太陽(yáng)能資源的開(kāi)發(fā)及利用

太陽(yáng)能(Solar Energy)，一般是指太陽(yáng)光的輻射能量，在現代一般用作發(fā)電。自地球形成生物就主要以太陽(yáng)提供的熱和光生存，而自古人類(lèi)也懂得以陽(yáng)光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚(yú)等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽(yáng)能進(jìn)一步發(fā)展。太陽(yáng)能的利用有被動(dòng)式利用(光熱轉換)和光電轉換兩種方式。太陽(yáng)能發(fā)電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽(yáng)能是地球上許多能量的來(lái)源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢能等等。

簡(jiǎn)介

太陽(yáng)能能源是來(lái)自地球外部天體的能源(主要是太陽(yáng)能)人類(lèi)所需能量的絕大部分都直接或間接地來(lái)自太陽(yáng)。正是各種植物通過(guò)光合作用把太陽(yáng)能轉變成化學(xué)能在植物體內貯存下來(lái)。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動(dòng)植物經(jīng)過(guò)漫長(cháng)的地質(zhì)年代形成的。它們實(shí)質(zhì)上是由古代生物固定下來(lái)的太陽(yáng)能。此外，水能、風(fēng)能、波浪能、海流能等也都是由太陽(yáng)能轉換來(lái)的。 

地球本身蘊藏的能量 通常指與地球內部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應有關(guān)的能源。 

與原子核反應有關(guān)的能源正是核能。原子核的結構發(fā)生變化時(shí)能釋放出大量的能量，稱(chēng)為原子核能，簡(jiǎn)稱(chēng)核能，俗稱(chēng)原子能。它則來(lái)自于地殼中儲存的鈾、钚等發(fā)生裂變反應時(shí)的核裂變能資源，以及海洋中貯藏的氘、氚、鋰等發(fā)生聚變反應時(shí)的核聚變能資源。這些物質(zhì)在發(fā)生原子核反應時(shí)釋放出能量。目前核能最大的用途是發(fā)電。此外，還可以用作其它類(lèi)型的動(dòng)力源[12.03 -0.41%]、熱源等。 

全世界的潮汐能折合成煤約為每年30億噸，而實(shí)際可用的只是淺海區那一部分，每年約可折合為6000萬(wàn)噸煤。太陽(yáng)能利用基本方式可以分為如下4大類(lèi)。 

太陽(yáng)能是氫原子核在超高溫時(shí)聚變釋放的巨大能量，太陽(yáng)能是人類(lèi)能源的寶庫，如化石能源、地球上的風(fēng)能、生物質(zhì)能都來(lái)源于太陽(yáng)。太陽(yáng)能的利用 

間接利用太陽(yáng)能：化石能源(光能----化學(xué)能)生物質(zhì)能(光能----化學(xué)能) 

直接利用太陽(yáng)能：集熱器(有平板型集熱器、聚光式集熱器)(光能----內能) 

太陽(yáng)能電池：(光能----電能)一般應用在人造衛星、宇宙飛船、打火機、手表等方面。

開(kāi)發(fā)歷史

據記載，人類(lèi)利用太陽(yáng)能已有3000多年的歷史。將太陽(yáng)能作為一種能源和動(dòng)力加以利用，只有300多年的歷史。真正將太陽(yáng)能作為“近期急需的補充能源”，“未來(lái)能源結構的基礎”，則是近來(lái)的事。20世紀70年代以來(lái)，太陽(yáng)能科技突飛猛進(jìn)，太陽(yáng)能利用日新月異。近代太陽(yáng)能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門(mén)·德·考克斯在世界上發(fā)明第一臺太陽(yáng)能驅動(dòng)的發(fā)動(dòng)機算起。該發(fā)明是一臺利用太陽(yáng)能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機器。在1615年～1900年之間，世界上又研制成多臺太陽(yáng)能動(dòng)力裝置和一些其它太陽(yáng)能裝置。這些動(dòng)力裝置幾乎全部采用聚光方式采集陽(yáng)光，發(fā)動(dòng)機功率不大，工質(zhì)主要是水蒸汽，價(jià)格昂貴，實(shí)用價(jià)值不大，大部分為太陽(yáng)能愛(ài)好者個(gè)人研究制造。20世紀的100年間，太陽(yáng)能科技發(fā)展歷史大體可分為七個(gè)階段。

