太陽(yáng)能的利用指導(dǎo)老師：王啟平組員：宋飛、聶嘉宇、黃喬威、周玉龍、周方旭高一（3）班一.太陽(yáng)能利用發(fā)展簡(jiǎn)史二.太陽(yáng)能利用方法三.未來(lái)發(fā)展空間四.實(shí)驗(yàn)——太陽(yáng)能小車

當(dāng)?shù)谝粋€(gè)有智慧的生命離開了他的洞穴，他便會(huì)對(duì)著高天、對(duì)著太陽(yáng)頂禮膜拜。太陽(yáng)，這個(gè)發(fā)光發(fā)熱的大球體，為地球提供了生命的活力，當(dāng)

45億年前，太陽(yáng)能開始輻射到地球，太陽(yáng)帶來(lái)的文明也隨之而致。公元前9世紀(jì)，中國(guó)人開始用“陽(yáng)燧”（凹面鏡）聚光取火。公元7世紀(jì)，開始使用凸透境聚集太陽(yáng)能取火。公元前3世紀(jì)，希臘人和羅馬人用“燃燒鏡”（凹面鏡）做武器聚焦太陽(yáng)能點(diǎn)火并點(diǎn)燃敵方戰(zhàn)船的船帆。1世紀(jì)，意大利史學(xué)家普林尼修建了第一個(gè)保溫隔熱的被動(dòng)式太陽(yáng)能房。14世紀(jì)，居住在北美地區(qū)的印第安人的祖先，冬季時(shí)居住在懸崖的南側(cè)以直接面對(duì)太陽(yáng)方便取暖。

17世紀(jì)，有學(xué)識(shí)的人接受了太陽(yáng)和其他恒星是相同的這一觀念，1615年出現(xiàn)了一臺(tái)利用太陽(yáng)能加熱空氣使其膨脹做功的抽水機(jī)。1643年~1715年法國(guó)國(guó)王路易十四統(tǒng)治時(shí)期是太陽(yáng)能試驗(yàn)的一個(gè)時(shí)代。太陽(yáng)能利用發(fā)展簡(jiǎn)史光熱利用它的基本原來(lái)是將太陽(yáng)輻射能收集起來(lái)，通過(guò)與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。目前使用最多的太陽(yáng)能收集裝置，主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等3種。通常根據(jù)所能達(dá)到的溫度和用途的不同，而把太陽(yáng)能光熱利用分為低溫利用（＜200℃）、中溫利用（200～800℃）和高溫利用（＞800℃）。目前低溫利用主要有太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能干燥器、太陽(yáng)能蒸餾器、太陽(yáng)房、太陽(yáng)能溫室、太陽(yáng)能空調(diào)制冷系統(tǒng)等，中溫利用主要有太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能熱發(fā)電聚光集熱裝置等，高溫利用主要有高溫太陽(yáng)爐等。

太陽(yáng)能發(fā)電未來(lái)太陽(yáng)能的大規(guī)模利用是用來(lái)發(fā)電。利用太陽(yáng)能發(fā)電的方式有多種。目前已實(shí)用的主要有以下兩種。①光—熱—電轉(zhuǎn)換。即利用太陽(yáng)輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。一般是用太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的蒸汽，然后由蒸汽驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。前一過(guò)程為光—熱轉(zhuǎn)換，后一過(guò)程為熱—電轉(zhuǎn)換。②光—電轉(zhuǎn)換。其基本原理是利用光生伏打效應(yīng)將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，它的基本裝置是太陽(yáng)能電池。

