隨著經濟的發展、社會的進步,人們對能源提出越來越高的要求,尋找新能源成為當前人類面臨的迫切課題。現有能源主要有3種,即火電、水電和核電。

  火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蘊藏量有限、越燒越少,正面臨著枯竭的危險。據估計,全世界石油資源再有30年便將枯竭。另一方面燃燒燃料將排出CO2和硫的氧化物,因此會導致溫室效應和酸雨,惡化地球環境。

  水電要淹沒大量土地,有可能導致生態環境破壞,而且大型水庫一旦塌崩,后果將不堪設想。另外,一個國家的水力資源也是有限的,而且還要受季節的影響。

  核電在正常情況下固然是干凈的,但萬一發生核泄漏,后果同樣是可怕的。前蘇聯切爾諾貝利核電站事故,已使900萬人受到了不同程度的損害,而且這一影響并未終止。

  這些都迫使人們去尋找新能源。新能源要同時符合兩個條件:一是蘊藏豐富不會枯竭;二是安全、干凈,不會威脅人類和破壞環境。目前找到的新能源主要有兩種,一是太陽能,二是燃料電池。另外,風力發電也可算是輔助性的新能源。其中,最理想的新能源是大陽能。

  太陽能發電是最理想的新能源

  照射在地球上的太陽能非常巨大,大約40分鐘照射在地球上的太陽能,便足以供全球人類一年能量的消費??梢運?,太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽能發電絕對干凈,不產生公害。所以太陽能發電被譽為是理想的能源。

  從太陽能獲得電力,需通過大陽電池進行光電變換來實現。它同以往其他電源發電原理完全不同,具有以下特點:①無枯竭危險;②絕對干凈(無公害);③不受資源分布地域的限制;④可在用電處就近發電;⑤能源質量高;⑥使用者從感情上容易接受;⑦獲取能源花費的時間短。不足之處是:①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面積;②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。但總的說來,瑕不掩瑜,作為新能源,太陽能具有極大優點,因此受到世界各國的重視。

  要使太陽能發電真正達到實用水平,一是要提高太陽能光電變換效率并降低其成本,二是要實現太陽能發電同現在的電網聯網。

  目前,太陽電地主要有單晶硅、多晶硅、非晶態硅三種。單晶硅太陽電池變換效率最高,已達20%以上,但價格也最貴。非晶態硅太陽電池變換效率最低,但價格最便宜,今后最有希望用于一般發電的將是這種電池。一旦它的大面積組件光電變換效率達到10%,每瓦發電設備價格降到1-2美元時,便足以同現在的發電方式竟爭。估計本世紀末便可達到這一水平。

  當然,特殊用途和實驗室中用的太陽電池效率要高得多,如美國波音公司開發的由砷化鎵半導體同銻化鎵半導體重疊而成的太陽電地,光電變換效率可達36%,快趕上了燃煤發電的效率。但由于它太貴,目前只能限于在衛星上使用。

  太陽能發電的應用

  太陽能發電雖受晝夜、晴雨、季節的影響,但可以分散地進行,所以它適于各家各戶分激進行發電,而且要聯接到供電網絡上,使得各個家庭在電力富裕時可將其賣給電力公司,不足時又可從電力公司買入。實現這一點的技術不難解決,關鍵在于要有相應的法律保障。現在美國、日本等發達國家都已制定了相應法律,保證進行太陽能發電的家庭利益,鼓勵家庭進行太陽能發電。

  日本已于1992年4月實現了太陽能發電系統同電力公司電網的聯網,已有一些家庭開始安裝太陽能發電設備。日本通產省從1994年開始以個人住宅為對象,實行對購買太陽能發電設備的費用補助三分之二的制度。要求第一年有1000戶家庭、2000年時有7萬戶家庭裝上太陽能發電設備。

  據日本有關部門估計日本2100萬戶個人住宅中如果有80%裝上太陽能發電設備,便可滿足全國總電力需要的14%,如果工廠及辦公樓等單位用房也進行太陽能發電,則太陽能發電將占全國電力的30%-40%。當前阻礙太陽能發電普及的最主要因素是費用昂貴。為了滿足一般家庭電力需要的3千瓦發電系統,需600萬至700萬日元,還未包括安裝的工錢。有關專家認為,至少要降到100萬到200萬日元時,太陽能發電才能夠真正普及。降低費用的關鍵在于太陽電池提高變換效率和降低成本。

  不久前,美國德州儀器公司和SCE公司宣布,它們開發出一種新的太陽電池,每一單元是直徑不到1毫米的小珠,它們密密麻麻規則地分布在柔軟的鋁箔上,就像許多蠶卵緊貼在紙上一樣。在大約50平方厘米的面積上便分布有1,700個這樣的單元。這種新電池的特點是,雖然變換效率只有8%—10%,但價格便宜。而且鋁箔底襯柔軟結實,可以像布帛一樣隨意折疊且經久耐用,掛在向陽處便可發電,非常方便。據稱,使用這種新太陽電池,每瓦發電能力的設備只要15至2美元,而且每發一度電的費用也可降到14美分左右,完全可以同普通電廠產生的電力相競爭。每個家庭將這種電池掛在向陽的屋頂、墻壁上,每年就可獲得一二千度的電力。

  太陽能發電的前景

  太陽能發電有更加激動人心的計劃。一是日本提出的創世紀計劃。準備利用地面上沙漠和海洋面積進行發電,并通過超導電纜將全球太陽能發電站聯成統一電網以便向全球供電。據測算,到2000年、2050年、2100年,即使全用太陽能發電供給全球能源,占地也不過為 65.11萬平方公里、 186.79萬平方公里、829.19萬平方公里。829.19萬平方公里才占全部海洋面積 2.3%或全部沙漠的 51.4%,甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5% 。因此這一方案是有可能實現的。

  另一是天上發電方案。早在1980年美國宇航局和能源部就提出在空間建設太陽能發電站設想,準備在同步軌道上放一個長10公里、寬5公里的大平板,上面布滿太陽電池,這樣便可提供500萬千瓦電力。但這需要解決向地面無線輸電問題。現已提出用微波束、激光束等各種方案。目前雖已用模型飛機實現了短距離、短時間、小功率的微波無線輸電,但離真正實用還有漫長的路程。

2011年11月21日

太陽能發電是最理想的新能源

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