1、太陽能的發展趨勢the development of solar energy trends熱動 0942 馮軍 0903411208摘要由于z前人們過度的開發利用煤炭、右油等不可再生能源，不但導致煤炭、石 油等不可再生能源的日趨枯竭，還給我們生活的家園帶來了嚴重的環境污染。人們終 于醒悟，并且開始尋找可以代替不可再生能源的新能源，清潔能源。無疑具有清潔并 且取z不盡用z不竭的優點的太陽能被人們列入了第一考慮對彖。abstract due to the development and utilization of the people before excessive coal,petrole

2、um and other non-renewable energy, not only lead to coal, oil, and other renewable energy is not dry up. back to our life home brings serious environmental pollution. people finally wakes up, and began to look for can replace not renewable energy new energy, clean cncrgy. it is clean and the inexhau

3、stible solar was the advantages of the people on the first consider object關鍵詞太陽能污染枯蝎發展keywords solar pollution exhaustion development在當今能源越來越稀缺，全球環境問題口益突顯的壓力下，各國紛紛尋求新能源對再生能源尤其是太陽能的形勢卜而作的一個世界對太陽能研究與利用現狀的調査報告。 報告顯示，近幾年太陽能技術發展迅速，尤其是太陽能建筑，大家更是下大力氣，而冃取得 了不少成果，為太陽能行業走向市場掀開了新篇章。太陽能電池，一直有研究人士致力于此 項工作，雖然也取得了

4、不小成績，在一些場合也已應用，但要完全走向市場仍需努力，因為 其經濟性還遠趕不上現有產晶。隨著人們對能源、環保意識的增強，以及太陽能電池技術的 發展、新材料的開發，太陽能必將發出耀眼的光芒。我國的常規能源狀況可用“總量豐富，人均不足”來概括，我國人均能源口j采儲量遠低 于世界平均水平。2000年人均石汕可采儲量只有2.6 t,人均天然氣可采儲量1074m3,人均 煤炭可采儲量90t,分別為世界平均水平的11、4.3%和55.4%。我國石汕產量不可能大 幅增長,2020年預計為1.8-2.0x108(,然后將逐漸下降。自1993年中國成為石油凈進口國 之后,我國石油對外依存度從1995年的7.6

5、%增加2000年的31.()%。到2020年,石油消費 量最少也要4.5xl08t,屆時石油的對外依存度冇可能接近60%。我國煤炭資源雖然比較豐富, 但探明程度很低,2000年可供建設的新的尚未利用的經濟梢查儲量僅203x108(遠遠滿足不 了近期煤礦建設的需要。到2003年，我國能源消耗總量己經占到世界的10.4%,但是我國 的能源消耗構成人致為煤占76%,石汕占19%,天然氣占1.8%,具他能源占14%,不可再 生的石化化石燃料占了絕對優勢。隨著我國經濟的發展，能源供需緊張狀況也口益嚴重，并 且己持續多年。1985年煤炭缺口為300萬t,以后每年平均約增加10%擴人缺口。電力供需 才盾更加

6、突出，山于缺電，每年有近1/4的牛產能力得不到發揮，損失的潛在工業產值達數 千億元。據有關資料顯示，到2010年，我國gdp以1996年不變價計將達到86270億元人 民幣，20002010年年均增長率為7.5%o能源需求總量將達到280億t標準煤，其中原煤 29億t、石油3.1億t、發電量2300025000億kwh。國內生產供給量為:原煤約23億t、 石汕約2.2億t。原煤供求差額約6億t,石汕約差9000萬t。我國己探明的煤炭儲量占世界 儲量的11%,原油儲量占世界儲量的3%,天然氣儲量占世界儲量的1%。但因我國人口眾 多，能源資源相對匱乏，冃前所使用的能源資源的人均占用量不到世界平均水

