高中物理第1章电场电流1太阳能

高中物理第1章电场电流1太阳能

太阳能 ‎ 太阳能:地球上最根本的能源是太阳能,煤、石油中的化学能是由太阳能转化而成的,风能、生物能、海洋能等其实也都来自太阳能.太阳每年辐射到地球表面的能量为50×1018kJ,相当于目前全世界能量消费的1.3万倍,真可谓取之不尽,用之不竭,因此,利用太阳能的前景非常诱人.阳光普照大地,但单位面积上所受到的辐射并不大,如何把分散的热量聚集在一起成为有用的能量是问题的关键.太阳能的利用是通过集热器进行光热转化的,集热器也就是太阳能热水器.它的板蕊由涂了吸热材料的铜片制成,封装在玻璃钢外壳中.铜片只是导热体,进行光热转化的是吸热涂层,这是特殊的有机高分子化合物.封装材料也有讲究,既要有高透光率,又要有良好的绝热性.随涂层、材料、封装技术和热水器的结构设计等不同,终端使用温度较低的在‎100℃‎以下,可供生活热水、取暖等;中等温度在100~‎300℃‎,可供烹调、工业用热等;高温的可达‎300℃‎以上,可以供发电站使用.70年代石油危机之后,这类热水器曾有蓬勃发展,特别是在美国、以色列、日本、澳大利亚等国家,安装太阳能热水器的住宅很多,我国近几年在这方面也有了快速的发展,特别是在光热比较充足的地区,安装太阳能热水器的住宅逐渐增多. 　　‎ 太阳能也可以通过光电池直接变成电能,这就是太阳能电池.它们具有安全可靠、无噪声、无污染、不需燃料、无需架设输电网、规模可大可小等优点,但需要占用较大的面积,因此比较适合阳光充足的边远地区的农牧民或边防部队使用.已有使用价值的光电池种类不少,多晶硅(Si)、单晶硅(掺入少量硼、砷)碲化镉(CdTe)、硒化铜铟(CuInSe)等都是制造光电池的半导体材料,它们能吸收光子使电子按一定方向流动而形成电流.光电池应用范围很广,大 的可以用于微波中继站、卫星地面站、农村电话系统,小的可用于太阳能手表、太阳能计算器、太阳能充电器等.这些产品已有广大市场. 　　‎ 对于利用阳光发电,日本早在70年代就制定了"阳光计划",美国也有Soiar计划.近年来,德国的ELDDRADO计划等也都是致力于太阳能的开发利用.我国自80年代起也开始了太阳能电池的研究,引进了国际先进的技术.太阳能电池现已有小批量生产,受到西藏无电池地区牧民们的欢迎.这种小的太阳能能发电装置可以为一台彩色电视机和一部卫星接收机提供电源,或为家庭照明和家用电器供电.‎ 太阳照射到地面的能量相当于全球能耗（1.1*1010kW）的1.6万倍，既无污染，又是永久性能源.可惜太阳辐射到地球的能量密度太低，只有1kW/m2，，还受气候影响.太阳能的利用形式主要有两种:－是热能的直接利用，如利用镜面或反射槽将太阳光聚焦在收集器上，由中间介质吸热产生蒸汽，推动气轮机组发电，美国单台容量己达80MW；另一种形式是利用小型太阳能装置为房屋采暖供热，现己大量应用.‎ 研制高效、长寿、廉价的光伏转换材料已成为目前能源新材料领域的重要课题.当前不同材料的最高转换效率为'非晶硅（薄膜，可铺覆）为12.7％，理论上可达24％，缺点是稳定性较差；多晶硅为17.7％，－种复杂结构的多晶硅太阳能电池可达24.4％；单晶硅为28.7％，CdTe或Cds为13％；Cu(Ga,In)Te为17％，GaAs及GaInp可高达25％-30％.目前，太阳能电池组价格为每峰瓦４-5美元，估计要达到0.4美元左右才能在电价方面与常规发电相当.近年来正在研制便于大规模制造的燃料纳米半导体材料及有机光伏转换薄膜.‎ 尽管如此，在某些日照时间长、居民分散地区建立太阳能电站还是有意义的，因此发达国家都在积极开发太阳能，如美国"百万屋顶计划，德国"十万屋顶"计划及日本"1600个屋顶"太阳能电池系统等.我国对西部地区的开发应把太阳能的利用列为重点，因为西部地区日照好、居民分散，适合发展太阳能.20世纪70年代美国有一个异想天开的计划，就是在同步人造卫星上装两个‎16km2的电池板和聚光系统，将所获电能用微波传到地面.由于在大气层外阳光强度比地面高1.4倍，又不受气候影响，据估计，由此得到的电能成本可与常规电能相比.但是，除了材料和技术问题以外，是否造成环境污染还需要论证.‎