以用一個(gè)黑體輻射來(lái)模擬，黑體的溫度為5800K。太陽(yáng)能波長(zhǎng)分布在紫外光、可見光和紅外光波段。這些波段受大氣衰減的影響程度各不相同?？梢姽廨椛涞拇蟛糠挚傻竭_(dá)地面，但是上層大氣中的臭氧卻吸收了大部分紫外光輻射。

　　近年來(lái)，由于臭氧層變薄，特別是南極和北極地區(qū)，到達(dá)地面的紫外光輻射越來(lái)越多。入射的紅外光輻射，有一部分被二氧化碳、水蒸氣和其他氣體吸收，而在夜間來(lái)自地球表面的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外輻射大部分則傳到了外空。這些溫室氣體在上層大氣中的積累，可能會(huì)使大氣吸收能力增加，從而導(dǎo)致全球氣候變暖和天氣變得多云。雖然臭氧減少對(duì)太陽(yáng)能集熱器的影響甚微，但溫室效應(yīng)可能會(huì)增大散射輻射，并可能嚴(yán)重影響太陽(yáng)能集熱器的作用。

　　第一階段(1900-1920)

　　在這一階段，世界上太陽(yáng)能研究的重點(diǎn)仍是太陽(yáng)能動(dòng)力裝置，但采用的聚光方式多樣化，且開始采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì)，裝置逐漸擴(kuò)大，最大輸出功率達(dá)73.64kW，實(shí)用目的比較明確，造價(jià)仍然很高。建造 的典型裝置有：1901年，在美國(guó)加州建成一臺(tái)太陽(yáng)能抽水裝置，采用截頭圓錐聚光器，功率：7.36kW；1902 -1908年，在美國(guó)建造了五套雙循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)動(dòng)機(jī)，采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì)；1913年，在埃及開羅以南建成一臺(tái)由5個(gè)拋物槽鏡組成的太陽(yáng)能水泵，每個(gè)長(zhǎng)62.5m，寬4m，總采光面積達(dá)1250m²。

　　第二階段（1920-1945）

　　在這20多年中，太陽(yáng)能研究工作處于低潮，參加研究工作的人數(shù)和研究項(xiàng)目大為減少，其原因與礦物燃料的大量開發(fā)利用和發(fā)生第二次世界大戰(zhàn)（1935-1945）有關(guān)，而太陽(yáng)能又不能解決當(dāng)時(shí)對(duì)能源的急需，因此使太陽(yáng)能研究工作逐漸受到冷落。

　　第三階段（1945-1965）

　　在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的20年中，一些有遠(yuǎn)見的人士已經(jīng)注意到石油和天然氣資源正在迅速減少， 呼吁人們重視這一問(wèn)題，從而逐漸推動(dòng)了太陽(yáng)能研究工作的恢復(fù)和開展，并且成立太陽(yáng)能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會(huì)，再次興起太陽(yáng)能研究熱潮。 在這一階段，太陽(yáng)能研究工作取得一些重大進(jìn)展，比較突出的有：1955年，以色列泰伯等在第一次國(guó)際太陽(yáng)熱科學(xué)會(huì)議上提出選擇性涂層的基礎(chǔ)理論，并研制成實(shí)用的黑鎳等選擇性涂層，為高效集熱器的發(fā)展創(chuàng)造了條件；1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成實(shí)用型硅太陽(yáng)電池，為光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此外，在這一階段里還有其它一些重要成果，比較突出的有： 1952年，法國(guó)國(guó)家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽(yáng)爐。1960年，在美國(guó)佛羅里達(dá)建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨-水吸收式空調(diào)系統(tǒng)，制冷能力為5冷噸。1961年，一臺(tái)帶有石英窗的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世。在這一階段里，加強(qiáng)了太陽(yáng)能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，取得了如太陽(yáng)選擇性涂層和硅太陽(yáng)電池等技術(shù)上的重大突破。平板集熱器有了很大的發(fā)展，技術(shù)上逐漸成熟。太陽(yáng)能吸收式空調(diào)的研究取得進(jìn)展，建成一批實(shí)驗(yàn)性太陽(yáng)房。對(duì)難度較大的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了初步研究。

　　第四階段(1965-1973）

　　這一階段，太陽(yáng)能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽(yáng)能利用技術(shù)處于成長(zhǎng)階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支持。

　　第五階段（1973-1980）

　　自從石油在世界能源結(jié)構(gòu)中擔(dān)當(dāng)主角之后，石油就成了左右經(jīng)濟(jì)和決定一個(gè)國(guó)家生死存亡、發(fā)展和衰退的關(guān)鍵因素，1973年10月爆發(fā)中東戰(zhàn)爭(zhēng)，石油輸出國(guó)組織采取石油減產(chǎn)、提價(jià)等辦法，支持中東人民的斗爭(zhēng)，維護(hù)本國(guó)的利益。其結(jié)果是使那些依靠從中東地區(qū)大量進(jìn)口廉價(jià)石油的國(guó)家，在經(jīng)濟(jì)上遭到沉重打擊。 于是，西方一些人驚呼：世界發(fā)生了“能源危機(jī)”（有的稱“石油危機(jī)”）。這次“危機(jī)”在客觀上使人們認(rèn)識(shí)到：現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)必須徹底改變，應(yīng)加速向未來(lái)能源結(jié)構(gòu)過(guò)渡。從而使許多國(guó)家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，重新加強(qiáng)了對(duì)太陽(yáng)能及其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持，在世界上再次興起了開發(fā)利用太陽(yáng)能熱潮。1973年，美國(guó)制定了政府級(jí)陽(yáng)光發(fā)電計(jì)劃，太陽(yáng)能研究經(jīng)費(fèi)大幅度增長(zhǎng)，并且成立太陽(yáng)能開發(fā)銀行，促進(jìn)太陽(yáng)能產(chǎn)品的商業(yè)化。日本在1974年公布了政府制定的“陽(yáng)光計(jì)劃”，其中太陽(yáng)能的研究開發(fā)項(xiàng)目有：太陽(yáng)房 、工業(yè)太陽(yáng)能系統(tǒng)、太陽(yáng)熱發(fā)電、太陽(yáng)電池生產(chǎn)系統(tǒng)、分散型和大型光伏發(fā)電系統(tǒng)等。為實(shí)施這一計(jì)劃，日本政府投入了大量人力、物力和財(cái)力。70年代初世界上出現(xiàn)的開發(fā)利用太陽(yáng)能熱潮，對(duì)我國(guó)也產(chǎn)生了巨大影響。一些有遠(yuǎn)見的科技人員，紛紛投身太陽(yáng)能事業(yè)，積極向政府有關(guān)部門提建議，出書辦刊，介紹國(guó)際上太陽(yáng)能利用動(dòng)態(tài)；在農(nóng)村推廣應(yīng)用太陽(yáng)灶 ，在城市研制開發(fā)太陽(yáng)熱水器，空間用的太陽(yáng)電池開始在地面應(yīng)用……。 1975年，在河南安陽(yáng)召開“全國(guó)第一次太陽(yáng)能利用工作經(jīng)驗(yàn)交流大會(huì)”，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)太陽(yáng)能事業(yè)的發(fā)展。這次會(huì)議之后，太陽(yáng)能研究和推廣工作納入了我國(guó)政府計(jì)劃，獲得了專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)和物資支持。一些大學(xué)和科研院所，紛紛設(shè)立太陽(yáng)能課題組和研究室，有的地方開始籌建太陽(yáng)能研究所。當(dāng)時(shí)，我國(guó)也興起了開發(fā)利用太陽(yáng)能的熱潮。 這一時(shí)期，太陽(yáng)能開發(fā)利用工作處于前所未有的大發(fā)展時(shí)期，具有以下特點(diǎn)：