第一階段(1900~1920年)

在這一階段，世界上太陽(yáng)能研究的重點(diǎn)仍是太陽(yáng)能動(dòng)力裝置，但采用的聚光方式多樣化，且開(kāi)始采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì)，裝置逐漸擴大，最大輸出功率達73.64kW，實(shí)用目的比較明確，造價(jià)仍然很高。建造的典型裝置有：1901年，在美國加州建成一臺太陽(yáng)能抽水裝置，采用截頭圓錐聚光器，功率：7.36kW；1902 ~1908年，在美國建造了五套雙循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)動(dòng)機，采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì)；1913年，在埃及開(kāi)羅以南建成一臺由5個(gè)拋物槽鏡組成的太陽(yáng)能水泵，每個(gè)長(cháng)62.5m，寬4m，總采光面積達1250m2。

第二階段(1920~1945年)

在這20多年中，太陽(yáng)能研究工作處于低潮，參加研究工作的人數和研究項目大為減少，其原因與礦物燃料的大量開(kāi)發(fā)利用和發(fā)生第二次世界大戰(1935~1945年)有關(guān)，而太陽(yáng)能又不能解決當時(shí)對能源的急需，因此使太陽(yáng)能研究工作逐漸受到冷落。

第三階段(1945~1965年)

在第二次世界大戰結束后的20年中，一些有遠見(jiàn)的人士已經(jīng)注意到石油和天然氣資源正在迅速減少， 呼吁人們重視這一問(wèn)題，從而逐漸推動(dòng)了太陽(yáng)能研究工作的恢復和開(kāi)展，并且成立太陽(yáng)能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會(huì )，再次興起太陽(yáng)能研究熱潮。在這一階段，太陽(yáng)能研究工作取得一些重大進(jìn)展，比較突出的有：1945年，美國貝爾實(shí)驗室研制成實(shí)用型硅太陽(yáng)電池，為光伏發(fā)電大規模應用奠定了基礎；1955年，以色列泰伯等在第一次國際太陽(yáng)熱科學(xué)會(huì )議上提出選擇性涂層的基礎理論，并研制成實(shí)用的黑鎳等選擇性涂層，為高效集熱器的發(fā)展創(chuàng )造了條件。此外，在這一階段里還有其它一些重要成果，比較突出的有：1952年，法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽(yáng)爐。1960年，在美國佛羅里達建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨——水吸收式空調系統，制冷能力為5冷噸。1961年，一臺帶有石英窗的斯特林發(fā)動(dòng)機問(wèn)世。在這一階段里，加強了太陽(yáng)能基礎理論和基礎材料的研究，取得了如太陽(yáng)選擇性涂層和硅太陽(yáng)電池等技術(shù)上的重大突破。平板集熱器有了很大的發(fā)展，技術(shù)上逐漸成熟。太陽(yáng)能吸收式空調的研究取得進(jìn)展，建成一批實(shí)驗性太陽(yáng)房。對難度較大的斯特林發(fā)動(dòng)機和塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了初步研究。
　　
第四階段(1965~1973年)

這一階段，太陽(yáng)能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽(yáng)能利用技術(shù)處于成長(cháng)階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規能源競爭，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支持。 [page]

第五階段(1973~1980年)

自從石油在世界能源結構中擔當主角之后，石油就成了左右經(jīng)濟和決定一個(gè)國家生死存亡、發(fā)展和衰退的關(guān)鍵因素，1973年10月爆發(fā)中東戰爭，石油輸出國組織采取石油減產(chǎn)、提價(jià)等辦法，支持中東人民的斗爭，維護本國的利益。其結果是使那些依靠從中東地區大量進(jìn)口廉價(jià)石油的國家，在經(jīng)濟上遭到沉重打擊。于是，西方一些人驚呼：世界發(fā)生了“能源危機”(有的稱(chēng)“石油危機”)。這次“危機”在客觀(guān)上使人們認識到：現有的能源結構必須徹底改變，應加速向未來(lái)能源結構過(guò)渡。從而使許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達國家，重新加強了對太陽(yáng)能及其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持，在世界上再次興起了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能熱潮。1973年，美國制定了政府級陽(yáng)光發(fā)電計劃，太陽(yáng)能研究經(jīng)費大幅度增長(cháng)，并且成立太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)銀行，促進(jìn)太陽(yáng)能產(chǎn)品的商業(yè)化。日本在1974年公布了政府制定的“陽(yáng)光計劃”，其中太陽(yáng)能的研究開(kāi)發(fā)項目有：太陽(yáng)房 、工業(yè)太陽(yáng)能系統、太陽(yáng)熱發(fā)電、太陽(yáng)電池生產(chǎn)系統、分散型和大型光伏發(fā)電系統等。為實(shí)施這一計劃，日本政府投入了大量人力、物力和財力。 

