太阳能的利用

一.太阳能利用发展简史 二.太阳能利用方法 三.未来发展空间 四.实验——太阳能小车

当第一个有智慧的生命离开了他的洞穴，他便会对着高天、对着太阳顶礼膜拜。太阳，这个发光发热的大球体，为地球提供了生命的活力，当  45亿年前，太阳能开始辐射到地球，太阳带来的文明也随之而致。 公元前9世纪，中国人开始用“阳燧”（凹面镜）聚光取火。公元7世纪，开始使用凸透境聚集太阳能取火。 公元前3世纪，希腊人和罗马人用“燃烧镜”（凹面镜）做武器聚焦太阳能点火并点燃敌方战船的船帆。1世纪，意大利史学家普林尼修建了第一个保温隔热的被动式太阳能房。 14世纪，居住在北美地区的印第安人的祖先，冬季时居住在悬崖的南侧以直接面对太阳方便取暖。      17世纪，有学识的人接受了太阳和其他恒星是相同的这一观念，1615年出现了一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功的抽水机。1643年~1715年法国国王路易十四统治时期是太阳能试验的一个时代。 太阳能利用发展简史

光热利用 　　它的基本原来是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。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（＜200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（＞800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。 　　 太阳能发电 　　未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。 　　①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。 　　②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。 　 光生物利用 　　通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。 我国太阳能利用产业现状 太阳能利用方式

生活中太阳能的利用——光热利用 太阳热水器 真空玻璃管太阳能热水器：是目前吸热效率最高的集热部分，它的优点在于，不需要在集热部分在增加保温层，而且现在的真空玻璃管无论在抗高温，抗打击和保温上，性能都是一流的，也被绝大部分太阳能热水器生产厂家所采用。其缺点在于体积比较庞大，管中容易集结水垢。 直插式全玻璃真空集热管太阳能热水器：是利用真空集热管，具有的高吸收率和低发射率，将吸收的太阳辐射转换成热能，利用冷水比重大，热水比重小的特点，在真空管内形成冷水自上而下，热水自下而上的自然循环，使整个水的温度逐步升高，达到一定温度。由于真空玻璃管是圆形的，具有对太阳广源自然跟踪的特点，再加上反光板的反射原理，使玻璃管四面受光面面俱到，集热效果时间更长，水温更高，即使高寒地区一年四季也可正常运行。真空管是太阳能热水器的核心，它的结构如同一个拉长的暖瓶胆，内外层之间为真空。在内玻璃管的表面上利用特种工艺涂有光谱选择性吸收涂层，用来最大限度的吸收太阳辐射能。经阳光照射，光子撞击涂层，太阳能转化成热能，水从涂层外吸热，水温升高，密度减小，热水向上运动，而比重大的冷水下降。热水始终位于上部，即水箱中。太阳能热水器中热水的升温情况与外界温度关系不大，主要取决于光照。当打开厨房或洗浴间的任何一个水龙头时，热水器内的热水便依靠自然落差流出，落差越大，水压越高。

经过多年的发展，我国在集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。 金属平板太阳能热水器：是在传热性能极佳的金属片上，覆盖上吸热涂层，利用金属的传热性，将吸收的热量传于水箱中。其有点是 外观美观，安装方便，可以做成平板，而且不容易损坏。缺点在于：保温要花很大的代价，成本高，间接的就是增加消费者负担。

太阳灶 太阳灶是科技较为成熟的另一种产品，人类利用太阳灶已有200多年的历史，特别是近二、三十年来，世界各国都先后研制生产了各种不同类型的太阳灶。尤 其是发展中的国家，太阳灶受到了广大用户的好评，并得到了较好的推广和应用。 太阳灶是利用太阳能辐射，通过聚光获取热量，进行炊事烹饪食物的一种装置。它不烧任何燃料；没有任何污染；正常使用时比蜂窝煤炉还要快；和煤气灶速度一致。 太阳灶基本上可分为箱式太阳灶、平板式太阳灶、聚光太阳灶和室内太阳灶,储能太阳灶。前三种太阳灶均在阳光下进行炊事操作

太阳能科技中的利用——太阳能发电 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。﹡（二） 太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；﹡（三） 蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。﹡（四） 逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

太阳能光生物利用 实际上，地球上的能量巨大。太阳每秒钟到达地面的能量达80万千瓦，如果将太阳光照射地球表面1个小时产生的所有能量聚积起来，就足以满足人类整整一年的能源需求。 而光合作用是地球上最为有效的固定太阳光能的过程，如果人类可以像植物一样利用光合作用，直接把太阳能转换成我们需要的能源，将有效解决能源紧缺问题。 光合作用：万物生长靠太阳，绿色植物的生长更需要阳光。即使放在窗子附近的盆花，叶子和茎尖也总是向着有阳光的窗外倾斜。 太阳蕴藏着取之不尽、用之不竭的能量。但是，人类和动物都不能直接利用太阳能，而绿色植物就有这种特殊的本领。在阳光的照射下，它们的绿叶可将二氧化碳和水等无机物转化成葡萄糖，葡萄糖再进一步变成淀粉等有机物，并放出氧气，这就是光合作用。 地球上每年通过绿色植物光合作用制造的有机物约4400亿吨，贮存在有机物里的能量相当于24万个三门峡水电站所发出的电力，同时放出大约4700亿吨氧气，供生物呼吸，并保证地球上氧气的充足供应。 光合作用在叶肉细胞或嫩茎表面的细胞里通过叶绿体进行。