　　各國(guó)加強(qiáng)了太陽(yáng)能研究工作的計(jì)劃性，不少國(guó)家制定了近期和遠(yuǎn)期陽(yáng)光計(jì)劃。開發(fā)利用太陽(yáng)能成為政府行為，支持力度大大加強(qiáng)。國(guó)際間的合作十分活躍，一些第三世界國(guó)家開始積極參與太陽(yáng)能開發(fā)利用工作。

　　研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，研究工作日益深入，取得一批較大成果，如CPC、真空集熱管、非晶硅太陽(yáng)電池、 光解水制氫、太陽(yáng)能熱發(fā)電等。

　　各國(guó)制定的太陽(yáng)能發(fā)展計(jì)劃，普遍存在要求過(guò)高、過(guò)急問(wèn)題，對(duì)實(shí)施過(guò)程中的困難估計(jì)不足，希望在較短的時(shí)間內(nèi)取代礦物能源，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用太陽(yáng)能。例如，美國(guó)曾計(jì)劃在1985年建造一座小型太陽(yáng)能示范衛(wèi)星電站，1995年建成一座500萬(wàn)kW空間太陽(yáng)能電站。事實(shí)上，這一計(jì)劃后來(lái)進(jìn)行了調(diào)整，至今空間太陽(yáng) 能電站還未升空。

　　太陽(yáng)熱水器、太陽(yáng)電他等產(chǎn)品開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)初步建立，但規(guī)模較小，經(jīng)濟(jì)效益尚不理想。

　　第六階段（1980-1992）

　　70年代興起的開發(fā)利用太陽(yáng)能熱潮，進(jìn)入80年代后不久開始落潮，逐漸進(jìn)入低谷。世界上許多國(guó)家相繼大幅度削減太陽(yáng)能研究經(jīng)費(fèi)，其中美國(guó)最為突出。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是：世界石油價(jià)格大幅度回落，而太陽(yáng)能產(chǎn)品價(jià)格居高不下，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力；太陽(yáng)能技術(shù)沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標(biāo)沒有實(shí)現(xiàn)，以致動(dòng)搖了一些人開發(fā)利用太陽(yáng)能的信心；核電發(fā)展較快，對(duì)太陽(yáng)能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。 受80年代國(guó)際上太陽(yáng)能低落的影響，我國(guó)太陽(yáng)能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太陽(yáng)能利用投資大、效果差、貯能難、占地廣，認(rèn)為太陽(yáng)能是未來(lái)能源，主張外國(guó)研究成功后我國(guó)引進(jìn)技術(shù)。雖然，持這種觀點(diǎn)的人是少數(shù)，但十分有害，對(duì)我國(guó)太陽(yáng)能事業(yè)的發(fā)展造成不良影響這一階段，雖然太陽(yáng)能開發(fā)研究經(jīng)費(fèi)大幅度削減，但研究工作并未中斷，有的項(xiàng)目還進(jìn)展較大，而且促使 人們認(rèn)真地去審視以往的計(jì)劃和制定的目標(biāo)，調(diào)整研究工作重點(diǎn)，爭(zhēng)取以較少的投入取得較大的成果。

　　第七階段（1992- 至今）

　　由于大量燃燒礦物能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對(duì)人類的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅。在這樣背景下，1992年聯(lián)合國(guó)在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”，會(huì)議通過(guò)了《里約熱內(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言》， 《21世紀(jì)議程》和《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》等一系列重要文件，把環(huán)境與發(fā)展納入統(tǒng)一的框架，確立了 可持續(xù)發(fā)展的模式。這次會(huì)議之后，世界各國(guó)加強(qiáng)了清潔能源技術(shù)的開發(fā)，將利用太陽(yáng)能與環(huán)境保護(hù)結(jié)合在 一起，使太陽(yáng)能利用工作走出低谷，逐漸得到加強(qiáng)。世界環(huán)發(fā)大會(huì)之后，我國(guó)政府對(duì)環(huán)境與發(fā)展十分重視，提出10條對(duì)策和措施，明確要“因地制宜地開發(fā)和推廣太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能等清潔能源”，制定了《中國(guó)21世紀(jì)議程》，進(jìn)一步明確 了太陽(yáng)能重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。1995年國(guó)家計(jì)委、國(guó)家科委和國(guó)家經(jīng)貿(mào)委制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》 （1996- 2010），明確提出我國(guó)在1996-2010年新能源和可再生能源的發(fā)展目標(biāo)、任務(wù)以及相應(yīng)的對(duì)策和措施 。這些文件的制定和實(shí)施，對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)太陽(yáng)能事業(yè)發(fā)揮了重要作用。 1996年，聯(lián)合國(guó)在津巴布韋召開“世界太陽(yáng)能高峰會(huì)議”，會(huì)后發(fā)表了《哈拉雷太陽(yáng)能與持續(xù)發(fā)展宣言 》，會(huì)上討論了《世界太陽(yáng)能10年行動(dòng)計(jì)劃》（1996- 2005），《國(guó)際太陽(yáng)能公約》，《世界太陽(yáng)能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件。這次會(huì)議進(jìn)一步表明了聯(lián)合國(guó)和世界各國(guó)對(duì)開發(fā)太陽(yáng)能的堅(jiān)定決心，要求全球共同行動(dòng) ，廣泛利用太陽(yáng)能。1992年以后，世界太陽(yáng)能利用又進(jìn)入一個(gè)發(fā)展期，其特點(diǎn)是：太陽(yáng)能利用與世界可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)緊密結(jié)合，全球共同行動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)世界太陽(yáng)能發(fā)展戰(zhàn)略而努力；太陽(yáng)能發(fā)展目標(biāo)明確，重點(diǎn)突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽熱、過(guò)熱過(guò)急的弊端，保證太陽(yáng)能事業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展；在加大太陽(yáng)能研究開發(fā)力度的同時(shí)，注意科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，發(fā)展太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)，加速商業(yè)化進(jìn)程，擴(kuò)大太陽(yáng)能利用領(lǐng)域和規(guī)模，經(jīng)濟(jì)效益逐漸提高；國(guó)際太陽(yáng)能領(lǐng)域的合作空前活躍，規(guī)模擴(kuò)大，效果明顯。通過(guò)以上回顧可知，在本世紀(jì)100年間太陽(yáng)能發(fā)展道路并不平坦，一般每次高潮期后都會(huì)出現(xiàn)低潮期，處于低潮的時(shí)間大約有45年。太陽(yáng)能利用的發(fā)展歷程與煤、石油、核能完全不同，人們對(duì)其認(rèn)識(shí)差別大，反復(fù)多，發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)。

