電子發(fā)燒友App
20世紀(jì)太陽能科技發(fā)展的回顧與展望
據(jù)記載，人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動力加以利用，只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”，“未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近來的事。20世紀(jì)70年代以來，太陽能科技突飛猛進(jìn)，太陽能利用日新月異。回顧和總結(jié)本世紀(jì)太陽能科技發(fā)展的歷程，對21世紀(jì)太陽能事業(yè)的發(fā)展十分有意義，本文對此作了嘗試。
1．歷史回顧
??? 近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門?德?考克斯在世界上發(fā)明第一臺太陽能驅(qū)動的發(fā)動機(jī)算起。該發(fā)明是一臺利用太陽能加熱空氣使其膨脹作功而抽水的機(jī)器。在1615年-1900年之間，世界上又研制成多臺太陽能動力裝置和一些其它太陽能裝置。這些動力裝置幾乎全部采用聚光方式采集陽光，發(fā)動機(jī)功率不大，工質(zhì)主要是水蒸汽，價格昂貴，實(shí)用價值不大，大部分為太陽能愛好者個人研究制造。20世紀(jì)的100年間，太陽能科技發(fā)展歷史大體可分為七個階段，下面分別予以介紹。
1．1第一階段1900-1920
??? 在這一階段，世界上太陽能研究的重點(diǎn)仍是太陽能動力裝置，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，造價仍然很高。建造的典型裝置有：1901年，在美國加州建成一臺太陽能抽水裝置，采用截頭圓錐聚光器，功率：7.36kW；1902-1908年，在美國建造了五套雙循環(huán)太陽能發(fā)動機(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由5個拋物槽鏡組成的太陽能水泵，每個長62.5m，寬4m，總采光面積達(dá)1250m2。
1．2第二階段（1920-1945）
??? 在這20多年中，太陽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（1935-1945）有關(guān)，而太陽能又不能解決當(dāng)時對能源的急需，因此使太陽能研究工作逐漸受到冷落。
1．3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題，從而逐漸推動了太陽能研究工作的恢復(fù)和開展，并且成立太陽能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會，再次興起太陽能研究熱潮。在這一階段，太陽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際太陽熱科學(xué)會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，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成實(shí)用型硅太陽電池，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，法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐。1960年，在美國佛羅里達(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，一臺帶有石英窗的斯特林發(fā)動機(jī)問世。在這一階段里，加強(qiáng)了太陽能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，取得了如太陽選擇性涂層和硅太陽電池等技術(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)性太陽房。對難度較大的斯特林發(fā)動機(jī)和塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了初步研究。
1．4第四階段門(1965-1973)
這一階段，太陽能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽能利用技術(shù)處于成長階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競爭，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支持。
1．5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)和決定一個國家生死存亡、發(fā)展和衰退的關(guān)鍵因素，1973年10月爆發(fā)中東戰(zhàn)爭，石油輸出國組織采取石油減產(chǎn)、提價等辦法，支持中東人民的斗爭，維護(hù)本國的利益。其結(jié)果是使那些依靠從中東地區(qū)大量進(jìn)口廉價石油的國家，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)識到：現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)必須徹底改變，應(yīng)加速向未來能源結(jié)構(gòu)過渡。從而使許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，重新加強(qiáng)了對太陽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)利用太陽能熱潮。? 1973年，美國制定了政府級陽光發(fā)電計(jì)劃，太陽能研究經(jīng)費(fèi)大幅度增長，并且成立太陽能開發(fā)銀行，促進(jìn)太陽能產(chǎn)品的商業(yè)化。日本在1974年公布了政府制定的“陽光計(jì)劃”，其中太陽能的研究開發(fā)項(xiàng)目有：太陽房、工業(yè)太陽能系統(tǒng)、太陽熱發(fā)電、太陽電他生產(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)利用太陽能熱潮，對我國也產(chǎn)生了巨大影響。一些有遠(yuǎn)見的科技人員，紛紛投身太陽能事業(yè)，積極向政府有關(guān)部門提建議，出書辦刊，介紹國際上太陽能利用動態(tài)；在農(nóng)村推廣應(yīng)用太陽灶，在城市研制開發(fā)太陽熱水器，空間用的太陽電池開始在地面應(yīng)用……。? 1975年，在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗(yàn)交流大會”，進(jìn)一步推動了我國太陽能事業(yè)的發(fā)展。這次會議之后，太陽能研究和推廣工作納入了我國政府計(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)立太陽能課題組和研究室，有的地方開始籌建太陽能研究所。當(dāng)時，我國也興起了開發(fā)利用太陽能的熱潮。
這一時期，太陽能開發(fā)利用工作處于前所未有的大發(fā)展時期，具有以下特點(diǎn)：
（1）各國加強(qiáng)了太陽能研究工作的計(jì)劃性，不少國家制定了近期和遠(yuǎn)期陽光計(jì)劃。開發(fā)利用太陽能成為政府行為，支持力度大大加強(qiáng)。國際間的合作十分活躍，一些第三世界國家開始積極參與太陽能開發(fā)利用工作。
（2）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、非晶硅太陽電池、光解水制氫、太陽能熱發(fā)電等。
（3）各國制定的太陽能發(fā)展計(jì)劃，普遍存在要求過高、過急問題，對實(shí)施過程中的困難估計(jì)不足，希望在較短的時間內(nèi)取代礦物能源，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用太陽能。例如，美國曾計(jì)劃在1985年建造一座小型太陽能示范衛(wèi)星電站，1995年建成一座500萬kW空間太陽能電站。事實(shí)上，這一計(jì)劃后來進(jìn)行了調(diào)整，至今空間太陽能電站還未升空。
（4）太陽熱水器、太陽電他等產(chǎn)品開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，太陽能產(chǎn)業(yè)初步建立，但規(guī)模較小，經(jīng)濟(jì)效益尚不理想
1．6第六階段（1980-1992）
70年代興起的開發(fā)利用太陽能熱潮，進(jìn)入80年代后不久開始落潮，逐漸進(jìn)入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經(jīng)費(fèi)，其中美國最為突出。
??? 導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是：世界石油價格大幅度回落，而太陽能產(chǎn)品價格居高不下，缺乏競爭力；太陽能技術(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)，以致動搖了一些人開發(fā)利用太陽能的信心；核電發(fā)展較快，對太陽能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。受80年代國際上太陽能低落的影響，我國太陽能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太陽能利用投資大、效果差、貯能難、占地廣，認(rèn)為太陽能是未來能源，主張外國研究成功后我國引進(jìn)技術(shù)。雖然，持這種觀點(diǎn)的人是少數(shù)，但十分有害，對我國太陽能事業(yè)的發(fā)展造成不良影響。
??? 這一階段，雖然太陽能開發(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)，爭取以較少的投入取得較大的成果。
1．7 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)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會”，會議通過了《里約熱內(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言》，《2I世紀(jì)議程》和《聯(lián)合國氣候變化框架公約》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。這次會議之后，世界各國加強(qiáng)了清潔能源技術(shù)的開發(fā)，將利用太陽能與環(huán)境保護(hù)結(jié)合在一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強(qiáng)。
??? 世界環(huán)發(fā)大會之后，我國政府對環(huán)境與發(fā)展十分重視，提出10條對策和措施，明確要“因地制宜地開發(fā)和推廣太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能等清潔能源”，制定了《中國21世紀(jì)議程》，進(jìn)一步明確了太陽能重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。1995年國家計(jì)委、國家科委和國家經(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)的對策和措施。這些文件的制定和實(shí)施，對進(jìn)一步推動我國太陽能事業(yè)發(fā)揮了重要作用。
??? 1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”，會后發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言》，會上討論了《世界太陽能10年行動計(jì)劃》（1996- 2005），《國際太陽能公約》，《世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件。這次會議進(jìn)一步表明了聯(lián)合國和世界各國對開發(fā)太陽能的堅(jiān)定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。
??? 1992年以后，世界太陽能利用又進(jìn)入一個發(fā)展期，其特點(diǎn)是：太陽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，為實(shí)現(xiàn)世界太陽能發(fā)展戰(zhàn)略而努力；太陽能發(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、過熱過急的弊端，保證太陽能事業(yè)的長期發(fā)展；在加大太陽能研究開發(fā)力度的同時，注意科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)，加速商業(yè)化進(jìn)程，擴(kuò)大太陽能利用領(lǐng)域和規(guī)模，經(jīng)濟(jì)效益逐漸提高；國際太陽能領(lǐng)域的合作空前活躍，規(guī)模擴(kuò)大，效果明顯。
??? 通過以上回顧可知，在本世紀(jì)100年間太陽能發(fā)展道路并不平坦，一般每次高潮期后都會出現(xiàn)低潮期，處于低潮的時間大約有45年。太陽能利用的發(fā)展歷程與煤、石油、核能完全不同，人們對其認(rèn)識差別大，反復(fù)多，發(fā)展時間長。這一方面說明太陽能開發(fā)難度大，短時間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用；另一方面也說明太陽能利用還受礦物能源供應(yīng)，政治和戰(zhàn)爭等因素的影響，發(fā)展道路比較曲折。盡管如此，從總體來看，20世紀(jì)取得的太陽能科技進(jìn)步仍比以往任何一個世紀(jì)都大。
2．太陽能科技進(jìn)步
??? 太陽能利用涉及的技術(shù)問題很多，但根據(jù)太陽能的特點(diǎn)，具有共性的技術(shù)主要有四項(xiàng)，即太陽能采集、太陽能轉(zhuǎn)換、太陽能貯存和太陽能傳輸，將這些技術(shù)與其它相關(guān)技術(shù)結(jié)合在一起，便能進(jìn)行太陽能的實(shí)際利用。
2．1太陽能采集
??? 太陽輻射的能流密度低，在利用太陽能時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），對太陽能進(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；聚光集熱器能將陽光會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。
2．1．1平板集熱器
??? 歷史上早期出現(xiàn)的太陽能裝置，主要為太陽能動力裝置，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，國外一般采用高頻焊，國內(nèi)以往采用介質(zhì)焊，199S年我國也開發(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，通過消化吸收，現(xiàn)在國內(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、聚碳酸酯陽光板以及透明蜂窩等作為蓋板材料，但這些材料價格較高，一時難以推廣應(yīng)用。
2．1．2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，玻璃七型管真空集熱管，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。
