[趣味物理]人類利用太陽能的三大途徑

2020-11-24 搜狐網

　　太陽表面溫度高達6000℃，內部不斷進行核聚變反應，並且以輻射方式向宇宙空間發射出巨大的能量。據估計，每三天太陽向地球輻射的能量，就相當於地球所有礦物燃料能量的總和。人類利用太陽能有三個途徑：光熱轉換、光電轉換和光化轉換。

　　光熱轉換

　　光熱轉換即靠各種集熱器把太陽能收集起來，用收集到的熱能為人類服務。

　　早期最廣泛的太陽能應用是將水加熱，現今全世界已有數百萬個太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統主要包括收集器、儲存裝置及循環管路三部分。

　　利用太陽能作冬天採暖之用，在許多寒冷地區已使用多年。因寒帶地區冬季氣溫甚低，

　　室內必須有暖氣設備，若要節省化石能源的消耗，可設法利用太陽能。大多數太陽能暖房使用熱水系統，也有使用熱空氣系統的例子。太陽能暖房系統由太陽能收集器、熱存儲裝置、輔助能源系統及室內暖房風扇系統組成。太陽輻射熱經過收集器內的工作流體儲存，然後向房間供熱。

　　目前，美國已興建100多萬個主動式太陽能採暖系統和超過25萬個依靠冷熱空氣自然流動的被動式太陽能住宅。

　　光電轉換

　　光電轉換即將太陽能轉換成電能。目前，太陽能用於發電的途徑有二：一是熱發電，就是先用聚熱器把太陽能變成熱能，再通過汽輪機將熱能轉變為電能；二是光發電，就是利用太陽能電池的光電效應，將太陽能直接轉變為電能（圖1所示是一種利用太陽能電池提供動力的太陽能飛機）。

　　圖1 太陽能飛機

　　太陽能電池的主要原理是：通過使用半導體材料，將較薄的N型半導體置於較厚的P型半導體上，當光子撞擊該裝置的表面時，P型和N型半導體的接合面有電子擴散產生電流，可利用上下兩端的金屬導體將電流引出利用。目前，太陽能電池的成本還較高，要達到足夠的功率，需要相當大的面積放置電池。

　　1953年，美國貝爾實驗室研製出世界上第一個矽太陽能電池，轉換效率為0.5％，1994年太陽能電池的轉換效率已提高到17％。

　　光化轉換

　　光化轉換即先將太陽能轉換成化學能，再轉換為電能等其他能量。我們知道，植物靠葉綠素把光能轉化成化學能，實現自身的生長與繁衍，若能揭示光化轉換的奧秘，便可實現人造葉綠素發電。目前，太陽能光化轉換正在積極探索、研究中。

　

 

　摘自《新科技啟蒙》

(責任編輯：汪春)

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