光生物利用通過(guò)植物的光合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過(guò)程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。我國(guó)太陽(yáng)能利用產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀太陽(yáng)能利用方式太陽(yáng)熱水器真空玻璃管太陽(yáng)能熱水器：是目前吸熱效率最高的集熱部分，它的優(yōu)點(diǎn)在于，不需要在集熱部分在增加保溫層，而且現(xiàn)在的真空玻璃管無(wú)論在抗高溫，抗打擊和保溫上，性能都是一流的，也被絕大部分太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠家所采用。其缺點(diǎn)在于體積比較龐大，管中容易集結(jié)水垢。直插式全玻璃真空集熱管太陽(yáng)能熱水器：是利用真空集熱管，具有的高吸收率和低發(fā)射率，將吸收的太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成熱能，利用冷水比重大，熱水比重小的特點(diǎn)，在真空管內(nèi)形成冷水自上而下，熱水自下而上的自然循環(huán)，使整個(gè)水的溫度逐步升高，達(dá)到一定溫度。由于真空玻璃管是圓形的，具有對(duì)太陽(yáng)廣源自然跟蹤的特點(diǎn)，再加上反光板的反射原理，使玻璃管四面受光面面俱到，集熱效果時(shí)間更長(zhǎng)，水溫更高，即使高寒地區(qū)一年四季也可正常運(yùn)行。真空管是太陽(yáng)能熱水器的核心，它的結(jié)構(gòu)如同一個(gè)拉長(zhǎng)的暖瓶膽，內(nèi)外層之間為真空。在內(nèi)玻璃管的表面上利用特種工藝涂有光譜選擇性吸收涂層，用來(lái)最大限度的吸收太陽(yáng)輻射能。經(jīng)陽(yáng)光照射，光子撞擊涂層，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成熱能，水從涂層外吸熱，水溫升高，密度減小，熱水向上運(yùn)動(dòng)，而比重大的冷水下降。熱水始終位于上部，即水箱中。太陽(yáng)能熱水器中熱水的升溫情況與外界溫度關(guān)系不大，主要取決于光照。當(dāng)打開廚房或洗浴間的任何一個(gè)水龍頭時(shí)，熱水器內(nèi)的熱水便依靠自然落差流出，落差越大，水壓越高。生活中太陽(yáng)能的利用——光熱利用經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)在集熱器（含太陽(yáng)能熱水器）已成為太陽(yáng)能應(yīng)用最為廣泛、產(chǎn)業(yè)化最迅速的產(chǎn)業(yè)之一。1998年銷售總額達(dá)到了35億元，其產(chǎn)量位居世界榜首。金屬平板太陽(yáng)能熱水器：是在傳熱性能極佳的金屬片上，覆蓋上吸熱涂層，利用金屬的傳熱性，將吸收的熱量傳于水箱中。其有點(diǎn)是外觀美觀，安裝方便，可以做成平板，而且不容易損壞。缺點(diǎn)在于：保溫要花很大的代價(jià)，成本高，間接的就是增加消費(fèi)者負(fù)擔(dān)。太陽(yáng)灶是科技較為成熟的另一種產(chǎn)品，人類利用太陽(yáng)灶已有200多年的歷史，特別是近二、三十年來(lái)，世界各國(guó)都先后研制生產(chǎn)了各種不同類型的太陽(yáng)灶。尤其是發(fā)展中的國(guó)家，太陽(yáng)灶受到了廣大用戶的好評(píng)，并得到了較好的推廣和應(yīng)用。太陽(yáng)灶是利用太陽(yáng)能輻射，通過(guò)聚光獲取熱量，進(jìn)行炊事烹飪食物的一種裝置。它不燒任何燃料；沒(méi)有任何污染；正常使用時(shí)比蜂窩煤爐還要快；和煤氣灶速度一致。太陽(yáng)灶基本上可分為箱式太陽(yáng)灶、平板式太陽(yáng)灶、聚光太陽(yáng)灶和室內(nèi)太陽(yáng)灶,儲(chǔ)能太陽(yáng)灶。前三種太陽(yáng)灶均在陽(yáng)光下進(jìn)行炊事操作太陽(yáng)灶太陽(yáng)能科技中的利用——太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組、太陽(yáng)能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：（一）太陽(yáng)能電池板：太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作。﹡（二）太陽(yáng)能控制器：太陽(yáng)能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪亻_關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)；﹡（三）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，到需要的時(shí)候再釋放出來(lái)。﹡（四）逆變器：太陽(yáng)能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。實(shí)際上，地球上的能量巨大。太陽(yáng)每秒鐘到達(dá)地面的能量達(dá)80萬(wàn)千瓦，如果將太陽(yáng)光照射地球表面1個(gè)小時(shí)產(chǎn)生的所有能量聚積起來(lái)，就足以滿足人類整整一年的能源需求。而光合作用是地球上最為有效的固定太陽(yáng)光能的過(guò)程，如果人類可以像植物一樣利用光合作用，直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成我們需要的能源，將有效解決能源緊缺問(wèn)題。光合作用：萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，綠色植物的生長(zhǎng)更需要陽(yáng)光。即使放在窗子附近的盆花，葉子和莖尖也總是向著有陽(yáng)光的窗外傾斜。太陽(yáng)蘊(yùn)藏著取之不盡、用之不竭的能量。但是，人類和動(dòng)物都不能直接利用太陽(yáng)能，而綠色植物就有這種特殊的本領(lǐng)。在陽(yáng)光的照射下，它們的綠葉可將二氧化碳和水等無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化成葡萄糖，葡萄糖再進(jìn)一步變成淀粉等有機(jī)物，并放出氧氣，這就是光合作用。地球上每年通過(guò)綠色植物光合作用制造的有機(jī)物約4400億噸，貯存在有機(jī)物里的能量相當(dāng)于24萬(wàn)個(gè)三門峽水電站所發(fā)出的電力，同時(shí)放出大約4700億噸氧氣，供生物呼吸，并保證地球上氧氣的充足供應(yīng)。光合作用在葉肉細(xì)胞或嫩莖表面的細(xì)胞里通過(guò)葉綠體進(jìn)行。太陽(yáng)能光生物利用能進(jìn)行光合作用的細(xì)胞就像一座制造有機(jī)物的工廠，工廠的原料是從根吸收來(lái)的水和從氣孔吸收來(lái)的二氧化碳，制造的產(chǎn)品是葡萄糖和副產(chǎn)品氧氣。葉綠體好比工廠的機(jī)器，光好比工廠的能源。光合作用可以簡(jiǎn)單地用下面公式表示：(能源)光二氧化碳+水──→葡萄糖＋氧氣葉綠體(原料)(機(jī)器)(產(chǎn)品)(副產(chǎn)品)光合作用的過(guò)程非常復(fù)雜，大體分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)步驟：光反應(yīng)，是葉綠體里的葉綠素接受光的能量把水分光解成氫和氧，氫暫且被留下待用，氧氣通過(guò)氣孔排放到空氣中去；與此同時(shí)，一部分光能暫存在特殊的化合物里。暗反應(yīng)，是把光反應(yīng)生成的氫和二氧化碳合成為葡萄糖，同時(shí)暫存的能量也轉(zhuǎn)入葡萄糖里貯存。﹡在光合作用的第一階段，葉綠體中捕光色素蛋白復(fù)合體內(nèi)光能的吸收傳遞效率能到90%—98%。之后當(dāng)光子被傳遞到反應(yīng)中心后，反應(yīng)中心進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的量子效率幾乎能達(dá)到100%。而且整個(gè)吸能轉(zhuǎn)能過(guò)程在7—15秒內(nèi)完成?？茖W(xué)家們模擬葉綠體結(jié)構(gòu)的吸能轉(zhuǎn)能機(jī)理，制成高效的染料敏化太陽(yáng)能電池。目前染料敏化太陽(yáng)能電池在測(cè)試條件下光能轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到11.1%。模擬光合作用儲(chǔ)存太陽(yáng)能藍(lán)藻驅(qū)動(dòng)氫動(dòng)力

