太陽(yáng)能利用發(fā)展史

1、太陽(yáng)能熱水器的BLOG正文太陽(yáng)能的發(fā)展簡(jiǎn)史（2008-04-15 14:37:03）45億年前，太陽(yáng)能開(kāi)始輻射到地球。公元前9世紀(jì)，中國(guó)人開(kāi)始用陽(yáng)燧”（凹面鏡）聚光取火。公元7世紀(jì)，開(kāi)始使用凸透境聚集太陽(yáng)能取火。公元前3世紀(jì)，希臘人和羅馬人用燃燒鏡（凹面鏡）做武器聚焦太陽(yáng)能點(diǎn)火并點(diǎn)燃敵方戰(zhàn) 船的船帆。1世紀(jì)，意大利史學(xué)家普林尼修建了第一個(gè)保溫隔熱的被動(dòng)式太陽(yáng)能房。1-500年，羅馬人在欲室中修建了朝向南面的大窗戶利用太陽(yáng)光直射來(lái)吸熱。6世紀(jì)，東羅馬帝國(guó)皇帝查丁尼頒布法律保護(hù)房屋和公共建筑的太陽(yáng)能浴室，以使檔板不再 阻擋太陽(yáng)光熱的射入。14世紀(jì)，居住在北美地區(qū)的印第安人的祖先，冬季時(shí)居住在懸崖的

2、南側(cè)以直接面對(duì)太陽(yáng)方 便取暖。17世紀(jì)，有學(xué)識(shí)的人接受了太陽(yáng)和其他恒星是相同的這一觀念，1615年出現(xiàn)了一臺(tái)利用太 陽(yáng)能加熱空氣使其膨脹做功的抽水機(jī)。1643年1715年法國(guó)國(guó)王路易十四統(tǒng)治時(shí)期是太陽(yáng)能 試驗(yàn)的一個(gè)時(shí)代。18世紀(jì)，歐洲貴族利用太陽(yáng)能墻儲(chǔ)存成熟的水果，英國(guó)與荷蘭利用傾斜的面向南的玻璃墻 促進(jìn)了太陽(yáng)能溫室的發(fā)展。1767年瑞士科學(xué)家賀瑞斯發(fā)明了第一臺(tái)太陽(yáng)能集熱器。1774年， 在法國(guó)巴黎有人舉行了地場(chǎng)用透鏡會(huì)聚陽(yáng)光把金屬熔化的表演。19世紀(jì)，富有的歐洲人開(kāi)始修建和使用太陽(yáng)能溫室和保溫房，法國(guó)科學(xué)家用從太陽(yáng)能集熱 器獲得的熱量產(chǎn)生蒸氣為蒸汽機(jī)提供動(dòng)力。1837年，英國(guó)天文學(xué)家赫胥黎在

3、去非洲好望角的探 險(xiǎn)途中，把一個(gè)黑箱子埋入沙土中，箱上用雙層玻璃保溫，使箱內(nèi)溫度達(dá)到116度，于是他就 用這種簡(jiǎn)易的太陽(yáng)能裝置燒飯。1839年，法國(guó)科學(xué)家Edmund Becquerel觀察到了太陽(yáng)能 的光伏效應(yīng)。1861年，法國(guó)科學(xué)家Augustin Mouchot取得了太陽(yáng)能設(shè)備的專利權(quán)。1870 年Augustin Mouchot利用太陽(yáng)能炊具、太陽(yáng)能水泵灌溉、太陽(yáng)能蒸發(fā)器制酒和水蒸餾（廣泛 的利用太陽(yáng)能）。美國(guó)工程師John Ericsson開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的般只。1891年，美國(guó)發(fā)明家John Ericsson對(duì)第一臺(tái)最大商業(yè)化的太陽(yáng)能熱水器申請(qǐng)了專利。1892年，英國(guó)發(fā)明家A ub