　　這一方面說(shuō)明太陽(yáng)能開發(fā)難度大，短時(shí)間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用；另一方面也說(shuō)明太陽(yáng)能利用還受礦物能源供應(yīng)，政治和戰(zhàn)爭(zhēng)等因素的影響，發(fā)展道路比較曲折。盡管如此，從總體來(lái)看，20世紀(jì)取得的太陽(yáng)能科技進(jìn)步仍比以往任何一個(gè)世紀(jì)都大。

　　太陽(yáng)輻射的能流密度低，在利用太陽(yáng)能時(shí)為了獲得足夠的能量，或者為了提高溫度，必須采用一定的技術(shù)和裝置（集熱器），對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行采集。集熱器按是否聚光，可以劃分為聚光集熱器和非聚光集熱器兩大類。 非聚光集熱器（平板集熱器，真空管集熱器）能夠利用太陽(yáng)輻射中的直射輻射和散射輻射，集熱溫度較低；聚 光集熱器能將陽(yáng)光會(huì)聚在面積較小的吸熱面上，可獲得較高溫度，但只能利用直射輻射，且需要跟蹤太陽(yáng)。

　　平板集熱器

　　歷史上早期出現(xiàn)的太陽(yáng)能裝置，主要為太陽(yáng)能動(dòng)力裝置，大部分采用聚光集熱器，只有少數(shù)采用平板集熱器。平板集熱器是在17世紀(jì)后期發(fā)明的，但直至1960年以后才真正進(jìn)行深入研究和規(guī)?；瘧?yīng)用。在太陽(yáng)能低溫利用領(lǐng)域，平板集熱器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能遠(yuǎn)比聚光集熱器好。為了提高效率，降低成本，或者為了滿足特定的使用要求，開發(fā)研制了許多種平板集熱器： 按工質(zhì)劃分有空氣集熱器和液體集熱器，目前大量使用的是液體集熱器； 按吸熱板芯材料劃分有鋼板鐵管、全銅、全鋁、銅鋁復(fù)合、不銹鋼、塑料及其它非金屬集熱器等； 按結(jié)構(gòu)劃分有管板式、扁盒式、管翅式、熱管翅片式、蛇形管式集熱器，還有帶平面反射鏡集熱器和逆平板集熱器等； 按蓋板劃分有單層或多層玻璃、玻璃鋼或高分子透明材料、透明隔熱材料集熱器等。目前，國(guó)內(nèi)外使用比較普遍的是全銅集熱器和銅鋁復(fù)合集熱器。銅翅和銅管的結(jié)合，國(guó)外一般采用高頻焊，國(guó)內(nèi)以往采用介質(zhì)焊，199S年我國(guó)也開發(fā)成功全銅高頻焊集熱器。1937年從加拿大引進(jìn)銅鋁復(fù)合生產(chǎn) 線，通過(guò)消化吸收，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已建成十幾條銅鋁復(fù)合生產(chǎn)線。 為了減少集熱器的熱損失，可以采用中空玻璃、聚碳酸酯陽(yáng)光板以及透明蜂窩等作為蓋板材料，但這些 材料價(jià)格較高，一時(shí)難以推廣應(yīng)用。

　　真空管集熱器

　　為了減少平板集熱器的熱損，提高集熱溫度，國(guó)際上70年代研制成功真空集熱管，其吸熱體被封閉在高真空的玻璃真空管內(nèi)，大大提高了熱性能。將若干支真空集熱管組裝在一起，即構(gòu)成真空管集熱器，為了增加太陽(yáng)光的采集量，有的在真空集熱管的背部還加裝了反光板。真空集熱管大體可分為全玻璃真空集熱管，玻璃-U型管真空集熱管，玻璃。金屬熱管真空集熱管，直通式真空集熱管和貯熱式真空集熱管。最近，我國(guó)還研制成全玻璃熱管真空集熱管和新型全玻璃直通式真空集 熱管。我國(guó)自1978年從美國(guó)引進(jìn)全玻璃真空集熱管的樣管以來(lái)，經(jīng)20多年的努力，我國(guó)已經(jīng)建立了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代化全玻璃真空集熱管的產(chǎn)業(yè)，用于生產(chǎn)集熱管的磁控濺射鍍膜機(jī)在百臺(tái)以上，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)世 界先進(jìn)水平，產(chǎn)量雄居世界首位。我國(guó)自80年代中期開始研制熱管真空集熱管，經(jīng)過(guò)十幾年的努力，攻克了熱壓封等許多技術(shù)難關(guān)，建立了擁有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熱管真空管生產(chǎn)基地，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平，生產(chǎn)能力居世界首位。 目前，直通式真空集熱管生產(chǎn)線正在加緊進(jìn)行建設(shè)，產(chǎn)品即將投放市場(chǎng)。

