太阳能绿色能源的应用及其发展研究★

季秋玲 张 亮 吴 敌 郭 楷

(扬州大学广陵学院，江苏 扬州 225000)

0 引言

人们日常生活所需随着经济发展而变得越来越丰富。在我国主要是由煤炭等不可再生能源产电产热，不可再生能源随着高速发展而消耗迅速，因此可再生绿色能源的充分利用更加迫切。太阳能能源的普遍、无害、巨大和长久等特点受人们广泛关注，通过太阳能性能转化研究，研制出太阳能热水器、太阳能电池、太阳能瓷砖和太阳能无线监控等多种便民产品，让我们的生活更加节能环保。

1 太阳能概述

1.1 太阳能由来

太阳中含有氢原子，它能将氢和氦熔合释放核能，最后从太阳辐射能中产生太阳能。根据有效数据统计，即使太阳辐射到地球的能量只有总辐射能量的几十亿倍，但相对于人类而言，其每秒辐射的能量可达几百万吨煤。地球上绝大部分能源从根本上说来自于太阳，比方说远古时代埋藏在地下的动植物通过长期的地质变化而储存的能量如煤炭等，以及风能、水能等。

1.2 太阳能发电

法国科学家贝克雷尔经过探索，在1839年提出太阳光能够在半导体材料的不同部分产生电位差的发现，这种现象被称为“光生伏打效应”或“光伏效应”。百年后，在美国出现了光伏发电技术，原因在于科学家恰宾和皮尔松在贝尔实验室率先研制出适用的单晶硅太阳能电池，如图1所示。

1.3 太阳能供暖

太阳能供暖系统利用集热器收集到的太阳辐射转换为热能进行能力供应，见图2。从实际来看，把水作为传热介质和储热介质，通过集热器转化而成的热能，送入所需之地供暖的流程。主要组成部分有集热器、储热水箱、连接管路、辅助热源、散热部件及控制系统。

在晴天状态下，循环控制系统通过检测集热板的温度与储热水箱相差定值时采用水泵进行循环，将收集的热量转入高温储水箱加热，并能够储存保温，作为备用。在进行供暖模式下，启动时首先进行安全检查，当检测达标后，热能转换器启动会取热水，当热水的热量达到一定值以后，温度传感器会有反应，从而启动水泵进行能量交换。热水输出的同时，冷水输入，经换热后再输出，当系统检测到高于设定值时，进入待机状态，低于设定值时再二次加热，至此能够保证即时提供设定温度。

2 太阳能的作用及特点

2.1 太阳能的作用

2.1.1减小化石燃料使用

随着科学经济的高速发展，人们的生活水平也大步提高，电量、热量等需求也成为每个家庭必不可少的使用。据统计，中国是可再生能源全国第一投资大国，作为节能减排措施的一部分，到2020年，中国计划实现太阳能发电110 GW，足够满足3 000万户家庭的电力需求。到2030年，中国计划将非化石燃料在总燃料使用的比例由目前的13%提高到20%。报道称，过去十年来，中国不断加快减少对煤炭及其他化石燃料的使用，并不断增加太阳能发电等清洁能源发电规模。

2.1.2减缓用电紧张

2010年下半年，为实现我国部分地区的节能减排目标，电荒问题引起了国内乃至国际的关注。电力紧张的影响正在扩大。在物价飞涨的现代，人们日需满足的高额用电量也花销不少。所以加大电力和可再生资源的开发是解决用电紧张的主要途径。太阳能瓷砖将其吸收的太阳能转化为部分有效电能，即可供小功率家电的使用，能有效减缓用电压力，促进社会可持续发展。

2.1.3有效供热

当代太阳能热技术利用收集太阳光，转换能量使之产热水、蒸汽和电。除此以外，建筑物在设计中加入有效装置，也能达到采光收能的效果，譬如南面的巨型窗户装有能够汲取太阳热量的相关材料，也就是初步意义的太阳能瓷砖。

太阳能瓷砖将部分的太阳能转化为热能，再利用热能加热水，供人们部分生活用水需求。在减少用电量的同时，还能减少等待时间，持续拥有热水效果。这在时间严格管理的时代，自己的时间效率也能有效提高。