??? 我國自1978年從美國引進(jìn)全玻璃真空集熱管的樣管以來，經(jīng)20多年的努力，我國已經(jīng)建立了擁有自主知識產(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。
??? 我國自80年代中期開始研制熱管真空集熱管，經(jīng)過十幾年的努力，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。
2。1．3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。為了滿足太陽能利用的要求，簡化跟蹤機(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、高溫太陽能利用的要求，但由于造價高，限制了它們的廣泛應(yīng)用。
??? 70年代，國際上出現(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，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以下時可以固定安裝，不作調(diào)整。當(dāng)時，不少人對CPC評價很高，甚至認(rèn)為是太陽能熱利用技術(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。我國不少單位在七八十年代曾對CPC進(jìn)行過研制，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巴黎用二塊透鏡聚集陽光進(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能高溫爐。顯然，玻璃透鏡比較重，制造工藝復(fù)雜，造價高，很難做得很大。所以，折射式聚光器長期沒有什么發(fā)展。70年代，國際上有人研制大型菲涅耳透鏡，試圖用于制作太陽能聚光集熱器。菲涅耳透鏡是平面化的聚光鏡，重量輕，價格比較低，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，主要用于聚光太陽電池發(fā)電系統(tǒng)。
??? 我國從70年代直至90年代，對用于太陽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，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，陽光通過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），可吸收太陽光中與熒光吸收帶波長一致的部分，然后以比吸收帶波長更長的發(fā)射帶波長放出熒光。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。
2．2太陽能轉(zhuǎn)換
??? 太陽能是一種輻射能，具有即時性，必須即時轉(zhuǎn)換成其它形式能量才能利用和貯存。將太陽能轉(zhuǎn)換成不同形式的能量需要不同的能量轉(zhuǎn)換器，集熱器通過吸收面可以將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，利用光伏效應(yīng)太陽電池可以將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，通過光合作用植物可以將太陽能轉(zhuǎn)換成生物質(zhì)能，等等。原則上，太陽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，最終太陽能轉(zhuǎn)換的效率便越低。
2．2．1 太陽能-熱能轉(zhuǎn)換
??? 黑色吸收面吸收太陽輻射，可以將太陽能轉(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能吸收面。
??? 選擇性吸收面具有高的太陽吸收比和低的發(fā)射比，吸收太陽輻射的性能好，且輻射熱損失小，是比較理想的太陽能吸收面。這種吸收面由選擇性吸收材料制成，簡稱為選擇性涂層。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。
??? 我國自70年代開始研制選擇性涂層，取得了許多成果，并在太陽集熱器上廣泛使用，效果十分顯著。
2．2．2太陽能一電能轉(zhuǎn)換
??? 電能是一種高品位能量，利用、傳輸和分配都比較方便。將太陽能轉(zhuǎn)換為電能是大規(guī)模利用太陽能的重要技術(shù)基礎(chǔ)，世界各國都十分重視，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--太陽電池。
??? 世界上，1941年出現(xiàn)有關(guān)硅太陽電池報(bào)道，1954年研制成效率達(dá)6％的單晶硅太陽電池，1958年太陽電池應(yīng)用于衛(wèi)星供電。在70年代以前，由于太陽電池效率低，售價昂貴，主要應(yīng)用在空間。70年代以后，對太陽電池材料、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，世界上太陽電他的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：單晶硅電池24％（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），碲化鎬電池15．8％，硅帶電池14．6％，二氧化鈦有機(jī)納米電池10．96％。
??? 我國于1958年開始太陽電他的研究，40多年來取得不少成果。目前，我國太陽電他的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：單晶硅電池20．4％（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）。
2．2．3太陽能一氫能轉(zhuǎn)換
??? 氫能是一?種高品位能源。太陽能可以通過分解水或其它途徑轉(zhuǎn)換成氫能，即太陽能制氫，其主要方法如下：
?? 1）太陽能電解水制氫
??? 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）太陽能熱化學(xué)循環(huán)制氫
??? 為了降低太陽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，這將影響氫的價格，并造成環(huán)境污染。
? 4）太陽能光化學(xué)分解水制氫
??? 這一制氫過程與上述熱化學(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，增加對陽光中長
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，每小時可產(chǎn)氫97升，效率達(dá)10％左右。
?? 5）太陽能光電化學(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)體電極作陽極，而以鉑黑作陰極，制成太陽能光電化學(xué)電池，在太陽光照射下，陰極產(chǎn)生氫氣，陽極產(chǎn)生氧氣，兩電極用導(dǎo)線連接便有電流通過，即光電化學(xué)電池在太陽光的照射下同時實(shí)現(xiàn)了分解水制氫、制氧和獲得電能。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果引起世界各國科學(xué)家高度重視，認(rèn)為是太陽能技術(shù)上的一次突破。但是，光電化學(xué)電他制氫效率很低，僅0．4％，只能吸收太陽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）太陽光絡(luò)合催化分解水制氫
????? 從1972年以來，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)，并通過一系列偶聯(lián)過程，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)綠藻在無氧條件下，經(jīng)太陽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氧環(huán)境中適應(yīng)一段時間，在一定條件下都有光合放氫作用。
???? 目前，由于對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5萬平方公里接受的太陽能，通過光合放氫工程即可滿足美國的全部燃料需要。
2．2．4太陽能-生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換
???? 通過植物的光合作用，太陽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)換太陽能的過程，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，今后對其機(jī)理的研究具有重大的理論意義和實(shí)際意義。
2．2．5太陽能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換
??? 20世紀(jì)初，俄國物理學(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帆，在陽光的壓力作用下可推動宇宙飛船前進(jìn)，將太陽能直接轉(zhuǎn)換成機(jī)械能?？茖W(xué)家估計(jì)，在未來10～20年內(nèi)，太陽帆設(shè)想可以實(shí)現(xiàn)。
????? 通常，太陽能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，需要通過中間過程進(jìn)行間接轉(zhuǎn)換。
2．3 太陽能貯存
???? 地面上接受到的太陽能，受氣候、晝夜、季節(jié)的影響，具有間斷性和不穩(wěn)定性。因此，太陽能貯存十分必要，尤其對于大規(guī)模利用太陽能更為必要。
???? 太陽能不能直接貯存，必須轉(zhuǎn)換成其它形式能量才能貯存。大容量、長時間、經(jīng)濟(jì)地貯存太陽能，在技術(shù)上比較困難。本世紀(jì)初建造的太陽能裝置幾乎都不考慮太陽能貯存問題，目前太陽能貯存技術(shù)也還未成熟，發(fā)展比較緩慢，研究工作有待加強(qiáng)。
2.3.1 太陽能貯熱
???? （1）顯熱貯存
????? 利用材料的顯熱貯能是最簡單的貯能方法。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冷和分層問題，以保證工作溫度和使用壽命。
????? 太陽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，需要時才發(fā)生放熱反應(yīng)，貯存時間長。
????? 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)物和生成物無毒、無腐蝕、無可燃性；反應(yīng)熱大，反應(yīng)物價格低等，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)：Ca(0H）2＋63.6kJ←----→cao＋H2O
??? ???????????? 放熱?
??? 利用上述吸熱反應(yīng)貯存熱能，用熱時則通過放熱反應(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，對化學(xué)反應(yīng)貯存熱能尚需進(jìn)行深入研究，一時難以實(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)、硫酸氫鉸循環(huán)反應(yīng)等。
?? （4）塑晶貯熱
??? 1984年，美國在市場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，而是通過塑晶分子構(gòu)型發(fā)生固-固相變貯熱。塑晶在恒溫44℃時，白天吸收太陽能而貯存熱能，晚上則放出白天貯存的熱能。
??? 美國對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。
??? 我國對塑晶也開展了一些實(shí)驗(yàn)研究，但尚未實(shí)際應(yīng)用。
?? （5）太陽池貯熱
???? 太陽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能。由于它簡單、造價低和宜于大規(guī)模使用，引起人們的重視。60年代以后，許多國家對太陽池開展了研究，以色列還建成三座太陽池發(fā)電站。
??? 70年代以后，我國對太陽池也開展了研究，初步得到一些應(yīng)用。
2．3．2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。鉛酸蓄電池價格較低，但使用壽命短，重量大，需要經(jīng)常維護(hù)。近來開發(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，重量輕，但價格較貴，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、長時間貯存電能的要求。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超導(dǎo)無電阻的線圈內(nèi)貯存無限長的時間。這種超導(dǎo)貯能不經(jīng)過任何其它能量轉(zhuǎn)換直接貯存電能，效率高，起動迅速，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)。
2．3．3氫能貯存
????? 氫可以大量、長時間貯存。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，可以采用常壓濕式氣柜、高壓容器貯存；大量貯存時，可以貯存在地下貯倉、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)過程復(fù)雜，成本高，目前主要用作火箭發(fā)動機(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。我國對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。
2．3．4機(jī)械能貯存
????? 太陽能轉(zhuǎn)換為電能，推動電動水泵將低位水抽至高位，便能以位能的形式貯存太陽能；太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，推動熱機(jī)壓縮空氣，也能貯存太陽能。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，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，近來飛輪技術(shù)已成為國際上研究熱點(diǎn)，美國有20多個單位從事這項(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。我國已研制成貯能0．? 3kwh的小型實(shí)驗(yàn)飛輪。
????? 在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，飛輪可以代替蓄電池用于蓄電。
2．4太陽能傳輸
????? 太陽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，通過光的反射和折射進(jìn)行直接傳輸，或者將太陽能轉(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：通過反射鏡及其它光學(xué)元件組合，改變陽光的傳播方向，達(dá)到用能地點(diǎn)；通過光導(dǎo)纖維，可以將入射在其一端的陽光傳輸?shù)搅硪欢?，傳輸時光導(dǎo)纖維可任意彎曲；采用表面鍍有高反射涂層的光導(dǎo)管，通過反射可以將陽光導(dǎo)入室內(nèi)。
