太阳能

人类直接利用太阳能，在遥远的古代就已经开始了。至今为止，人类所使用的各种能源，如太阳能、风能、水能、潮汐能、生物能等，都直接或间接来自太阳。而目前广泛使用的矿物燃料（如煤、石油、天然气等）从根本

上说也是远古储存下来的太阳能。现在所说的太阳能，一般地认为是将太阳辐射能通过收集器和转换系统变为人们可以直接利用的能源。这是科学技术进步的表现，同时也是人们在探求新能源上的重大成果。

太阳是一个巨大、久远、无尽的能源源泉。太阳是一个直径约 139 万公里的炽热气体星球，表面温度大约 6000 度，内部温度估计为 800～4000 万度， 压力可达 2×1011 个大气压。在这样的高温高压下，太阳内部不停地进行着氢变为氦的热核反应，就像一座不断进行核聚变的反应堆，向外释放出巨大的能量。尽管太阳射向地球的能量只占辐射总能量的 22 万亿分之一，但每年

地球所能接收的太阳能至少为 60 亿亿千瓦小时，这相当于 75 万亿吨标准煤的能量，相当于地球上一年内利用各种能源产生的总能量的几万倍。在地球表面所接收的太阳能中，被植物吸收的仅占 0.015％，被人们利用作为燃料和食物的仅占 0.002％。可见利用太阳能的潜力是相当大的，开发利用太阳能为人类服务大有可为。

太阳能是一种极为丰富的能源，勿须运输，又不会污染环境。另外，它不受任何人的控制和垄断。这些优点都是常规能源所无法比拟的。太阳能也有其不足之处，如它的能量密度低，实际利用时需要很大的太阳能收集设备， 占地面积大，投资很大；太阳辐射的强度受气候、季节、纬度、海拔等因素的影响，造成太阳能白天供应不十分稳定，夜间收集不到，因而需要配备储能设备，这些因素都制约了太阳能利用的发展。

本世纪以来，由于新材料技术、电子技术的迅猛发展，给太阳能的利用创造了有利条件，使其得到相当大的发展。从能源利用的长远观点看，除了煤、石油、天然气及核能以外，在 21 世纪的能源结构中，太阳能必将占据重要的一席之地，成为人类最向往和最理想的新能源之一。

太阳能的利用一般分光热能转换和光电转换两大类，前者为太阳能的热利用，如太阳灶、太阳能热水器和太阳能发电等；后者利用“光电效应”原理将太阳能直接转换成电能，如太阳能电池。用太阳能发电，可以说是太阳能利用中最有发展前途的一种技术。

近年来太阳能热利用发展很快，已经制成各式各样的热器，用于取暖、干燥、蒸馏、洗浴、烹调、灌溉、发电等，在工业、农业以及家庭生活等各方面得到广泛的应用。太阳能热利用设备按其结构，可分为聚光式和非聚光式两大类。

非聚光式太阳能热利用设备，一般利用“热箱原理”或称“温室效应”， 将太阳能转换成热能。

当太阳光投射到玻璃后，大部分进入箱内，涂黑的内表面吸收太阳辐射能而将其转换成热能，而玻璃又能阻挡箱内热能的散失，其他箱壁又是隔热的，使箱内温度不断升高。由于这种设备不能提高辐射强度，热量也会有所损失，因而箱内能达到的温度不太高，通常在 200℃以下。

由于太阳能的能量密度较低，要想获得高温，一般采用能提高入射太阳光的能量密度的聚光式太阳能热利用设备。这类设备常由三大主要部件组成：聚光器、吸收器和跟踪系统。太阳光经过聚光器到吸收器上转变为热能， 被吸收器吸收后传给内部的集热介质（如水），提高其温度，再加以利用。由于太阳的位置会随时间而变化，为了有效地聚光，聚光器必须由跟踪系统随时间调整其相对于太阳的位置，以获得较佳的聚光效果。下表简要介绍几种常见的直接利用太阳热能的设备。