7、平的一半，人 均石油可采儲量僅為世界平均值的1/10,能源系統的總效率僅為9%,約為發達國家的一半。 人均能源資源相對不足以及人均能源消費量過低，嚴重制約了我國經濟、社會的可持續發展。 另外，能源資源的空問分布不匹配、資源組合錯位、質量差別大等不利因索使我們面臨的形 勢更為嚴峻。根據聯合國環境規劃署資料表明，冃前礦物燃料仍提供了世界商業能源的95%, 使用在世界范圍內以每十年20%的速度增長。然而，礦物燃料卻帶來了越來越多的問題。 根據我國1981年對煙塵、so2、nox和co四種量大面廣的污染物的發生量調查統計結果 表明，燃料燃燒產牛:的污染物約占總污染物的70%,而牛產過程及機動車排出的污

8、染物分 別為20%和1()%,燃料燃燒產生的污染物中有96%是燃煤所致。由此可見，煤的直接燃燒 是我國大氣污染的主要來源。當前，由于燃燒煤、石油等礦物燃料，每年冇數i萬噸硫等冇 害物質拋向天空，使人氣環境遭到嚴重污染，玄接影響居民的身體健康和生活質最，局部地 區還形成酸雨，嚴重影響水土。礦物能源的利用不僅造成環境污染，同時由于排放人量的溫 室氣體而產生溫宗效應，引起全球氣候變暖。在過去的10年間，全球平均地而氣溫已增加 了 0.3().6°c,全球海平面升高了 1()20cm。專家認為，導致氣溫升高的主耍原因是人類在 活動中過度排放大量溫室氣體，特別是co,其在大氣中的濃度超出了過去

9、幾i萬年的任何 年間。據國際能源機構iea (international energy agency)的計算，1995年全球co2總排放最 為220億t,中國為30億t(占全球總排放量的13.6%),僅次于美國的52.79億t(占全球總排 放量的23.7%)。另外，我國在其他人氣污染物如硫化物、氮氧化物和朋塵等排放方而也相 當嚴mo 1995年,我國二氧化硫的排放為2370萬t,煙塵排放174萬t。由于這些污染物的 大量排放，造成全國57%的城市總懸浮物超過國家限制，有48個城市的二氧化硫濃度超過 國家二級排放標準，82%的城市出現過酸雨，許多城市的氮氧化物有增無減。據我國國家 環保局1995

10、年中國環境狀況公報指出，由于我國人口基數較人，經濟增長較快，加之 技術水平與管理水平較低，資源浪費、環境污染、生態破壞相當嚴重。嚴重的環境問題， 越來越成為影響我國經濟和社會發展全局的重要制約因素。我國能源消費以熱值低、污染性 高的煤為主，煤炭約占商品能源消費構成的76%, 能源轉換系統的效率低，壞保投入少, 使得環境污染較為嚴重。因此,大力開發太陽能等新能源和町再生能源是減少大氣污染、保 護環境、實現可持續發展的一條重要途徑。不久前，兩個獨立的研究小組分別在科學雜志上報道：他們在利用太陽能合成化學 燃料方而都邁出了關鍵的一步。如呆這些新的研究工作能夠改進的話，科學家們就可以利用 地球上最豐富

11、的可再生能源，為從工廠到汽車等等一切消耗提供能源，同時不會產生額外的 溫室氣體。現在，人們平均消費15萬億瓦的電能，其中85%來自石油、煤和天然氣等化石 燃料。人最化石燃料的消耗產生了一系列嚴重的負面效應，包括氣候變化、海洋變酸、石汕 泄漏等現象。隨著全世界能源消耗的增加，預計到2050年能源需求至少會翻倍，因而在今 后的若干年中上述問題很可能會變得越發嚴重。太陽光伏能、風力電能等可再生能源的冃標 就是要滿足這一需求，而h.正在取得穩步的進展，力爭以更加低廉的成本發電。然而，電作 為能源的一種載體有著一個重人的缺點：難以人最儲存。這就意味著電不能夠應用于多數重 工業以及航空和重型卡車等大型運輸

