太陽能及應(yīng)用

呂依婷

摘 要：人類的繁衍生息就是一個(gè)不斷利用消耗能源的過程，如果失去了能源的供給，人類社會(huì)必然會(huì)消亡。太陽能是一種清潔、無污染的新型能源，無論從環(huán)保角度亦或者經(jīng)濟(jì)角度來說，都有著巨大的應(yīng)用空間。現(xiàn)階段對(duì)太陽能的應(yīng)用主要分為光熱、光電、光化學(xué)以及光生物等幾種途徑，綜合相關(guān)因素分析，最具經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)最成熟的是太陽能的光熱利用。本文中筆者從高中生的立場出發(fā)，對(duì)太陽能光熱利用的相關(guān)問題進(jìn)行了總結(jié)，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作的落實(shí)有所幫助。

關(guān)鍵詞：太陽能；應(yīng)用；光熱

從概念上來說，太陽能的光熱利用即利用集熱器收集太陽能輻射中所攜帶的熱量，并且將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、電能等其他能源的過程。此種應(yīng)用方式有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，總體來說可以分為太陽能熱發(fā)電以及建筑用能兩大類。太陽能熱發(fā)電可以在無電網(wǎng)覆蓋的地區(qū)滿足用戶的基本電力需求，而包括熱水、空調(diào)以及采暖在內(nèi)的建筑終端用能則能夠提高人們的生活質(zhì)量。因此進(jìn)行太陽能應(yīng)用方面的研究有著非常重要的意義。

一、太陽能熱水器

要想利用太陽能獲得足夠的能量或者溫度，必須配合相應(yīng)的能量收集裝置（集熱器）。太陽能熱水器中集熱器便是收集太陽能的“前沿陣地”。

現(xiàn)階段太陽能熱利用技術(shù)中太陽能熱水器是應(yīng)用最為普遍的技術(shù)，隨著產(chǎn)品的不斷更新，其商業(yè)化程度位于同類型產(chǎn)品的最高點(diǎn)。對(duì)居民來說，它是最為熟悉的太陽能產(chǎn)品，在很多家庭中它已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴饕约半姛崴鳌1]具體來說，它的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：安全性高，不用擔(dān)心漏氣，也不用擔(dān)心漏電；干凈清潔，無污染，也不會(huì)產(chǎn)生額外的排放物；使用方便，無人控制的狀態(tài)下亦可以借助太陽能來完成加熱。

二、太陽能建筑供熱系統(tǒng)

太陽能熱水器大都由用戶單獨(dú)購買，在建筑完工之后進(jìn)行安裝。很多建筑在設(shè)計(jì)施工階段并未給熱水器留出足夠的安裝空間，加之各個(gè)廠家產(chǎn)品之間也存在一定的差異，所以安裝之后的太陽能熱水器已經(jīng)嚴(yán)重破壞了原有的建筑風(fēng)格，也在一定程度了給建筑物的使用埋下了安全隱患。

基于以上現(xiàn)狀，當(dāng)前部分太陽能熱水器生產(chǎn)廠家已經(jīng)投身于太陽能與建筑物有機(jī)結(jié)合的研究，該類研究的主要內(nèi)容是將太陽能集熱器納入建筑物構(gòu)件體系之中，綜合考慮屋面以及給排水設(shè)計(jì)，使集熱器成為建筑物的固有組成部分。[2]由此而搭建成的太陽能建筑供熱系統(tǒng)，既不會(huì)影響建筑物的美觀度，也給建筑設(shè)計(jì)師營造了更多的發(fā)揮空間，更能夠提高建筑物的安全性。

目前市面上的太陽能建筑供熱系統(tǒng)主要有分戶式、單元式以及整棟式三種類型，其優(yōu)缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先分戶式，每戶都會(huì)配備一套系統(tǒng)以及儲(chǔ)水罐，水電屬于自用，不需要專人管理就可以完成上下水，但系統(tǒng)維護(hù)工作需要用戶獨(dú)立完成，運(yùn)行成本較高，更會(huì)造成集熱面積的浪費(fèi)。其次單元式，每單元的住戶共用一套系統(tǒng)以及儲(chǔ)水罐，水電屬于公用。用熱水管入戶的方式能夠有效節(jié)約集熱面積，總體建設(shè)成本較低，而且物業(yè)也可以給用戶配備專門的熱水表，安排專人收費(fèi)管理。最后整棟式，每棟樓的住戶共用一套系統(tǒng)以及儲(chǔ)水罐，水電同樣屬于公用。此種模式之下，熱水管入戶之后同樣能夠節(jié)約集熱面積，其造價(jià)更低。因熱水管線較長，所以為了管理方便必須在特定的位置安裝儲(chǔ)水罐，物業(yè)可以安排專人進(jìn)行收費(fèi)管理。