科学家们模拟叶绿体结构的吸能转能机理，制成高效的染料敏化太阳能电池。目前染料敏化太阳能电池在测试条件下光能转化效率已经达到11.1%。 能进行光合作用的细胞就像一座制造有机物的工厂，工厂的原料是从根吸收来的水和从气孔吸收来的二氧化碳，制造的产品是葡萄糖和副产品氧气。叶绿体好比工厂的机器，光好比工厂的能源。光合作用可以简单地用下面公式表示： (能源) 光 二氧化碳+水──→葡萄糖＋氧气 叶绿体 (原料) (机器) (产品) (副产品) 光合作用的过程非常复杂，大体分为光反应和暗反应两个步骤： 光反应，是叶绿体里的叶绿素接受光的能量把水分光解成氢和氧，氢暂且被留下待用，氧气通过气孔排放到空气中去；与此同时，一部分光能暂存在特殊的化合物里。 暗反应，是把光反应生成的氢和二氧化碳合成为葡萄糖，同时暂存的能量也转入葡萄糖里贮存。﹡ 在光合作用的第一阶段，叶绿体中捕光色素蛋白复合体内光能的吸收传递效率能到90%—98%。之后当光子被传递到反应中心后，反应中心进行能量转化的量子效率几乎能达到100%。而且整个吸能转能过程在7—15秒内完成。 科学家们模拟叶绿体结构的吸能转能机理，制成高效的染料敏化太阳能电池。目前染料敏化太阳能电池在测试条件下光能转化效率已经达到11.1%。 模拟光合作用储存太阳能

蓝藻驱动氢动力 40多年前，人们发现在无氧条件下，植物会激活细胞内部一种可生成氢气的酶———氢酶。如果这时让这些蓝藻照射阳光，便会产生氢气。据估计，如果藻类光合作用产氢效率能达到10%%，那么则5万平方公里藻类接受太阳能放出的氢气可满足美国的全部燃料需要。 　　但实际上，蓝藻的产氢效率远不能达到10%。而光合作用分解水分子时放出的氧分子，会使氢化酶的活性降低，并最终使其停止工作。这也就是为什么蓝藻的放氢活动只能延续几秒钟，最多几分钟的时间。 　　为此，科学家们利用抑制剂有针对性地阻止了负责生成氧气的光合系统，同时把氢酶基因和一个控制元连接起来，以提高氢化酶遗传信息的读取次数。这种藻类的氢气产量比它们的天然同类提高了两到三倍。目前，德国波恩的科学家正在和美国加州的一家公司合作，检验这种藻类是否适于用来大规模生产氢气。中科院植物所科研人员发明了微藻与需氧细菌共同培养，大大提高藻类放氢效率。

未来太阳能发展利用 　美国太平洋煤气电力公司(PG&E)已经于近期宣布，将与一个宣称可在太空中有效摄取能量的加州太阳能公司（SolarEn Corp）合作并向其购买电 力。由此，他们迈出了在外太空开发太阳能的第一步——在环绕地球的外空轨道上设立太阳能电池板，然后将生成的电能转化为无线电波传送回地球，再由地面的电 力储备站接收，转化为电能后供应给千家万户。 　　太空太阳能发电站的想法最初在1968年由美国麻省里特咨询公司的工程师彼特·格拉斯提出。格拉斯设想了一个面积达50平方公里的太阳能电池板阵列，其中每块电池板都能产生数千瓦的能量。人们用火箭将这些电池板送入地球同步轨道，并让数百名宇航员在太空中完成组装工作。在他的设计方案中，太空发电站的电池板能不断调整角度以面对太阳，然后借助一个长达1公里的微波天线将太阳能传回地球。为实现这一目标，这个巨大的天线必须安装在万向装置上，使它能自由旋转而不受阵列中其他设备的影响。地面接收天线则更为壮观，占地超过100平方公里。如果这个梦想得以实现，它将成为最伟大的太空奇迹，国际空间站在它面前就不过是摩天大楼前的一间玩具房子。但美国在20世纪70年代进行了初步研究后还是放弃了这种想法，因为其建设成本高得惊人。即使在今天，仅将一颗这样的太阳能卫星送进太空就需要1万亿美元，而在太空建发电站至少需要十几颗这样的卫星。

而今天的计划和40年前的构想极为相似，先要把太阳能卫星发射到距赤道22000英里（约35400公里）的轨道上，并保持与地球位置相对不变。太阳能板宽度将达若干英里，系统在采集太阳能后将其转变为电，然后再转变为电磁波返回到地球上。 　　利用太空太阳能发电的研究之所以几十年来一直备受人类关注，是因为它确实有着很多不可替代的好处，如果能够大规模发展，也许真的可以像科幻电视剧里描述的那样，永久地解决人类的能源问题。首先，太空中的太阳能电池板没有大气层的阻隔，没有干扰，它接受太阳光的强度是地球上的8-10倍，而且更清洁。其次，它可以24小时持续不断地接收阳光，解决了地面太阳能发电间断和稳定性差的问题。最后，太空的“土地”是免费的，况且目前国际社会尚无对开发太空太阳能的限制和法律约束。所以，这也给了太空太阳能一个巨大的发展空间。

关于太阳能小车的实验 材料：小型模具车外壳、小型马达、太阳能电池板 原理：太阳能转化为电能。 制作过程: 1.将太阳能电筒的太阳能电池板及相关电路拆下。 2.把小车外装壳拆去，将马达接入总电路。 3.检查电路连接无误，启动开关试行，多次调试。 4.多次运行后，本组实验成功。 实验回顾：此太阳能小车虽构造简单，但是没有使用一般模具车所需的干电池，实现了动力环保化。但是，我组发现太阳能电池功率较小，且不能单独工作，太阳能电池并不是单纯的太阳能电池板，而是由蓄电池、控制器、太阳能电池板组成。 可实物展示

谢谢