12、業小。因此長期以來，研究人員一直在設法利用太陽能 來制造富含能量的化學燃料，如氮氣、甲烷和汽油等，以便能夠隨吋隨地燃燒。盡管研究人 員曾經證明這個冃標是可以達到的，但是那些制造方法一直是效率低下，i仏口.成本是居高不 下。在這樣的情況下產生了兩項新的技術改進。在第一項技術改進中，麻省理工學院的化學 家丹尼爾諾塞拉領導的研究人員報道說，他們通過便宜而充足的原料制造出了一種“人造 葉子”，這種葉子可以將水分解為分子氫和分子氧，有點類似于植物在進行光合作用過程小 的第一步。葉子是由一塊薄薄的、扁平的、分三層的硅太陽電池組成，硅的兩而都涂有催化 劑。當把硅太陽電池放入一杯水中時，硅就會吸收太陽光子，所

13、產生的電子則町以通過硅來 傳導。這個過程將帶冇正電的電了空位甩在后面，這種空位被稱為“空穴”，空穴也可以通 過硅移動。這些空穴遷移到硅電池上涂著含鉆催化劑的一曲，空穴在這里剝脫水分子中的電 子，將水分子分解為氫離子和氧原子。然后這種催化劑將成對的氧原子結合在一起，形成氧 分子。同時，氮離子遷移到涂著另外一種催化劑的硅電池另一而，在這里氫離子跟傳導中的 電子結合，形成氫分子。從原則上來講，這種氮產牛后可以儲存，可以燃燒，也可以通過燃 料電池發電。在笫二項研究中，伊利諾斯州香檳市二氧化碳物料公司的化學家理査德馬瑟 爾和伊利諾斯大學香檳分校的化學家保羅凱尼斯領導的一個研究小紐報道說，他們己經拿 出一

14、個更加高能效的方法，可以將二氧化碳轉化為一氧化碳，而這是制造碳紅燃料的第一步。 為了研制這種轉化所需的催化劑和創造合適的反應條件，其他的研究人員己經研究了兒十年 的時間。但是，要把二氧化碳轉化為一氧化碳通常需要為二氧化碳施加髙電壓，以促成轉化。 施加高電壓是一種能量損失，這意味著制造一氧化碳所需的能量比其化學鍵中儲存的能量要高得多。但是，馬瑟爾、凱尼斯及同事發現，利用一種二氧化 碳溶劑按照-定的配比做成溶液，被稱為離子液，然后就可以將所需的額外電壓降低近10 倍。離子液是液態鹽，往其小施加額外的負電荷時，液態鹽可以牢固地穩定二氧化碳z類的 化合物，這是把二氧化碳轉化為一氧化碳的第-步。伊利諾斯

15、的研究人員認為，在轉化過程 中，二氧化碳穩定性的增加會減少使用外部電荷的必耍性。“這些論文都闡述了非常美妙的 技術進步，”華盛頓州里奇蘭市西北太平洋國家實驗室的化學家丹尼爾杜博伊斯說，“但兩 個研究小組都無法解決各白的全部問題。例如，人造葉子研究項目屮形成氧氣的催化劑催化 作用仍然很慢，那整個葉子的效率最多僅為4.7%,在最簡便的設計中效率僅僅為2.3%。二 氧化碳系統中催化劑的催化作用就更慢了。”但是，杜i専伊斯表示，由于這個領域的研究人 員已經搞出可以行得通的優秀系統示范，他們現在可以把精力集中于研制改良催化劑上，以 便加快系統的反應，提高效率。發展低碳經濟，開發新能源，充分利用取z不盡的太陽能，促進低碳經濟的發展是當今 各國政府所關心的大事。同樣，我國政府在對a陽能利用方而下了非凡的決心，頒布了利用 太陽能發展低碳經濟的“太陽能金屋頂計劃”，計劃中明文規定：太陽能