如何利用太陽能資源？

太陽給地球帶來生機。自古以來，人類就十分關(guān)注這一能量的源泉?？涓缸啡盏纳裨捁适拢褪呛芎玫淖C明。但是，直到近代，人們才對太陽有了科學(xué)的認識：太陽是居于太陽系中心的恒星，其中心溫度高達1500萬℃，表面溫度高達6000℃；它以氫為燃料進行持續(xù)的核聚變從而放出巨大的能量，并向四面八方輻射光和熱，包括地球在內(nèi)的太陽系各大行星。

地球每年接收的太陽能約為1021 J，相當(dāng)于1000億t石油的能量，是目前人類化石能源年消耗量的10倍。因此，太陽能可以充足、可持續(xù)地作為人類的直接或間接能源。太陽能的另一大優(yōu)勢是清潔性，使用太陽能不會產(chǎn)生廢氣和廢料，對環(huán)境友好。除了這些優(yōu)勢外：太陽能也有其本身的局限性，包括分散性和間歇性。太陽光可近似為6000℃的黑體輻射分散在地球表面，包括6%的紫外光（波長小于380nm）、52%的可見光（波長為380~780 nm）和42%的紅外光（波長大于780nm）。當(dāng)通過大氣層時，有將近一半的能量被反射和吸收，光譜中出現(xiàn)凹凸不平的形狀，是由于大氣中臭氧、水、氧氣、二氧化碳等分子的振動吸收造成的。實際到達地面的太陽能能量密度只有1.37 kW/m2（太陽光直射時）。因此，需要較大的受光面積才能達到較大的功率。此外，地球自轉(zhuǎn)造成的晝夜更替、地球公轉(zhuǎn)造成的季節(jié)變化和局部天氣變化，均會造成日照強度隨時間和地點的變化而變化。這種不穩(wěn)定的能源輸出，需要新的技術(shù)來實現(xiàn)按時按需地使用。

我們無時無刻不在利用太陽能。太陽能的利用形式多種多樣，主要可以概括為三種方式：①光化學(xué)轉(zhuǎn)化。自然界中植物的光合作用就是利用太陽光提供能量，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成糖類分子，并釋放氧氣。②光熱轉(zhuǎn)化。這類應(yīng)用廣泛存在于我們的生活和生產(chǎn)中，例如晾曬衣物，或者是將太陽光聚集起來加熱熔鹽，然后加熱蒸汽直接利用，或者利用高溫蒸汽推動汽輪機進行間接發(fā)電。③光伏發(fā)電。通過太陽能光伏電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，用來驅(qū)動常見的電氣電子設(shè)備，如手機、電腦、機器人和電動汽車等。

供稿單位：重慶市產(chǎn)學(xué)研合作促進會

作者：潘復(fù)生，中國工程院院士、重慶大學(xué)教授、重慶市科學(xué)技術(shù)協(xié)會主席

審核專家：毛弋，重慶市科學(xué)傳播專家團首席專家，重慶電子工程職業(yè)學(xué)院教授

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