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太阳能的利用
黄宇翔
前言
随着经济的发展、社会的进步,人们对能源提出越来越高的要求,寻找新能源成为当前人
类面临的迫切课题。所谓新能源,要同时符合两个条件:一是蕴藏丰富不会枯竭;二是安全、
干净,不会威胁人类和破坏环境。而在目前所找到的新能源中,最理想的是大阳能。
因此,我们选择了太阳能的利用作为研究性课题,我们主要从 5 个方面来对太阳能的利用
进行研究: 1. 太阳的基本结构及太阳能利用的概念; 2. 太阳能利用的发展历史; 3. 太阳能的利
用现状; 4. 未来太阳能利用的展望; 5. 影响太阳能利用的因素
一、太阳的基本结构及太阳能利用的概念
太阳是一个炽热的气态球体,它的直径约为 1.39 ×106 千米,质量约为 2.2 ×l027 吨,约
为地球质量的 3.32 ×105 倍,体积则比地球大 1.3 ×106 倍, 平均密度为地球的 1/4 。其主要组
成气体为氢(约占 80%)和氦(约占 19%)。由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反
应,所以不断地释放出巨大的能量,并以辐射和对流的方式由核心向表面传递着热量。
太阳的结构如图中所示。太阳的半径设为
R,则在太阳平均半径 23 %(0.23R )的区域内
是太阳的内核,占太阳全部质量的 40 %,总体
积的 15%。这部分产生的能量占太阳产生总能
量的 90 %。从 0.23R ~ 0.7R 的区域称为“辐射
输能区”。 0.7R ~ 1.0R 之间称为“对流区”。
太阳的外部是一个光球层,它就是人们肉眼所
看到的太阳表面,其温度为 5762K ,厚约 500
千米, 密度为 10-6g/cm3 ,太阳能绝大部分辐射
都是由此向太空发射的。光球外面分布着不仅
能发光,而且几乎是透明的太阳大气,称之为“反变层”,它是由极稀薄的气体组成,厚度约
数百公里,它能吸收某些可见光的光谱辐射。而在“反变层”的外面是太阳大气上层,称之为
“色球层”,厚约 1~ 1.5 万千米,大部分由氢和氦组成。“色球层”之外则是伸入太空的银
白色日冕,温度高达 1 百万度,高度有时能达到几十个太阳半径。
太阳能利用主要是指太阳能的直接转化和利用。利用半导体器件的光伏效应原理,把太阳
辐射能转换成热能称太阳能光伏技术。把太阳辐射能转换成热能的属于太阳能利用技术,再利
用热能进行发电的称为太阳能热发电,也属于这一技术领域。
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二、太阳能利用的发展历史
20 世纪 50 年代, 太阳能利用领域出现了 2 项重大突破: 一是 1954 年美国贝尔实验室研制
出 6%的实用型单晶硅电池;二是 1955 年在以色列提出了选择性吸收表面概念和理论,并研制
成功选择性太阳吸收涂层。这两项突破既是太阳能利用进入现代发展时期的划时代标志,也是
人类能源技术又一次变革时期的划时代标志,也是人类能源技术又一次变革的技术基础。 70
年代以来,鉴于
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