　　聚光集熱器

　　聚光集熱器主要由聚光器、吸收器和跟蹤系統(tǒng)三大部分組成。按照聚光原理區(qū)分，聚光集熱器基本可分為反射聚光和折射聚光兩大類，每一類中按照聚光器的不同又可分為若干種。為了滿足太陽(yáng)能利用的要求， 簡(jiǎn)化跟蹤機(jī)構(gòu)，提高可靠性，降低成本，在本世紀(jì)研制開發(fā)的聚光集熱器品種很多，但推廣應(yīng)用的數(shù)量遠(yuǎn)比平板集熱器少，商業(yè)化程度也低。 在反射式聚光集熱器中應(yīng)用較多的是旋轉(zhuǎn)拋物面鏡聚光集熱器（點(diǎn)聚焦）和槽形拋物面鏡聚光集熱器 （線聚焦）。前者可以獲得高溫，但要進(jìn)行二維跟蹤；后者可以獲得中溫，只要進(jìn)行一維跟蹤。這兩種聚光集熱 器在本世紀(jì)初就有應(yīng)用，幾十年來(lái)進(jìn)行了許多改進(jìn)，如提高反射面加工精度，研制高反射材料，開發(fā)高可靠性 跟蹤機(jī)構(gòu)等，現(xiàn)在這兩種拋物面鏡聚光集熱器完全能滿足各種中、高溫太陽(yáng)能利用的要求，但由于造價(jià)高，限制了它們的廣泛應(yīng)用。

　　70年代，國(guó)際上出現(xiàn)一種“復(fù)合拋物面鏡聚光集熱器”（CPC），它由二片槽形拋物面反射鏡組成，不需要跟蹤太陽(yáng)，最多只需要隨季節(jié)作稍許調(diào)整，便可聚光，獲得較高的溫度。其聚光比一般在10以下，當(dāng)聚光比在3以下時(shí)可以固定安裝，不作調(diào)整。當(dāng)時(shí)，不少人對(duì)CPC評(píng)價(jià)很高，甚至認(rèn)為是太陽(yáng)能熱利用技術(shù)的一次重大突破，預(yù)言將得到廣泛應(yīng)用。但幾十年過(guò)去了，CPC仍只是在少數(shù)示范工程中得到應(yīng)用，并沒有象平板集 熱器和真空管集熱器那樣大量使用。我國(guó)不少單位在七八十年代曾對(duì)CPC進(jìn)行過(guò)研制，也有少量應(yīng)用，但現(xiàn)在基本都已停用。

　　其它反射式聚光器還有圓錐反射鏡、球面反射鏡、條形反射鏡、斗式槽形反射鏡、平面。拋物面鏡聚光器等。此外，還有一種應(yīng)用在塔式太陽(yáng)能發(fā)電站的聚光鏡--定日鏡。定日鏡由許多平面反射鏡或曲面反射鏡組成，在計(jì)算機(jī)控制下這些反射鏡將陽(yáng)光都反射至同一吸收器上，吸收器可以達(dá)到很高的溫度，獲得很大的能量。

　　利用光的折射原理可以制成折射式聚光器，歷史上曾有人在法國(guó)巴黎用二塊透鏡聚集陽(yáng)光進(jìn)行熔化金屬的表演。有人利用一組透鏡并輔以平面鏡組裝成太陽(yáng)能高溫爐。顯然，玻璃透鏡比較重，制造工藝復(fù)雜，造價(jià)高，很難做得很大。所以，折射式聚光器長(zhǎng)期沒有什么發(fā)展。70年代，國(guó)際上有人研制大型菲涅耳透鏡，試圖用于制作太陽(yáng)能聚光集熱器。菲涅耳透鏡是平面化的聚光鏡，重量輕，價(jià)格比較低，也有點(diǎn)聚焦和線聚焦之分，一般由有機(jī)玻璃或其它透明塑料制成，也有用玻璃制作的，主要用于聚光太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)。

　　我國(guó)從70年代直至90年代，對(duì)用于太陽(yáng)能裝置的菲涅耳透鏡開展了研制。有人采用模壓方法加工大面 積的柔性透明塑料菲涅耳透鏡，也有人采用組合成型刀具加工直徑1.5m的點(diǎn)聚焦菲涅耳透鏡，結(jié)果都不大理想。近來(lái)，有人采用模壓方法加工線性玻璃菲涅耳透鏡，但精度不夠，尚需提高。 還有兩種利用全反射原理設(shè)計(jì)的新型太陽(yáng)能聚光器，雖然尚未獲得實(shí)際應(yīng)用，但具有一定啟發(fā)性。一種是光導(dǎo)纖維聚光器，它由光導(dǎo)纖維透鏡和與之相連的光導(dǎo)纖維組成，陽(yáng)光通過(guò)光纖透鏡聚焦后由光纖傳至使 用處。另一種是熒光聚光器，它實(shí)際上是一種添加熒光色素的透明板（一般為有機(jī)玻璃），可吸收太陽(yáng)光中與熒光吸收帶波長(zhǎng)一致的部分，然后以比吸收帶波長(zhǎng)更長(zhǎng)的發(fā)射帶波長(zhǎng)放出熒光。放出的熒光由于板和周圍介質(zhì)的差異，而在板內(nèi)以全反射的方式導(dǎo)向平板的邊緣面，其聚光比取決于平板面積和邊緣面積之比，很容易 達(dá)到10一100，這種平板對(duì)不同方向的入射光都能吸收，也能吸收散射光，不需要跟蹤太陽(yáng)。

　　太陽(yáng)能是一種輻射能，具有即時(shí)性，必須即時(shí)轉(zhuǎn)換成其它形式能量才能利用和貯存。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成不同形式的能量需要不同的能量轉(zhuǎn)換器，集熱器通過(guò)吸收面可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能，利用光伏效應(yīng)太陽(yáng)電池可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)光合作用植物可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成生物質(zhì)能，等等。原則上，太陽(yáng)能可以直接或間接轉(zhuǎn)換成任何形式的能量，但轉(zhuǎn)換次數(shù)越多，最終太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的效率便越低。

　　太陽(yáng)能-熱能轉(zhuǎn)換

　　黑色吸收面吸收太陽(yáng)輻射，可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能，其吸收性能好，但輻射熱損失大，所以黑色吸收面不是理想的太陽(yáng)能吸收面。選擇性吸收面具有高的太陽(yáng)吸收比和低的發(fā)射比，吸收太陽(yáng)輻射的性能好，且輻射熱損失小，是比較理想的太陽(yáng)能吸收面。這種吸收面由選擇性吸收材料制成，簡(jiǎn)稱為選擇性涂層。它是在本世紀(jì)40年代提出的，1955年達(dá)到實(shí)用要求，70年代以后研制成許多新型選擇性涂層并進(jìn)行批量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用，目前已研制成上百種選擇性涂層。我國(guó)自70年代開始研制選擇性涂層，取得了許多成果，并在太陽(yáng)集熱器上廣泛使用，效果十分顯著。