????? 間接傳輸適用于各種不同距離。將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，通過熱管可將太陽能傳輸?shù)绞覂?nèi)；將太陽能轉(zhuǎn)換為氫能或其它載能化學(xué)材料，通過車輛或管道等可輸送到用能地點(diǎn)；空間電站將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過微波或激光將電能傳輸?shù)降孛妗?br>??? 太陽能傳輸包含許多復(fù)雜的技術(shù)問題，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行研究，這樣才能更好地利用太陽能。
3．太陽能利用
??? 在過去的100年間，人們對各種太陽能利用方式進(jìn)行了廣泛的探索，逐步明確了發(fā)展方向，初步得到一些利用。70年代以后，世界各國加大了對太陽能研究開發(fā)的投入，太陽能熱水、太陽能建筑、太陽能光伏發(fā)電等利用項(xiàng)目發(fā)展速度加快，規(guī)模逐漸擴(kuò)大。但從總體而言，目前太陽能利用的規(guī)模還不大，技術(shù)尚不完善，商品化程度較低，需要繼續(xù)努力。
3．1太陽能熱發(fā)電
??? 太陽能熱發(fā)電是太陽能利用中的重要項(xiàng)目，只要將太陽能聚集起來，加熱工質(zhì)，驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)即能發(fā)電。1950年，原蘇聯(lián)設(shè)計(jì)了世界上第一座太陽能塔式電站，建造了一個小型試驗(yàn)裝置。70年代，太陽電池價格昂貴，效率較低，相對而言，太陽熱發(fā)電效率較高，技術(shù)比較成熟，因此當(dāng)時許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家都將太陽熱發(fā)電作為重點(diǎn)，投資興建了一批試驗(yàn)性太陽能熱發(fā)電站。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1981～1991年，全世界建造的太陽能熱發(fā)電站（500kw以上）約有20余座，發(fā)電功率最大達(dá)80MW。
??? 按太陽能采集方式劃分，太陽能熱發(fā)電站主要有塔式、槽式和盤式三類。這些電站基本上都是試驗(yàn)性的。例如，日本按照陽光計(jì)劃建造的一座IMW塔式電站，一座IMW槽式電站，完成了試驗(yàn)工作后即停止運(yùn)行。美國10MW太陽1號塔式電站，進(jìn)行一段時間試驗(yàn)運(yùn)行后及時進(jìn)行技術(shù)總結(jié)，很快將它改建為太陽：號電站，并于1996年1月投入運(yùn)行。
??? 80年代中期，人們對建成的太陽能熱發(fā)電站進(jìn)行技術(shù)總結(jié)后認(rèn)為，雖然太陽能熱發(fā)電在技術(shù)上可行，但投資過大（美國太陽：1號電站投資為1．42億美元），且降低造價十分困難，所以各國都改變了原來的計(jì)劃，使太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)逐漸冷落下來。例如，美國原計(jì)劃在1983～1995年建成5～10萬kW和10～30萬kw太陽能熱電站，結(jié)果沒有實(shí)現(xiàn)。
??? 正當(dāng)人們懷疑太陽能熱發(fā)電的時候，美國和以色列聯(lián)合組成的路茲太陽能熱發(fā)電國際有限公司，自1980年開始進(jìn)行太陽熱發(fā)電技術(shù)研究，主要開發(fā)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，5年后奇跡般地進(jìn)入商品化階段。該公司從1985年至1991年在美國加州沙漠建成9座槽式太陽能熱電站，總裝機(jī)容量353．8MW。電站的投資由：1號電站的5976美元／kW，降到8號電站的3011美元／kW，發(fā)電成本從26．5美分／kWh降到8．9美分／kwh。該公司滿懷信心，計(jì)劃到2000年，在加州建成裝機(jī)容量達(dá)800Mw槽式太陽能熱發(fā)電站，發(fā)電成本降到5～6美分／kWh。遺憾的是，1991年因路茲公司破產(chǎn)而使計(jì)劃中斷。
??? 路茲熱電站的成功實(shí)踐表明，不能簡單地否定太陽能熱發(fā)電技術(shù)，而應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行研究開發(fā)，不斷完善，使其早日實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。為此，以色列、德國和美國幾家公司進(jìn)行合作，繼續(xù)推動太陽能熱發(fā)電的發(fā)展，他們計(jì)劃在美國內(nèi)華達(dá)州建造兩座80MW槽式太陽能熱電站，兩座100MW太陽能與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站。在西班牙和摩洛哥分別建造135MW和18MW太陽能熱發(fā)電站各一座。
??? 盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)功率較小，一般為5～50kW，可以單獨(dú)分散發(fā)電，也可以組成較大的發(fā)電系統(tǒng)。美國、澳大利亞等國都有一些應(yīng)用，但規(guī)模不大。
??? 研究表明，盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于空間，與光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有氣動阻力低、發(fā)射質(zhì)量小和運(yùn)行費(fèi)用便宜等優(yōu)點(diǎn)，美國從1988年開始進(jìn)行可行性研究，計(jì)劃在近期進(jìn)行發(fā)射試驗(yàn)。
??? 在太陽能低溫發(fā)電計(jì)劃中，以色列在死海沿岸先后建造了三座太陽池發(fā)電站，第一座功率為150kW，于1979年投入運(yùn)行。以色列曾計(jì)劃圍繞死海建造一系列太陽池電站，以提供以色列全國三分之一用電需要。美國也曾計(jì)劃將加州南部薩爾頓海的一部分變?yōu)樘柍兀ㄔ?0～600萬kW太陽池電站。后來，以色列和美國太陽池發(fā)電計(jì)劃均作了改變。
??? 除了以上幾種太陽能熱發(fā)電方式外，1983年在西班牙建成一座太陽能抽風(fēng)式熱電站；以色列、美國等計(jì)劃建造太陽能磁流體熱發(fā)電試驗(yàn)裝置；還開展了太陽能海水溫差發(fā)電研究。適用于小功率的太陽能熱發(fā)電技術(shù)還有太陽能熱離子發(fā)電和溫差發(fā)電，它們在特殊場合得到了一些應(yīng)用。
??? 我國在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域受經(jīng)費(fèi)和技術(shù)條件的限制，開展的工作比較少。在“六五”期間建立了一套功率為lkW的太陽能塔式熱發(fā)電模擬裝置和一套功率為lkW的平板式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電模擬裝置。此外，我國還與美國合作設(shè)計(jì)并試制成功率為5kW的盤式太陽能發(fā)電裝置樣機(jī)。
3．2太陽能光伏發(fā)電
??? 自從實(shí)用性的硅太陽電池問世以來，世界上很快就開始太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用。發(fā)展初期，因太陽電池價格昂貴，光伏發(fā)電主要限于在空間為衛(wèi)星供電。隨著太陽電池技術(shù)提高，價格下降，光伏發(fā)電逐漸在地面得到應(yīng)用，規(guī)模也日益擴(kuò)大。據(jù)報(bào)道，1998年，全世界太陽電池組件生產(chǎn)量達(dá)到157．8MW，是1992年58。2MW的近3倍。近幾年國際上光伏發(fā)電加速發(fā)展，美國計(jì)劃到2010年安裝1000～3000MW太陽能電池，而日本計(jì)劃到2010年安裝7600MW太陽電池。
??? 光伏發(fā)電不消耗燃料，不受地域限制，規(guī)模大小隨意，可以獨(dú)立發(fā)電或并網(wǎng)發(fā)電，無噪聲、無污染，建設(shè)周期短，不用架設(shè)輸電線路，安全可靠，維護(hù)簡便，可以無人值守……，具有其它發(fā)電方式無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。它是大規(guī)模利用太陽能的重要技術(shù)基礎(chǔ)。
??? 從1958年美國發(fā)射的衛(wèi)星上首次使用太陽電池開始，至今全世界發(fā)射的4000余顆衛(wèi)星，90％以上采用光伏發(fā)電系統(tǒng)供電。所用太陽電池，大部分為硅單晶電池，近來開始采用砷化錠和磷化鋼電池。太陽電池方陣組裝方式有體裝式和帆板式兩種，功卒小至數(shù)瓦，大至上千瓦、幾十千瓦?？臻g光伏發(fā)電用的太陽電池要求，轉(zhuǎn)換效率高，重量輕，耐輻照性能好，溫度系數(shù)小等，今后發(fā)展重點(diǎn)是薄膜太陽電池。
??? 在衛(wèi)星上成功地實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電后，人們自然會提出建造空間電站的設(shè)想，利用空間太陽輻射強(qiáng)、不受晝夜、氣候、季節(jié)影響的有利條件，在空間將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，再用微波或激光傳輸?shù)降孛妗? 70年代，美國提出建造一座500萬kW空間電站的計(jì)劃，但經(jīng)過深入的分析論證，到1981年得出結(jié)論，認(rèn)為近期內(nèi)研制空間電站為時過早，經(jīng)濟(jì)上得不償失，以致后來改變了計(jì)劃。
??? 光伏發(fā)電用于地面之后，因價格貴而首先在一些特殊領(lǐng)域獲得應(yīng)用，如海上導(dǎo)航，牧區(qū)電圍欄，微波通訊，管道陰極保護(hù)等。隨著價格的下降，光伏發(fā)電逐漸擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，目前主要用于以下四個方面：
??? 消費(fèi)性產(chǎn)品，如非晶硅太陽電池供電的計(jì)算器，太陽能鐘表，太陽能照明燈具，太陽能收音機(jī)、電視機(jī)等，這類產(chǎn)品約占世界光伏產(chǎn)品銷售量的14％；
??? 遠(yuǎn)離電網(wǎng)居民供電系統(tǒng)，包括家庭分散供電和獨(dú)立光伏電站集中供電，其占世界光伏產(chǎn)品銷售量的35％；
??? 離網(wǎng)工業(yè)供電系統(tǒng)，其占世界光伏產(chǎn)品銷售量的33％；
??? 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其占世界光伏產(chǎn)品銷售量的18％。
??? 隨著光伏發(fā)電規(guī)模的擴(kuò)大，井網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將快速發(fā)展。80年代，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家建設(shè)的并網(wǎng)光伏電站規(guī)模從100kw到1MW不等，現(xiàn)在正計(jì)劃建設(shè)10MW并網(wǎng)光伏電站。此外，美國、德國、日本等國計(jì)劃建設(shè)的“太陽屋頂”，都采用并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。
??? 光伏發(fā)電在發(fā)展中國家也得到了一些應(yīng)用，但應(yīng)用重點(diǎn)是小型系統(tǒng)，主要解決無電或嚴(yán)重缺電地區(qū)家庭用電的需要。
??? 我國在1971年發(fā)射的第二顆衛(wèi)星上首次應(yīng)用太陽電池，1973年光伏發(fā)電開始在地面應(yīng)用。1985年以前，主要應(yīng)用在航標(biāo)燈、鐵路信號燈、黑光燈、電圍欄、小型通信機(jī)等特殊領(lǐng)域，也建立了少量光伏發(fā)電示范工程。90年代以來，光伏發(fā)電逐漸擴(kuò)展到通信、交通、石油、氣象、國防、農(nóng)村電氣化等許多方面，太陽電池使用量每年以高于20％的速率增長，到1998年底，我國太陽電池累計(jì)用量達(dá)13。2MW。以地區(qū)而言，當(dāng)前我國光伏發(fā)電的重點(diǎn)在青海、西藏、新疆、內(nèi)蒙、甘肅等無電和嚴(yán)重缺電的農(nóng)牧區(qū)。在這些地區(qū)已建成10～100kW光
伏電站40多座，推廣家用光伏電源15萬臺，總功率達(dá)2．9Mw。
3．3太陽能水泵
????? 在天氣炎熱干旱太陽輻射強(qiáng)的時候，正是太陽能水泵大顯身手之際。因此，在近代開發(fā)利用太陽能早期，人們就十分重視太陽能水泵的研制。1615年，世界上第一臺太陽能動力機(jī)就是一部抽水機(jī)；1901年在美國加州建成一臺每分鐘抽水5300升的太陽能水泵。以后，在世界各地又陸續(xù)建成一批太陽能水泵，這些水泵都是熱動力泵。1975年光伏水泵面世，批量投入生產(chǎn)，使用數(shù)量日益增多，大有取代太陽能熱動力水泵之勢。
??? 太陽能熱動力泵按工作溫度劃分有低溫、中溫和高溫三類。到1981年，全世界已安裝太陽能熱動力水泵100多臺，這些水泵主要分布在第三世界國家。? 80年代，非洲曾計(jì)劃建造5000臺太陽能熱動力水泵，印度計(jì)劃在1985年前興建2000座太陽能熱動力水泵。美國也計(jì)劃建造1000個太陽能熱動力灌溉系統(tǒng)。法國有幾家公司生產(chǎn)太陽能熱動力水泵，能提供6～83kw水泵系列產(chǎn)品，但太陽能熱動力水泵系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本高，廣泛應(yīng)用受到限制。
??? 80年代以后，聯(lián)合國開發(fā)署、世界銀行等國際組織經(jīng)過論證，確認(rèn)光伏水泵的先進(jìn)性、合理性和良好發(fā)展前景，從而大大推動了光伏水泵的應(yīng)用。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家推出了一批光伏水泵產(chǎn)品，其中丹麥的一家公司在世界各地銷售了數(shù)干臺光伏水泵。目前，全世界已有數(shù)萬臺光伏水泵在各地運(yùn)行。印度計(jì)劃在現(xiàn)有4000臺光伏水泵的基礎(chǔ)上，政府給予補(bǔ)貼，再推廣安裝50000臺光伏水泵。
??? 我國在80年代開展了太陽能熱動力水泵的研究，試制成平板集熱器型低溫太陽能熱動力水泵，采用隔膜泵抽水，晴好天氣，每天可抽水3～7噸，揚(yáng)程達(dá)18米。同時，也開展了中溫太陽能水泵的研制。在北京還建成由德國提供的風(fēng)能。太陽能熱動力混合式水泵一臺，功率為3kW。在90年代，我國開展了光伏水泵的研究，先后試制成百瓦級和干瓦級光伏水泵，并建立了光伏水泵生產(chǎn)企業(yè)，能批量生產(chǎn)百瓦級光伏水泵。目前，我國研制的2．5kW光伏水泵正在新疆運(yùn)行。
3．4太陽能熱水
??? 世界上第一臺太陽熱水器在100多年前誕生于美國，它是一種悶曬式熱水器。 70年代未，全世界約有300萬臺太陽熱水器。 80年代中期以后，工業(yè)發(fā)達(dá)國家太陽熱水器年銷售量徘徊在數(shù)十萬m2，其中美國約15萬m2，歐共體7。5萬m2。
??? 我國第一臺太陽熱水器出現(xiàn)在1958年。 70年代興起開發(fā)利用太陽能熱潮，各地研制成多種熱水器樣機(jī)并有小規(guī)模應(yīng)用，1979年我國太陽熱水器的產(chǎn)量僅之萬m2。1987年，我國從加拿大引進(jìn)銅鋁復(fù)合太陽條帶生產(chǎn)線；90年代，我國建立了全玻璃真空集熱管和熱管一玻璃真空集熱管工業(yè)，使我國太陽熱水器推廣應(yīng)用上了一個新臺階。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1992年我國太陽能熱水器銷售量超過50萬m2；1997年達(dá)350萬m2，其中悶曬式熱水器約90萬m2，平板熱水器約160萬m2，真空管熱水器100萬m2。近來，真空管熱水器銷量增長更快，平板熱水器的銷量有下降趨勢。目前，我國太陽熱水器產(chǎn)銷量均居世界首位。
