百科：能源之“光”

人類利用能源的歷史，實(shí)際上是人類認(rèn)識(shí)和征服自然的歷史。在諸多的能源存在形式中，太陽(yáng)光能不僅是地球生命賴以生存的基礎(chǔ)，也是人類社會(huì)的“能源之母”。
　　光伏發(fā)電和光熱發(fā)電
　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體界面的光伏效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。所謂光伏效應(yīng)是指由于光照而產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池、儲(chǔ)能裝置、測(cè)量控制裝置和直流-交流轉(zhuǎn)換裝置等構(gòu)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(yáng)能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽(yáng)能電池。在能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率低，但價(jià)格更便宜。按照應(yīng)用需求，太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)一定的組合可以達(dá)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(dú)立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)兩種形式。獨(dú)立光伏系統(tǒng)是我國(guó)常見的太陽(yáng)能應(yīng)用方式之一，不僅系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，而且適應(yīng)范圍很廣。比如，太陽(yáng)能路燈、戶用電源系統(tǒng)以及邊遠(yuǎn)村莊供電系統(tǒng)等可以獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，是指與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是大規(guī)模利用太陽(yáng)能的首選方式，因此代表了太陽(yáng)能利用工程的發(fā)展方向。
　　隨著科技的進(jìn)步，太陽(yáng)能光熱發(fā)電也進(jìn)入快速發(fā)展期。西班牙已經(jīng)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(guó)莫哈韋沙漠上的太陽(yáng)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(shè)想在撒哈拉沙漠上建設(shè)“超級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站”，如果該工程能夠按計(jì)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(shuō)明了太陽(yáng)能光熱發(fā)電的巨大潛力。
　　太陽(yáng)能光熱發(fā)電是將光能轉(zhuǎn)化成熱能，帶動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)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(yáng)光直接反射并聚焦到塔式建筑的焦點(diǎn)上，可達(dá)到上千攝氏度的高溫。這樣的高溫可以直接加熱位于焦點(diǎn)之后的鍋爐，并帶動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。撒哈拉沙漠上的“超級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電站”，將布置624面反光鏡，每面鏡子的面積將達(dá)到121平方米。它們將按一定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列，并組成一個(gè)超級(jí)陣列。
　　太陽(yáng)能光熱應(yīng)用與光伏應(yīng)用相比，其優(yōu)勢(shì)在于規(guī)模大。比如，光熱發(fā)電站的單個(gè)發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量可在10千瓦到100兆千瓦之間，這就為太陽(yáng)能光熱發(fā)電提供了極大的發(fā)展空間。同時(shí)，光熱發(fā)電的技術(shù)優(yōu)勢(shì)還表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是光熱發(fā)電是通過(guò)加熱鍋爐推動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電的，因此所產(chǎn)生的電流為通用電網(wǎng)所需要的交流電。而光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電流為直流電，因此需要通過(guò)技術(shù)手段轉(zhuǎn)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(zhì)，如果與儲(chǔ)熱設(shè)備配合使用，則能夠在日落后繼續(xù)進(jìn)行發(fā)電，從而有利于提高電網(wǎng)供電的安全性。
　　空間太陽(yáng)能
　　太空中的物質(zhì)資源是極其豐富的，具有很高的利用價(jià)值。目前最有希望大規(guī)模開發(fā)利用的空間物質(zhì)資源要數(shù)太陽(yáng)能了。在地球同步軌道上，太陽(yáng)的光照時(shí)間遠(yuǎn)高于在地面上，因此在太空中利用太陽(yáng)能發(fā)電可以大大提高能源利用效率。同時(shí)，發(fā)展空間太陽(yáng)能發(fā)電還具有無(wú)污染、無(wú)輸電線的特點(diǎn)，既可以直接向空間站和各類航天器供電，也可以通過(guò)微波向地面供電。
　　世界各國(guó)十分看好空間太陽(yáng)能利用的發(fā)展前景，推出了多種多樣的發(fā)電方案。美國(guó)宇航局提出一個(gè)太空“雞尾酒杯”太陽(yáng)能發(fā)電站方案。漂浮在太空的巨大的“雞尾酒杯”實(shí)際上是巨型太陽(yáng)能電池板，它由數(shù)以千計(jì)的纖薄曲面鏡構(gòu)成，可把采集的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑼ㄟ^(guò)微波傳輸至地球。“雞尾酒杯”能夠環(huán)繞太陽(yáng)移動(dòng)運(yùn)行，從而最大限度地獲得太陽(yáng)能?？茖W(xué)家認(rèn)為，這種雞尾酒杯狀發(fā)電站要比平板太陽(yáng)能電池板成本更為低廉。
　　在太陽(yáng)能收集板上鋪設(shè)太陽(yáng)能電池，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，再經(jīng)微波轉(zhuǎn)換器將電流轉(zhuǎn)換成微波，并通過(guò)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?yàn)樗鼈兌际枪糯锫癫赜诘叵露嗄甓纬傻?。正是由于植物世界的光合作用，才使得巨量的太?yáng)能能夠以化學(xué)能的形式貯存下來(lái)，從而在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中逐步形成了煤炭、石油、天然氣等化石燃料。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，我們今天廣泛使用的化石燃料實(shí)質(zhì)上是由古代生物固定下來(lái)的太陽(yáng)能。
　　無(wú)時(shí)無(wú)地不在的風(fēng)，也是由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)的。實(shí)際上，風(fēng)就是由于地球表面受熱不均產(chǎn)生的溫度差異而引起的大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)。風(fēng)能是指風(fēng)所承載的能量，即空氣的動(dòng)能。風(fēng)能的大小決定于風(fēng)速和空氣的密度。專家們認(rèn)為，在地球表面吸收的太陽(yáng)能中大約只有2%的能量轉(zhuǎn)化為了風(fēng)能，但地球上的風(fēng)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(fēng)能具有可再生性和綠色無(wú)污染性等特征，因此風(fēng)能開發(fā)利用前景是十分廣闊的。
　　被譽(yù)為海洋能“龍頭老大”的溫差能，實(shí)際上也是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)化形式。海洋的表面接受太陽(yáng)的輻射能以后，大部分能會(huì)轉(zhuǎn)化成為熱能并儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)并發(fā)電。
　　【責(zé)任編輯】龐 云