40多年前，人們發(fā)現(xiàn)在無(wú)氧條件下，植物會(huì)激活細(xì)胞內(nèi)部一種可生成氫氣的酶———?dú)涿?。如果這時(shí)讓這些藍(lán)藻照射陽(yáng)光，便會(huì)產(chǎn)生氫氣。據(jù)估計(jì)，如果藻類光合作用產(chǎn)氫效率能達(dá)到10%%，那么則5萬(wàn)平方公里藻類接受太陽(yáng)能放出的氫氣可滿足美國(guó)的全部燃料需要。但實(shí)際上，藍(lán)藻的產(chǎn)氫效率遠(yuǎn)不能達(dá)到10%。而光合作用分解水分子時(shí)放出的氧分子，會(huì)使氫化酶的活性降低，并最終使其停止工作。這也就是為什么藍(lán)藻的放氫活動(dòng)只能延續(xù)幾秒鐘，最多幾分鐘的時(shí)間。為此，科學(xué)家們利用抑制劑有針對(duì)性地阻止了負(fù)責(zé)生成氧氣的光合系統(tǒng)，同時(shí)把氫酶基因和一個(gè)控制元連接起來(lái)，以提高氫化酶遺傳信息的讀取次數(shù)。這種藻類的氫氣產(chǎn)量比它們的天然同類提高了兩到三倍。目前，德國(guó)波恩的科學(xué)家正在和美國(guó)加州的一家公司合作，檢驗(yàn)這種藻類是否適于用來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)氫氣。中科院植物所科研人員發(fā)明了微藻與需氧細(xì)菌共同培養(yǎng)，大大提高藻類放氫效率。未來(lái)太陽(yáng)能發(fā)展利用

