2.此長彼消——太陽能的優點和缺點
太陽能既是一次能源,又是可再生能源。它資源豐富,既可免費使用,又無須運輸,對環境無任何汙染;它為人類創造了一種新的生活形態,使社會及人類進入一個節約能源、減少汙染的時代。
太陽能的優點:
(1)普遍性:太陽光普照大地,沒有地域的限製,無論陸地或海洋,無論高山或島嶼,都處處皆有;太陽的光能和熱能可直接開發和利用,且無須開采和運輸。
(2)無害性:開發利用太陽能不會汙染環境,它是最清潔的能源之一。在環境汙染越來越嚴重的今天,這一點是極其寶貴的。
(3)巨大性:
每年到達地球表麵上的太陽輻射能約相當於130萬億噸標準煤,總量屬現今世界上可以開發的最大能源。
(4)長久性:根據目前太陽產生的核能速率估算,氫的儲量足夠維持上百億年,而地球的壽命也約為幾十億年,從這個意義上講,可以說太陽的能量是用之不竭的。
太陽能的缺點:
(1)分散性:太陽光到達地球表麵的輻射總量盡管很大,但是能流密度很低。平均來說,北回歸線附近,夏季在天氣較為晴朗的情況下,正午時太陽輻射的輻照度最大,在垂直於太陽光方向1平方米麵積上接收到的太陽能平均有1000瓦左右;如果按全年日夜平均計算,則隻有200瓦左右;而在冬季大致隻有一半,陰天一般隻有1/5左右,這樣的能流密度是很低的。因此,在利用太陽能時,想要得到一定的轉換功率,往往需要麵積相當大的一套收集和轉換設備,造價較高。
(2)不穩定性:由於受到晝夜、季節、地理緯度和海拔高度等自然條件的限製以及晴、陰、雲、雨等隨機因素的影響,所以,太陽光到達某一地麵的輻照度既是間斷的,又是極不穩定的,這給太陽能的大規模應用增加了難度。
為了使太陽能成為連續、穩定的能源,從而最終成為能夠與常規能源競爭的替代能源,就必須很好地解決蓄能問題,也就是把晴朗白天的太陽輻射能盡量儲存起來,以供夜間或陰雨天使用,但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環節之一。
(3)效率低和成本高:目前太陽能利用的發展水平,有些方麵在理論上是可行的,技術上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置,效率偏低,成本較高。總體來說,太陽能的經濟性還不能與常規能源競爭。在相當長的一段時期內,太陽能利用的進一步發展,主要受到經濟因素的製約。
3.物盡其能——太陽能的利用
人類對太陽能的利用有著悠久的曆史。我國早在2000多年前的戰國時期,就知道利用鋼製四麵鏡聚焦太陽光來點火;利用太陽能幹燥農副產品。發展到現代,太陽能的利用已日益廣泛,它包括太陽能的光熱利用,太陽能的光電利用和太陽能的光化學利用等。太陽能的利用有光化學反應、被動式利用(光熱轉換)和光電轉換兩種方式。太陽能發電是一種新興的可再生能源利用方式。
我們如何利用好太陽能呢?現在,人們利用太陽能的方法主要是利用能量轉化的原理把太陽能轉化成我們所需要的能量,方法主要有以下四個方麵。
(1)光熱利用
光熱利用就是將太陽光轉換成熱能加以利用。目前低溫利用主要有太陽能熱水器、太陽能幹燥器、太陽能蒸餾器、太陽房、太陽能溫室、太陽能空調製冷係統等,中溫利用主要有太陽灶、太陽能熱發電聚光集熱裝置等,高溫利用主要有高溫太陽爐等。
(2)太陽能發電
未來太陽能將大規模地用於發電。利用太陽能發電的,目前主要有以下兩種:
①光-熱-電轉換。
即利用太陽光所產生的熱能發電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為蒸汽,然後由蒸汽驅動汽輪機帶動發電機發電。前一過程為光-熱轉換,後一過程為熱-電轉換。
②光-電轉換。它的基本原理是利用光電效應將太陽光能直接轉換為電能,它的基本裝置是太陽能電池。
(3)光化利用
這是一種利用太陽輻射能直接分解水,製造氫氣的光--化學轉換方式。這種方法常用做海水淡化。
(4)光生物利用
利用植物的光合作用,將太陽能轉換成為生物質能。目前主要通過大量種植速生植物(如薪炭林)、油料作物和巨型海藻,來把太陽能轉化為生物能。