太阳能的储量与利用：可持续的能源来源

（1）太阳能 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×10²⁶W）的22亿分之一，但已高达1.73×10¹⁷W，换句话说，太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万t煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能。

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。

人类对太阳能的利用已有悠久历史。太阳能利用主要包括太阳能热利用和太阳能光利用。太阳能热利用应用很广，如太阳能热水、供暖和制冷；太阳能干燥农副产品、药材和木材；太阳能淡化海水；太阳能热动力发电等。太阳能光利用主要是太阳能光伏发电和太阳能制氢。由于常规能源的日渐短缺，在世界各国政府的大力支持下，作为可再生能源主力的太阳能将在全球能源供应中扮演越来越重要的角色。

（2）太阳辐射 太阳是一个炽热的气态球体，它的直径约为1.39×10⁶km，其主要组成气体为氢（约80%）和氦（约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热量，温度也从中心向表面逐渐降低。由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能量的同时，每1g质量将亏损0.0072g。根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储量足够维持100亿年，因此太阳能可以说是用之不竭的。

众所周知，地球每天绕着通过它本身南极和北极的“地轴”自西向东自转一周。每转一周为一昼夜，所以地球每小时自转15°。地球除自转外还循偏心率很小的椭圆轨道每年绕太阳运行一周。地球自转轴与公转轨道面的法线始终成23.5°。地球公转时自转轴的方向不变，总是指向地球的北极。因此地球处于运行轨道的不同位置时，太阳光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季变化。(www.xing528.com)

由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。众所周知，某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。然而，由于日地间距离太大（平均距离为1.5×10⁸km），所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。因此人们就采用所谓“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。近年来通过各种先进手段测得的太阳常数的标准值为1367W/m²。一年中由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过±3.4%。

太阳辐射穿过大气层而到达地面时，由于大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射，不仅使辐射强度减弱，还会改变辐射的方向和辐射的光谱分布。因此实际到达地面的太阳辐射通常是由直射和漫射两部分组成。直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射；漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射。

到达地面的太阳辐射主要受大气层厚度的影响。大气层越厚，对太阳辐射的吸收、反射和散射就越严重，到达地面的太阳辐射就越少。此外大气的状况和大气的质量对到达地面的太阳辐射也有影响。显然太阳辐射穿过大气层的路径长短与太阳辐射的方向有关。因此，地球上不同地区、不同季节、不同气象条件下到达地面的太阳辐射强度都是不同的。通常根据各地的地理和气象情况，将到达地面的太阳辐射强度制成各种可供工程使用的图表，它们不但对太阳能利用，而且对建筑物的采暖、空调设计也是至关重要的数据。

我国幅员辽阔，太阳能资源十分丰富。全国各地的年太阳辐射总量为3340～8400MJ/m²，中值为5852MJ/m²。据估计，我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为147×10⁸GWh，相当于4.9万亿t标准煤。全国太阳年辐射总量超过5000MJ/m²、年日照时数大于2000h的太阳能资源丰富或较丰富地区占全国总面积的2/3以上，包括青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带。青藏高原地区年太阳辐射总量达6000～8000MJ/m²，年日照时数达到3200～3300h，太阳能资源仅次于撒哈拉大沙漠。我国荒漠面积约为85万km²，荒漠地区一般都是太阳能资源极为丰富的地区，按照现有的技术水平，利用我国荒漠土地1%的面积，可生产12.5亿t标准煤的能源。应该说我国最为丰富的能源资源是太阳能资源及适合发展太阳能发电技术的土地资源，这为我国大规模利用太阳能提供了充分的资源和土地条件。