美國(guó)太平洋煤氣電力公司(PG&E)已經(jīng)于近期宣布，將與一個(gè)宣稱可在太空中有效攝取能量的加州太陽(yáng)能公司（SolarEnCorp）合作并向其購(gòu)買電力。由此，他們邁出了在外太空開發(fā)太陽(yáng)能的第一步——在環(huán)繞地球的外空軌道上設(shè)立太陽(yáng)能電池板，然后將生成的電能轉(zhuǎn)化為無(wú)線電波傳送回地球，再由地面的電力儲(chǔ)備站接收，轉(zhuǎn)化為電能后供應(yīng)給千家萬(wàn)戶。太空太陽(yáng)能發(fā)電站的想法最初在1968年由美國(guó)麻省里特咨詢公司的工程師彼特·格拉斯提出。格拉斯設(shè)想了一個(gè)面積達(dá)50平方公里的太陽(yáng)能電池板陣列，其中每塊電池板都能產(chǎn)生數(shù)千瓦的能量。人們用火箭將這些電池板送入地球同步軌道，并讓數(shù)百名宇航員在太空中完成組裝工作。在他的設(shè)計(jì)方案中，太空發(fā)電站的電池板能不斷調(diào)整角度以面對(duì)太陽(yáng)，然后借助一個(gè)長(zhǎng)達(dá)1公里的微波天線將太陽(yáng)能傳回地球。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這個(gè)巨大的天線必須安裝在萬(wàn)向裝置上，使它能自由旋轉(zhuǎn)而不受陣列中其他設(shè)備的影響。地面接收天線則更為壯觀，占地超過(guò)100平方公里。如果這個(gè)夢(mèng)想得以實(shí)現(xiàn)，它將成為最偉大的太空奇跡，國(guó)際空間站在它面前就不過(guò)是摩天大樓前的一間玩具房子。但美國(guó)在20世紀(jì)70年代進(jìn)行了初步研究后還是放棄了這種想法，因?yàn)槠浣ㄔO(shè)成本高得驚人。即使在今天，僅將一顆這樣的太陽(yáng)能衛(wèi)星送進(jìn)太空就需要1萬(wàn)億美元，而在太空建發(fā)電站至少需要十幾顆這樣的衛(wèi)星。

而今天的計(jì)劃和40年前的構(gòu)想極為相似，先要把太陽(yáng)能衛(wèi)星發(fā)射到距赤道22000英里（約35400公里）的軌道上，并保持與地球位置相對(duì)不變。太陽(yáng)能板寬度將達(dá)若干英里，系統(tǒng)在采集太陽(yáng)能后將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡姡缓笤俎D(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ǚ祷氐降厍蛏?。利用太空太?yáng)能發(fā)電的研究之所以幾十年來(lái)一直備受人類關(guān)注，是因?yàn)樗_實(shí)有著很多不可替代的好處，如果能夠大規(guī)模發(fā)展，也許真的可以像科幻電視劇里描述的那樣，永久地解決人類的能源問(wèn)題。首先，太空中的太陽(yáng)能電池板沒(méi)有大氣層的阻隔，沒(méi)有干擾，它接受太陽(yáng)光的強(qiáng)度是地球上的8-10倍，而且更清潔。其次，它可以24小時(shí)持續(xù)不斷地接收陽(yáng)光，解決了地面太陽(yáng)能發(fā)電間斷和穩(wěn)定性差的問(wèn)題。最后，太空的“土地”是免費(fèi)的，況且目前國(guó)際社會(huì)尚無(wú)對(duì)開發(fā)太空太陽(yáng)能的限制和法律約束。所以，這也給了太空太陽(yáng)能一個(gè)巨大的發(fā)展空間。關(guān)于太陽(yáng)能小車的實(shí)驗(yàn)