70年代初世界上出現的開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能熱潮，對我國也產(chǎn)生了巨大影響。一些有遠見(jiàn)的科技人員，紛紛投身太陽(yáng)能事業(yè)，積極向政府有關(guān)部門(mén)提建議，出書(shū)辦刊，介紹國際上太陽(yáng)能利用動(dòng)態(tài)；在農村推廣應用太陽(yáng)灶 ，在城市研制開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能熱水器，空間用的太陽(yáng)電池開(kāi)始在地面應用……。 

1975年，在河南安陽(yáng)召開(kāi)“全國第一次太陽(yáng)能利用工作經(jīng)驗交流大會(huì )”，進(jìn)一步推動(dòng)了我國太陽(yáng)能事業(yè)的發(fā)展。這次會(huì )議之后，太陽(yáng)能研究和推廣工作納入了我國政府計劃，獲得了專(zhuān)項經(jīng)費和物資支持。一些大學(xué)和科研院所，紛紛設立太陽(yáng)能課題組和研究室，有的地方開(kāi)始籌建太陽(yáng)能研究所。當時(shí)，我國也興起了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的熱潮。 這一時(shí)期，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用工作處于前所未有的大發(fā)展時(shí)期，具有以下特點(diǎn)： 

各國加強了太陽(yáng)能研究工作的計劃性，不少?lài)抑贫私诤瓦h期陽(yáng)光計劃。開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能成為政府行為，支持力度大大加強。國際間的合作十分活躍，一些第三世界國家開(kāi)始積極參與太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用工作。 

研究領(lǐng)域不斷擴大，研究工作日益深入，取得一批較大成果，如CPC、真空集熱管、非晶硅太陽(yáng)電池、 光解水制氫、太陽(yáng)能熱發(fā)電等。 

各國制定的太陽(yáng)能發(fā)展計劃，普遍存在要求過(guò)高、過(guò)急問(wèn)題，對實(shí)施過(guò)程中的困難估計不足，希望在較短的時(shí)間內取代礦物能源，實(shí)現大規模利用太陽(yáng)能。例如，美國曾計劃在1985年建造一座小型太陽(yáng)能示范衛星電站，1995年建成一座500萬(wàn)kW空間太陽(yáng)能電站。事實(shí)上，這一計劃后來(lái)進(jìn)行了調整，至今空間太陽(yáng)能電站還未升空。 

太陽(yáng)熱水器、太陽(yáng)電池等產(chǎn)品開(kāi)始實(shí)現商業(yè)化，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)初步建立，但規模較小，經(jīng)濟效益尚不理想。

第六階段(1980~1992年)

70年代興起的開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能熱潮，進(jìn)入80年代后不久開(kāi)始落潮，逐漸進(jìn)入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽(yáng)能研究經(jīng)費，其中美國最為突出。導致這種現象的主要原因是：世界石油價(jià)格大幅度回落，而太陽(yáng)能產(chǎn)品價(jià)格居高不下，缺乏競爭力；太陽(yáng)能技術(shù)沒(méi)有重大突破，提高效率和降低成本的目標沒(méi)有實(shí)現，以致動(dòng)搖了一些人開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的信心；核電發(fā)展較快，對太陽(yáng)能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。 受80年代國際上太陽(yáng)能低落的影響，我國太陽(yáng)能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太陽(yáng)能利用投資大、效果差、貯能難、占地廣，認為太陽(yáng)能是未來(lái)能源，主張外國研究成功后我國引進(jìn)技術(shù)。雖然，持這種觀(guān)點(diǎn)的人是少數，但十分有害，對我國太陽(yáng)能事業(yè)的發(fā)展造成不良影響。這一階段，雖然太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)研究經(jīng)費大幅度削減，但研究工作并未中斷，有的項目還進(jìn)展較大，而且促使 人們認真地去審視以往的計劃和制定的目標，調整研究工作重點(diǎn)，爭取以較少的投入取得較大的成果。