???? 為了進(jìn)一步擴(kuò)大太陽熱水器的應(yīng)用，應(yīng)在以下方面進(jìn)行努力：將太陽熱水器與建筑有機(jī)結(jié)合，完善太陽熱水器功能，提高大陽熱水器的可靠性和耐久性，擴(kuò)大太陽熱水器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
3．5太陽能建筑
??? 早在本世紀(jì)30年代，美國就開始太陽房的試驗(yàn)研究，先后建成一批實(shí)驗(yàn)太陽房。 70年代，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家都將太陽房列入發(fā)展研究計(jì)劃，到80年代世界上建成的太陽房超過萬座。90年代后期，世界上又興起一股“太陽屋頂”熱，一些國家相繼提出“1萬屋頂”、“10萬屋頂”和“百萬屋頂”計(jì)劃，將太陽能建筑的發(fā)展推向一個新階段。、
??? 太陽能建筑基本上有三種形式：（1）被動式，這是一種構(gòu)造簡單、造價低、不需要任何輔助能源的建筑，通過建筑方位合理布置和建筑構(gòu)件的恰當(dāng)處理，以自然熱交換方式來獲得太陽能。70年代以來，在相當(dāng)長時間內(nèi)它成為太陽能建筑發(fā)展的主流。（2）主動式，這是一種構(gòu)造較復(fù)雜，造價較高，需要用電作為輔助能源的建筑。采暖降溫系統(tǒng)由太陽集熱器、風(fēng)機(jī)、泵、散熱器及貯熱器等組成。（3）“零能建筑”，這種建筑由“太陽屋頂”提供全部建筑所需要的能量，一般在屋頂安裝2～4kW太陽電池，且與電網(wǎng)井網(wǎng)。當(dāng)晴好天氣陽光充足
時，太陽電池可滿足一個家庭全部能量需要，富裕的電能可輸送給電網(wǎng)；當(dāng)天氣不好陽光不足時，則由電網(wǎng)供電。有的建筑還裝有太陽集熱器，為建筑供熱。由于目前太陽電池價格較高，普遍推廣“零能建筑”還有困難。
??? 我國第一座被動式太陽房建于1977年，地點(diǎn)在甘肅民勤縣，? 1977-1987年間，我國建成各種被動式太陽能采暖房約400棟，建筑面積10萬m2。到1996年底，全國建成不同類型被動式太陽房約1．5萬棟，建筑面積超過455萬m2。
3．6太陽灶
??? 世界上第一臺太陽灶的設(shè)計(jì)者是法國人穆肖，他在1860年奉法皇之命開發(fā)拋物鏡太陽灶，供在非洲的法軍使用。本世紀(jì)以來，不少國家對太陽灶進(jìn)行了研究，有的還利用熱管技術(shù)和光學(xué)原理研制室內(nèi)太陽灶，但從總體而言，世界上太陽灶使用量不大。
??? 我國第一臺太陽灶于1956年誕生在上海。經(jīng)過幾十年的努力，目前全國太陽灶的保有量達(dá)到30余萬臺，成為世界上推廣應(yīng)用太陽灶最多的國家。
??? 太陽灶基本上可分為熱箱式和聚光式兩大類：熱箱式太陽灶結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便，但功率有限，溫度不高，只適合蒸、炯、烤食物，而且炊事時間長，使用上限制較大?，F(xiàn)在絕大多數(shù)使用的是聚光式太陽灶，其炊事功率大，溫度高，炊事時間短，適用性強(qiáng)。我國在拋物鏡聚光太陽灶設(shè)計(jì)中提出的“偏軸聚光”和“三圓計(jì)算作圖法”具有獨(dú)創(chuàng)性，豐富了太陽灶的設(shè)計(jì)理論，提高了太陽灶的使用性能。
3．7太陽能干燥
??? 70年代以后，世界上建成一批太陽能干燥裝置。到80年代未、國外建成面積超過500m2的太陽能干燥器有7座，其中美國4座，印度2座，阿根廷1座。1978年投入運(yùn)行的美國加州太陽能葡萄干燥器，是世界上最大的太陽能干燥器，集熱器面積達(dá)1951m2，有396m2巖石貯熱床，每天可干燥6-7噸葡萄。此外，國外也有一些小型太陽能干燥器，如巴西有一種商用小型香蕉干燥器，集熱器面積3．5m2，干燥箱體積1m3，干燥500個香蕉兩天后即可出售。
??? 70年代以后，我國太陽能干燥器迅速發(fā)展，尤其在農(nóng)村，對許多農(nóng)副產(chǎn)品開展了太陽能干燥試驗(yàn)。1976一1986年間，各地建成60座左右太陽能干燥器，總采光面積達(dá)5000m2，但由于缺乏理論指導(dǎo)，這些干燥器大部分設(shè)計(jì)不夠合理，使用效果較差，有的很快不能使用。經(jīng)過“六五”科技攻關(guān)，我國太陽能干燥的研究和應(yīng)用水平有了較大提高，尤其建成的多座太陽能干燥示范裝置，起到了示范推動作用。目前全國建成的太陽能干燥裝置，總采光面積已達(dá)15000m2，但由于干燥物料的多樣性和干燥工藝不同，農(nóng)副產(chǎn)品的干燥又有季節(jié)性特點(diǎn)，太陽能干燥器在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化方面困難較大。
3．8太陽能制冷與空調(diào)
??? 1960年，世界上第一套太陽能氨一水吸收式空調(diào)系統(tǒng)在美國建成，制冷能力為5冷噸。? 70年代以后，隨著主動式太陽房的發(fā)展，太陽能制冷與空調(diào)也得到了發(fā)展，如日本在1974年竣工的八崎太陽房，裝有澳化臥水太陽能吸收式制冷裝置，制冷能力為1．3冷噸，1978年以后日本興建了80座八崎太陽房。1984-1990年在美國加州建成帶貯熱裝置和輔助能源的三套太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)，其中一套集熱面積為149m2，以天然氣為輔助能源，制冷能力10冷噸。
??? 70年代以后，我國也開始進(jìn)行太陽能制冷和空調(diào)研究，研制成幾臺小型實(shí)驗(yàn)性制冰機(jī)，其中有氨。水和澳化鉀-水吸收式制冰機(jī)以及固體吸附式制冰機(jī)。同時，對太陽能空調(diào)也進(jìn)行了試驗(yàn)研究，先后建成幾套小型空調(diào)系統(tǒng)。此外，還開展了太陽能除濕式降溫和輻射降溫試驗(yàn)。1998年，廣東江門100kw太陽能空調(diào)系統(tǒng)投入運(yùn)行，采用500m2集熱器供熱，燃油爐作為輔助熱源，兩級吸收式澳化鉀制冷機(jī)制冷，達(dá)到了實(shí)用要求。1999年，山東乳山100kw太陽能空調(diào)系統(tǒng)投入運(yùn)行，采用熱管式真空管集熱器供熱，目前，家用太陽能吸附式空調(diào)樣機(jī)已研制成功，即將投入商業(yè)化生產(chǎn)。
3．9太陽能其它利用
??? （1）海水淡化
??? 地球上97％是海水，淡水僅占3％，而且分布不均勻，有的地方淡水資源極為缺乏。于是，在1872年世界上第一座太陽能蒸餾器在智利誕生了，利用太陽能進(jìn)行海水淡化，日產(chǎn)淡水17．7噸，一直工作到1910年。到1974年，世界上建造的大型太陽能蒸餾器已有25座，其中日產(chǎn)淡水：噸以上的有十幾座，最大的一座面積達(dá)8640m2，日產(chǎn)淡水28．? 08噸。? 80年代以后，建造大型太陽能海水淡化裝置的報(bào)道較少。
??? 70年代，我國在海南歧蜈洲島和西沙中建島分別建成蒸發(fā)面積385m2、日產(chǎn)淡水1噸和蒸發(fā)面積50m2、日產(chǎn)淡水0.2噸太陽能蒸餾器各一座。
??? （2）太陽爐
??? 將陽光高倍聚光，在焦斑處可獲得高溫，最高達(dá)3500℃左右。利用這一高溫能進(jìn)行冶金、耐火材料、高溫化學(xué)反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)環(huán)境特別潔凈。1921年，德國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個由拋物面聚光器和透鏡組成的太陽爐。? 1933年又建造了一座聚光器和定日鏡組成的太陽爐。1951年，美國制成開口直徑3m的拋物鏡太陽爐。1952年，法國在比利牛斯山上建成世界上第一座大型太陽爐，功率達(dá)50kW，此后，美國、日本也相繼建成了一批功率為60-100kW的大型太陽爐。70年代，法國又在比利牛斯山奧德約設(shè)計(jì)建造了目前世界上最大的太陽爐，輸出功率達(dá)1000kW。估計(jì)全世界建造的太陽爐有數(shù)十座，但80年代以后鮮見報(bào)道。
?? 我國有兩臺小型太陽爐，直徑分別為0．? 95m和1．? 5m，焦斑處溫度高于3000℃，主要用于材料的高溫試驗(yàn)。
??? （3）太陽光催化治理環(huán)境
??? 80年代初，人們開始研究光催化治理環(huán)境，但以應(yīng)用人工光源中的紫外光為主，效果雖顯著，耗能卻很大，費(fèi)用較高。因此，國內(nèi)外研究者提出將太陽能與保護(hù)環(huán)境結(jié)合，開發(fā)太陽光催化降解治理環(huán)境污染技術(shù)。美國率先進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，他們將被三氯乙烯嚴(yán)重污染的地下水泵出地面，加入TiO2粉未催化劑，利用槽式拋物面聚光鏡會聚陽光，令污水流過設(shè)置在焦線上的玻璃管，進(jìn)行光催化反應(yīng)，結(jié)果使水中三氯乙烯濃度從180ppb降到0．6ppb以下，而美國飲用水的標(biāo)準(zhǔn)為6pp匕這是世界上太陽光催化成功治理污染水的典型例子。目前，正在開展的太陽光催化降解治理環(huán)境的項(xiàng)目很多，主要有：空氣中有害物質(zhì)的光催化去除，廢水中有機(jī)污染物和金屬污染物降解，飲用水的深度處理等。
??? 我國對太陽光催化治理環(huán)境也開展了實(shí)驗(yàn)研究工作，取得一些成果。
??? （4）能源植物
??? 為了開辟太陽能利用新途徑，1973年美國諾貝爾獎金獲得者卡爾文博士，提出種植能源作物設(shè)想。他將通過光合作用產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏闹参锝y(tǒng)稱為能源植物。目前全世界已知的能源植物有數(shù)千種，它們可以作為石油一樣的能源資源進(jìn)行開發(fā)利用。他在美國加州試種了美國香槐（一年生植物），其分泌的汁液與柴油相似，可以提煉成優(yōu)質(zhì)燃料。古巴香膠樹，高達(dá)30余米，在樹上鉆一個直徑約12mm的小孔直至樹心，插一根管子即會流出黃色油狀液體，一晝夜可收集2025升油，將其放入油箱即可發(fā)動柴油發(fā)動機(jī)。金鼠草是一種草本植物，0．4公頃土地種植的金鼠草，收獲后可提煉0．8噸燃料油。
??? 甜高粱是當(dāng)前世界各國比較關(guān)注的一種能源作物，我國也進(jìn)行了種植，每畝沈農(nóng)甜雜2號甜高粱，收獲后可提取267；4升酒精，而酒精是一種十分優(yōu)良的代用燃料。
??? 70年代以來，人們對能源植物進(jìn)行了廣泛的選取和研究，希望能找到光合作用效率高、利用轉(zhuǎn)化簡便的 植物品種，為此人們?nèi)栽诶^續(xù)努力。
??? 太陽能利用領(lǐng)域極其廣闊，除以上介紹的一些項(xiàng)目外，諸如太陽能汽車、太陽能飛機(jī)、太陽能熱泵等還很多，同時新的利用技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)，限于篇幅，本文不能一一予以介紹，請讀者諒解。
4．展望
??? 20世紀(jì)太陽能科技發(fā)展和太陽能利用實(shí)踐，為21世紀(jì)大規(guī)模利用太陽能奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。近來，世界上一些著名分析預(yù)測研究機(jī)構(gòu)、跨國公司、太陽能專家和一些國家政府紛紛預(yù)測，認(rèn)為21世紀(jì)中葉即2050年前后，太陽能（含風(fēng)能、生物質(zhì)能）在世界能源構(gòu)成中將占50％的份額，那時太陽能將成為世界可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)能源。對于這一預(yù)測，有人支持，也有人懷疑，意見不完全一致。為了科學(xué)地看待這一問題，我們可以從世界礦物能源生產(chǎn)和消費(fèi)、全球環(huán)境保護(hù)以及太陽能科技進(jìn)步三個方面進(jìn)行一些分析，以便得出比較客觀的結(jié)論。
??? 世界能源消費(fèi)量增長一倍，在本世紀(jì)初大約需要50年，到本世紀(jì)中期縮短到30年，進(jìn)入80年代大約只要15年。全球礦物能源的消費(fèi)量越來越大，而全球礦物能源貯量卻十分有限。全球石油貯量約1300億噸，目前全球石油的年消耗量約35億噸，而亞洲石油的消耗量在激增之中。如果這種趨勢不變，則在今后25年中將平均年消耗50億噸石油，足以把全部貯量耗盡。即使在此期間有新油田發(fā)現(xiàn)，專家估計(jì)全球石油貯量也不會超過2000億噸，全球石油資源在三、五十年內(nèi)將枯竭。今后用什么來代替石油？70年代“石油危機(jī)”以后，曾把主要希望寄托在煤的氣化和液化，30年快過去了，而這方面的收效甚微，復(fù)雜的技術(shù)和巨大的投資，制約了氣化煤和液化煤的廣泛使用。
??? 社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需要能源的支撐。但是，用增加煤炭消耗來彌補(bǔ)石油不足，是一條以環(huán)境為代價的能源發(fā)展道路，是完全行不通的。據(jù)測定，直接燃燒：噸煤，產(chǎn)生粉塵3-11kg，二氧化硫60kg，二氧化氮3-9kg，還有大量二氧化碳。我國1995年排放的煙塵為1744萬噸，二氧化硫?yàn)?370萬噸，其中燃煤排放的分別占70％和85％。目前，我國每年燃煤排放的碳已達(dá)10億噸。煤炭的大量開發(fā)利用是造成全球環(huán)境惡化的主要原因。根據(jù)1992年聯(lián)合國召開的世界環(huán)境與發(fā)展大會的要求，煤炭的消費(fèi)不僅不能增加，而應(yīng)予以限制并逐步減少。
??? 另外，我們可以通過對太陽能利用中最重要的光伏發(fā)電進(jìn)行一些分析，以評估太陽能在下一世紀(jì)的發(fā)展前景。
??? 以70年代不變價計(jì)算，近30年間，太陽電池的價格下降了數(shù)十倍。專家預(yù)測，通過擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)進(jìn)步，2030年以后，光伏發(fā)電對常規(guī)發(fā)電開始具有競爭力。2050年，太陽電池的價格將比現(xiàn)在下降1Q倍，即每瓦4．5元左右，每千瓦時的電價約0；2元左右。從現(xiàn)在起經(jīng)過50年的發(fā)展，那時光伏發(fā)電量將占全球總發(fā)電量的一半。
??? 以上分析表明，21世紀(jì)全球能源結(jié)構(gòu)必將發(fā)生根本性變化。當(dāng)今占主導(dǎo)地位的石油將逐漸減少直至枯竭，完成其歷史使命；煤炭的利用將受到限制，但考慮發(fā)展中國家發(fā)展經(jīng)濟(jì)的需要，在2030年前可能還會有所增長，此后將逐漸下降；核能利用，因核安全和核廢料處理技術(shù)尚未完全解決，若無技術(shù)上突破，在今后50年內(nèi)發(fā)達(dá)國家會逐漸關(guān)閉核電站，發(fā)展中國家還會新建一些核電站，二者相抵，總數(shù)上不會有什么增加，相反還會有所減少；太陽能和其它可再生能源將替代石油和煤炭，逐漸成為世界能源的主角。
??? 對2050年各種一次能源在世界能源構(gòu)成中所占的比例進(jìn)行預(yù)測，可以得出如下結(jié)果：石油0（或甚微），天然氣13％，煤20％，核能10％，水電5％，太陽能（含風(fēng)能、生物質(zhì)能）50％，其它2％。
21世紀(jì)是人類大規(guī)模利用太陽能的世紀(jì)，這是不以任何人的意志為轉(zhuǎn)移的歷史發(fā)展必然結(jié)果。?