　　太陽(yáng)能-電能轉(zhuǎn)換

　　電能是一種高品位能量，利用、傳輸和分配都比較方便。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能是大規(guī)模利用太陽(yáng)能的重要技術(shù)基礎(chǔ)，世界各國(guó)都十分重視，其轉(zhuǎn)換途徑很多，有光電直接轉(zhuǎn)換，有光熱電間接轉(zhuǎn)換等。這里重點(diǎn)介紹光電直接轉(zhuǎn)換器件--太陽(yáng)電池。世界上，1941年出現(xiàn)有關(guān)硅太陽(yáng)電池報(bào)道，1954年研制成效率達(dá)6％的單晶硅太陽(yáng)電池，1958年太陽(yáng)電池應(yīng)用于衛(wèi)星供電。在70年代以前，由于太陽(yáng)電池效率低，售價(jià)昂貴，主要應(yīng)用在空間。70年代以后，對(duì)太陽(yáng)電池材料、結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行了廣泛研究，在提高效率和降低成本方面取得較大進(jìn)展，地面應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大，但從大規(guī)模利用太陽(yáng)能而言，與常規(guī)發(fā)電相比，成本仍然大高。

　　目前，世界上太陽(yáng)電他的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：?jiǎn)尉Ч桦姵?4％（4cm²)，多晶硅電池18.6％（4cm²）， InGaP／GaAs雙結(jié)電池30．28％（AM1），非晶硅電池14．5％（初始）、12．8（穩(wěn)定），碲化鎘電池15．8％， 硅帶電池14．6％，二氧化鈦有機(jī)納米電池10．96％。

　　我國(guó)于1958年開始太陽(yáng)電池的研究，40多年來(lái)取得不少成果。目前，我國(guó)太陽(yáng)電他的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：?jiǎn)尉Ч桦姵?0．4％（2cm×2cm），多晶硅電池14．5％（2cm×2cm）、12％（10cm×10cm），GaAs電池 20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge電池19．5％（AM0），CulnSe電池9％（lcm×1cm），多晶硅薄膜電池13．6％ （lcm×1cm，非活性硅襯底），非晶硅電池8．6％（10cm×10cm）、7．9％（20cm×20cm）、6．2％（30cm×30cm）， 二氧化鈦納米有機(jī)電池10％（1cm×1cm）。

　　太陽(yáng)能-氫能轉(zhuǎn)換

　　氫能是一種高品位能源。太陽(yáng)能可以通過(guò)分解水或其它途徑轉(zhuǎn)換成氫能，即太陽(yáng)能制氫，其主要方法如下：

　　1、太陽(yáng)能電解水制氫。電解水制氫是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法，效率較高（75％-85％），但耗電大，用常規(guī)電制氫，從能量利用而言得不償失。所以，只有當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電的成本大幅度下降后，才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電解水制氫。

　　2、太陽(yáng)能熱分解水制氫。將水或水蒸汽加熱到3000K以上，水中的氫和氧便能分解。這種方法制氫效率高，但需要高倍聚光器才能獲得如此高的溫度，一般不采用這種方法制氫。

　　3、太陽(yáng)能熱化學(xué)循環(huán)制氫。為了降低太陽(yáng)能直接熱分解水制氫要求的高溫，發(fā)展了一種熱化學(xué)循環(huán)制氫方法，即在水中加入一種或幾種中間物，然后加熱到較低溫度，經(jīng)歷不同的反應(yīng)階段，最終將水分解成氫和氧，而中間物不消耗，可循環(huán)使用。熱化學(xué)循環(huán)分解的溫度大致為900-1200K，這是普通旋轉(zhuǎn)拋物面鏡聚光器比較容易達(dá)到的溫度，其分解水的效率在17．5％-75．5％。存在的主要問(wèn)題是中間物的還原，即使按99．9％-99． 99％還原，也還要作 0.1％-0.01％的補(bǔ)充，這將影響氫的價(jià)格，并造成環(huán)境污染。

　　4、太陽(yáng)能光化學(xué)分解水制氫。這一制氫過(guò)程與上述熱化學(xué)循環(huán)制氫有相似之處，在水中添加某種光敏物質(zhì)作催化劑，增加對(duì)陽(yáng)光中長(zhǎng) 波光能的吸收，利用光化學(xué)反應(yīng)制氫。日本有人利用碘對(duì)光的敏感性，設(shè)計(jì)了一套包括光化學(xué)、熱電反應(yīng)的綜 合制氫流程，每小時(shí)可產(chǎn)氫97升，效率達(dá)10％左右。

　　5、太陽(yáng)能光電化學(xué)電池分解水制氫。1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化鈦半導(dǎo)體電極作陽(yáng)極，而以鉑黑作陰極，制成太陽(yáng)能光電化學(xué)電池，在太陽(yáng)光照射下，陰極產(chǎn)生氫氣，陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣，兩電極用導(dǎo)線連接便有電流通過(guò)，即光電化學(xué)電池在太陽(yáng)光的照射下同時(shí)實(shí)現(xiàn)了分解水制氫、制氧和獲得電能。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果引起世界各國(guó)科學(xué)家高度重視， 認(rèn)為是太陽(yáng)能技術(shù)上的一次突破。但是，光電化學(xué)電池制氫效率很低，僅0．4％，只能吸收太陽(yáng)光中的紫外光和近紫外光，且電極易受腐蝕，性能不穩(wěn)定，所以至今尚未達(dá)到實(shí)用要求。

　　6、太陽(yáng)光絡(luò)合催化分解水制氫。從1972年以來(lái)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)三聯(lián)毗啶釘絡(luò)合物的激發(fā)態(tài)具有電子轉(zhuǎn)移能力，并從絡(luò)合催化電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，提出利用這一過(guò)程進(jìn)行光解水制氫。這種絡(luò)合物是一種催化劑，它的作用是吸收光能、產(chǎn)生電荷分離、電荷轉(zhuǎn)移和集結(jié)，并通過(guò)一系列偶聯(lián)過(guò)程，最終使水分解為氫和氧。絡(luò)合催化分解水制氫尚不成熟，研究工作正在繼續(xù)進(jìn)行。

