蘇更林

人類利用能源的歷史，實際上是人類認識和征服自然的歷史。在諸多的能源存在形式中，太陽光能不僅是地球生命賴以生存的基礎，也是人類社會的“能源之母”。

光伏發(fā)電和光熱發(fā)電

太陽能光伏發(fā)電是利用太陽能電池半導體界面的光伏效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔堋Ｋ^光伏效應是指由于光照而產生電壓的現象。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池、儲能裝置、測量控制裝置和直流-交流轉換裝置等構成的。目前地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的硅太陽能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池。在能量轉換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉換效率低，但價格更便宜。按照應用需求，太陽能電池經過一定的組合可以達到額定的輸出功率和輸出電壓。

光伏發(fā)電系統(tǒng)可以分為獨立光伏系統(tǒng)和并網光伏系統(tǒng)兩種形式。獨立光伏系統(tǒng)是我國常見的太陽能應用方式之一，不僅系統(tǒng)比較簡單，而且適應范圍很廣。比如，太陽能路燈、戶用電源系統(tǒng)以及邊遠村莊供電系統(tǒng)等可以獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網光伏發(fā)電系統(tǒng)，是指與電網相連并向電網輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網光伏發(fā)電系統(tǒng)是大規(guī)模利用太陽能的首選方式，因此代表了太陽能利用工程的發(fā)展方向。

隨著科技的進步，太陽能光熱發(fā)電也進入快速發(fā)展期。西班牙已經建成了功率分別為10兆瓦和20兆瓦的塔式光熱發(fā)電站。美國莫哈韋沙漠上的太陽能光熱發(fā)電廠，在塔式建筑周圍已建有上百面反光鏡。此外，還有設想在撒哈拉沙漠上建設“超級太陽能發(fā)電站”，如果該工程能夠按計劃建成，那么它可以提供歐洲2050年所需總能源的15%，這充分說明了太陽能光熱發(fā)電的巨大潛力。

太陽能光熱發(fā)電是將光能轉化成熱能，帶動汽輪機進行發(fā)電。一般的塔式光熱發(fā)電站，高塔周圍遍布許多面反光鏡，這些鏡面將太陽光直接反射并聚焦到塔式建筑的焦點上，可達到上千攝氏度的高溫。這樣的高溫可以直接加熱位于焦點之后的鍋爐，并帶動汽輪機進行發(fā)電。撒哈拉沙漠上的“超級太陽能發(fā)電站”，將布置624面反光鏡，每面鏡子的面積將達到121平方米。它們將按一定的結構進行排列，并組成一個超級陣列。

太陽能光熱應用與光伏應用相比，其優(yōu)勢在于規(guī)模大。比如，光熱發(fā)電站的單個發(fā)電機組裝機容量可在10千瓦到100兆千瓦之間，這就為太陽能光熱發(fā)電提供了極大的發(fā)展空間。同時，光熱發(fā)電的技術優(yōu)勢還表現在以下兩個方面：一是光熱發(fā)電是通過加熱鍋爐推動發(fā)電機組進行發(fā)電的，因此所產生的電流為通用電網所需要的交流電。而光伏發(fā)電所產生的電流為直流電，因此需要通過技術手段轉換成交流電后才能大規(guī)模輸送出去;二是光熱發(fā)電大量使用特殊油料和溶鹽作為熱介質，如果與儲熱設備配合使用，則能夠在日落后繼續(xù)進行發(fā)電，從而有利于提高電網供電的安全性。

空間太陽能

太空中的物質資源是極其豐富的，具有很高的利用價值。目前最有希望大規(guī)模開發(fā)利用的空間物質資源要數太陽能了。在地球同步軌道上，太陽的光照時間遠高于在地面上，因此在太空中利用太陽能發(fā)電可以大大提高能源利用效率。同時，發(fā)展空間太陽能發(fā)電還具有無污染、無輸電線的特點，既可以直接向空間站和各類航天器供電，也可以通過微波向地面供電。

世界各國十分看好空間太陽能利用的發(fā)展前景，推出了多種多樣的發(fā)電方案。美國宇航局提出一個太空“雞尾酒杯”太陽能發(fā)電站方案。漂浮在太空的巨大的“雞尾酒杯”實際上是巨型太陽能電池板，它由數以千計的纖薄曲面鏡構成，可把采集的太陽能轉變?yōu)殡娔懿⑼ㄟ^微波傳輸至地球?！半u尾酒杯”能夠環(huán)繞太陽移動運行，從而最大限度地獲得太陽能。科學家認為，這種雞尾酒杯狀發(fā)電站要比平板太陽能電池板成本更為低廉。

在太陽能收集板上鋪設太陽能電池，通過光電轉換把太陽能轉換成電能，再經微波轉換器將電流轉換成微波，并通過天線將電能以微波的形式向地面發(fā)送。地面接收站再把微波能還原成電能。

“能源之母”

我們通常把煤炭、石油、天然氣等燃料稱為化石燃料，是因為它們都是古代生物埋藏于地下多年而形成的。正是由于植物世界的光合作用，才使得巨量的太陽能能夠以化學能的形式貯存下來，從而在漫長的地質年代中逐步形成了煤炭、石油、天然氣等化石燃料。從這個意義上來說，我們今天廣泛使用的化石燃料實質上是由古代生物固定下來的太陽能。

無時無地不在的風，也是由太陽能轉化而來的。實際上，風就是由于地球表面受熱不均產生的溫度差異而引起的大氣對流運動。風能是指風所承載的能量，即空氣的動能。風能的大小決定于風速和空氣的密度。專家們認為，在地球表面吸收的太陽能中大約只有2%的能量轉化為了風能，但地球上的風能資源總量是十分可觀的，甚至要比地球上可被開發(fā)利用的水能總量還要多得多。并且由于風能具有可再生性和綠色無污染性等特征，因此風能開發(fā)利用前景是十分廣闊的。

被譽為海洋能“龍頭老大”的溫差能，實際上也是太陽能的一種轉化形式。海洋的表面接受太陽的輻射能以后，大部分能會轉化成為熱能并儲存在海洋的表層，而深層海水溫度很低，許多海域終年形成了20℃以上的垂直海水溫差。利用這一溫差可以實現熱力循環(huán)并發(fā)電。

【責任編輯】龐 ?云