據(jù)記載，人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動力加以利用，只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”，“未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近來的事。20世紀(jì)70年代以來，太陽能科技突飛猛進(jìn)，太陽能利用日新月異。回顧和總結(jié)本世紀(jì)太陽能科技發(fā)展的歷程，對21世紀(jì)太陽能事業(yè)的發(fā)展十分有意義，本文對此作了嘗試。
1．歷史回顧
??? 近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門?德?考克斯在世界上發(fā)明第一臺太陽能驅(qū)動的發(fā)動機(jī)算起。該發(fā)明是一臺利用太陽能加熱空氣使其膨脹作功而抽水的機(jī)器。在1615年-1900年之間，世界上又研制成多臺太陽能動力裝置和一些其它太陽能裝置。這些動力裝置幾乎全部采用聚光方式采集陽光，發(fā)動機(jī)功率不大，工質(zhì)主要是水蒸汽，價格昂貴，實(shí)用價值不大，大部分為太陽能愛好者個人研究制造。20世紀(jì)的100年間，太陽能科技發(fā)展歷史大體可分為七個階段，下面分別予以介紹。
1．1第一階段1900-1920
??? 在這一階段，世界上太陽能研究的重點(diǎn)仍是太陽能動力裝置，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，造價仍然很高。建造的典型裝置有：1901年，在美國加州建成一臺太陽能抽水裝置，采用截頭圓錐聚光器，功率：7.36kW；1902-1908年，在美國建造了五套雙循環(huán)太陽能發(fā)動機(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由5個拋物槽鏡組成的太陽能水泵，每個長62.5m，寬4m，總采光面積達(dá)1250m2。
1．2第二階段（1920-1945）
??? 在這20多年中，太陽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（1935-1945）有關(guān)，而太陽能又不能解決當(dāng)時對能源的急需，因此使太陽能研究工作逐漸受到冷落。
1．3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題，從而逐漸推動了太陽能研究工作的恢復(fù)和開展，并且成立太陽能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會，再次興起太陽能研究熱潮。在這一階段，太陽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際太陽熱科學(xué)會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，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成實(shí)用型硅太陽電池，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，法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐。1960年，在美國佛羅里達(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，一臺帶有石英窗的斯特林發(fā)動機(jī)問世。在這一階段里，加強(qiáng)了太陽能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，取得了如太陽選擇性涂層和硅太陽電池等技術(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)性太陽房。對難度較大的斯特林發(fā)動機(jī)和塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了初步研究。
1．4第四階段門(1965-1973)
這一階段，太陽能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽能利用技術(shù)處于成長階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競爭，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支持。
1．5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)和決定一個國家生死存亡、發(fā)展和衰退的關(guān)鍵因素，1973年10月爆發(fā)中東戰(zhàn)爭，石油輸出國組織采取石油減產(chǎn)、提價等辦法，支持中東人民的斗爭，維護(hù)本國的利益。其結(jié)果是使那些依靠從中東地區(qū)大量進(jìn)口廉價石油的國家，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)識到：現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)必須徹底改變，應(yīng)加速向未來能源結(jié)構(gòu)過渡。從而使許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，重新加強(qiáng)了對太陽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)利用太陽能熱潮。? 1973年，美國制定了政府級陽光發(fā)電計(jì)劃，太陽能研究經(jīng)費(fèi)大幅度增長，并且成立太陽能開發(fā)銀行，促進(jìn)太陽能產(chǎn)品的商業(yè)化。日本在1974年公布了政府制定的“陽光計(jì)劃”，其中太陽能的研究開發(fā)項(xiàng)目有：太陽房、工業(yè)太陽能系統(tǒng)、太陽熱發(fā)電、太陽電他生產(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)利用太陽能熱潮，對我國也產(chǎn)生了巨大影響。一些有遠(yuǎn)見的科技人員，紛紛投身太陽能事業(yè)，積極向政府有關(guān)部門提建議，出書辦刊，介紹國際上太陽能利用動態(tài)；在農(nóng)村推廣應(yīng)用太陽灶，在城市研制開發(fā)太陽熱水器，空間用的太陽電池開始在地面應(yīng)用……。? 1975年，在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗(yàn)交流大會”，進(jìn)一步推動了我國太陽能事業(yè)的發(fā)展。這次會議之后，太陽能研究和推廣工作納入了我國政府計(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)立太陽能課題組和研究室，有的地方開始籌建太陽能研究所。當(dāng)時，我國也興起了開發(fā)利用太陽能的熱潮。
這一時期，太陽能開發(fā)利用工作處于前所未有的大發(fā)展時期，具有以下特點(diǎn)：
（1）各國加強(qiáng)了太陽能研究工作的計(jì)劃性，不少國家制定了近期和遠(yuǎn)期陽光計(jì)劃。開發(fā)利用太陽能成為政府行為，支持力度大大加強(qiáng)。國際間的合作十分活躍，一些第三世界國家開始積極參與太陽能開發(fā)利用工作。
（2）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、非晶硅太陽電池、光解水制氫、太陽能熱發(fā)電等。
（3）各國制定的太陽能發(fā)展計(jì)劃，普遍存在要求過高、過急問題，對實(shí)施過程中的困難估計(jì)不足，希望在較短的時間內(nèi)取代礦物能源，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用太陽能。例如，美國曾計(jì)劃在1985年建造一座小型太陽能示范衛(wèi)星電站，1995年建成一座500萬kW空間太陽能電站。事實(shí)上，這一計(jì)劃后來進(jìn)行了調(diào)整，至今空間太陽能電站還未升空。
（4）太陽熱水器、太陽電他等產(chǎn)品開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，太陽能產(chǎn)業(yè)初步建立，但規(guī)模較小，經(jīng)濟(jì)效益尚不理想
1．6第六階段（1980-1992）
70年代興起的開發(fā)利用太陽能熱潮，進(jìn)入80年代后不久開始落潮，逐漸進(jìn)入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經(jīng)費(fèi)，其中美國最為突出。
??? 導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是：世界石油價格大幅度回落，而太陽能產(chǎn)品價格居高不下，缺乏競爭力；太陽能技術(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)，以致動搖了一些人開發(fā)利用太陽能的信心；核電發(fā)展較快，對太陽能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。受80年代國際上太陽能低落的影響，我國太陽能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太陽能利用投資大、效果差、貯能難、占地廣，認(rèn)為太陽能是未來能源，主張外國研究成功后我國引進(jìn)技術(shù)。雖然，持這種觀點(diǎn)的人是少數(shù)，但十分有害，對我國太陽能事業(yè)的發(fā)展造成不良影響。
??? 這一階段，雖然太陽能開發(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)，爭取以較少的投入取得較大的成果。
1．7 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)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會”，會議通過了《里約熱內(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言》，《2I世紀(jì)議程》和《聯(lián)合國氣候變化框架公約》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。這次會議之后，世界各國加強(qiáng)了清潔能源技術(shù)的開發(fā)，將利用太陽能與環(huán)境保護(hù)結(jié)合在一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強(qiáng)。
??? 世界環(huán)發(fā)大會之后，我國政府對環(huán)境與發(fā)展十分重視，提出10條對策和措施，明確要“因地制宜地開發(fā)和推廣太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能等清潔能源”，制定了《中國21世紀(jì)議程》，進(jìn)一步明確了太陽能重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。1995年國家計(jì)委、國家科委和國家經(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)的對策和措施。這些文件的制定和實(shí)施，對進(jìn)一步推動我國太陽能事業(yè)發(fā)揮了重要作用。
??? 1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”，會后發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言》，會上討論了《世界太陽能10年行動計(jì)劃》（1996- 2005），《國際太陽能公約》，《世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件。這次會議進(jìn)一步表明了聯(lián)合國和世界各國對開發(fā)太陽能的堅(jiān)定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。
??? 1992年以后，世界太陽能利用又進(jìn)入一個發(fā)展期，其特點(diǎn)是：太陽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，為實(shí)現(xiàn)世界太陽能發(fā)展戰(zhàn)略而努力；太陽能發(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、過熱過急的弊端，保證太陽能事業(yè)的長期發(fā)展；在加大太陽能研究開發(fā)力度的同時，注意科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)，加速商業(yè)化進(jìn)程，擴(kuò)大太陽能利用領(lǐng)域和規(guī)模，經(jīng)濟(jì)效益逐漸提高；國際太陽能領(lǐng)域的合作空前活躍，規(guī)模擴(kuò)大，效果明顯。
??? 通過以上回顧可知，在本世紀(jì)100年間太陽能發(fā)展道路并不平坦，一般每次高潮期后都會出現(xiàn)低潮期，處于低潮的時間大約有45年。太陽能利用的發(fā)展歷程與煤、石油、核能完全不同，人們對其認(rèn)識差別大，反復(fù)多，發(fā)展時間長。這一方面說明太陽能開發(fā)難度大，短時間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用；另一方面也說明太陽能利用還受礦物能源供應(yīng)，政治和戰(zhàn)爭等因素的影響，發(fā)展道路比較曲折。盡管如此，從總體來看，20世紀(jì)取得的太陽能科技進(jìn)步仍比以往任何一個世紀(jì)都大。
2．太陽能科技進(jìn)步
??? 太陽能利用涉及的技術(shù)問題很多，但根據(jù)太陽能的特點(diǎn)，具有共性的技術(shù)主要有四項(xiàng)，即太陽能采集、太陽能轉(zhuǎn)換、太陽能貯存和太陽能傳輸，將這些技術(shù)與其它相關(guān)技術(shù)結(jié)合在一起，便能進(jìn)行太陽能的實(shí)際利用。
2．1太陽能采集
??? 太陽輻射的能流密度低，在利用太陽能時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），對太陽能進(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；聚光集熱器能將陽光會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。
2．1．1平板集熱器
??? 歷史上早期出現(xiàn)的太陽能裝置，主要為太陽能動力裝置，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，國外一般采用高頻焊，國內(nèi)以往采用介質(zhì)焊，199S年我國也開發(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，通過消化吸收，現(xiàn)在國內(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、聚碳酸酯陽光板以及透明蜂窩等作為蓋板材料，但這些材料價格較高，一時難以推廣應(yīng)用。
2．1．2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，玻璃七型管真空集熱管，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。