三、太陽能熱發(fā)電技術(shù)

太陽能熱發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)仍屬于新生事物，但在國內(nèi)發(fā)展太陽能熱發(fā)電技術(shù)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。首先國內(nèi)三分之二以上地區(qū)的年平均日照時(shí)數(shù)均已超過了2000小時(shí)，太陽能資源要優(yōu)于日本和歐洲，與美國相近。以此為基礎(chǔ)，太陽能熱發(fā)電技術(shù)能夠在低成本的前提下得到推廣。其次國內(nèi)太陽能電池的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)超于日本、美國與歐洲，位居世界第一。此外，在各方的不懈努力之下，針對(duì)太陽能發(fā)電核心技術(shù)的研究我們也取得了長足的進(jìn)步。未來太陽能熱發(fā)電將會(huì)向著低成本、低能耗、高效率的方向發(fā)展。[3]

在高速發(fā)展的背景之下，仍有許多問題需要我們?nèi)ソ鉀Q。其中最主要的應(yīng)該是降低太陽能發(fā)電的成本，縮小與居民電網(wǎng)用電成本的差距。目前3元以上每千瓦小時(shí)的成本根本不利于太陽能發(fā)電的發(fā)展。而想要降低其發(fā)電成本，必須要提高其光電轉(zhuǎn)換效率，太陽能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電組合組網(wǎng)的方式也能夠降低發(fā)電成本。

四、太陽能熱能應(yīng)用的前景

（一）太陽能建筑

我國廣大的農(nóng)村地區(qū)是落實(shí)太陽能應(yīng)用工程最好的場所。隨著城鎮(zhèn)化的步伐逐漸加快，農(nóng)民的生活方式以及能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)展變革，農(nóng)村地區(qū)對(duì)商品能源的需求正在不斷增加，但現(xiàn)有的能源供應(yīng)模式卻暴露出了很多問題。實(shí)踐證明，太陽能建筑技術(shù)完全能夠滿足住戶冬季供暖以及夏季空調(diào)用電的需求。如果5000萬農(nóng)戶使用太陽能建筑技術(shù)，那么一年就可以節(jié)省900億開支。

（二）光伏發(fā)電

隨著光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，各類新型電池技術(shù)將會(huì)被廣泛應(yīng)用到太陽能發(fā)電技術(shù)之中。當(dāng)前市面上新型的薄膜太陽能電池以及新硅太陽能電池的材料成本較低，實(shí)踐環(huán)節(jié)中的總體成本投入得到了有效的控制。[4]未來，相信光電池的市場局面會(huì)出現(xiàn)較為明顯的突破，由此太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用范圍也會(huì)更加廣闊。

（三）機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

近些年人們的環(huán)保意識(shí)得到了顯著提高，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在世界范圍內(nèi)也得到了廣泛的實(shí)施。各國都把太陽能的開發(fā)與應(yīng)用推向了新高度，有關(guān)專家預(yù)計(jì)，本世紀(jì)中葉世界范圍內(nèi)的能源問題以及環(huán)境問題都能夠得到有效解決，主要依賴的就是以太陽能為代表的、可再生清潔能源的開發(fā)與利用。在各方的不懈努力之下，太陽能利用技術(shù)將會(huì)在未來獲得大發(fā)展。

國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家、科研人員也在不斷完善這方面的研究，未來相關(guān)人員應(yīng)該解決好現(xiàn)有工作中存在的問題，進(jìn)而不斷推進(jìn)太陽能的應(yīng)用，切實(shí)解決民眾的生活問題，提高老百姓的生活質(zhì)量。

五、總結(jié)

其實(shí)太陽能也不是永恒不變的，但人類的消亡則應(yīng)該在太陽熄滅之前，因此對(duì)于人類來說太陽能是取之不盡，用之不竭的能源。當(dāng)前世界范圍內(nèi)的能源供給日益緊張，研究太陽能的應(yīng)用有著非常重要的意義，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展。本文中筆者對(duì)這類問題進(jìn)行了總結(jié)，希望能夠?qū)ν七M(jìn)太陽能的應(yīng)用有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷偉利.太陽能光伏發(fā)電與LED路燈應(yīng)用及技術(shù)[J/OL].機(jī)電工程技術(shù)，2017，（S1）：298-3015.