以色列人設想,如果挖一條水渠,把比死海水位高400米,含鹽濃度隻有35%的地中海海水引入死海,就可以把死海變成一個巨大的太陽池,那麼這個天然太陽池的發電能力可高達150萬千瓦,他們根據這個設想製定了“地中海——死海發電計劃”。可以想像,如果這個計劃得以實現,那將是一個多麼輝煌的創舉。
為了開發利用太陽能,許多科學家潛心研究,尋覓探索著各種途徑,太陽池自然引起了世界的重視。
美國已修建了10個太陽池,用以進行研究試驗,並用於取暖和供應熱水。日本也以太陽池為水產養殖和溫室栽培提供熱能。澳大利亞建成了3000平方米的太陽池,為周圍地區供電、供暖。太陽池,作為人類開發利用太陽能的新途徑,必將會在不遠的將來,展現出它更加多姿多彩的風貌。
飛速發展的太陽能電池技術
在電池這個家族中,有著人們熟悉的幹電池、蓄電池、汞鋅電池、鎳電池等眾多的成員。值得注意的是,近年來,這個“家族”又增添了一位後來居上的年輕夥伴——太陽能電池。
太陽能電池又稱充電池或光伏電池,它是以半導體為材料,應用光——電轉換原理製成的。半導體是一種介於導體和絕緣體之間的特殊物質,兩種不同類型的半導體結合在一起,結合麵就形成一個“結”,太陽能電池的奧妙就在這個“結”上。
和任何物質的原子一樣,半導體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成。如半導體矽原子的外層就有4個電子,按固定軌道圍繞原子核轉動。
當受到外來能量的作用時,這些電子就會脫離軌道而成為自由電子,並在原來的位置上留下一個“空穴”,在純淨的矽晶體中,自由電子和空穴的數目是相等的。如果在矽晶體中摻入能夠俘獲電子的硼、镓等元素,它就成了空穴型半導體,通常用符號P表示;如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素,它就成了電子型半導體,以符號N代表。若把這兩種半導體結合,交界麵便形成一個P——N結。P——N結就像一堵牆,阻礙著電子和空穴的移動。當受到陽光照射時,電子接受光能驅向N型區,使N型區帶負電,同時空穴驅於P型區,使P型區帶正電。這樣,在P——N結兩旁便產生了電動勢,也就是通常所說的電壓。科學家把這種現象叫作“光生伏打現象”。如果用導線連接P——N結兩端,便會產生電流。
1953年,美國貝爾電話公司就是應用這個原理,製成了世界上第一個矽太陽能電池。盡管當時這種電池的光電轉換效率很低,單個太陽能電池不能直接作為電源使用,需要多個太陽能電池一起作用才能獲得需要的電能。但光電池的出現,好比一道曙光,使人們的眼睛為之一亮,尤其是航天領域的科學家,對它更是注目。
衛星和宇宙飛船上的電子儀器和設備,需要足夠的持續不斷的電能,而且要求重量輕,壽命長,使用方便,能承受各種衝擊、振動的影響。太陽能電池能完全滿足這些要求,是航天事業的理想能源,而令其他所有電池相形見絀。
1958年,美國的“先鋒一號”人造衛星就是用了太陽能電池作為電源,成為世界上第一個用太陽能供電的衛星。太陽能電池一下子使衛星電源可以安全工作達20年之久,從而取代了隻能連續工作幾天的化學電池。現在,各式各樣的衛星和空間飛行器上都裝上了布滿太陽能電池的“鐵翅膀”,使它們能夠在太空中長久邀遊。我國1958年開始進行太陽能電池的研製工作,並於1971年將研製的太陽能電池用在了發射的第二顆衛星上,隨後,又向高效能的砷化镓太陽能電池邁進。1991年,我國砷化镓太陽能電池試驗成功,並在“風雲一號”氣象衛星上正常使用,使我國成為繼美、日、俄後的第四個擁有砷化镓太陽能電池太空試驗數據的國家。
太陽能電池不僅是太空驕子,也被人們生產、生活的許多領域視為至寶。
從1974年,世界上第一架太陽能電池飛機在美國首次試飛成功以來,無汙染,噪音小,節能耐用的太陽能飛機便飛速地發展起來,從飛行幾分鍾,航程幾公裏到飛越英吉利海峽,航程2000多公裏,隻用了六七年時間。現在,最先進的太陽能飛機,飛行高度可達2萬多米,航程超過4000公裏。
在建造太陽能電池發電站上,許多國家也取得了較大進展。1985年,美國阿爾康公司研製的太陽能電池發電站,用108個太陽板,256個光電池模塊,年發電能力300萬度。德國1990年建造的小型太陽能電站,光電轉換率可達30%多,適於為家庭和團體供電。1992年美國加州公用局又開始研製一種“革命性的太陽能發電裝置”,預計可供加州1/3的用電量。用太陽能電池發電確實是一種誘人的方式,據專家測算,如果能把撒哈拉沙漠太陽輻射能的1%收集起來,足夠全世界的所有能源消耗。