太阳能

太阳能——人类未来最理想的能源304纳米波段的太阳图像一侧被挡住的太阳阿波罗8号拍摄的地球升起阿特兰蒂斯号航天飞机与国际空间站掠过太阳正前方对接瞬间2010年7月5日，在对天空进行了为期一年的扫描后，欧洲航天局“普朗克”太空望远镜创造出可在微波光线下看到的宇宙全景图。银河系的光芒像耀眼的缎带一样从图像中央穿过。“普朗克”望远镜还捕捉到宇宙微波背景辐射的斑驳背景。宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸的产物。宇宙全景图美国宇航宇(NASA)公布的最新卫星检测数据显示，从2003年至今的5年时间里，由于受到全球气候变暖的影响，北极格陵兰岛、南极洲以及美国的阿拉斯加地区共有约2万亿吨冰川融化。更加糟糕的是，这一融化趋势截至目前没有任何变缓的迹象根据一项最新研究结果，南极西部大冰原最大的一个冰川已经过了崩塌临界点。由于在过去几十年间融冰量持续增加，这一冰川将注定崩塌。而如果这一冰川完全消融，全球海平面将上升24厘米，引发一场灾难格陵兰融冰：百万年冰盖大量消融冰雪融水蚀刻出45米深的峡谷南极海冰形成哭脸的冰帽每年最大萎缩49米挪威冰川呈现哭脸B-15A冰山正漂浮于南极麦克默多海峡之中好客北极熊向路过船只挥手示意2010年春天冰岛火山爆发时出现的闪电。只有当岩浆喷到空中，与岩石和冰粒发生碰撞，这样的闪电才会发生墨西哥湾漏油浩劫：英国石油公司的“深水地平线”钻井平台（距离海岸线80公里、1600米深的海底）2010年4月20日发生井喷失火沉没海底，直至8月初漏油被控制住（清污行动耗费数十亿美元）美国数十年来发现的最大油田位于墨西哥湾深处，但这里也是地球上钻探风险最高的地方之一井喷现场附近，清污人员焚烧浮油带来滚滚浓烟。油井喷出了近500万桶原油，在海洋油井漏油事故中成为世界第一，1/4漏油变油珠混入海水政府的科研人员估计，英国石油公司清理了四分之一的漏油，四分之一蒸发或者溶解成零散的分子，四分之一以小油珠的形式混入海水，四分之一仍然是水面上的浮油滩，或者海岸上的油团自2010年9月30日夜间至10月7日止，海南连续8天普降大暴雨，导致海南省16个市县受灾，上千个村庄受淹，在海南正式施行国际旅游岛的6个月之后，这座未来的旅游特区遭遇第一次重大考验Katrina造成了840亿美元的经济损失以及1836人死亡，是美国历史上造成经济损失最惨重的热带气旋2005年8月卡特里娜曾使新奥尔良市成为一片泽国美国总统布什已经要求国会向灾区追加了518亿美元的拨款，加大救援力度，但示威者仍然对此表示不满城区被飓风带来的洪水淹没一只狗坐在屋顶上等待救援2008年1月10日，一场50年罕见难遇的特大冰雪灾害袭击了中国南方大部分地区，低温雨雪冰冻灾害造成了广东、广西、湖南、贵州、湖北、四川等17个地区不同程度受灾。电力告急，交通告急，人民生命财产遭受严重威胁，因灾直接经济损失1100亿元2008年1月10日，一场50年罕见难遇的特大冰雪灾害袭击了中国南方大部分地区，低温雨雪冰冻灾害造成了广东、广西、湖南、贵州、湖北、四川等17个地区不同程度受灾。电力告急，交通告急，人民生命财产遭受严重威胁，因灾直接经济损失1100亿元太阳能概述太阳能是取之不尽，用之不竭的且无污染的能源。目前全球年总能耗约110亿吨标准煤（中国30亿吨），约为半小时内太阳照射到地球上的能量一些国家、地区太阳能资源量估计太阳能资源程度1985200020102020加拿大低200230250280美国中／高1800206022502400西北欧低600685750800西南欧中450515565600东欧中／低400500580700苏联中／低1200150017402000中东高150225295375北非高70105135175中美中／高150225295375南美北部中175260340440南美南部中／高120180235300巴西中125185240310澳大利亚新西兰高60707590东南亚+大洋洲中150225295375日本+亚洲中／低450515565700中国+朝鲜中750111514501875印巴地区高4005957751000南非高50556080中非中100150195250世界总计?740093951109013125?