　　7、生物光合作用制氫。40多年前發(fā)現(xiàn)綠藻在無(wú)氧條件下，經(jīng)太陽(yáng)光照射可以放出氫氣；十多年前又發(fā)現(xiàn)，蘭綠藻等許多藻類在無(wú)氧環(huán)境中適應(yīng)一段時(shí)間，在一定條件下都有光合放氫作用。目前，由于對(duì)光合作用和藻類放氫機(jī)理了解還不夠，藻類放氫的效率很低，要實(shí)現(xiàn)工程化產(chǎn)氫還有相當(dāng)大的距離。據(jù)估計(jì)，如藻類光合作用產(chǎn)氫效率提高到10％，則每天每平方米藻類可產(chǎn)氫9克分子，用5萬(wàn)平方公里接受的太陽(yáng)能，通過(guò)光合放氫工程即可滿足美國(guó)的全部燃料需要。

　　太陽(yáng)能-生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換

　　通過(guò)植物的光合作用，太陽(yáng)能把二氧化碳和水合成有機(jī)物（生物質(zhì)能）并放出氧氣。光合作用是地球上最大規(guī)模轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能的過(guò)程，現(xiàn)代人類所用燃料是遠(yuǎn)古和當(dāng)今光合作用固定的太陽(yáng)能，目前，光合作用機(jī)理尚不完全清楚，能量轉(zhuǎn)換效率一般只有百分之幾，今后對(duì)其機(jī)理的研究具有重大的理論意義和實(shí)際意義。

　　太陽(yáng)能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換

　　20世紀(jì)初，俄國(guó)物理學(xué)家實(shí)驗(yàn)證明光具有壓力。20年代，前蘇聯(lián)物理學(xué)家提出，利用在宇宙空間中巨大的太陽(yáng)帆，在陽(yáng)光的壓力作用下可推動(dòng)宇宙飛船前進(jìn)，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成機(jī)械能?？茖W(xué)家估計(jì)，在未來(lái)10～20年內(nèi)，太陽(yáng)帆設(shè)想可以實(shí)現(xiàn)。通常，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，需要通過(guò)中間過(guò)程進(jìn)行間接轉(zhuǎn)換。

　　地面上接受到的太陽(yáng)能，受氣候、晝夜、季節(jié)的影響，具有間斷性和不穩(wěn)定性。因此，太陽(yáng)能貯存十分必要，尤其對(duì)于大規(guī)模利用太陽(yáng)能更為必要。太陽(yáng)能不能直接貯存，必須轉(zhuǎn)換成其它形式能量才能貯存。大容量、長(zhǎng)時(shí)間、經(jīng)濟(jì)地貯存太陽(yáng)能，在技術(shù)上比較困難。本世紀(jì)初建造的太陽(yáng)能裝置幾乎都不考慮太陽(yáng)能貯存問(wèn)題，目前太陽(yáng)能貯存技術(shù)也還未成熟，發(fā)展比較緩慢，研究工作有待加強(qiáng)。

　　熱能貯熱

　　1、顯熱貯存。利用材料的顯熱貯能是最簡(jiǎn)單的貯能方法。在實(shí)際應(yīng)用中，水、沙、石子、土壤等都可作為貯能材料，其中水的比熱容最大，應(yīng)用較多。七八十年代曾有利用水和土壤進(jìn)行跨季節(jié)貯存太陽(yáng)能的報(bào)道。但材料顯熱較小，貯能量受到一定限制。

　　2、潛熱貯存。利用材料在相變時(shí)放出和吸入的潛熱貯能，其貯能量大，且在溫度不變情況下放熱。在太陽(yáng)能低溫貯存中常用含結(jié)晶水的鹽類貯能，如10水硫酸鈉／水氯化鈣、12水磷酸氫鈉等。但在使用中要解決過(guò)冷和分層問(wèn)題，以保證工作溫度和使用壽命。太陽(yáng)能中溫貯存溫度一般在100℃以上、500℃以下，通常在300℃左右。適宜于中溫貯存的材料有：高壓熱水、有機(jī)流體、共晶鹽等。太陽(yáng)能高溫貯存溫度一般在500℃以上，目前正在試驗(yàn)的材料有：金屬鈉、熔融鹽等。1000℃以上極高溫貯存，可以采用氧化鋁和氧化鍺耐火球。

　　3、化學(xué)貯熱。利用化學(xué)反應(yīng)貯熱，貯熱量大，體積小，重量輕，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物可分離貯存，需要時(shí)才發(fā)生放熱反應(yīng)，貯存時(shí)間長(zhǎng)。 真正能用于貯熱的化學(xué)反應(yīng)必須滿足以下條件：反應(yīng)可逆性好，無(wú)副反應(yīng)；反應(yīng)迅速；反應(yīng)生成物易分離且能穩(wěn)定貯存；反應(yīng)物和生成物無(wú)毒、無(wú)腐蝕、無(wú)可燃性；反應(yīng)熱大，反應(yīng)物價(jià)格低等，目前已篩選出一些化學(xué)吸熱反應(yīng)能基本滿足上述條件，如Ca(OH)₂的熱分解反應(yīng)，利用上述吸熱反應(yīng)貯存熱能，用熱時(shí)則通過(guò)放熱反應(yīng)釋放熱能。但是，Ca（OH)₂在大氣壓脫水反應(yīng)溫度高于500℃，利用太陽(yáng)能在這一溫度下實(shí)現(xiàn)脫水十分困難，加入催化劑可降低反應(yīng)溫度，但仍相當(dāng)高。所以，對(duì)化學(xué)反應(yīng)貯存熱能尚需進(jìn)行深入研究，一時(shí)難以實(shí)用。其它可用于貯熱的化學(xué)反應(yīng)還有金屬氫化物的熱分解反應(yīng)、硫酸氫銨循環(huán)反應(yīng)等。

　　4、塑晶貯熱。1984年，美國(guó)在市場(chǎng)上推出一種塑晶家庭取暖材料。塑晶學(xué)名為新戊二醇（NPG），它和液晶相似，有晶體的三維周期性，但力學(xué)性質(zhì)象塑料。它能在恒定溫度下貯熱和放熱，但不是依靠固一液相變貯熱，而是通過(guò)塑晶分子構(gòu)型發(fā)生固-固相變貯熱。塑晶在恒溫44℃時(shí)，白天吸收太陽(yáng)能而貯存熱能，晚上則放出白天貯存的熱能。 美國(guó)對(duì)NPG的貯熱性能和應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究，將塑晶熔化到玻璃和有機(jī)纖維墻板中可用于貯熱，將調(diào)整配比后的塑晶加入玻璃和纖維制成的墻板中，能制冷降溫。我國(guó)對(duì)塑晶也開展了一些實(shí)驗(yàn)研究，但尚未實(shí)際應(yīng)用。

