光中取火又一程

王志明

童年时做过这样的游戏：取一凸透镜对着阳光，焦点处的火柴很快就会燃烧起来。

对于太阳中的“火”，人类在长期的生产实践中早已开始认识了。远在3000多年前，我们的祖先已懂得用金属凹镜把阳光聚焦点火。公元前300多年前，希腊大科学家阿基米德，曾用镜子反射的阳光烧毁了罗马侵略者的舰队。这个传说，大约在2000年后，即1747年，还曾被法国学者巴封所证实。巴封用168块15厘米正方形的小镜子，拼成一个抛物面型的大反射镜，把阳光汇集于一点，在巴黎皇家花园表演的结果：烧着了60米以外的木材，烧熔了39米以外的铅和18米以外的银。

光中为何有“火”呢？原来太阳是个大火球，内部温度高达4000万℃，表面温度也有5762℃它的内部在不断进行核聚变反应，并以辐射的形式向宇宙空间发射巨大的能量。尽管只有1／22亿的能量穿过1.5亿公里的太空到达地球大气的最外层，并且还有一部分被大气反射或者消耗在加热空气上，但每秒钟到达地面上的总能量还高达80万亿千瓦小时，这相当于现在全世界发电总量的几万倍。可见，太阳能是人类取之不尽、用之不竭，又无污染的自然能源。

太阳能虽多，却很分散。目前，人们正考虑多种方式利用太阳能。人们发明了箱式太阳灶，可以用太阳的热来烧水取暖。把它装在房顶上，可以建成太阳能浴池，水温达到50～60℃。澳大利亚正在设计一座“太阳镇”，这些住宅里所用的电和暖气等，都来自太阳能。太阳能的聚光装置也越来越进步了，伞式太阳灶就是其中的一种。它装在阳光聚焦的焦点上，不但能烧水、做饭、炒菜，还可以加热气体，推动机械。人们还利用透镜与反射镜组成的光学系统将太阳辐射的能量聚焦，从而获得高温的装置——太阳炉。它要被用来研究在高温下的材料性能，制取极纯材料和高温单晶。目前各国已有太阳炉260多座。世界上最大的太阳炉在法国，它的聚光镜有9层楼高，由9000块反射镜组成，总面积为2500平方米，在炉中可获得1000千瓦的功率和4000度的高温。日本在名古屋还建成一座太阳能炼铁高炉，它收集太阳能的光学系统，在电子计算机的控制下，能自动旋转对准太阳，即使阴天也能收到太阳能；焦点温度可达3000～3500℃，能冶炼特殊合金钢。

能不能用太阳光直接发电呢？人们终于利用半导体的光电效应原理，研究出一种硅太阳能电池，阳光照到硅制成的电池板上，就能产生电流了。把它装在人造卫星上，它任何时间都能接受阳光，就能不停地发电。它可以连续工作7年，1秒钟也不停电。近几年来，太阳能电池已从空间应用扩大到地面应用。日本一家公司推出的利用太阳能电池为电源的全自动亮灭的室外照明灯，特别受到人们的青睐：当人们或者车辆行近它需要光亮的时候，能自动通电亮灯，离开时又自动熄灭。原来这是一种以阳光蓄电池为电源的感应路灯。这种灯能装在阳光能照射到的地方，不需要电线，而且一次性投资后就不需要再花电费了。亮灯的时间可以调节为5秒、10秒或30秒。这种灯使用的是高亮度的卤素灯，与100瓦的反射灯泡一样明亮。它的感应器能够发觉在它前5米和旁边10米的人和车辆。瑞士联邦技术学院的化学家最近又发明了一种利用太阳能发电的“窗户玻璃”，其优异性能更妙不可言。如果装有太阳能电池和燃料的房屋再装上这种窗户玻璃，就可满足用电的需要。这种窗户玻璃实际上是一种比较透明的太阳能电池，由双层夹心玻璃组成，发电原理颇似植物叶片的光合作用。太阳光穿过上层玻璃经漫射通过碘基电解质溶液到达染料层，染料会像植物的叶绿素分子那样捕获光子，光子激发染料层中的某些电子，被激发的电子运动到下层的二氧化钛半导体膜中，被传输到涂于下层玻璃内表面的氧化锡导电薄膜上，定向流动产生电流。电流经某一用电器，再流到上层玻璃内表面的氧化锡层，经过碘基电解质回到染料层，如此循环，形成一个闭合回路。目前，这种窗户玻璃的光电转换率为7～8％，每平方米发电量150千瓦小时，与硅基太阳能电池差不多，但费用只有太阳能电池的1／5。此外，太阳能电池还可以作为无线电中继站、气象观测台、无人管理灯塔、海上航标灯、农用灭虫黑光灯等的电源装置。所有这些电能毕竟还是微不足道的。因此，科学家们还设想要建设更大的空间太阳能电站。这种电站，是重量以万吨计的巨大的同步卫星，它将在距地表3万多公里的轨道上展开几十平方公里的太阳能电池列阵向着太阳，把由此产生的直流电转换成微波能量射送地面。据估计，一颗这样的卫星可为一座现代化工业城市供电。

除太阳灶、太阳炉、太阳能电池外，许多绚丽多彩的太阳能产品还在不断涌现。美国一家公司研制成功的太阳能电筒，贴合在电简外面的光电池可以在白天充电，晚间使用。印度的一些工程师已研制成功了一种能够随身携带的太阳能“厨房”。它包括一个太阳能加热炉和全套炊具。在晴天时，加热温度可达140℃，全套用具总重量仅3.2公斤。日本则推出了别具一格的只依靠太阳光源行走的太阳能汽车。这种汽车长6米，装有1900个晶体太阳能电池，重量只有140公斤，最高时速达120公里，它消耗的电能只相当于一般家用洗衣机的耗电量。这种汽车几乎完全听不到行车车声，没有废气排出，绝不污染环境，被誉为21世纪的交通工具。为了给太阳能汽车充电，最近德国卡塞尔市还推出一个公共“充能站”，太阳能汽车可以在这里“充能”。这个“充能站”的设备包括一个太阳能发电机，每年可发约650千瓦小时的电力，但其条件是每天平均接收2.7小时的阳光。汽车“充能”后余下的全部能量，可以供给该市的市立发电厂使用。

太阳能的利用，前程似锦。据专家们预测：21世纪整个世界将不再依赖石油、煤等燃料。取而代之的是太阳能；未来40年太阳能将占据世界一半的能源市场。但是，太阳能这个宝库还没有完全打开，在这方面，还需要科学家们继续探索前进，发现和征服新的“大陆”。