第七階段(1992年至今)

由于大量燃燒礦物能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對人類(lèi)的生存和發(fā)展構成威脅。在這樣背景下，1992年聯(lián)合國在巴西召開(kāi)“世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì )”，會(huì )議通過(guò)了《里約熱內盧環(huán)境與發(fā)展宣言》，《21世紀議程》和《聯(lián)合國氣候變化框架公約》等一系列重要文件，把環(huán)境與發(fā)展納入統一的框架，確立了 可持續發(fā)展的模式。這次會(huì )議之后，世界各國加強了清潔能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)，將利用太陽(yáng)能與環(huán)境保護結合在 一起，使太陽(yáng)能利用工作走出低谷，逐漸得到加強。世界環(huán)發(fā)大會(huì )之后，我國政府對環(huán)境與發(fā)展十分重視，提出10條對策和措施，明確要“因地制宜地開(kāi)發(fā)和推廣太陽(yáng)能、風(fēng)能、地熱能、潮汐能、生物質(zhì)能等清潔能源”，制定了《中國21世紀議程》，進(jìn)一步明確 了太陽(yáng)能重點(diǎn)發(fā)展項目。 

1995年國家計委、國家科委和國家經(jīng)貿委制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》 在(1996 ~ 2010年)制出，明確提出我國在1996-2010年新能源和可再生能源的發(fā)展目標、任務(wù)以及相應的對策和措施 。這些文件的制定和實(shí)施，對進(jìn)一步推動(dòng)我國太陽(yáng)能事業(yè)發(fā)揮了重要作用。 1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開(kāi)“世界太陽(yáng)能高峰會(huì )議”，會(huì )后發(fā)表了《哈拉雷太陽(yáng)能與持續發(fā)展宣言 》，會(huì )上討論了《世界太陽(yáng)能10年行動(dòng)計劃》(1996 ~ 2005年)，《國際太陽(yáng)能公約》，《世界太陽(yáng)能戰略規劃》等重要文件。這次會(huì )議進(jìn)一步表明了聯(lián)合國和世界各國對開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能的堅定決心，要求全球共同行動(dòng) ，廣泛利用太陽(yáng)能。

1992年以后，世界太陽(yáng)能利用又進(jìn)入一個(gè)發(fā)展期，其特點(diǎn)是：太陽(yáng)能利用與世界可持續發(fā)展和環(huán)境保護緊密結合，全球共同行動(dòng)，為實(shí)現世界太陽(yáng)能發(fā)展戰略而努力；太陽(yáng)能發(fā)展目標明確，重點(diǎn)突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽熱、過(guò)熱過(guò)急的弊端，保證太陽(yáng)能事業(yè)的長(cháng)期發(fā)展；在加大太陽(yáng)能研究開(kāi)發(fā)力度的同時(shí)，注意科技成果轉化為生產(chǎn)力，發(fā)展太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)，加速商業(yè)化進(jìn)程，擴大太陽(yáng)能利用領(lǐng)域和規模，經(jīng)濟效益逐漸提高；國際太陽(yáng)能領(lǐng)域的合作空前活躍，規模擴大，效果明顯。通過(guò)以上回顧可知，在本世紀100年間太陽(yáng)能發(fā)展道路并不平坦，一般每次高潮期后都會(huì )出現低潮期，處于低潮的時(shí)間大約有45年。太陽(yáng)能利用的發(fā)展歷程與煤、石油、核能完全不同，人們對其認識差別大，反復多，發(fā)展時(shí)間長(cháng)。這一方面說(shuō)明太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)難度大，短時(shí)間內很難實(shí)現大規模利用；另一方面也說(shuō)明太陽(yáng)能利用還受礦物能源供應，政治和戰爭等因素的影響，發(fā)展道路比較曲折。盡管如此，從總體來(lái)看，20世紀取得的太陽(yáng)能科技進(jìn)步仍比以往任何一個(gè)世紀都快。 [page]

