太阳能,主要是指太阳的热辐射能,自地球上生命诞生以来,就主要以太阳提供的热辐射能生存。冬季北方在供暖前夕,屋内的温度较低,此时大家喜欢到房屋外面活动一下,晒晒太阳,就是最简单的利用太阳辐射能的例子。
据记载,人类利用太阳能已有3000多年的历史。但是,将太阳能作为一种能源和动力加以利用,则只有300多年的历史。上世纪70年代以来,在化石能源日趋减少的大背景下,随着中东战争和石油危机的爆发,间接地促使在世界上再次兴起开发利用太阳能热潮。推动太阳能科技突飞猛进,太阳能利用日新月异。
尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一,但这一数字也极为可观,高达174,000TW。简单换算一下,如此量级的能量相当于太阳每秒钟照射到地球500万吨煤所拥有的能量。
太阳能利用形式有光热利用、光伏利用、光化学利用、光生物利用等几种大的类型。目前应用的主要形式是光热利用和光伏利用。
其中,光热利用的原理是用太阳能集热器将太阳辐射能收集起来,通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。这一利用途径又分为两类,一类是<2000℃的中低温利用,多应用于太阳能热水器、太阳能空调、太阳房、太阳能游泳池、太阳能海水淡化以及太阳能干燥等。另一类则是高温利用,目前多应用于太阳能灶,太阳能高温发电和太阳能冶金等。
太阳能光伏利用主要是发电方面的应用。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能,即当光线照射太阳电池表面时,一部分光子被太阳能材料吸收,光子激发价带中的电子跃迁至导带成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生电流,达到提供电力的目的。光伏电池主要有晶体硅电池和薄膜电池两类。现在,光伏应用有光伏电站、太阳能汽车、太阳能充电器、太阳能路灯以及光伏建筑一体化等一些应用实例。
光化学转换技术主要包括光合作用和光电化学转换技术,目前尚处于实验室阶段。
太阳能利用前景广阔。目前,我国太阳能产业规模已位居世界第一,是全球太阳能热水器生产和消费量最大的国家,也是世界重要的太阳能光伏电池生产国。
世界上越来越多的国家认识到大力开发新能源和可再生能源利用技术将成为加强环境保护和减少环境污染的重要举措。从长远来看,我们应当大力发展和使用太阳能。