国家／地区预测的总能源利用量（MTOE）我国的太阳能资源我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。根据中国气象科学研究院的研究，有2/3以上国土面积，年日照在2000小时以上，年平均辐射量超过0.6GJ/cm2，各地太阳年辐射量大致在930～2330kW·h/m2之间。我国的太阳能资源从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。我国的太阳能资源分布太阳能丰富区，在内蒙中西部、青藏高原等地，年总辐射在150千卡／平方公分以上。太阳能较丰富区，北疆及内蒙东部等地，年总辐射约130～150千卡／平方公分。太阳能可利用区，分布在长江下游、两广、贵州南部和云南及松辽平原，年总辐射量为110～130千卡／平方公分。地区全年日照太阳辐射年总量相当于标煤kcal(cm2·a)-1(kg)一2800～3300160～200230～280宁夏北部、甘肃北部、新疆东南部、青海西部和西藏西部印度和巴基斯坦北部二3000～3200140～160200～230河北北部、山西北部、内蒙和宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部印度尼西亚的雅加达一带三2200～3000120～140170～200山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南等省及陕西北部、甘肃东南部、广东和福建的南部、江苏和安徽的北部、北京美国华盛顿地区四1400～2200100～120140～170湖北、湖南、江西、浙江、广西等省、以及广东北部、陕西、江苏和安徽三省的南部、黑龙江意大利米兰地区五1000～140080～100110～140四川和贵州两省法国巴黎、俄罗斯莫斯科包括的地区与国外相当的地区我国太阳能资源的分类太阳—众星之母太阳—众星之母太阳是太阳系的中心天体，是太阳系里唯一的一颗恒星，也是离地球最近的一颗恒星。太阳—众星之母太阳是一个炽热的气态球体，没有固体的星体或核心。它的直径约为1.39×106km，是地球的109倍，质量约为2.2×l027t，为地球质量的3.32×105倍，体积则比地球大1.3×106倍，平均密度为地球的1/4。其主要组成气体为氢（约71％）和氦（约27％）。太阳内部有“里三层”，从中心向外依次是核反应区—是太阳热能产生的基地辐射区—太阳能先通过这里传播出去对流区—太阳能经过这里向太阳表层传播，它们是“输送带”。太阳的内部构造太阳—众星之母太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，不断地释放出巨大的能量。以辐射和对流的方式由核心向表面传递热量。温度从中心向表面逐渐降低。太阳能量的99%由中心核反应区的热核反应所产生。太阳——众星之母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。太阳能是用之不竭的。太阳的内部构造太阳表面结构太阳的内部构造太阳外部有“外三层”，依次为光球层、色球层和日冕层。人们肉眼可见的明亮表面就是光球层，我们所见到太阳的可见光，几乎全是由光球发出的。光球层厚约500km，温度为5762K，密度为10-6g/cm3，由强烈电离的气体组成。太阳能绝大部分辐射都是由此向太空发射的。太阳的可见表面光球层光球并不完美，其表面布满了米粒般的粒状结构，科学家形象地称它们为“米粒组织”。光球上亮的区域叫光斑，暗的黑斑叫太阳黑子。所谓太阳黑子是光球层上的黑暗区域，它的温度大约为4500K，而光球其余部分的温度约为6000K。在明亮的光球反衬下，就显得很黑。光球上的米粒组织太阳黑子太阳表面喷流太阳黑子太阳黑子太阳黑子的本影和半影色球层从光球表面到8000千米高度为色球层，大部分由氢和氦组成。在色球层的边缘常常突然串升一片火舌般的气体，高度达到几万公里，这就是日珥，其温度高达1百万度，高度有时达几十个太阳半径。日珥可谓千姿百态，有的像脱兔，有的如飞鸟，有的如喷泉飞瀑，这里可以算得上是太阳最壮丽的景色了。