1、太陽能能量轉化過程機制當代社會最廣泛使用的能源是煤炭、 石油、天然氣和水力， 特別是石油和天 然氣的消費量增長迅速，但是石油、天然氣的儲量是有限的。許多專家預言，石 油和天然氣的資源將在 30 年，最多 50年內耗盡。太陽能作為一種被公認為未來 人類最合適、最安全、最綠色、最理想的替代能源新能源，得到世界各國的大力 開發利用。太陽每分鐘射向地球的能量相當于人類一年所耗用的能量， 相當于 500 多萬 噸煤燃燒時放出的熱量； 一年就有相當于 170萬億噸煤的熱量， 現在全世界一年消耗的能量還不及它的萬分之一。 但是， 到達地球表面的太陽能只有千分之一二被植物吸收， 并轉變成化學能儲存起來， 其余

2、絕大部分都轉換成熱， 散發到宇宙空間去了。太陽能的利用方式有以下幾種： 光 -熱轉化、光 -電轉化、光 -化學轉化和光生物利用。、光 -熱轉化光-熱轉化就是太陽能的熱利用，通過太陽集熱器，將太陽光輻射轉化成熱能，并加以利用。太陽能熱利用可以直接利用太陽能散熱，也可以利用熱做功， 轉化成其他形式的能量，其核心是將太陽輻射轉化成熱能的集熱系統。N.如圖所示的一個平板集熱系統，顯示了其熱吸收和熱損失。由此可以看出，集熱器吸收的太陽輻射除了一部分被傳熱介質帶出， 成為有用能量外，一部分通 過集熱器材料向環境輻射等損失，還有一部分儲存在集熱器內。集熱器采光面積、 單位面積的介質質量流量、傳熱介質的定壓比

3、熱容越大，獲得的有用能量就越大, 其溫度與環境溫度相差越大，有用能量也越大。我們通過太陽能熱能利用系統，來吸收、儲存和利用太陽能。由于太陽能分 散和不穩定的缺點，儲熱系統成為其中非常重要的組成部分， 也是目前最薄弱的 環節。當吸集熱器吸收太陽輻射，向系統傳遞有用熱時，可以利用物質吸收熱量 溫度上升的原理來存儲熱量，比如比熱容比較大的水。也可以利用相變吸收熱量 的物質存儲熱量，比如一些無機水合物。當需要使用這些能量的時候，可以直接 使用溫度較高的水作為生活用水，也可以將存儲的能量釋放出來，通過熱機將熱 能轉化成機械能，再轉化成電能加以使用。二、光-電轉化光-電轉化主要是利用太陽能電池（半導體材料

4、）將光能直接轉化成電能，能量轉化的基礎是半導體材料組成 p-n結的光生伏特效應。其具體的轉化機制是 當能量大于禁帶寬度的光子照射到半導體材料上時， 電子從價帶躍遷到導帶，產 生電子空穴，對并受由摻雜的半導體材料組成的 p-n結電場的吸引，電子流入n區，空穴流入P區。如果將外電路短路，則在外電路中就有與入射光通量成正比 的光電流通過。目前世界上廣泛使用的是晶體硅太陽能電池。 當許多個電池串聯或并聯起 來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。如圖所示的太陽 能電池陣列，這些電池都是通過將光能直接轉化成電能，經過電力傳輸系統并入電網，向用戶輸送電能。rv?|1!岸Al叭Ji I h r k

5、貞、光-化學轉化光-化學轉化是指在催化劑的作用下，將太陽能轉化為化學能的方法，主要 是用光分解水制氫。水分解成氫氣和氧氣是自由能增加的非自發反應過程，因此，在標準狀態下要分解水必須提供足夠的能量，相當于吸收500nm以下的光，因此水幾乎不吸 收可見光。以Ti02為例：Ti02是一種具有半導體催化性能的材料，當加入助催劑 后便具有光催化分解水的活性，能有效地降低 H2和02析出的過電勢，促進電子 和空穴的有效分離，提高光催化分解水的效率。fiv(TiC)>2e(光生電子+ 2屮(光生空穴) 2H*十2e壓HO+2h-2H+1/2 Q總反應h'u由此實現了光能到化學能的轉變。四、光生

6、物利用光合作用是地球上最大規模的利用太陽能把二氧化碳和水等無機物合成有機物并放出氧氣的過程。植物通過光生物轉化，將太陽光能轉變為化學能貯存在植物體內，它幾乎為所有的生命活動提供有機物、 能量，它是地球氧氣的主要來源。當今人類社會所需的化石燃料煤、 石油和天然氣，都是古代植物光合作用的直接或間接產物。光生物利用是多方面的，利用光合作用生產環境潔凈的電能、 氫能以及液燃 料來滿足能源的需要，例如沼氣發電、藻類產氫和生物柴油，這些以生物質為載體的形式存儲的太陽能叫生物質能。地球每年經光合作用產生的物質有1730億噸，其中蘊含的能量相當于全世界能源消耗總量的10-20 倍,但目前的利用率不到3%光生物

7、利用具有廣闊的應用前景。縱觀當今世界能源利用狀況，我們仍然以化石燃料作為主要能源，對環境的 破壞極大，并且面臨著枯竭。當今世界的一個重要矛盾就是全世界日益增長的能源需要和能源日益匱乏之間的矛盾，太陽能可以說是一種取之不盡用之不竭的清21實際中后期全世界的主流潔能源，就我認為，樂觀估計的話，太陽能將會是 能源。不過，等到這一天還有很多問題急需解決。目前太陽能的利用主要集中在光-熱轉化方面，比如廣泛使用的太陽能熱水器，但這類利用效率還是比較低的，不便于能量的儲存，而且感覺對電能的依賴比較強。比如用太陽能熱水器時，如果用水量較大或者天氣不好，還是得依靠電 能燒水。這也是由太陽能自身的缺點造成的， 即

8、能流密度較小，而且隨天氣變化 不穩定。不過這是可以解決的，我們可以嘗試利用太空中的太陽能。 因為太空中 的太陽能流密度大的多，而且不受天氣變化影響，所以在未來，這應該是可以很 有前途的能源利用。 隨著現在遠距離能量傳輸設備的不斷改進提高， 在不遠的將 來，我們可以將太陽能電池發射到太空中去， 吸收太陽輻射， 再以電磁波的形式發射到地球以供利用。 另外，由于太空中輻射的頻率帶很寬， 這對太陽能電池的 要求也小很多。太陽能電池確實在利用太陽能方面有著很大的潛力， 不過在我看來， 光生物 利用是目前能夠有效提高太陽能利用率， 緩解能源壓力效果最快最好的辦法。 比 如說在我國農村，利用生物質能的傳統形式是直接燃燒做飯和取暖， 效率非常低。如果推廣利用生物質能發電， 生產燃料乙醇等項目， 將會有明顯的成效。 不過關 鍵問題在于中國在這方面缺乏核心技術，實行起來有點難度。中國在很多方面都有著強大的生產力， 比如中國是世界上最大的硅晶片生產國，可是驕傲的背后卻是中國缺乏核心技術而處于被嚴重“剝削”的現狀。在歷 史上數次科技大進步中， 很多中國人在短期的利潤面