流浪地球?别闹了! 科学利用太阳能才是关键( 二 )


我们该如何利用太阳能?
前面说到, 太阳能由多个波段组成, 因此我们可以通过各种方式来利用太阳能, 其中一项重要的技术就是太阳能发电 。
目前, 太阳能发电有两种技术, 第一种技术是把太阳能转化为电能, 叫太阳能光伏发电 。 生活中我们常能看到屋顶、路灯上有很多太阳能电池板 。 这些电池板主要有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、聚光光伏电池和薄膜电池等几种 。 应用比较广泛的有单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池, 其中单晶硅太阳能电池的发电效率可以达到20%以上 。 在实验室里, 太阳能光伏发电效率已经能达到45%以上 。
太阳能同样可以运用于高科技技术, 比如把太阳能光伏板安装在停车棚上, 给电动汽车提供电源 。 可以说, 有了这项技术, 有太阳的地方, 就有动力 。 我们的卫星和登月的月球车就是由太阳能来提供电源的, 也许在不久的将来, 还可能研发出太阳能汽车、太阳能飞机、太阳能公路以及太阳能充电器等新技术 。
另外一种利用技术就是把太阳能转化为热能 。 太阳能直接产生高温蒸汽, 再转为他用, 这在工业上有许多的应用 。 如将太阳能真空管放到屋顶, 产生热水可供洗澡;聚光太阳能和线性太阳能集热器, 让我们不用烟熏火燎就能实现户外烧烤 。 总之, 只有你想不到的, 没有做不了的 。
此外, 还可以运用太阳能热发电技术发电 。 早在1982年, 美国就建成了第一个名为Solar One的太阳能热发电站, 验证了太阳能热发电技术的可行性 。 随后在美国加州南部建立了大面积的抛物槽式太阳能热发电站, 总的装机容量达到了354MW 。 太阳能热发电技术得以在全球大规模应用和发展, 预计到2020年运行可以达到10GW以上 。
太阳能在经过衰减、大气层的折射以及水蒸气的折射后, 来到地球表面的辐照强度就会变得比较低 。 比如太阳能在大气层外的能量密度是1300瓦每平米, 而即使在北京夏天最热的时候, 到达地面的太阳的辐照强度也只有900瓦每平米, 因此需要通过聚光的方式来获取更高的能流密度和更高的温度 。 目前, 太阳能聚光系统主要有抛物槽聚光系统、线性菲涅尔聚光系统、碟式聚光系统和塔式聚光系统四种 。
抛物槽式集热器聚光系统利用抛物线的原理, 用抛物面的镜子将太阳能聚集在抛物面的交线上, 用于得到更高能流密度的太阳能 。
连续的抛物面镜子制作起来比较困难, 我们采用不连续的平面镜子同样可以达到抛物线的效果, 这就是另外一种太阳能聚光系统——线性菲涅尔集热器 。
碟式集热器聚光系统有点像大型的天线, 如果我们在焦点上放一只水壶, 可以将水烧开;如果提高精度和聚光面积, 就可以达到数千摄氏度的高温 。
最后一种是塔式集热器聚光系统, 这种系统中间有个数百米高的塔, 聚光镜把太阳能聚光到塔的顶端, 聚光比可以达到数千倍以上, 温度甚至可以达到数千摄氏度以上 。 聚集了太阳能以后, 利用我们传统的热发电方式, 就可以发电了 。
总地来说, 太阳能聚光系统是利用几何光学特性将低热流密度的太阳辐射能收集起来, 形成高的辐射热流密度聚光系统 。 太阳能热发电被认为是发电稳定、对电网冲击小并可实现大规模发电的绿色能源利用技术, 具有很好的发展前景 。 目前, 如何提高太阳能热发电效率、降低发电成本是太阳能热发电研究的焦点 。
更多的技术, 更广泛的应用, 更美好的未来
在太阳能发电技术之后, 未来太阳能必定还有其他更多的利用空间 。

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