4、rey Eneas成產(chǎn)了坡士頓太陽(yáng)能發(fā)動(dòng)機(jī)公司，發(fā)明了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)機(jī)來(lái)代替煤炭或木頭驅(qū)動(dòng)的 蒸汽機(jī)。20世紀(jì)，1901年，美國(guó)加利福尼亞洲建成了一臺(tái)太陽(yáng)能抽水裝置，采用截頭圓錐聚光器， 功率為7.36KW. 1902年1908年，洛杉機(jī)卡內(nèi)基鋼鐵公司發(fā)明了現(xiàn)代的屋脊式太陽(yáng)能集熱 器。1913年，埃及開(kāi)羅以南建成一臺(tái)由5個(gè)拋物槽鏡組成的太陽(yáng)能水泵，每個(gè)鏡長(zhǎng)62.5米寬 4米，總采光面積達(dá)1250平方米。1936年，美國(guó)天體物理學(xué)家Charles Greeley Abbott 發(fā)明了太陽(yáng)能開(kāi)水器、1940年，太陽(yáng)能房出現(xiàn)大量需求，有主動(dòng)和被動(dòng)式。1941年，在佛羅 里達(dá)州大約有6萬(wàn)套太陽(yáng)能熱水器被使

5、用。1950年，蘇聯(lián)設(shè)計(jì)了第一座塔式太陽(yáng)能發(fā)電站。美國(guó)建筑師Frank Bridgers設(shè)計(jì)了世界 上第一棟太陽(yáng)能辦公建筑。1952年，法國(guó)國(guó)家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50 KW的太陽(yáng)爐。1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成實(shí)用型硅電池，被廣泛應(yīng)用于航天工業(yè)的人造 地球衛(wèi)星上。1955年，以色列的泰伯等在第一次國(guó)際太陽(yáng)熱利用科學(xué)會(huì)議上提出選擇性涂層的 基礎(chǔ)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。1960年，美國(guó)佛羅里達(dá)州建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨一水吸收式空調(diào)系統(tǒng)， 制冷能力為5冷噸（17.6千瓦）。1961年一臺(tái)帶有石英窗的斯特林以動(dòng)機(jī)問(wèn)世。1

6、977年，美國(guó)總統(tǒng)吉米?？ㄌ卦诎讓m安裝太陽(yáng)能板，推動(dòng)太陽(yáng)能系統(tǒng)利用的發(fā)展。澳大利亞悉 尼大學(xué)研究發(fā)明漸變膜選擇性吸改涂層，用于太陽(yáng)能真空集熱管。1979年第二次美國(guó)石油危 機(jī)，太陽(yáng)能貿(mào)易協(xié)會(huì)在華盛頓特區(qū)成立。1983年，美國(guó)威斯康星洲頒布太陽(yáng)能利用的有關(guān)法律以保護(hù)城市花園充足的光照”，隨后 亞利桑那州和密歇根州也通過(guò)了類似的法律。1990年，日本東京大約有150萬(wàn)棟建筑使用了太陽(yáng)能熱水器，以色列大約30%的房屋安 裝了太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)，所有的新房子都要求安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。希臘、澳大利亞等其他幾個(gè) 國(guó)家在太陽(yáng)能利用上都有突破性進(jìn)展，如澳大利亞悉尼大學(xué)發(fā)明干涉膜選擇性吸收涂層。1992年，聯(lián)合國(guó)

7、在巴召開(kāi)世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”，1996年，聯(lián)合國(guó)在津巴布韋召開(kāi)了世界太陽(yáng)能高峰會(huì)議”。1997年，160個(gè)國(guó)家在日本京都召開(kāi)的聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約第三次締約方 大會(huì)上通過(guò)了京都議定書。21世紀(jì)到來(lái)后，中華人民共和國(guó)可再生能源法實(shí)施，中國(guó)光熱市場(chǎng)居全球首位；美國(guó)科學(xué)家提取菠菜葉綠素中的蛋白質(zhì)，制成了葉綠素太陽(yáng)能電池；德國(guó)造成由33500塊太陽(yáng)能電 池組成的太陽(yáng)能電站。人類太陽(yáng)能事業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)自覺(jué)、積極開(kāi)發(fā)利用的新階段。地址：太陽(yáng)能熱水器的BLOG 地址：太陽(yáng)能太陽(yáng)能一般指太陽(yáng)光的輻射能量。在太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行的由氫”聚變成氦”的原子核反應(yīng)，不停 地釋放出巨大的能量，并不斷向宇宙空間輻射能量，這種