色球层太阳色球层有些局部亮区域，我们称它为谱斑。它处于太阳黑子的正上方。有时谱斑亮度会突然增强，这就是我们通常说的耀斑。耀斑是太阳黑子形成前在色球层产生的灼热的氢云层。耀斑释放的能量极其巨大。其巨大的能量来自磁场。太阳爆发壮观场景色球层太阳等离子体喷流日珥日珥太阳的巨大喷发太阳的物质抛射形成环形突出美国宇航局2010年2月11日发射的太阳动力观测卫星(SDO)发回有关太阳活动的首批图像捕捉壮观环形日珥日珥沿日轮边缘出现，在广袤黑暗的太空映衬下，日珥看起来像明亮的光环。在太阳旋转时，温暖明亮的太阳表面映衬下的日珥看上去像黑色的“裂纹”或“暗条”。太阳“疤痕”太阳动力观测卫星传回首批太阳照片太阳耀斑1973年12月一个巨大的日珥跨越日面588,000km日冕层在色球之上是极其稀薄的高温日冕层，只有在日全食中才能看到一片青白色的日冕光区。在太阳活动极大年，日冕接近圆形；在太阳宁静年则呈椭圆形。日冕上有冕洞，而冕洞是太阳风的风源。1970年3月7日日全食日冕太阳活动极大年的日冕太阳宁静年的日冕日冕层和太阳风日冕层的温度比它的发源地—太阳的温度要高得多。日冕层物质不断向外膨胀，把许多沿着太阳磁力线的粒子流不断地吹射到星际空间，形成太阳风。太阳风的范围可延伸到地球甚至更远的地方。太阳就是以太阳风—物质粒子流的形式失去物质。日冕物质喷发日冕物质喷发太阳风和极光当太阳上有强烈爆发和日冕物质抛射时，太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区，这时在地球两极可看见瑰丽无比的极光。美丽的极光由于太阳带电粒子(太阳风)向地球疾速行进，在遭遇地球磁场时发生电离，而当高能带电粒子与地球大气中的氧气和氮气相撞时，会释放出能量，呈现红、蓝、绿三色光芒，天空顿时出现灿烂的光辉。这种奇异的现象就是极光。南极光如蛇般蜿蜒美丽的极光3北极光大幕北极光与桥连为一体极光雨国际空间站穿越一道极光极光笼罩魁北克灿烂星空与极光辉映奥斯陆极光表演湖水与极光交相辉映天空闪现绿光紫色迷雾太阳的构造从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体，而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。在太阳能利用中通常将它视为一个温度为6000K，发射波长为0.3～3μm的黑体。与太阳相关的一些物理量地球半径Re=6.378×104km太阳半径Rs=6.96×106km地日距AU=1.496×108km≈200Rs太阳质量Ms=1.989×1026公斤＝地球质量的332,946倍＝全部太阳系行星质量的700倍太阳能的利用太阳能的利用世界将太阳能作为一种能源和动力加以利用，已经有300多年的历史。1615年法国工程师所罗门.德.考克斯发明了第一台利用太阳能加热空气使之膨胀做功而抽水的机器.太阳能的利用太阳能利用涉及的技术问题很多。根据太阳能的特点，具有共性的技术主要有四项，即太阳能采集、太阳能转换、太阳能贮存和太阳能传输。将这些技术与其它相关技术结合起来，便能进行太阳能的实际利用--光热利用、光电利用和光化学利用。太阳内部的核聚变反应太阳核心是一切力量的中心和出发点。氢原子于2,700万度高温转化为氦。以射线形式释放出的能向太阳表面涌出，可达300,000哩（1哩＝1609米）的高空中。太阳内部每秒钟以六亿五千七百万吨之多的氢转变为六亿五千二百五十万吨氦灰—放出能量为Ｅ＝mc2。太阳能传输太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输，而是应用光学原理，通过光的反射和折射进行直接传输，或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。太阳能直接传输直接传输适用于较短距离。基本有三种方法通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光的传播方向，达到用能地点。通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光