太阳能：未来清洁能源的希望

太阳能是氢聚合成氦的热核反应过程中辐射光和热产生的清洁能源。自远古时代起，人类就使用各种各样不断演化的技术来驾驭太阳能。太阳能辐射与太阳能二次能源如风能、潮汐能、水能与生物质能占了地球上可用的可再生能源的大部分。但这些可用的太阳能中仅有极少部分被利用。

以太阳能为动力的发电依赖热力发动机和光伏效应。太阳能的利用只受制于人类的聪明才智。现在太阳能的应用包括利用太阳能建筑采暖和制冷，通过蒸馏和消毒制成饮用水，自然采光，太阳能热水器，太阳能烹饪以及工业用高温热处理等，这只是其应用的一部分。最常见的获取太阳能发电的方式是利用太阳能光伏电池板。

根据捕获、转换和分配的方式，太阳能技术可大致分为主动与被动两种。主动太阳能技术包括利用光伏电池板和太阳能集热器来获取能量。被动太阳能技术包括设计建筑物的朝向，选择有利热质或散光性良好的材料以及能使空气自然循环的设计。

太阳是一个进行热核反应使氢变成氦的锅炉。反应损失的质量转换成大约3.810²⁰ MW（P_S）的电磁能并从太阳表面向宇宙空间辐射。地球（半径约6366km）位于半径为1AU的球体的表面。所以，地球从太阳接收到的功率（P_E-Sun）为

地球的上层大气接收到了174PW的太阳辐射（日照）。其中约30%被反射回外太空，其余的被云层、海洋和陆地吸收。太阳辐射落在地球表面的光谱大部分为可见光、一部分近红外波长和小部分近紫外波长。图3-3显示了入射太阳能到达地球表面的情况[4]。

地球表面的土地、海洋和大气吸收了太阳辐射引起温度升高。热空气携带海面蒸发的水蒸气上升，形成大气环流与对流。当热空气上升到一定海拔，温度降低使水汽凝结成云，接着形成雨，最终落到地球表面完成了水的循环。冷凝水的潜热加强了对流，从而产生了如风、气旋和反气旋等大气现象。被海洋和陆地吸收的阳光使地球表面平均温度维持在14℃。绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，从而产生了食物、木材和生物质。化石燃料就是从生物质衍生的。(www.xing528.com)

被地球上的大气、海洋和陆地吸收的太阳能总量约为每年3850000EJ（1EJ=10¹⁸J）。在2002年，地球1h获得的太阳辐射能量比全世界一整年的能源消耗量都多。光合作用每年能从太阳能中捕获3000EJ生物质能。到达地球表面的太阳能量非常巨大，地球一年接收的能量大约为地球上非可再生能源如煤炭、石油、天然气和铀总和的两倍。世界各地可以根据地理位置的不同，不同程度地利用太阳能，越接近赤道的地区可用的太阳能资源越丰富。我们可以展示一些数据供读者参考。表3-1中列出的是2005年度太阳能通量和人类的能源消费量。

图3-3 约一半的太阳能可以达到地球表面（摘自Frank van Mierlo，available under the Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license.）

表3-1 2005年度太阳能通量与人类的能源消费情况