8、能量就是太陽(yáng)能。太陽(yáng)內(nèi)部的這種核聚 變反應(yīng)可以維持幾十億至上百億年的時(shí)間。太陽(yáng)向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為38kW的輻射值， 其中20億分之一到達(dá)地球大氣層。到達(dá)地球大氣層的太陽(yáng)能，30%被大氣層反射，23%被大 氣層吸收，其余的到達(dá)地球表面，其功率為800000億kW，也就是說(shuō)太陽(yáng)每秒鐘照射到地球 上的能量就相當(dāng)于燃燒500萬(wàn)噸煤釋放的熱量。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(shì)能等等。狹義的太陽(yáng)能則限于太陽(yáng)輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn) 換。人類對(duì)太陽(yáng)能的利用有著悠久的歷史。我國(guó)早在兩千多年前的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就知道利用鋼制四面 鏡聚焦太陽(yáng)光來(lái)點(diǎn)火；利用太陽(yáng)能來(lái)干燥農(nóng)副產(chǎn)

9、品。發(fā)展到現(xiàn)代，太陽(yáng)能的利用已日益廣泛，它 包括太陽(yáng)能的光熱利用，太陽(yáng)能的光電利用和太陽(yáng)能的光化學(xué)利用等。太陽(yáng)能的利用有被動(dòng)式利 用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽(yáng)能發(fā)電一種新興的可再生能源利用方式。使用太陽(yáng)電池，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換把太陽(yáng)光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能，使用太陽(yáng)能熱水器，利用太陽(yáng)光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電，利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化?，F(xiàn)在，太陽(yáng)能的利用還不很 普及，利用太陽(yáng)能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，但是太陽(yáng)電池在為人造衛(wèi)星提供能源 方面得到了應(yīng)用?！驹怼刻?yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 為1367kw/tf。地球赤道的周長(zhǎng)為

10、40000km，從而可計(jì)算出，地球獲得的能量可達(dá)173000 TW。在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為1kw/m2,地球表面某一點(diǎn)24h的年平均輻射強(qiáng)度為0.2 0kw/tf，相當(dāng)于有102000TW的能量，人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式 的可再生能源（地?zé)崮苜Y源除外）雖然太陽(yáng)能資源總量相當(dāng)于現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬(wàn)多倍， 但太陽(yáng)能的能量密度低，而且它因地而異，因時(shí)而變，這是開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能面臨的主要問(wèn)題。太 陽(yáng)能的這些特點(diǎn)會(huì)使它在整個(gè)綜合能源體系中的作用受到一定的限制。盡管太陽(yáng)輻射到地球大氣層的能量?jī)H為其總輻射能量的22億分之一，但已高達(dá)173,000T W，也就是說(shuō)太陽(yáng)每秒鐘照射到

11、地球上的能量就相當(dāng)于500萬(wàn)噸煤。地球上的風(fēng)能、水能、海 洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來(lái)源于太陽(yáng)；即使是地球上的化石燃料（如煤、 石油、天然氣等）從根本上說(shuō)也是遠(yuǎn)古以來(lái)貯存下來(lái)的太陽(yáng)能，所以廣義的太陽(yáng)能所包括的范圍 非常大，狹義的太陽(yáng)能則限于太陽(yáng)輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境 無(wú)任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會(huì)及人類進(jìn)入一個(gè)節(jié)約能源減少污染的時(shí)代。【分類】太陽(yáng)能光伏光伏板組件是一種暴露在陽(yáng)光下便會(huì)產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料（例如硅） 制成的薄身固體光伏電池組成