　　5、太陽(yáng)池貯熱。太陽(yáng)池是一種具有一定鹽濃度梯度的鹽水池，可用于采集和貯存太陽(yáng)能。由于它簡(jiǎn)單、造價(jià)低和宜于大規(guī)模使用，引起人們的重視。60年代以后，許多國(guó)家對(duì)太陽(yáng)池開展了研究，以色列還建成三座太陽(yáng)池發(fā)電站。70年代以后，我國(guó)對(duì)太陽(yáng)池也開展了研究，初步得到一些應(yīng)用。

　　電能貯存

　　電能貯存比熱能貯存困難，常用的是蓄電池，正在研究開發(fā)的是超導(dǎo)貯能。世界上鉛酸蓄電池的發(fā)明已有100多年的歷史，它利用化學(xué)能和電能的可逆轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)充電和放電。鉛酸蓄電池價(jià)格較低，但使用壽命短，重量大，需要經(jīng)常維護(hù)。近來(lái)開發(fā)成功少維護(hù)、免維護(hù)鉛酸蓄電池，使其性能有一定提高。目前，與光伏發(fā)電系統(tǒng)配套的貯能裝置，大部分為鉛酸蓄電池。1908年發(fā)明鎳-銅、鎳-鐵堿性蓄電池，其使用維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)，重量輕，但價(jià)格較貴，一般在貯能量小的情況下使用。 現(xiàn)有的蓄電池貯能密度較低，難以滿足大容量、長(zhǎng)時(shí)間貯存電能的要求。新近開發(fā)的蓄電池有銀鋅電池、 鉀電池、鈉硫電池等。某些金屬或合金在極低溫度下成為超導(dǎo)體，理論上電能可以在一個(gè)超導(dǎo)無(wú)電阻的線圈內(nèi)貯存無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間。這種超導(dǎo)貯能不經(jīng)過(guò)任何其它能量轉(zhuǎn)換直接貯存電能，效率高，起動(dòng)迅速，可以安裝在任何地點(diǎn)，尤其是消費(fèi)中心附近，不產(chǎn)生任何污染，但目前超導(dǎo)貯能在技術(shù)上尚不成熟，需要繼續(xù)研究開發(fā)。

　　氫能貯存

　　氫可以大量、長(zhǎng)時(shí)間貯存。它能以氣相、液相、固相（氫化物）或化合物（如氨、甲醇等）形式貯存。 氣相貯存：貯氫量少時(shí)，可以采用常壓濕式氣柜、高壓容器貯存；大量貯存時(shí)，可以貯存在地下貯倉(cāng)、由不 漏水土層復(fù)蓋的含水層、鹽穴和人工洞穴內(nèi)。 液相貯存：液氫具有較高的單位體積貯氫量，但蒸發(fā)損失大。將氫氣轉(zhuǎn)化為液氫需要進(jìn)行氫的純化和壓縮，正氫-仲氫轉(zhuǎn)化，最后進(jìn)行液化。液氫生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，成本高，目前主要用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。 固相貯氫：利用金屬氫化物固相貯氫，貯氫密度高，安全性好。目前，基本能滿足固相貯氫要求的材料主要是稀土系合金和鈦系合金。金屬氫化物貯氫技術(shù)研究已有30余年歷史，取得了不少成果，但仍有許多課題有待研究解決。我國(guó)對(duì)金屬氫化物貯氫技術(shù)進(jìn)行了多年研究，取得一些成果，目前研究開發(fā)工作正在深入。

　　機(jī)械能貯存

　　太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，推動(dòng)電動(dòng)水泵將低位水抽至高位，便能以位能的形式貯存太陽(yáng)能；太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱 能，推動(dòng)熱機(jī)壓縮空氣，也能貯存太陽(yáng)能。但在機(jī)械能貯存中最受人關(guān)注的是飛輪貯能。早在50年代有人提出利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪貯能設(shè)想，但一直沒有突破性進(jìn)展。近年來(lái)，由于高強(qiáng)度碳纖維和玻璃纖維的出現(xiàn)，用其制造的飛輪轉(zhuǎn)速大大提高，增加了單位質(zhì)量的動(dòng)能貯量；電磁懸浮、超導(dǎo)磁浮技術(shù) 的發(fā)展，結(jié)合真空技術(shù)，極大地降低了摩擦阻力和風(fēng)力損耗；電力電子的新進(jìn)展，使飛輪電機(jī)與系統(tǒng)的能量交換更加靈活。所以，近來(lái)飛輪技術(shù)已成為國(guó)際上研究熱點(diǎn)，美國(guó)有20多個(gè)單位從事這項(xiàng)研究工作，已研制成貯能20kWh飛輪，正在研制5MWh～100MWh超導(dǎo)飛輪。我國(guó)已研制成貯能0.3kwh的小型實(shí)驗(yàn)飛輪。 在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，飛輪可以代替蓄電池用于蓄電。

　　太陽(yáng)能不象煤和石油一樣用交通工具進(jìn)行運(yùn)輸，而是應(yīng)用光學(xué)原理，通過(guò)光的反射和折射進(jìn)行直接傳輸，或者將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量進(jìn)行間接傳輸。 直接傳輸適用于較短距離，基本上有三種方法：通過(guò)反射鏡及其它光學(xué)元件組合，改變陽(yáng)光的傳播方向，達(dá)到用能地點(diǎn)；通過(guò)光導(dǎo)纖維，可以將入射在其一端的陽(yáng)光傳輸?shù)搅硪欢耍瑐鬏敃r(shí)光導(dǎo)纖維可任意彎曲；采用表面鍍有高反射涂層的光導(dǎo)管，通過(guò)反射可以將陽(yáng)光導(dǎo)入室內(nèi)。間接傳輸適用于各種不同距離。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能，通過(guò)熱管可將太陽(yáng)能傳輸?shù)绞覂?nèi)；將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為氫能或其它載能化學(xué)材料，通過(guò)車輛或管道等可輸送到用能地點(diǎn)；空間電站將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，通過(guò)微波或激光將電能傳輸?shù)降孛?。太?yáng)能傳輸包含許多復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行研究，這樣才能更好地利用太陽(yáng)能。

