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    科學利用太陽能 造福人類千萬代

    2020-12-23

      你看過《流浪地球》嗎?在電影中,科學家發現太陽系急劇衰減可能會吞噬整個太陽系,于是提出一個大膽的計劃:在地球的表面建成數以萬計的行星發動機和轉向發動機,燃燒足夠多的物質讓地球達到逃逸速度,并從太陽系中脫離出去。
      
      不過,在現實中,地球可不是想跑就能跑的。地球必須和太陽保持恰當的距離,以保證適當的生存溫度并獲取足夠的能量。正是這恰當的距離,才讓地球上誕生了人類文明。
      
      我們龐大的社會機器要維持正常運轉,所消耗的大部分能源,包括煤炭、石油和天然氣都是化石能源。煉鋼煉鐵離不開煤炭;出門開車需要的汽油、柴油都來自于石油提煉;家里做飯、冬天供暖則大多需要燃燒天然氣來產生熱量……
      
      我們的生活離不開化石能源,但是無節制地大規模使用化石能源會帶來嚴重的環境污染?;剂系娜紵龝a生大量的二氧化硫、三氧化硫和氮氧化物,當它們在空氣中積累的濃度很高后就會產生酸雨??諝鈹U散條件不好時,還會造成霧霾。臭氧層空洞、全球變暖、危害人體健康等一系列問題,就會層出不窮。
      
      我們需要藍天,需要舒適的生活環境,那就需要改變傳統的能源利用方式,從一味地依靠化石能源,轉而多途徑利用清潔可再生的能源,如風能、太陽能、氫能、潮汐能、生物質能和地熱能。這其中儲量豐富的太陽能是目前我們常使用的再生能源之一。
      
      太陽能是太陽內部高溫核聚變反應所釋放的輻射能。從某種程度上講,太陽能可以說取之不盡用之不竭,每年到達地球表面的太陽輻射能大約是130萬億噸標準煤,相當于目前全世界每年所消耗的各種能量總和的1萬倍。
      
      與此同時,太陽能在目前的能源裝機中起到越來越重要的作用。2011年時我國在全球新增的裝機容量中占的比重非常小,到2017年我們的新增的裝機容量已經達到世界的50%以上。截至2019年底,我國的太陽能光伏的裝機容量已經超過2億千瓦,相當于十幾個三峽水電站。
      
      太陽能除了能量巨大外,還有許多的優點,例如可再生性。而且,其他幾乎所有再生能源的再生性,其實都來源于太陽能的再生性。同時,太陽能在時間上是長久的,對于人類而言,可以說是無限的。太陽能也是廣泛的,整個地球表面幾乎都能照射到太陽光。相比于其他能源來說,太陽能也是安全可靠的。
      
      太陽能作為一種自然能源,以其儲量豐富且無污染性的獨特優勢,被國際公認為未來具競爭性的能源之一。因此,更加充分地開發和利用太陽能能夠讓我們更好地保持自然平衡,充分體現可持續發展和人類回歸自然的理念。
      
      目前,太陽能發電有兩種技術,第一種技術是把太陽能轉化為電能,叫太陽能光伏發電。生活中我們常能看到屋頂、路燈上有很多太陽能電池板。這些電池板主要有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、聚光光伏電池和薄膜電池等幾種。應用比較廣泛的有單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池,其中單晶硅太陽能電池的發電效率可以達到20%以上。在實驗室里,太陽能光伏發電效率已經能達到45%以上。
      
      太陽能同樣可以運用于高科技技術,比如把太陽能光伏板安裝在停車棚上,給電動汽車提供電源??梢哉f,有了這項技術,有太陽的地方,就有動力。我們的衛星和登月的月球車就是由太陽能來提供電源的,也許在不久的將來,還可能研發出太陽能汽車、太陽能飛機、太陽能公路以及太陽能充電器等新技術。
      
      另外一種利用技術就是把太陽能轉化為熱能。太陽能直接產生高溫蒸汽,再轉為他用,這在工業上有許多的應用。如將太陽能真空管放到屋頂,產生熱水可供洗澡;聚光太陽能和線性太陽能集熱器,讓我們不用煙熏火燎就能實現戶外燒烤??傊?,只有你想不到的,沒有做不了的。
      
      太陽能熱發電被認為是發電穩定、對電網沖擊小并可實現大規模發電的綠色能源利用技術,具有很好的發展前景。目前,如何提高太陽能熱發電效率、降低發電成本是太陽能熱發電研究的焦點。
      
      太陽能也可以應用于太陽能光催化制氫,利用半導體的特殊性能,我們把半導體材料放到水中,太陽能激發電子躍遷,形成還原氧化活性的電子空穴對,在水中能夠置換出氫氣,可以用來發電并制取液體燃料,等等。
      
      未來的能源形勢是多種多樣的,多能源互補的太陽能利用技術是發展趨勢所在。實現多元轉化,讓太陽能成材料也可以用來發電,與我們目前的能源網絡多功能利用形成能源互聯網,使我們的生活變得更加便利。
      
      [資料來源:中國科普博覽]

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