12、。由于沒(méi)有活動(dòng)的部分，故可以長(zhǎng)時(shí)間操作而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗。 簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋照明，并為電網(wǎng)供電。 光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電力。近年，天臺(tái)及建筑物表面均 會(huì)使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè) 于建筑物的光伏系統(tǒng)。太陽(yáng)熱能現(xiàn)代的太陽(yáng)熱能科技將陽(yáng)光聚合，并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運(yùn)用適當(dāng)?shù)目?技來(lái)收集太陽(yáng)能外，建筑物亦可利用太陽(yáng)的光和熱能，方法是在設(shè)計(jì)時(shí)加入合適的裝備，例如巨 型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽(yáng)熱力的建筑材料?！纠锰?yáng)能的歷史】據(jù)記載，人類

13、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(bǔ)充能源”，“未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則 是近來(lái)的事。20世紀(jì)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(guó)工程師所羅門德考克斯在世界上發(fā)明第一臺(tái)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī) 算起。該發(fā)明是一臺(tái)利用太陽(yáng)能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機(jī)器。在1615年1900年之 間，世界上又研制成多臺(tái)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(jī)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

14、者個(gè)人研究制造。20世紀(jì)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)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(kuò)大，最大輸出功率達(dá)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(guó)加州建成一臺(tái)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(guó)建造了五套雙循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)動(dòng) 機(jī)，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(tái)由5個(gè)拋物槽鏡組成的 太陽(yáng)能水泵，每個(gè)長(zhǎng)62.5m，寬4m，總采光面積

15、達(dá)1250m2。第二階段(1920-1945)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(shù)和研究項(xiàng)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(zhàn)(1935-1945)有關(guān)，而太陽(yáng)能又不能 解決當(dāng)時(shí)對(duì)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)在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的20年中，一些有遠(yuǎn)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(fù)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：194

16、5年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成實(shí)用型硅太陽(yáng)電池，為 光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；1955年，以色列泰伯等在第一次國(guó)際太陽(yáng)熱科學(xué)會(huì)議上提出 選擇性涂層的基礎(chǔ)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(guó)國(guó)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(guó)佛羅里達(dá)建成世界上第一 套用平板集熱器供熱的氨-水吸收式空調(diào)系統(tǒng)，制冷能力為5冷噸。1961年，一臺(tái)帶有石英窗 的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世。在這一階段里，加強(qiáng)了太陽(yáng)能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)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

17、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(diào)的研究取得進(jìn)展，建成一批實(shí)驗(yàn)性太陽(yáng)房。對(duì)難度較大的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)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)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(zhǎng)階段，尚不成 熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支 持。第五階段(1973-1980)自從石油在世界能源結(jié)構(gòu)中擔(dān)當(dāng)主角之后，石油就成了左右經(jīng)濟(jì)和決定一個(gè)國(guó)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(zhàn)爭(zhēng)，石油輸出國(guó)組織采取石油減產(chǎn)、提價(jià)等 辦法，支持中東人民的斗爭(zhēng)

18、，維護(hù)本國(guó)的利益。其結(jié)果是使那些依靠從中東地區(qū)大量進(jìn)口廉價(jià)石 油的國(guó)家，在經(jīng)濟(jì)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(jī)”(有的稱石 油危機(jī))。這次危機(jī)”在客觀上使人們認(rèn)識(shí)到：現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)必須徹底改變，應(yīng)加速向未來(lái) 能源結(jié)構(gòu)過(guò)渡。從而使許多國(guó)家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，重新加強(qiáng)了對(duì)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(guó)制定了政府級(jí)陽(yáng)光 發(fā)電計(jì)劃，太陽(yáng)能研究經(jīng)費(fèi)大幅度增長(zhǎng)，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(jì)劃”，其中太陽(yáng)能的研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目有：太陽(yáng)房、工業(yè)太 陽(yáng)能系統(tǒng)、太陽(yáng)熱發(fā)電

