太阳能及其应用

【专家解说】：在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等。 效率比较高的集热器由收集和吸收装置组成。阳光由不同波长的可见光和不可见光组成，不同物质和不同颜色对不同波长的光的吸收和反射能力是不一样的。黑颜色吸收阳光的能力最强，因此棉衣一般用深色或黑色布。白色反射阳光的能力最强，因而夏季的衬衫多是淡色或白色的。因此利用黑颜色可以聚热。让平行的阳光通过聚焦透镜聚集在一点、一条线或一个小的面积上，也可以达到集热的目的。纸在阳光照射下，不管阳光多么强，哪怕是在炎热的夏天，也不会被阳光点燃。但是，若利用集光器，把阳光聚集在纸上，就能将纸点燃。集热器一般可分为平板集热器、聚光集热器和平面反射镜等几种类型。 平板集热器一般用于太阳能热水器等。聚光集热器可使阳光聚焦获得高温，焦点可以是点状或线状，用于太阳能电站、房屋的采暖（暖气）和空调（冷气）、太阳炉等。按聚光镜构造有“菲涅尔”透镜、抛物面镜和定日镜。 平面反射镜用于塔式太阳能电站，有跟踪设备，一般和抛物面镜联合使用。平面镜把阳光集中反射在抛物面镜上，抛物面镜使其聚焦。 太阳能可分为2种: 1.太阳能光伏 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 2.太阳热能 现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。 有机化的太阳能 人类对于再生性能源的需求在石化原料日渐耗尽的同时日受重视。太阳能利用是个源源不绝的绝佳能源替代方案，因为每天太阳投射到地球表面的能量大於地球所需的一万倍以上。 最近美国新泽西州，Murray Hill的贝耳实验室发展出了一种新的技术制造太阳能电池，可以使太阳能的利用更有效率以及便宜。以往由於太阳能电池的价格昂贵，不能广泛的被大型工业所采用。仅有少数多千瓦电力供应的太阳能电池存在於美国、日本与欧洲。这些电厂发电都无法像传统燃烧煤炭、天然气与石油一般的便宜。 过去的技术与经验在太阳能电池的发展上必须利用矽晶片来捕获太阳能，因为价格昂贵而无法被广泛的使用。至目前为止大多数的太阳能电池仅能在小型家用电器上，离真正被工业利用尚有一大断的距离。 目前对於降低太阳能电池价格的发展分成两个方向，一边是致力於光线的获取并增加转换效率，另一边则是专注於制造更现代的高效率电池，开发更便宜的物质或降低制程的成本。贝尔实验室的科学家J. Hendrik Schon 与他的工作夥伴利用一种含碳基的有机物质pentacene来取代太阳能电池中的矽。Pentacene是一种很具潜力的半导体物质，因为当它吸收了光线后的光电转换过程中，能同时传导正与负电荷的两种粒子(electrons and holes)。 研究人员制把pentacene放在一个透明的电极上，另一边则是半导体物质氧化锌，一份白金或者其他的传导物质中，犹如是个三明治般的将pentacene 夹在中间，他们并且发现界面的空隙中假如有少量的溴存在，Pentacene太阳能电池的效率会更佳。 Pentacene晶体薄膜的制造必须利用蒸气沉淀法才能大量制造。Pentacene 太阳能电池的最佳光电转换效率是4.5%，听起来似乎不是很让人满意，但是传统贵重的商用矽电池其效率也不过两倍於此。虽然pentacene太阳能电池效率不高，但是pentacene的薄膜可以涂抹在塑胶的表面上以增加价格的便宜，可以弯曲的特性更可在大范围的区域上使用。因此低效率的缺点便经由这样的特性而得以抵销。 有机物化制造光电池的结果，将使得太阳能的利用变得更便宜与充满前景.