??? 我國自1978年從美國引進(jìn)全玻璃真空集熱管的樣管以來，經(jīng)20多年的努力，我國已經(jīng)建立了擁有自主知識產(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。
??? 我國自80年代中期開始研制熱管真空集熱管，經(jīng)過十幾年的努力，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。
2。1．3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。為了滿足太陽能利用的要求，簡化跟蹤機(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、高溫太陽能利用的要求，但由于造價高，限制了它們的廣泛應(yīng)用。
??? 70年代，國際上出現(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，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以下時可以固定安裝，不作調(diào)整。當(dāng)時，不少人對CPC評價很高，甚至認(rèn)為是太陽能熱利用技術(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。我國不少單位在七八十年代曾對CPC進(jìn)行過研制，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巴黎用二塊透鏡聚集陽光進(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能高溫爐。顯然，玻璃透鏡比較重，制造工藝復(fù)雜，造價高，很難做得很大。所以，折射式聚光器長期沒有什么發(fā)展。70年代，國際上有人研制大型菲涅耳透鏡，試圖用于制作太陽能聚光集熱器。菲涅耳透鏡是平面化的聚光鏡，重量輕，價格比較低，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，主要用于聚光太陽電池發(fā)電系統(tǒng)。
??? 我國從70年代直至90年代，對用于太陽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，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，陽光通過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），可吸收太陽光中與熒光吸收帶波長一致的部分，然后以比吸收帶波長更長的發(fā)射帶波長放出熒光。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。
2．2太陽能轉(zhuǎn)換
??? 太陽能是一種輻射能，具有即時性，必須即時轉(zhuǎn)換成其它形式能量才能利用和貯存。將太陽能轉(zhuǎn)換成不同形式的能量需要不同的能量轉(zhuǎn)換器，集熱器通過吸收面可以將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，利用光伏效應(yīng)太陽電池可以將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，通過光合作用植物可以將太陽能轉(zhuǎn)換成生物質(zhì)能，等等。原則上，太陽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，最終太陽能轉(zhuǎn)換的效率便越低。
2．2．1 太陽能-熱能轉(zhuǎn)換
??? 黑色吸收面吸收太陽輻射，可以將太陽能轉(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能吸收面。
??? 選擇性吸收面具有高的太陽吸收比和低的發(fā)射比，吸收太陽輻射的性能好，且輻射熱損失小，是比較理想的太陽能吸收面。這種吸收面由選擇性吸收材料制成，簡稱為選擇性涂層。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。
??? 我國自70年代開始研制選擇性涂層，取得了許多成果，并在太陽集熱器上廣泛使用，效果十分顯著。
2．2．2太陽能一電能轉(zhuǎn)換
??? 電能是一種高品位能量，利用、傳輸和分配都比較方便。將太陽能轉(zhuǎn)換為電能是大規(guī)模利用太陽能的重要技術(shù)基礎(chǔ)，世界各國都十分重視，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--太陽電池。
??? 世界上，1941年出現(xiàn)有關(guān)硅太陽電池報(bào)道，1954年研制成效率達(dá)6％的單晶硅太陽電池，1958年太陽電池應(yīng)用于衛(wèi)星供電。在70年代以前，由于太陽電池效率低，售價昂貴，主要應(yīng)用在空間。70年代以后，對太陽電池材料、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，世界上太陽電他的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：單晶硅電池24％（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），碲化鎬電池15．8％，硅帶電池14．6％，二氧化鈦有機(jī)納米電池10．96％。
??? 我國于1958年開始太陽電他的研究，40多年來取得不少成果。目前，我國太陽電他的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：單晶硅電池20．4％（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）。
2．2．3太陽能一氫能轉(zhuǎn)換
??? 氫能是一?種高品位能源。太陽能可以通過分解水或其它途徑轉(zhuǎn)換成氫能，即太陽能制氫，其主要方法如下：
?? 1）太陽能電解水制氫
??? 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）太陽能熱化學(xué)循環(huán)制氫
??? 為了降低太陽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，這將影響氫的價格，并造成環(huán)境污染。
? 4）太陽能光化學(xué)分解水制氫
??? 這一制氫過程與上述熱化學(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，增加對陽光中長
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，每小時可產(chǎn)氫97升，效率達(dá)10％左右。
?? 5）太陽能光電化學(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)體電極作陽極，而以鉑黑作陰極，制成太陽能光電化學(xué)電池，在太陽光照射下，陰極產(chǎn)生氫氣，陽極產(chǎn)生氧氣，兩電極用導(dǎo)線連接便有電流通過，即光電化學(xué)電池在太陽光的照射下同時實(shí)現(xiàn)了分解水制氫、制氧和獲得電能。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果引起世界各國科學(xué)家高度重視，認(rèn)為是太陽能技術(shù)上的一次突破。但是，光電化學(xué)電他制氫效率很低，僅0．4％，只能吸收太陽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）太陽光絡(luò)合催化分解水制氫
????? 從1972年以來，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)，并通過一系列偶聯(lián)過程，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)綠藻在無氧條件下，經(jīng)太陽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氧環(huán)境中適應(yīng)一段時間，在一定條件下都有光合放氫作用。
???? 目前，由于對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5萬平方公里接受的太陽能，通過光合放氫工程即可滿足美國的全部燃料需要。
2．2．4太陽能-生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換
???? 通過植物的光合作用，太陽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)換太陽能的過程，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，今后對其機(jī)理的研究具有重大的理論意義和實(shí)際意義。
2．2．5太陽能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換
??? 20世紀(jì)初，俄國物理學(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帆，在陽光的壓力作用下可推動宇宙飛船前進(jìn)，將太陽能直接轉(zhuǎn)換成機(jī)械能?？茖W(xué)家估計(jì)，在未來10～20年內(nèi)，太陽帆設(shè)想可以實(shí)現(xiàn)。
????? 通常，太陽能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，需要通過中間過程進(jìn)行間接轉(zhuǎn)換。
2．3 太陽能貯存
???? 地面上接受到的太陽能，受氣候、晝夜、季節(jié)的影響，具有間斷性和不穩(wěn)定性。因此，太陽能貯存十分必要，尤其對于大規(guī)模利用太陽能更為必要。
???? 太陽能不能直接貯存，必須轉(zhuǎn)換成其它形式能量才能貯存。大容量、長時間、經(jīng)濟(jì)地貯存太陽能，在技術(shù)上比較困難。本世紀(jì)初建造的太陽能裝置幾乎都不考慮太陽能貯存問題，目前太陽能貯存技術(shù)也還未成熟，發(fā)展比較緩慢，研究工作有待加強(qiáng)。
2.3.1 太陽能貯熱
???? （1）顯熱貯存
????? 利用材料的顯熱貯能是最簡單的貯能方法。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冷和分層問題，以保證工作溫度和使用壽命。
????? 太陽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，需要時才發(fā)生放熱反應(yīng)，貯存時間長。
????? 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)物和生成物無毒、無腐蝕、無可燃性；反應(yīng)熱大，反應(yīng)物價格低等，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)：Ca(0H）2＋63.6kJ←----→cao＋H2O
??? ???????????? 放熱?
??? 利用上述吸熱反應(yīng)貯存熱能，用熱時則通過放熱反應(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，對化學(xué)反應(yīng)貯存熱能尚需進(jìn)行深入研究，一時難以實(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)、硫酸氫鉸循環(huán)反應(yīng)等。
?? （4）塑晶貯熱
??? 1984年，美國在市場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，而是通過塑晶分子構(gòu)型發(fā)生固-固相變貯熱。塑晶在恒溫44℃時，白天吸收太陽能而貯存熱能，晚上則放出白天貯存的熱能。
??? 美國對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。
??? 我國對塑晶也開展了一些實(shí)驗(yàn)研究，但尚未實(shí)際應(yīng)用。
?? （5）太陽池貯熱
???? 太陽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能。由于它簡單、造價低和宜于大規(guī)模使用，引起人們的重視。60年代以后，許多國家對太陽池開展了研究，以色列還建成三座太陽池發(fā)電站。
??? 70年代以后，我國對太陽池也開展了研究，初步得到一些應(yīng)用。
2．3．2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。鉛酸蓄電池價格較低，但使用壽命短，重量大，需要經(jīng)常維護(hù)。近來開發(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，重量輕，但價格較貴，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、長時間貯存電能的要求。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超導(dǎo)無電阻的線圈內(nèi)貯存無限長的時間。這種超導(dǎo)貯能不經(jīng)過任何其它能量轉(zhuǎn)換直接貯存電能，效率高，起動迅速，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)。
2．3．3氫能貯存
????? 氫可以大量、長時間貯存。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，可以采用常壓濕式氣柜、高壓容器貯存；大量貯存時，可以貯存在地下貯倉、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)過程復(fù)雜，成本高，目前主要用作火箭發(fā)動機(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。我國對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。
2．3．4機(jī)械能貯存
????? 太陽能轉(zhuǎn)換為電能，推動電動水泵將低位水抽至高位，便能以位能的形式貯存太陽能；太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，推動熱機(jī)壓縮空氣，也能貯存太陽能。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，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，近來飛輪技術(shù)已成為國際上研究熱點(diǎn)，美國有20多個單位從事這項(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。我國已研制成貯能0．? 3kwh的小型實(shí)驗(yàn)飛輪。
????? 在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，飛輪可以代替蓄電池用于蓄電。
2．4太陽能傳輸
????? 太陽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，通過光的反射和折射進(jìn)行直接傳輸，或者將太陽能轉(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：通過反射鏡及其它光學(xué)元件組合，改變陽光的傳播方向，達(dá)到用能地點(diǎn)；通過光導(dǎo)纖維，可以將入射在其一端的陽光傳輸?shù)搅硪欢?，傳輸時光導(dǎo)纖維可任意彎曲；采用表面鍍有高反射涂層的光導(dǎo)管，通過反射可以將陽光導(dǎo)入室內(nèi)。