　　太陽(yáng)輻射的熱能。我國(guó)有13億人口，3．5億個(gè)家庭，若每日每戶供應(yīng)60°C熱水100升，全年需6643億度電，幾乎用掉全國(guó)年發(fā)電量的一半，電費(fèi)約為4000億元，費(fèi)用極大。由于市場(chǎng)需求，太陽(yáng)能熱水器是光熱利用最成功的領(lǐng)域。我國(guó)在太陽(yáng)能熱水器的基礎(chǔ)理論研究、工藝材料研究、應(yīng)用研究、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、制造水平、產(chǎn)品質(zhì)量等方面，總體處于國(guó)際先進(jìn)水平，多個(gè)指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先。我國(guó)從事太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)、銷售和安裝服務(wù)的企業(yè)有1000多家，熱水器保有量4000多萬(wàn)平方米，太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)銷量和安裝面積居世界第一。2002年，太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)量約1000萬(wàn)平方米，產(chǎn)值約110億元，產(chǎn)值超億元的已達(dá)十幾家。計(jì)劃到2005年，全國(guó)太陽(yáng)能熱水器年生產(chǎn)能力達(dá)1100萬(wàn)平方米，總保有量6400萬(wàn)平方米，屆時(shí)這兩個(gè)數(shù)字可能會(huì)有突破。目前，太陽(yáng)能熱水器主要有玻璃真空管式、熱管真空管式、平板式和少量悶曬式，其中玻璃真空管式占80％以上。今后我國(guó)政府、行業(yè)協(xié)會(huì)和相關(guān)企業(yè)，在太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè)方面應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)是：（l）進(jìn)一步規(guī)范市場(chǎng)，力保零投訴，確保行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展；（2）政府加大支持力度，企業(yè)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提高行業(yè)整體裝備水平，培育一批具有國(guó)際竟?fàn)幜Φ钠髽I(yè)；（3）加快太陽(yáng)能與建筑一體化研究和示范工作，力爭(zhēng)盡早突破；（4）加強(qiáng)國(guó)際交流合作，積極引進(jìn)國(guó)外資金和先進(jìn)技術(shù)、擴(kuò)大出日，共同推進(jìn)我國(guó)太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展：（5）大力搞好宣傳。教育、培訓(xùn)和信息發(fā)布工作。

　　太陽(yáng)能光熱利用，除太陽(yáng)能熱水器外，還有太陽(yáng)房、太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能溫室、太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)、太陽(yáng)能土壤消毒殺茵技術(shù)等，這些技術(shù)尤其在北方和西部應(yīng)用較廣，成效顯著。

　　太陽(yáng)能熱發(fā)電是太陽(yáng)能熱利用的一個(gè)重要方面，這項(xiàng)技術(shù)是利用集熱器把太陽(yáng)輻射熱能集中起來(lái)給水加熱產(chǎn)生蒸汽，然后通過(guò)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電。根據(jù)集熱方式不同，又分高溫發(fā)電和低溫發(fā)電。美國(guó)、日本、意大利等國(guó)在太陽(yáng)能熱發(fā)電方面較領(lǐng)先，我國(guó)才剛剛起步。

　　若用太陽(yáng)能全方位地解決建筑內(nèi)熱水、采暖、空調(diào)和照明用能，這將是最理想的方案，太陽(yáng)能與建筑（包括高層）一體化研究與實(shí)施，是未來(lái)太陽(yáng)能開發(fā)利用的重要方向，也是整個(gè)太陽(yáng)能行業(yè)做大的根本所在。雖然這方面現(xiàn)在還沒有實(shí)質(zhì)的進(jìn)展，但因?yàn)橛行枨螅谌澜绲呐ο?，相信不久將?huì)有突破。

　　太陽(yáng)能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能、水能等都來(lái)自太陽(yáng)能，廣義地說(shuō)，太陽(yáng)能包含以上各種可再生能源。太陽(yáng)能作為可再生能源的一種，則是指太陽(yáng)能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽(yáng)能熱利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱為太陽(yáng)能熱發(fā)電，也屬于這一技術(shù)領(lǐng)域；通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽(yáng)能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽(yáng)能光伏技術(shù)。

　　20世紀(jì)50年代，太陽(yáng)能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項(xiàng)重大技術(shù)突破：一是1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出6％的實(shí)用型單晶硅電池；二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽(yáng)吸收涂層。這兩項(xiàng)技術(shù)的突破，為太陽(yáng)能利用進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展時(shí)期奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

　　7O年代以來(lái)，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國(guó)家掀起了開發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源的熱潮。1973年，美國(guó)制定了政府級(jí)的陽(yáng)光發(fā)電計(jì)劃，198O年又正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計(jì)投入達(dá)8億多美元。1992年，美國(guó)政府頒布了新的光伏發(fā)電計(jì)劃，制定了宏偉的發(fā)展目標(biāo)。日本在 7O年代制定了“陽(yáng)光計(jì)劃”，1993年將“月光計(jì)劃”（節(jié)能計(jì)劃）、“環(huán)境計(jì)劃”、“陽(yáng)光計(jì)劃”合并成“新陽(yáng)光計(jì)劃”。德國(guó)等歐共體國(guó)家及一些發(fā)展中國(guó)家也紛紛制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃。90年代以來(lái)聯(lián)合國(guó)召開了一系列有各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人參加的高峰會(huì)議，討論和制定世界太陽(yáng)能戰(zhàn)略規(guī)劃、國(guó)際太陽(yáng)能公約，設(shè)立國(guó)際太陽(yáng)能基金等，推動(dòng)全球太陽(yáng)能和可再生能源的開發(fā)利用。開發(fā)利用太陽(yáng)能和可再生能源成為國(guó)際社會(huì)的一大主題和共同行動(dòng)，成為各國(guó)制訂可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

　　自“六五”計(jì)劃以來(lái)，我國(guó)政府一直把研究開發(fā)太陽(yáng)能和可再生能源技術(shù)列入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，大大推動(dòng)了我國(guó)太陽(yáng)能和可再生能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　20多年來(lái)，太陽(yáng)能利用技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場(chǎng)開拓方面都獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。

第一步：制作二氧化鈦膜

　　第二步：利用天然燃料為二氧化鈦著色

　　第三步：制作反電極

　　第四步：加入電解質(zhì)

　　第五步：組裝電池

　　第六步：電池的測(cè)試

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