太阳能技术的开发与利用

全球气候变化深刻影响着人类的生存和发展,探索太阳能技术的开发与利用已成为一种主流趋势,相信随着科学技术的进步,世界能源短缺和全球变暖的问题一定可以解决。

1 塔式太阳能电站

塔式太阳能电站以集中太阳能发电(CSP)技术为基础,利用镜面将阳光反射至中央塔,使塔内水温达到1000℃以上。集中太阳能发电技术一向以其简便、廉价和高效的优点而著称,相比于光伏电板(PV)技术,它能够更有效地利用太阳能。不过,CSP技术只适用于天气晴朗、光照丰富的地区。

欧洲最大的太阳能电站PS20(PS20SolarPower Tower)位于西班牙的安达卢西亚沙漠。这座塔式太阳能电站的功率达20MW,可保障超过11000户家庭的日常用电。PS20是由1255块反光镜组成的阵列,每一块反光镜的面积为120m2,它接受太阳辐射并将其反射到162m高塔楼顶端的接收器上,接收器积聚能量并产生水蒸气推动涡轮发电机发电。

2 反光型太阳能发电装置

最近,意大利国家科研委员会佛罗伦萨应用光学研究院研制成功一个名为“旋转镜面集光电站”的太阳能发电装置,并在佛罗伦萨附近的山丘上建成。

这种太阳能发电设施底部呈半圆形,拥有直径25m的半圆形轨道,装有很多反光镜的小车可在轨道上移动,使镜面在白天总对着阳光。这些反光镜将阳光集中反射到一个有特殊镜子的发电机上,将阳光中的热能转变为电能。这些反光镜的总面积达2500m2,反射光集中点的最高温度可达1500℃。其发电功率为200kW,可供60户普通居民使用。

这种发电装置占地面积小,对周围景观的影响也比较小,它的建造成本是光电转换式太阳能发电装置的1/3。

3 透明太阳能电池

美国马萨诸塞州洛厄尔市太阳能电池制造商konarka公司研发成功了由有机聚合物薄层和透明电极组成的透明太阳能电池,它突破了传统的硅电池遮挡住太多光线而无法将可见光线转化成能量的缺陷,而且这种电池可以采用塑料薄膜印刷方式制造,因此,它们比硅电池更加廉价有效,其成本最终将会远远低于硅电池。假如一个50层的办公大楼自身耗电量的一半都由新型太阳能电池供应,则平均每年可减少2000t二氧化碳排放。

4 太阳能电池板

英国当地每年接收的太阳能如果转换为电力,将是英国全年用电需求的700倍,因此,太阳能板的研发成了产业界和学术界非常重视的问题。英国多雾,科学家们发现,如果以非结晶的矽取代传统的结晶矽,转换电力的能力可以提升10%。但矽是一种相当昂贵的材料,因此,一些科学家正在研究以塑胶取代矽作为太阳能电池板的材料。

5 太阳能屋顶

早在20世纪90年代,美国就提出了“百万太阳能屋顶计划”,其目标是到2010年将在100万个屋顶或建筑物其他可能的部位安装太阳能系统。

目前,我国上海、杭州、新疆等地也在积极落实国务院节能减排战略部署——财政部、住房和城乡建设部提出的“太阳能屋顶计划”,以加快太阳能光电技术在城乡建筑领域的应用。我国“太阳能屋顶计划”内容包括:推进光电建筑应用示范,启动国内市场;在条件适宜的地区,组织开展一批光电建筑应用示范工程;突出重点领域,确保示范工程效果。同时,为支持实施“太阳能屋顶计划”,国家财政对光电建筑应用示范工程予以资金补助。

6 太空太阳能发电站

日本政府日前推出迄今为止最为大胆的空间太阳能系统计划,即在地球大气层外的对地静止轨道上,建立一个由巨大光电盘组成的、面积达方圆数公里的装置。预计到2030年,日本将在宇宙中收集太阳能,然后以微波或激光束的形式传回地球。太空中的太阳能要比地球上至少强5倍,1座太空太阳能发电站的发电量相当于1座中等级别的核电站,而它每提供1kW·h的电能仅需8日元(约合人民币0.6元)。据估计,整个系统的建设将耗资数百亿美元。该系统需要在地球大气层以外的同步轨道上建设总面积数平方公里的太阳能光电池板。

但这项计划也面临很多挑战,包括如何将庞大的系统设施送入太空等。