????? 間接傳輸適用于各種不同距離。將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，通過熱管可將太陽能傳輸?shù)绞覂?nèi)；將太陽能轉(zhuǎn)換為氫能或其它載能化學(xué)材料，通過車輛或管道等可輸送到用能地點(diǎn)；空間電站將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過微波或激光將電能傳輸?shù)降孛妗?br>??? 太陽能傳輸包含許多復(fù)雜的技術(shù)問題，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行研究，這樣才能更好地利用太陽能。
3．太陽能利用
??? 在過去的100年間，人們對各種太陽能利用方式進(jìn)行了廣泛的探索，逐步明確了發(fā)展方向，初步得到一些利用。70年代以后，世界各國加大了對太陽能研究開發(fā)的投入，太陽能熱水、太陽能建筑、太陽能光伏發(fā)電等利用項(xiàng)目發(fā)展速度加快，規(guī)模逐漸擴(kuò)大。但從總體而言，目前太陽能利用的規(guī)模還不大，技術(shù)尚不完善，商品化程度較低，需要繼續(xù)努力。
3．1太陽能熱發(fā)電
??? 太陽能熱發(fā)電是太陽能利用中的重要項(xiàng)目，只要將太陽能聚集起來，加熱工質(zhì)，驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)即能發(fā)電。1950年，原蘇聯(lián)設(shè)計(jì)了世界上第一座太陽能塔式電站，建造了一個小型試驗(yàn)裝置。70年代，太陽電池價格昂貴，效率較低，相對而言，太陽熱發(fā)電效率較高，技術(shù)比較成熟，因此當(dāng)時許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家都將太陽熱發(fā)電作為重點(diǎn)，投資興建了一批試驗(yàn)性太陽能熱發(fā)電站。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1981～1991年，全世界建造的太陽能熱發(fā)電站（500kw以上）約有20余座，發(fā)電功率最大達(dá)80MW。
??? 按太陽能采集方式劃分，太陽能熱發(fā)電站主要有塔式、槽式和盤式三類。這些電站基本上都是試驗(yàn)性的。例如，日本按照陽光計(jì)劃建造的一座IMW塔式電站，一座IMW槽式電站，完成了試驗(yàn)工作后即停止運(yùn)行。美國10MW太陽1號塔式電站，進(jìn)行一段時間試驗(yàn)運(yùn)行后及時進(jìn)行技術(shù)總結(jié)，很快將它改建為太陽：號電站，并于1996年1月投入運(yùn)行。
??? 80年代中期，人們對建成的太陽能熱發(fā)電站進(jìn)行技術(shù)總結(jié)后認(rèn)為，雖然太陽能熱發(fā)電在技術(shù)上可行，但投資過大（美國太陽：1號電站投資為1．42億美元），且降低造價十分困難，所以各國都改變了原來的計(jì)劃，使太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)逐漸冷落下來。例如，美國原計(jì)劃在1983～1995年建成5～10萬kW和10～30萬kw太陽能熱電站，結(jié)果沒有實(shí)現(xiàn)。
??? 正當(dāng)人們懷疑太陽能熱發(fā)電的時候，美國和以色列聯(lián)合組成的路茲太陽能熱發(fā)電國際有限公司，自1980年開始進(jìn)行太陽熱發(fā)電技術(shù)研究，主要開發(fā)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，5年后奇跡般地進(jìn)入商品化階段。該公司從1985年至1991年在美國加州沙漠建成9座槽式太陽能熱電站，總裝機(jī)容量353．8MW。電站的投資由：1號電站的5976美元／kW，降到8號電站的3011美元／kW，發(fā)電成本從26．5美分／kWh降到8．9美分／kwh。該公司滿懷信心，計(jì)劃到2000年，在加州建成裝機(jī)容量達(dá)800Mw槽式太陽能熱發(fā)電站，發(fā)電成本降到5～6美分／kWh。遺憾的是，1991年因路茲公司破產(chǎn)而使計(jì)劃中斷。
??? 路茲熱電站的成功實(shí)踐表明，不能簡單地否定太陽能熱發(fā)電技術(shù)，而應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行研究開發(fā)，不斷完善，使其早日實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。為此，以色列、德國和美國幾家公司進(jìn)行合作，繼續(xù)推動太陽能熱發(fā)電的發(fā)展，他們計(jì)劃在美國內(nèi)華達(dá)州建造兩座80MW槽式太陽能熱電站，兩座100MW太陽能與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站。在西班牙和摩洛哥分別建造135MW和18MW太陽能熱發(fā)電站各一座。
??? 盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)功率較小，一般為5～50kW，可以單獨(dú)分散發(fā)電，也可以組成較大的發(fā)電系統(tǒng)。美國、澳大利亞等國都有一些應(yīng)用，但規(guī)模不大。
??? 研究表明，盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于空間，與光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有氣動阻力低、發(fā)射質(zhì)量小和運(yùn)行費(fèi)用便宜等優(yōu)點(diǎn)，美國從1988年開始進(jìn)行可行性研究，計(jì)劃在近期進(jìn)行發(fā)射試驗(yàn)。
??? 在太陽能低溫發(fā)電計(jì)劃中，以色列在死海沿岸先后建造了三座太陽池發(fā)電站，第一座功率為150kW，于1979年投入運(yùn)行。以色列曾計(jì)劃圍繞死海建造一系列太陽池電站，以提供以色列全國三分之一用電需要。美國也曾計(jì)劃將加州南部薩爾頓海的一部分變?yōu)樘柍兀ㄔ?0～600萬kW太陽池電站。后來，以色列和美國太陽池發(fā)電計(jì)劃均作了改變。
??? 除了以上幾種太陽能熱發(fā)電方式外，1983年在西班牙建成一座太陽能抽風(fēng)式熱電站；以色列、美國等計(jì)劃建造太陽能磁流體熱發(fā)電試驗(yàn)裝置；還開展了太陽能海水溫差發(fā)電研究。適用于小功率的太陽能熱發(fā)電技術(shù)還有太陽能熱離子發(fā)電和溫差發(fā)電，它們在特殊場合得到了一些應(yīng)用。
??? 我國在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域受經(jīng)費(fèi)和技術(shù)條件的限制，開展的工作比較少。在“六五”期間建立了一套功率為lkW的太陽能塔式熱發(fā)電模擬裝置和一套功率為lkW的平板式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電模擬裝置。此外，我國還與美國合作設(shè)計(jì)并試制成功率為5kW的盤式太陽能發(fā)電裝置樣機(jī)。
3．2太陽能光伏發(fā)電
??? 自從實(shí)用性的硅太陽電池問世以來，世界上很快就開始太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用。發(fā)展初期，因太陽電池價格昂貴，光伏發(fā)電主要限于在空間為衛(wèi)星供電。隨著太陽電池技術(shù)提高，價格下降，光伏發(fā)電逐漸在地面得到應(yīng)用，規(guī)模也日益擴(kuò)大。據(jù)報(bào)道，1998年，全世界太陽電池組件生產(chǎn)量達(dá)到157．8MW，是1992年58。2MW的近3倍。近幾年國際上光伏發(fā)電加速發(fā)展，美國計(jì)劃到2010年安裝1000～3000MW太陽能電池，而日本計(jì)劃到2010年安裝7600MW太陽電池。
??? 光伏發(fā)電不消耗燃料，不受地域限制，規(guī)模大小隨意，可以獨(dú)立發(fā)電或并網(wǎng)發(fā)電，無噪聲、無污染，建設(shè)周期短，不用架設(shè)輸電線路，安全可靠，維護(hù)簡便，可以無人值守……，具有其它發(fā)電方式無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。它是大規(guī)模利用太陽能的重要技術(shù)基礎(chǔ)。
??? 從1958年美國發(fā)射的衛(wèi)星上首次使用太陽電池開始，至今全世界發(fā)射的4000余顆衛(wèi)星，90％以上采用光伏發(fā)電系統(tǒng)供電。所用太陽電池，大部分為硅單晶電池，近來開始采用砷化錠和磷化鋼電池。太陽電池方陣組裝方式有體裝式和帆板式兩種，功卒小至數(shù)瓦，大至上千瓦、幾十千瓦?？臻g光伏發(fā)電用的太陽電池要求，轉(zhuǎn)換效率高，重量輕，耐輻照性能好，溫度系數(shù)小等，今后發(fā)展重點(diǎn)是薄膜太陽電池。
??? 在衛(wèi)星上成功地實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電后，人們自然會提出建造空間電站的設(shè)想，利用空間太陽輻射強(qiáng)、不受晝夜、氣候、季節(jié)影響的有利條件，在空間將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，再用微波或激光傳輸?shù)降孛妗? 70年代，美國提出建造一座500萬kW空間電站的計(jì)劃，但經(jīng)過深入的分析論證，到1981年得出結(jié)論，認(rèn)為近期內(nèi)研制空間電站為時過早，經(jīng)濟(jì)上得不償失，以致后來改變了計(jì)劃。
??? 光伏發(fā)電用于地面之后，因價格貴而首先在一些特殊領(lǐng)域獲得應(yīng)用，如海上導(dǎo)航，牧區(qū)電圍欄，微波通訊，管道陰極保護(hù)等。隨著價格的下降，光伏發(fā)電逐漸擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，目前主要用于以下四個方面：
??? 消費(fèi)性產(chǎn)品，如非晶硅太陽電池供電的計(jì)算器，太陽能鐘表，太陽能照明燈具，太陽能收音機(jī)、電視機(jī)等，這類產(chǎn)品約占世界光伏產(chǎn)品銷售量的14％；
??? 遠(yuǎn)離電網(wǎng)居民供電系統(tǒng)，包括家庭分散供電和獨(dú)立光伏電站集中供電，其占世界光伏產(chǎn)品銷售量的35％；
??? 離網(wǎng)工業(yè)供電系統(tǒng)，其占世界光伏產(chǎn)品銷售量的33％；
??? 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其占世界光伏產(chǎn)品銷售量的18％。
??? 隨著光伏發(fā)電規(guī)模的擴(kuò)大，井網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將快速發(fā)展。80年代，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家建設(shè)的并網(wǎng)光伏電站規(guī)模從100kw到1MW不等，現(xiàn)在正計(jì)劃建設(shè)10MW并網(wǎng)光伏電站。此外，美國、德國、日本等國計(jì)劃建設(shè)的“太陽屋頂”，都采用并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。
??? 光伏發(fā)電在發(fā)展中國家也得到了一些應(yīng)用，但應(yīng)用重點(diǎn)是小型系統(tǒng)，主要解決無電或嚴(yán)重缺電地區(qū)家庭用電的需要。
??? 我國在1971年發(fā)射的第二顆衛(wèi)星上首次應(yīng)用太陽電池，1973年光伏發(fā)電開始在地面應(yīng)用。1985年以前，主要應(yīng)用在航標(biāo)燈、鐵路信號燈、黑光燈、電圍欄、小型通信機(jī)等特殊領(lǐng)域，也建立了少量光伏發(fā)電示范工程。90年代以來，光伏發(fā)電逐漸擴(kuò)展到通信、交通、石油、氣象、國防、農(nóng)村電氣化等許多方面，太陽電池使用量每年以高于20％的速率增長，到1998年底，我國太陽電池累計(jì)用量達(dá)13。2MW。以地區(qū)而言，當(dāng)前我國光伏發(fā)電的重點(diǎn)在青海、西藏、新疆、內(nèi)蒙、甘肅等無電和嚴(yán)重缺電的農(nóng)牧區(qū)。在這些地區(qū)已建成10～100kW光
伏電站40多座，推廣家用光伏電源15萬臺，總功率達(dá)2．9Mw。
3．3太陽能水泵
????? 在天氣炎熱干旱太陽輻射強(qiáng)的時候，正是太陽能水泵大顯身手之際。因此，在近代開發(fā)利用太陽能早期，人們就十分重視太陽能水泵的研制。1615年，世界上第一臺太陽能動力機(jī)就是一部抽水機(jī)；1901年在美國加州建成一臺每分鐘抽水5300升的太陽能水泵。以后，在世界各地又陸續(xù)建成一批太陽能水泵，這些水泵都是熱動力泵。1975年光伏水泵面世，批量投入生產(chǎn)，使用數(shù)量日益增多，大有取代太陽能熱動力水泵之勢。
??? 太陽能熱動力泵按工作溫度劃分有低溫、中溫和高溫三類。到1981年，全世界已安裝太陽能熱動力水泵100多臺，這些水泵主要分布在第三世界國家。? 80年代，非洲曾計(jì)劃建造5000臺太陽能熱動力水泵，印度計(jì)劃在1985年前興建2000座太陽能熱動力水泵。美國也計(jì)劃建造1000個太陽能熱動力灌溉系統(tǒng)。法國有幾家公司生產(chǎn)太陽能熱動力水泵，能提供6～83kw水泵系列產(chǎn)品，但太陽能熱動力水泵系統(tǒng)復(fù)雜，制造成本高，廣泛應(yīng)用受到限制。
??? 80年代以后，聯(lián)合國開發(fā)署、世界銀行等國際組織經(jīng)過論證，確認(rèn)光伏水泵的先進(jìn)性、合理性和良好發(fā)展前景，從而大大推動了光伏水泵的應(yīng)用。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家推出了一批光伏水泵產(chǎn)品，其中丹麥的一家公司在世界各地銷售了數(shù)干臺光伏水泵。目前，全世界已有數(shù)萬臺光伏水泵在各地運(yùn)行。印度計(jì)劃在現(xiàn)有4000臺光伏水泵的基礎(chǔ)上，政府給予補(bǔ)貼，再推廣安裝50000臺光伏水泵。
??? 我國在80年代開展了太陽能熱動力水泵的研究，試制成平板集熱器型低溫太陽能熱動力水泵，采用隔膜泵抽水，晴好天氣，每天可抽水3～7噸，揚(yáng)程達(dá)18米。同時，也開展了中溫太陽能水泵的研制。在北京還建成由德國提供的風(fēng)能。太陽能熱動力混合式水泵一臺，功率為3kW。在90年代，我國開展了光伏水泵的研究，先后試制成百瓦級和干瓦級光伏水泵，并建立了光伏水泵生產(chǎn)企業(yè)，能批量生產(chǎn)百瓦級光伏水泵。目前，我國研制的2．5kW光伏水泵正在新疆運(yùn)行。
3．4太陽能熱水
??? 世界上第一臺太陽熱水器在100多年前誕生于美國，它是一種悶曬式熱水器。 70年代未，全世界約有300萬臺太陽熱水器。 80年代中期以后，工業(yè)發(fā)達(dá)國家太陽熱水器年銷售量徘徊在數(shù)十萬m2，其中美國約15萬m2，歐共體7。5萬m2。
??? 我國第一臺太陽熱水器出現(xiàn)在1958年。 70年代興起開發(fā)利用太陽能熱潮，各地研制成多種熱水器樣機(jī)并有小規(guī)模應(yīng)用，1979年我國太陽熱水器的產(chǎn)量僅之萬m2。1987年，我國從加拿大引進(jìn)銅鋁復(fù)合太陽條帶生產(chǎn)線；90年代，我國建立了全玻璃真空集熱管和熱管一玻璃真空集熱管工業(yè)，使我國太陽熱水器推廣應(yīng)用上了一個新臺階。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1992年我國太陽能熱水器銷售量超過50萬m2；1997年達(dá)350萬m2，其中悶曬式熱水器約90萬m2，平板熱水器約160萬m2，真空管熱水器100萬m2。近來，真空管熱水器銷量增長更快，平板熱水器的銷量有下降趨勢。目前，我國太陽熱水器產(chǎn)銷量均居世界首位。