2.2 太阳能的特点

2.2.1普遍

太阳光充足，普遍，也很容易得到。它有直接获得、收集、开发和使用的特点，此外不受地区的限制，海洋陆地还是山区盆地都可。与化石燃料相比，太阳能的这点特性节省大量的人力财力。例如，在煤矿使用前，必须开挖隧道，挖掘的深度的提高，其投资额也会直线上升;之后还需铁路运输，由于存在产地分布不均的问题，需要运输工具将煤矿送到全国各地，这也曾经占据了全国铁路的1/3。而太阳能就不存在这样的弊病。

2.2.2绿色

以往科技的发展大多数总是带来环境污染，而太阳能能源的利用能够安全卫生，不存在污染环境的问题，也是最清洁的能源之一。当前人们所运用的化石燃料如煤炭、石油等既污染当地环境，又污染大气水源，还同时对动植物的健康问题存在影响。而处理污染所需经费也非常巨大，这对太阳能而言，丝毫没有这样的问题。

2.2.3能量巨大

虽然太阳辐射到达地球的能源相对于总的辐射能量非常微小，但对于人类而言已经是巨大，直观一点讲，每秒照射到地球的能量相当于燃烧500万t煤，乘以36亿t煤5 d一年的能量就大概是燃烧1 300亿t煤，而每年可供人类使用的太阳辐射是第一颗原子弹爆炸的能量，也就是20 000 t的量，两者相比，可见微乎其微。

2.2.4取之不尽

根据恒星演化理论，储氢可以延续数百亿年。虽然按照天文观测结果，太阳系的存在时间相对于地球而言是恒久，换句话说太阳能是用之有余的。同时也不需要担心和地球上的化石燃料会在几百年内完全耗尽。

3 太阳能的应用

3.1 太阳能热水器

太阳能热水器是把光能有效转化为热能的装置，主要利用热浮冷沉的原理循环，达到提供热水的效果，满足人们日常生活所需。我国市场主要存在真空管太阳能热水器和平板太阳能热水器这两种，用的比较多的还是真空管太阳能热水器。

3.2 太阳房

太阳房有关概念最早是由美国提出的，采用各种有关材料如隔热性能、储存性能、透明性能、强度性能等和建筑物有效融合，最终达到建筑高效吸收太阳能的效果，有着节能且取暖的显著特点。不管是国内还是国外，都在不同程度地推行太阳房政策，不断推进可持续发展方向的进程。

3.3 光伏产业

3.3.1国内发展

汉能集团研制了一种太阳能瓦片，称为单玻汉瓦。本产品把柔性薄膜太阳能技术和高强度高透明玻璃应用其中，使两者有效融合。此外，采用C型卡槽结构，使用三点受力结构设计，具有抗拉、抗风、坚固、承受打击性强等特质。根据有效数据统计，1 m2汉瓦能够产生最高80多瓦的功率，为构建绿色经济贡献一份力。

3.3.2国外发展

1)在日本，有公司革新了太阳能瓷砖，使之能够在发电效率上大大提高。这类产品创新的主要方面是其生产工艺：事先由磷硅酸盐玻璃或硼酸盐玻璃为基材的涂层剂涂在坯体表面，然后复合多层有机硅层、氧化锡或氧化铜透明导电膜和防反射保护膜，同时设立如导线可以和导电膜连接的装置。这种瓷砖还能应用于建筑物的外墙面和屋顶是因为无釉层的特点。

2)丹麦的一所国际学校的新校区在外墙面和屋顶安装一万多块的彩色光伏瓷砖。本产品是经过多年的探索改良，由瑞士洛桑联邦理工学院成功研制，其特点在于颜色是某种特殊的过滤器产生的效果。据统计，该技术每年可以发电30万kWh，能达学校大半的用电需求，有效缓解用电紧张。

太阳能的具体应用见图3，图4。

4 结语

人类社会快速发展，能源问题亟待解决，太阳能能源作为新兴能源具有强大的生命力，科技的发展使太阳能的利用形式变得多种多样，利用的效率也在不断的提高，当今社会能源需求量巨大，而传统的不可再生能源却越来越少，太阳能已经成为一种不可或缺的能源形式。

随着节能环保的发展理念深入人心，人们越来越认可太阳能能源，太阳能能源也刚好契合环保发展的社会理念，虽然在技术和应用方面还不尽如人意，仍有方方面面的问题，但是太阳具有其他能源不可替代的优越性，未来能源领域，太阳能能源的采集、转换、利用的效率也将随着科技的进步而提升，太阳能能源也必将在家庭和工业的各个领域占有重要的一席之地。