太陽能及應用

呂依婷

摘 要：人類的繁衍生息就是一個不斷利用消耗能源的過程，如果失去了能源的供給，人類社會必然會消亡。太陽能是一種清潔、無污染的新型能源，無論從環保角度亦或者經濟角度來說，都有著巨大的應用空間。現階段對太陽能的應用主要分為光熱、光電、光化學以及光生物等幾種途徑，綜合相關因素分析，最具經濟效益、技術最成熟的是太陽能的光熱利用。本文中筆者從高中生的立場出發，對太陽能光熱利用的相關問題進行了總結，希望能夠對相關工作的落實有所幫助。

關鍵詞：太陽能；應用；光熱

從概念上來說，太陽能的光熱利用即利用集熱器收集太陽能輻射中所攜帶的熱量，并且將其轉化為機械能、電能等其他能源的過程。此種應用方式有著廣闊的應用領域，總體來說可以分為太陽能熱發電以及建筑用能兩大類。太陽能熱發電可以在無電網覆蓋的地區滿足用戶的基本電力需求，而包括熱水、空調以及采暖在內的建筑終端用能則能夠提高人們的生活質量。因此進行太陽能應用方面的研究有著非常重要的意義。

一、太陽能熱水器

要想利用太陽能獲得足夠的能量或者溫度，必須配合相應的能量收集裝置（集熱器）。太陽能熱水器中集熱器便是收集太陽能的“前沿陣地”。

現階段太陽能熱利用技術中太陽能熱水器是應用最為普遍的技術，隨著產品的不斷更新，其商業化程度位于同類型產品的最高點。對居民來說，它是最為熟悉的太陽能產品，在很多家庭中它已經取代了傳統的燃氣熱水器以及電熱水器。[1]具體來說，它的優勢主要體現在以下幾個方面：安全性高，不用擔心漏氣，也不用擔心漏電；干凈清潔，無污染，也不會產生額外的排放物；使用方便，無人控制的狀態下亦可以借助太陽能來完成加熱。

二、太陽能建筑供熱系統

太陽能熱水器大都由用戶單獨購買，在建筑完工之后進行安裝。很多建筑在設計施工階段并未給熱水器留出足夠的安裝空間，加之各個廠家產品之間也存在一定的差異，所以安裝之后的太陽能熱水器已經嚴重破壞了原有的建筑風格，也在一定程度了給建筑物的使用埋下了安全隱患。

基于以上現狀，當前部分太陽能熱水器生產廠家已經投身于太陽能與建筑物有機結合的研究，該類研究的主要內容是將太陽能集熱器納入建筑物構件體系之中，綜合考慮屋面以及給排水設計，使集熱器成為建筑物的固有組成部分。[2]由此而搭建成的太陽能建筑供熱系統，既不會影響建筑物的美觀度，也給建筑設計師營造了更多的發揮空間，更能夠提高建筑物的安全性。

目前市面上的太陽能建筑供熱系統主要有分戶式、單元式以及整棟式三種類型，其優缺點主要體現在以下幾個方面：首先分戶式，每戶都會配備一套系統以及儲水罐，水電屬于自用，不需要專人管理就可以完成上下水，但系統維護工作需要用戶獨立完成，運行成本較高，更會造成集熱面積的浪費。其次單元式，每單元的住戶共用一套系統以及儲水罐，水電屬于公用。用熱水管入戶的方式能夠有效節約集熱面積，總體建設成本較低，而且物業也可以給用戶配備專門的熱水表，安排專人收費管理。最后整棟式，每棟樓的住戶共用一套系統以及儲水罐，水電同樣屬于公用。此種模式之下，熱水管入戶之后同樣能夠節約集熱面積，其造價更低。因熱水管線較長，所以為了管理方便必須在特定的位置安裝儲水罐，物業可以安排專人進行收費管理。

三、太陽能熱發電技術

太陽能熱發電技術在國內仍屬于新生事物，但在國內發展太陽能熱發電技術有著得天獨厚的優勢。首先國內三分之二以上地區的年平均日照時數均已超過了2000小時，太陽能資源要優于日本和歐洲，與美國相近。以此為基礎，太陽能熱發電技術能夠在低成本的前提下得到推廣。其次國內太陽能電池的生產能力遠超于日本、美國與歐洲，位居世界第一。此外，在各方的不懈努力之下，針對太陽能發電核心技術的研究我們也取得了長足的進步。未來太陽能熱發電將會向著低成本、低能耗、高效率的方向發展。[3]

在高速發展的背景之下，仍有許多問題需要我們去解決。其中最主要的應該是降低太陽能發電的成本，縮小與居民電網用電成本的差距。目前3元以上每千瓦小時的成本根本不利于太陽能發電的發展。而想要降低其發電成本，必須要提高其光電轉換效率，太陽能發電與風力發電組合組網的方式也能夠降低發電成本。

四、太陽能熱能應用的前景

（一）太陽能建筑

我國廣大的農村地區是落實太陽能應用工程最好的場所。隨著城鎮化的步伐逐漸加快，農民的生活方式以及能源結構正在發展變革，農村地區對商品能源的需求正在不斷增加，但現有的能源供應模式卻暴露出了很多問題。實踐證明，太陽能建筑技術完全能夠滿足住戶冬季供暖以及夏季空調用電的需求。如果5000萬農戶使用太陽能建筑技術，那么一年就可以節省900億開支。

（二）光伏發電

隨著光伏發電的不斷發展，各類新型電池技術將會被廣泛應用到太陽能發電技術之中。當前市面上新型的薄膜太陽能電池以及新硅太陽能電池的材料成本較低，實踐環節中的總體成本投入得到了有效的控制。[4]未來，相信光電池的市場局面會出現較為明顯的突破，由此太陽能發電技術的應用范圍也會更加廣闊。

（三）機遇與挑戰并存

近些年人們的環保意識得到了顯著提高，可持續發展戰略在世界范圍內也得到了廣泛的實施。各國都把太陽能的開發與應用推向了新高度，有關專家預計，本世紀中葉世界范圍內的能源問題以及環境問題都能夠得到有效解決，主要依賴的就是以太陽能為代表的、可再生清潔能源的開發與利用。在各方的不懈努力之下，太陽能利用技術將會在未來獲得大發展。

國內相關產品的生產廠家、科研人員也在不斷完善這方面的研究，未來相關人員應該解決好現有工作中存在的問題，進而不斷推進太陽能的應用，切實解決民眾的生活問題，提高老百姓的生活質量。

五、總結

其實太陽能也不是永恒不變的，但人類的消亡則應該在太陽熄滅之前，因此對于人類來說太陽能是取之不盡，用之不竭的能源。當前世界范圍內的能源供給日益緊張，研究太陽能的應用有著非常重要的意義，只有這樣才能夠實現人類的可持續發展。本文中筆者對這類問題進行了總結，希望能夠對推進太陽能的應用有所幫助。

參考文獻：

[1]雷偉利.太陽能光伏發電與LED路燈應用及技術[J/OL].機電工程技術，2017，（S1）：298-3015.