???? 為了進(jìn)一步擴(kuò)大太陽熱水器的應(yīng)用，應(yīng)在以下方面進(jìn)行努力：將太陽熱水器與建筑有機(jī)結(jié)合，完善太陽熱水器功能，提高大陽熱水器的可靠性和耐久性，擴(kuò)大太陽熱水器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
3．5太陽能建筑
??? 早在本世紀(jì)30年代，美國就開始太陽房的試驗(yàn)研究，先后建成一批實(shí)驗(yàn)太陽房。 70年代，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家都將太陽房列入發(fā)展研究計(jì)劃，到80年代世界上建成的太陽房超過萬座。90年代后期，世界上又興起一股“太陽屋頂”熱，一些國家相繼提出“1萬屋頂”、“10萬屋頂”和“百萬屋頂”計(jì)劃，將太陽能建筑的發(fā)展推向一個新階段。、
??? 太陽能建筑基本上有三種形式：（1）被動式，這是一種構(gòu)造簡單、造價低、不需要任何輔助能源的建筑，通過建筑方位合理布置和建筑構(gòu)件的恰當(dāng)處理，以自然熱交換方式來獲得太陽能。70年代以來，在相當(dāng)長時間內(nèi)它成為太陽能建筑發(fā)展的主流。（2）主動式，這是一種構(gòu)造較復(fù)雜，造價較高，需要用電作為輔助能源的建筑。采暖降溫系統(tǒng)由太陽集熱器、風(fēng)機(jī)、泵、散熱器及貯熱器等組成。（3）“零能建筑”，這種建筑由“太陽屋頂”提供全部建筑所需要的能量，一般在屋頂安裝2～4kW太陽電池，且與電網(wǎng)井網(wǎng)。當(dāng)晴好天氣陽光充足
時，太陽電池可滿足一個家庭全部能量需要，富裕的電能可輸送給電網(wǎng)；當(dāng)天氣不好陽光不足時，則由電網(wǎng)供電。有的建筑還裝有太陽集熱器，為建筑供熱。由于目前太陽電池價格較高，普遍推廣“零能建筑”還有困難。
??? 我國第一座被動式太陽房建于1977年，地點(diǎn)在甘肅民勤縣，? 1977-1987年間，我國建成各種被動式太陽能采暖房約400棟，建筑面積10萬m2。到1996年底，全國建成不同類型被動式太陽房約1．5萬棟，建筑面積超過455萬m2。
3．6太陽灶
??? 世界上第一臺太陽灶的設(shè)計(jì)者是法國人穆肖，他在1860年奉法皇之命開發(fā)拋物鏡太陽灶，供在非洲的法軍使用。本世紀(jì)以來，不少國家對太陽灶進(jìn)行了研究，有的還利用熱管技術(shù)和光學(xué)原理研制室內(nèi)太陽灶，但從總體而言，世界上太陽灶使用量不大。
??? 我國第一臺太陽灶于1956年誕生在上海。經(jīng)過幾十年的努力，目前全國太陽灶的保有量達(dá)到30余萬臺，成為世界上推廣應(yīng)用太陽灶最多的國家。
??? 太陽灶基本上可分為熱箱式和聚光式兩大類：熱箱式太陽灶結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用方便，但功率有限，溫度不高，只適合蒸、炯、烤食物，而且炊事時間長，使用上限制較大?，F(xiàn)在絕大多數(shù)使用的是聚光式太陽灶，其炊事功率大，溫度高，炊事時間短，適用性強(qiáng)。我國在拋物鏡聚光太陽灶設(shè)計(jì)中提出的“偏軸聚光”和“三圓計(jì)算作圖法”具有獨(dú)創(chuàng)性，豐富了太陽灶的設(shè)計(jì)理論，提高了太陽灶的使用性能。
3．7太陽能干燥
??? 70年代以后，世界上建成一批太陽能干燥裝置。到80年代未、國外建成面積超過500m2的太陽能干燥器有7座，其中美國4座，印度2座，阿根廷1座。1978年投入運(yùn)行的美國加州太陽能葡萄干燥器，是世界上最大的太陽能干燥器，集熱器面積達(dá)1951m2，有396m2巖石貯熱床，每天可干燥6-7噸葡萄。此外，國外也有一些小型太陽能干燥器，如巴西有一種商用小型香蕉干燥器，集熱器面積3．5m2，干燥箱體積1m3，干燥500個香蕉兩天后即可出售。
??? 70年代以后，我國太陽能干燥器迅速發(fā)展，尤其在農(nóng)村，對許多農(nóng)副產(chǎn)品開展了太陽能干燥試驗(yàn)。1976一1986年間，各地建成60座左右太陽能干燥器，總采光面積達(dá)5000m2，但由于缺乏理論指導(dǎo)，這些干燥器大部分設(shè)計(jì)不夠合理，使用效果較差，有的很快不能使用。經(jīng)過“六五”科技攻關(guān)，我國太陽能干燥的研究和應(yīng)用水平有了較大提高，尤其建成的多座太陽能干燥示范裝置，起到了示范推動作用。目前全國建成的太陽能干燥裝置，總采光面積已達(dá)15000m2，但由于干燥物料的多樣性和干燥工藝不同，農(nóng)副產(chǎn)品的干燥又有季節(jié)性特點(diǎn)，太陽能干燥器在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化方面困難較大。
3．8太陽能制冷與空調(diào)
??? 1960年，世界上第一套太陽能氨一水吸收式空調(diào)系統(tǒng)在美國建成，制冷能力為5冷噸。? 70年代以后，隨著主動式太陽房的發(fā)展，太陽能制冷與空調(diào)也得到了發(fā)展，如日本在1974年竣工的八崎太陽房，裝有澳化臥水太陽能吸收式制冷裝置，制冷能力為1．3冷噸，1978年以后日本興建了80座八崎太陽房。1984-1990年在美國加州建成帶貯熱裝置和輔助能源的三套太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)，其中一套集熱面積為149m2，以天然氣為輔助能源，制冷能力10冷噸。
??? 70年代以后，我國也開始進(jìn)行太陽能制冷和空調(diào)研究，研制成幾臺小型實(shí)驗(yàn)性制冰機(jī)，其中有氨。水和澳化鉀-水吸收式制冰機(jī)以及固體吸附式制冰機(jī)。同時，對太陽能空調(diào)也進(jìn)行了試驗(yàn)研究，先后建成幾套小型空調(diào)系統(tǒng)。此外，還開展了太陽能除濕式降溫和輻射降溫試驗(yàn)。1998年，廣東江門100kw太陽能空調(diào)系統(tǒng)投入運(yùn)行，采用500m2集熱器供熱，燃油爐作為輔助熱源，兩級吸收式澳化鉀制冷機(jī)制冷，達(dá)到了實(shí)用要求。1999年，山東乳山100kw太陽能空調(diào)系統(tǒng)投入運(yùn)行，采用熱管式真空管集熱器供熱，目前，家用太陽能吸附式空調(diào)樣機(jī)已研制成功，即將投入商業(yè)化生產(chǎn)。
3．9太陽能其它利用
??? （1）海水淡化
??? 地球上97％是海水，淡水僅占3％，而且分布不均勻，有的地方淡水資源極為缺乏。于是，在1872年世界上第一座太陽能蒸餾器在智利誕生了，利用太陽能進(jìn)行海水淡化，日產(chǎn)淡水17．7噸，一直工作到1910年。到1974年，世界上建造的大型太陽能蒸餾器已有25座，其中日產(chǎn)淡水：噸以上的有十幾座，最大的一座面積達(dá)8640m2，日產(chǎn)淡水28．? 08噸。? 80年代以后，建造大型太陽能海水淡化裝置的報(bào)道較少。
??? 70年代，我國在海南歧蜈洲島和西沙中建島分別建成蒸發(fā)面積385m2、日產(chǎn)淡水1噸和蒸發(fā)面積50m2、日產(chǎn)淡水0.2噸太陽能蒸餾器各一座。
??? （2）太陽爐
??? 將陽光高倍聚光，在焦斑處可獲得高溫，最高達(dá)3500℃左右。利用這一高溫能進(jìn)行冶金、耐火材料、高溫化學(xué)反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)環(huán)境特別潔凈。1921年，德國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個由拋物面聚光器和透鏡組成的太陽爐。? 1933年又建造了一座聚光器和定日鏡組成的太陽爐。1951年，美國制成開口直徑3m的拋物鏡太陽爐。1952年，法國在比利牛斯山上建成世界上第一座大型太陽爐，功率達(dá)50kW，此后，美國、日本也相繼建成了一批功率為60-100kW的大型太陽爐。70年代，法國又在比利牛斯山奧德約設(shè)計(jì)建造了目前世界上最大的太陽爐，輸出功率達(dá)1000kW。估計(jì)全世界建造的太陽爐有數(shù)十座，但80年代以后鮮見報(bào)道。
?? 我國有兩臺小型太陽爐，直徑分別為0．? 95m和1．? 5m，焦斑處溫度高于3000℃，主要用于材料的高溫試驗(yàn)。
??? （3）太陽光催化治理環(huán)境
??? 80年代初，人們開始研究光催化治理環(huán)境，但以應(yīng)用人工光源中的紫外光為主，效果雖顯著，耗能卻很大，費(fèi)用較高。因此，國內(nèi)外研究者提出將太陽能與保護(hù)環(huán)境結(jié)合，開發(fā)太陽光催化降解治理環(huán)境污染技術(shù)。美國率先進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，他們將被三氯乙烯嚴(yán)重污染的地下水泵出地面，加入TiO2粉未催化劑，利用槽式拋物面聚光鏡會聚陽光，令污水流過設(shè)置在焦線上的玻璃管，進(jìn)行光催化反應(yīng)，結(jié)果使水中三氯乙烯濃度從180ppb降到0．6ppb以下，而美國飲用水的標(biāo)準(zhǔn)為6pp匕這是世界上太陽光催化成功治理污染水的典型例子。目前，正在開展的太陽光催化降解治理環(huán)境的項(xiàng)目很多，主要有：空氣中有害物質(zhì)的光催化去除，廢水中有機(jī)污染物和金屬污染物降解，飲用水的深度處理等。
??? 我國對太陽光催化治理環(huán)境也開展了實(shí)驗(yàn)研究工作，取得一些成果。
??? （4）能源植物
??? 為了開辟太陽能利用新途徑，1973年美國諾貝爾獎金獲得者卡爾文博士，提出種植能源作物設(shè)想。他將通過光合作用產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏闹参锝y(tǒng)稱為能源植物。目前全世界已知的能源植物有數(shù)千種，它們可以作為石油一樣的能源資源進(jìn)行開發(fā)利用。他在美國加州試種了美國香槐（一年生植物），其分泌的汁液與柴油相似，可以提煉成優(yōu)質(zhì)燃料。古巴香膠樹，高達(dá)30余米，在樹上鉆一個直徑約12mm的小孔直至樹心，插一根管子即會流出黃色油狀液體，一晝夜可收集2025升油，將其放入油箱即可發(fā)動柴油發(fā)動機(jī)。金鼠草是一種草本植物，0．4公頃土地種植的金鼠草，收獲后可提煉0．8噸燃料油。
??? 甜高粱是當(dāng)前世界各國比較關(guān)注的一種能源作物，我國也進(jìn)行了種植，每畝沈農(nóng)甜雜2號甜高粱，收獲后可提取267；4升酒精，而酒精是一種十分優(yōu)良的代用燃料。
??? 70年代以來，人們對能源植物進(jìn)行了廣泛的選取和研究，希望能找到光合作用效率高、利用轉(zhuǎn)化簡便的 植物品種，為此人們?nèi)栽诶^續(xù)努力。
??? 太陽能利用領(lǐng)域極其廣闊，除以上介紹的一些項(xiàng)目外，諸如太陽能汽車、太陽能飛機(jī)、太陽能熱泵等還很多，同時新的利用技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)，限于篇幅，本文不能一一予以介紹，請讀者諒解。
4．展望
??? 20世紀(jì)太陽能科技發(fā)展和太陽能利用實(shí)踐，為21世紀(jì)大規(guī)模利用太陽能奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。近來，世界上一些著名分析預(yù)測研究機(jī)構(gòu)、跨國公司、太陽能專家和一些國家政府紛紛預(yù)測，認(rèn)為21世紀(jì)中葉即2050年前后，太陽能（含風(fēng)能、生物質(zhì)能）在世界能源構(gòu)成中將占50％的份額，那時太陽能將成為世界可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)能源。對于這一預(yù)測，有人支持，也有人懷疑，意見不完全一致。為了科學(xué)地看待這一問題，我們可以從世界礦物能源生產(chǎn)和消費(fèi)、全球環(huán)境保護(hù)以及太陽能科技進(jìn)步三個方面進(jìn)行一些分析，以便得出比較客觀的結(jié)論。
??? 世界能源消費(fèi)量增長一倍，在本世紀(jì)初大約需要50年，到本世紀(jì)中期縮短到30年，進(jìn)入80年代大約只要15年。全球礦物能源的消費(fèi)量越來越大，而全球礦物能源貯量卻十分有限。全球石油貯量約1300億噸，目前全球石油的年消耗量約35億噸，而亞洲石油的消耗量在激增之中。如果這種趨勢不變，則在今后25年中將平均年消耗50億噸石油，足以把全部貯量耗盡。即使在此期間有新油田發(fā)現(xiàn)，專家估計(jì)全球石油貯量也不會超過2000億噸，全球石油資源在三、五十年內(nèi)將枯竭。今后用什么來代替石油？70年代“石油危機(jī)”以后，曾把主要希望寄托在煤的氣化和液化，30年快過去了，而這方面的收效甚微，復(fù)雜的技術(shù)和巨大的投資，制約了氣化煤和液化煤的廣泛使用。
??? 社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需要能源的支撐。但是，用增加煤炭消耗來彌補(bǔ)石油不足，是一條以環(huán)境為代價的能源發(fā)展道路，是完全行不通的。據(jù)測定，直接燃燒：噸煤，產(chǎn)生粉塵3-11kg，二氧化硫60kg，二氧化氮3-9kg，還有大量二氧化碳。我國1995年排放的煙塵為1744萬噸，二氧化硫?yàn)?370萬噸，其中燃煤排放的分別占70％和85％。目前，我國每年燃煤排放的碳已達(dá)10億噸。煤炭的大量開發(fā)利用是造成全球環(huán)境惡化的主要原因。根據(jù)1992年聯(lián)合國召開的世界環(huán)境與發(fā)展大會的要求，煤炭的消費(fèi)不僅不能增加，而應(yīng)予以限制并逐步減少。
??? 另外，我們可以通過對太陽能利用中最重要的光伏發(fā)電進(jìn)行一些分析，以評估太陽能在下一世紀(jì)的發(fā)展前景。
??? 以70年代不變價計(jì)算，近30年間，太陽電池的價格下降了數(shù)十倍。專家預(yù)測，通過擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)進(jìn)步，2030年以后，光伏發(fā)電對常規(guī)發(fā)電開始具有競爭力。2050年，太陽電池的價格將比現(xiàn)在下降1Q倍，即每瓦4．5元左右，每千瓦時的電價約0；2元左右。從現(xiàn)在起經(jīng)過50年的發(fā)展，那時光伏發(fā)電量將占全球總發(fā)電量的一半。
??? 以上分析表明，21世紀(jì)全球能源結(jié)構(gòu)必將發(fā)生根本性變化。當(dāng)今占主導(dǎo)地位的石油將逐漸減少直至枯竭，完成其歷史使命；煤炭的利用將受到限制，但考慮發(fā)展中國家發(fā)展經(jīng)濟(jì)的需要，在2030年前可能還會有所增長，此后將逐漸下降；核能利用，因核安全和核廢料處理技術(shù)尚未完全解決，若無技術(shù)上突破，在今后50年內(nèi)發(fā)達(dá)國家會逐漸關(guān)閉核電站，發(fā)展中國家還會新建一些核電站，二者相抵，總數(shù)上不會有什么增加，相反還會有所減少；太陽能和其它可再生能源將替代石油和煤炭，逐漸成為世界能源的主角。
??? 對2050年各種一次能源在世界能源構(gòu)成中所占的比例進(jìn)行預(yù)測，可以得出如下結(jié)果：石油0（或甚微），天然氣13％，煤20％，核能10％，水電5％，太陽能（含風(fēng)能、生物質(zhì)能）50％，其它2％。
21世紀(jì)是人類大規(guī)模利用太陽能的世紀(jì)，這是不以任何人的意志為轉(zhuǎn)移的歷史發(fā)展必然結(jié)果。?
工商網(wǎng)監(jiān)
評論