能源之“光”

苏更林

人类利用能源的历史，实际上是人类认识和征服自然的历史。在诸多的能源存在形式中，太阳光能不仅是地球生命赖以生存的基础，也是人类社会的“能源之母”。

光伏发电和光热发电

太阳能光伏发电是利用太阳能电池半导体界面的光伏效应而将光能直接转变为电能。所谓光伏效应是指由于光照而产生电压的现象。光伏发电系统是由光伏电池、储能装置、测量控制装置和直流-交流转换装置等构成的。目前地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的硅太阳能电池，可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率低，但价格更便宜。按照应用需求，太阳能电池经过一定的组合可以达到额定的输出功率和输出电压。

光伏发电系统可以分为独立光伏系统和并网光伏系统两种形式。独立光伏系统是我国常见的太阳能应用方式之一，不仅系统比较简单，而且适应范围很广。比如，太阳能路灯、户用电源系统以及边远村庄供电系统等可以独立运行的光伏发电系统。并网光伏发电系统，是指与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。并网光伏发电系统是大规模利用太阳能的首选方式，因此代表了太阳能利用工程的发展方向。

随着科技的进步，太阳能光热发电也进入快速发展期。西班牙已经建成了功率分别为10兆瓦和20兆瓦的塔式光热发电站。美国莫哈韦沙漠上的太阳能光热发电厂，在塔式建筑周围已建有上百面反光镜。此外，还有设想在撒哈拉沙漠上建设“超级太阳能发电站”，如果该工程能够按计划建成，那么它可以提供欧洲2050年所需总能源的15%，这充分说明了太阳能光热发电的巨大潜力。

太阳能光热发电是将光能转化成热能，带动汽轮机进行发电。一般的塔式光热发电站，高塔周围遍布许多面反光镜，这些镜面将太阳光直接反射并聚焦到塔式建筑的焦点上，可达到上千摄氏度的高温。这样的高温可以直接加热位于焦点之后的锅炉，并带动汽轮机进行发电。撒哈拉沙漠上的“超级太阳能发电站”，将布置624面反光镜，每面镜子的面积将达到121平方米。它们将按一定的结构进行排列，并组成一个超级阵列。

太阳能光热应用与光伏应用相比，其优势在于规模大。比如，光热发电站的单个发电机组装机容量可在10千瓦到100兆千瓦之间，这就为太阳能光热发电提供了极大的发展空间。同时，光热发电的技术优势还表现在以下两个方面：一是光热发电是通过加热锅炉推动发电机组进行发电的，因此所产生的电流为通用电网所需要的交流电。而光伏发电所产生的电流为直流电，因此需要通过技术手段转换成交流电后才能大规模输送出去;二是光热发电大量使用特殊油料和溶盐作为热介质，如果与储热设备配合使用，则能够在日落后继续进行发电，从而有利于提高电网供电的安全性。

空间太阳能

太空中的物质资源是极其丰富的，具有很高的利用价值。目前最有希望大规模开发利用的空间物质资源要数太阳能了。在地球同步轨道上，太阳的光照时间远高于在地面上，因此在太空中利用太阳能发电可以大大提高能源利用效率。同时，发展空间太阳能发电还具有无污染、无输电线的特点，既可以直接向空间站和各类航天器供电，也可以通过微波向地面供电。

世界各国十分看好空间太阳能利用的发展前景，推出了多种多样的发电方案。美国宇航局提出一个太空“鸡尾酒杯”太阳能发电站方案。漂浮在太空的巨大的“鸡尾酒杯”实际上是巨型太阳能电池板，它由数以千计的纤薄曲面镜构成，可把采集的太阳能转变为电能并通过微波传输至地球。“鸡尾酒杯”能够环绕太阳移动运行，从而最大限度地获得太阳能。科学家认为，这种鸡尾酒杯状发电站要比平板太阳能电池板成本更为低廉。

在太阳能收集板上铺设太阳能电池，通过光电转换把太阳能转换成电能，再经微波转换器将电流转换成微波，并通过天线将电能以微波的形式向地面发送。地面接收站再把微波能还原成电能。

“能源之母”

我们通常把煤炭、石油、天然气等燃料称为化石燃料，是因为它们都是古代生物埋藏于地下多年而形成的。正是由于植物世界的光合作用，才使得巨量的太阳能能够以化学能的形式贮存下来，从而在漫长的地质年代中逐步形成了煤炭、石油、天然气等化石燃料。从这个意义上来说，我们今天广泛使用的化石燃料实质上是由古代生物固定下来的太阳能。

无时无地不在的风，也是由太阳能转化而来的。实际上，风就是由于地球表面受热不均产生的温度差异而引起的大气对流运动。风能是指风所承载的能量，即空气的动能。风能的大小决定于风速和空气的密度。专家们认为，在地球表面吸收的太阳能中大约只有2%的能量转化为了风能，但地球上的风能资源总量是十分可观的，甚至要比地球上可被开发利用的水能总量还要多得多。并且由于风能具有可再生性和绿色无污染性等特征，因此风能开发利用前景是十分广阔的。

被誉为海洋能“龙头老大”的温差能，实际上也是太阳能的一种转化形式。海洋的表面接受太阳的辐射能以后，大部分能会转化成为热能并储存在海洋的表层，而深层海水温度很低，许多海域终年形成了20℃以上的垂直海水温差。利用这一温差可以实现热力循环并发电。

【责任编辑】庞  云