第八階段(未來(lái))

全世界光伏板并網(wǎng)，貯能難的問(wèn)題就有改善。 

第一，世界上越來(lái)越多的國家認識到一個(gè)能夠持續發(fā)展的社會(huì )應該是一個(gè)既能滿(mǎn)足社會(huì )需要，而又不危及后代人前途的社會(huì )。因此，盡可能多地用潔凈能源代替高含碳量的礦物能源，是能源建設應該遵循的原則。隨著(zhù)能源形式的變化，常規能源的貯量日益下降，其價(jià)格必然上漲，而控制環(huán)境污染也必須增大投資。 

第二，我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，煤炭約占商品能源消費結構的76%，已成為我國大氣污染的主要來(lái)源。大力開(kāi)發(fā)新能源和可再生能源的利用技術(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施。能源問(wèn)題是世界性的，向新能源過(guò)渡的時(shí)期遲早要到來(lái)。從長(cháng)遠看，太陽(yáng)能利用技術(shù)和裝置的大量應用，也必然可以制約礦物能源價(jià)格的上漲。

我國資源

在我國，西藏西部太陽(yáng)能資源最豐富，最高達2333 KWh/㎡ (日輻射量6.4KWh/㎡ )，居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。根據各地接受太陽(yáng)總輻射量的多少，可將全國劃分為五類(lèi)地區。

一類(lèi)地區

為我國太陽(yáng)能資源最豐富的地區，年太陽(yáng)輻射總量6680～8400 MJ/㎡，相當于日輻射量5.1～6.4KWh/㎡。這些地區包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最為豐富，最高達2333 KWh/㎡(日輻射量6.4KWh/㎡)，居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。

二類(lèi)地區

為我國太陽(yáng)能資源較豐富地區，年太陽(yáng)輻射總量為5850-6680 MJ/m2，相當于日輻射量4.5～5.1KWh/㎡。這些地區包括河北西北部、山西北部、內蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。

三類(lèi)地區

為我國太陽(yáng)能資源中等類(lèi)型地區，年太陽(yáng)輻射總量為5000-5850 MJ/m2，相當于日輻射量3.8～4.5KWh/㎡。主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、蘇北、皖北、臺灣西南部等地。

四類(lèi)地區

是我國太陽(yáng)能資源較差地區，年太陽(yáng)輻射總量4200～5000 MJ/㎡，相當于日輻射量3.2～3.8KWh/㎡。這些地區包括湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇北部、安徽南部以及黑龍江、臺灣東北部等地。

五類(lèi)地區

主要包括四川、貴州兩省，是我國太陽(yáng)能資源最少的地區，年太陽(yáng)輻射總量3350～4200 MJ/㎡，相當于日輻射量只有2.5～3.2KWh/㎡。 

太陽(yáng)能輻射數據可以從縣級氣象臺站取得，也可以從國家氣象局取得。從氣象局取得的數據是水平面的輻射數據，包括：水平面總輻射，水平面直接輻射和水平面散射輻射。 從全國來(lái)看，我國是太陽(yáng)能資源相當豐富的國家，絕大多數地區年平均日輻射量在4 kWh/㎡以上，西藏最高達7 kWh/㎡。

我國開(kāi)發(fā)現狀

中國蘊藏著(zhù)豐富的太陽(yáng)能資源，太陽(yáng)能利用前景廣闊。目前，我國太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)規模已位居世界第一，是全球太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家和重要的太陽(yáng)能光伏電池生產(chǎn)國。我國比較成熟太陽(yáng)能產(chǎn)品有兩項：太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統和太陽(yáng)能熱水系統。

我國產(chǎn)業(yè)前景

中國《可再生能源法》的頒布和實(shí)施，為太陽(yáng)能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了政策保障；京都議定書(shū)的簽定，環(huán)保政策的出臺和對國際的承諾，給太陽(yáng)能利用產(chǎn)業(yè)帶來(lái)機遇；西部大開(kāi)發(fā)，為太陽(yáng)能利用產(chǎn)業(yè)提供巨大的國內市場(chǎng)；原油價(jià)格的上漲，中國能源戰略的調整，使得政府加大對可再生能源發(fā)展的支持力度，所有這些都為中國太陽(yáng)能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)極大的機會(huì )。