人类理想的能源:太阳能

随着经济的发展和社会的进步，人们对能源提出了越来越高的要求。寻找新能源已经成为人类面临的一项紧迫任务。现有三种主要能源，即热能、水力和核能。火力发电需要燃烧煤和石油等化石燃料。一方面，化石燃料储量有限，燃烧越来越少，面临枯竭的危险。据估计，再过30年，世界石油资源将枯竭。另一方面，燃烧燃料会排放二氧化碳和硫的氧化物，从而造成温室效应和酸雨，并恶化地球环境。水电将淹没大量土地，这可能导致生态环境的破坏，如果大型水库崩溃，后果将不堪设想。此外，一个国家的水资源是有限的，也受到季节的影响。核电在正常情况下是干净的，但一旦发生核泄漏，后果也是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故已经造成900万人遭受不同程度的损害，而且影响没有停止。所有这些迫使人们寻找新能源。新能源必须同时满足两个条件:一是资源丰富，不会枯竭；第二，它是安全和清洁的，不会威胁人类或破坏环境。目前，有两种新能源，一种是太阳能，另一种是燃料电池。此外，风力发电也可视为辅助新能源。其中，最理想的新能源是大洋能源。太阳能发电是最理想的新能源。照射在地球上的太阳能非常大。大约40分钟照射在地球上的太阳能足以满足全球人类一年的能源消耗。可以说，太阳能确实是取之不尽的能源。此外，太阳能发电绝对干净，不会造成公共危害。因此，太阳能发电被认为是理想的能源。根据普伦蒂斯的太阳系形成理论，太阳向太空辐射巨大的光和热能。为了从太阳能获得电能，需要太阳能电池的光电转换。它与过去的其他发电原理完全不同，具有以下特点:①没有用尽的危险；(2)绝对干净(无污染)；(3)不受资源地理分布的限制；④它可以在用电的地方附近发电。(5)高能量质量；⑥用户在情感上容易接受；⑦获取能量的时间短。缺点是:①辐照的能量分布密度小，即占用面积大；(2)获得的能量与天气条件有关，如季节、白天和黑夜、雨和晴。然而，总的来说，还是有许多缺陷。太阳能作为一种新能源，有着巨大的优势，因此引起了全世界的关注。为了达到太阳能发电的实用水平，一是提高太阳能光电转换效率，降低成本，二是实现太阳能发电与当前电网的互联。目前，太阳能电主要有三种:单晶硅、多晶硅和非晶硅。单晶硅太阳能电池的转换效率最高，达到20%以上，但价格也是最贵的。非晶硅太阳能电池的转换效率最低，但价格最低，未来最有希望用于一般发电的将是这些电池。一旦其大面积组件的光电转换效率达到10%，发电设备的每瓦价格降至1-2美元，就足以与当前的发电模式竞争。据估计，到本世纪末这一水平可以达到。当然，用于特殊目的和实验室的太阳能电池的效率要高得多。例如，美国波音公司开发的由砷化镓半导体和锑化镓半导体重叠而成的太阳能发电场的光伏转换效率可达36%，这很快赶上了燃煤发电的效率。然而，由于它太贵，目前只能用在卫星上。太阳能发电的应用虽然太阳能发电受白天和黑夜、晴天和雨天以及季节的影响，但它可以分散进行，因此适合每个家庭单独发电，并且应该连接到供电网络，以便每个家庭可以在电力充足时将其出售给电力公司，在电力不足时可以从电力公司购买。实现这一点的技术不难解决，关键在于相应的法律保护。目前，美国、日本等发达国家都颁布了相应的法律，以保障开展太阳能发电的家庭的利益，并鼓励家庭开展太阳能发电。1992年4月，日本实现了太阳能发电系统与电力公司电网的互联。一些家庭已经开始安装太阳能发电设备。自1994年以来，日本通信和工业部针对个人住宅实施了三分之二补贴制度，用于购买太阳能发电设备。第一年需要1000户家庭，2000年需要70000户家庭配备太阳能发电设备。根据日本有关部门的估计，如果日本2100万个家庭中有80%配备了太阳能发电设备，日本总电力需求的14%就能得到满足。如果工厂、办公楼和其他单位也使用太阳能发电，太阳能发电将占全国电力的30%-40%。目前，阻碍太阳能发电普及的最重要因素是高成本。为了满足普通家庭的需求，3千瓦发电系统需要600万到700万日元，不包括安装费用。相关专家认为，太阳能发电只有在至少降到100万到200万日元时才能真正普及。降低成本的关键是提高转换效率，降低太阳能电池的成本。不久前，德克萨斯仪器公司和SCE公司宣布他们已经开发了一种新型太阳能电池。每个细胞由直径小于1毫米的珠子组成。它们密集而规则地分布在柔软的铝箔上，就像许多蚕卵粘在纸上一样。在大约50平方厘米的面积上有1700个这样的单元。这种新电池的特点是价格低，虽然转换效率只有8%-10%。另外，铝箔背衬柔软牢固，可以像布料和丝绸一样随意折叠，经久耐用，挂在阳光充足的地方可以发电，非常方便。据说使用这种新型太阳能电池，发电设备的发电能力仅为每瓦15-2美元，每千瓦发电成本可降低到14美分左右，完全可以与普通发电厂的发电能力相媲美。通过将电池挂在阳光充足的屋顶和墙上，每个家庭每年可以获得12000度的电力。太阳能发电的前景太阳能发电有更多令人兴奋的计划。一个是日本的创世计划。计划利用地面上的沙漠和海洋地区发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站连接成统一的电网，以便向世界供电。据估计，到2000年、2050年和2100年，即使所有太阳能都用于供应全球能源，陆地总面积也将只有651，100平方公里、186.7万平方公里和891.9万平方公里。只有891.9万平方公里占海洋总面积的2.3%，占沙漠总面积的51.4%，甚至占撒哈拉沙漠的91.5%。因此，这个计划是可能的。另一个是天空发电计划。早在1980年，美国宇航局和能源部就提出了在太空建造太阳能发电站的想法。他们计划将一个长10公里、宽5公里的大平板放在同步轨道上，上面覆盖着太阳能电池，可以提供500万千瓦的电力。但这需要解决无线传输到地面的问题。已经提出了各种方案，例如微波束和激光束。目前，模型飞机已经用于实现短距离、短时间、低功率的微波无线功率传输，但离真正实用还有很长的路要走。