19、、太陽(yáng)電池生產(chǎn)系統(tǒng)、分散型和大型光伏發(fā)電系統(tǒng)等。為實(shí)施這一計(jì)劃， 日本政府投入了大量人力、物力和財(cái)力。70年代初世界上出現(xiàn)的開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能熱潮，對(duì)我國(guó) 也產(chǎn)生了巨大影響。一些有遠(yuǎn)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)部門提建議， 出書辦刊，介紹國(guó)際上太陽(yáng)能利用動(dòng)態(tài)；在農(nóng)村推廣應(yīng)用太陽(yáng)灶，在城市研制開(kāi)發(fā)太陽(yáng)熱水器， 空間用的太陽(yáng)電池開(kāi)始在地面應(yīng)用.。 1975年，在河南安陽(yáng)召開(kāi)全國(guó)第一次太陽(yáng)能利用工 作經(jīng)驗(yàn)交流大會(huì)”，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)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(guó)政府計(jì)劃，獲得了專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)和物資支持。一些大學(xué)和科研院所，紛紛設(shè)立太陽(yáng)能課 題組和研究室，有

20、的地方開(kāi)始籌建太陽(yáng)能研究所。當(dāng)時(shí)，我國(guó)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(guó)加強(qiáng)了太陽(yáng)能研究工作的計(jì)劃性，不少國(guó)家制定了近期和遠(yuǎn)期陽(yáng)光計(jì)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(qiáng)。國(guó)際間的合作十分活躍，一些第三世界國(guó)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(kuò)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(guó)制定的太陽(yáng)能發(fā)展計(jì)劃，普遍存在要求過(guò)高、過(guò)急問(wèn)題，對(duì)實(shí)施過(guò)程中的困難估計(jì)不 足，希望在較短的時(shí)間內(nèi)取代礦物能源，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用太陽(yáng)能。例如，美國(guó)曾計(jì)

21、劃在1985 年建造一座小型太陽(yáng)能示范衛(wèi)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(jì)劃后來(lái)進(jìn)行了調(diào)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(xiàn)商業(yè)化，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)初步建立，但規(guī)模較小，經(jīng)濟(jì)效益尚 不理想。第六階段(1980-1992)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(guó)家相繼大幅度削減太陽(yáng)能研究經(jīng)費(fèi)，其中美國(guó)最為突出。導(dǎo)致這種現(xiàn)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(jìng)爭(zhēng)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(biāo)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，以致動(dòng)搖了一些人開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能

22、的信心；核電發(fā)展較快， 對(duì)太陽(yáng)能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。受80年代國(guó)際上太陽(yáng)能低落的影響，我國(guó)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(rèn) 為太陽(yáng)能是未來(lái)能源，主張外國(guó)研究成功后我國(guó)引進(jìn)技術(shù)。雖然，持這種觀點(diǎn)的人是少數(shù)，但十 分有害，對(duì)我國(guó)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(fèi)大幅度削減， 但研究工作并未中斷，有的項(xiàng)目還進(jìn)展較大，而且促使人們認(rèn)真地去審視以往的計(jì)劃和制定的目 標(biāo)，調(diào)整研究工作重點(diǎn)，爭(zhēng)取以較少的投入取得較大的成果。第七階段(1992-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(duì)人類的

23、生存和發(fā)展構(gòu)成 威脅。在這樣背景下，1992年聯(lián)合國(guó)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(nèi)盧環(huán)境與發(fā)展宣言，21世紀(jì)議程和聯(lián)合國(guó)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(tǒng)一的框架，確立了可持續(xù)發(fā)展的模式。這次會(huì)議之后，世界各國(guó)加強(qiáng)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(hù)結(jié)合在一起，使太陽(yáng)能利用工作走出低谷，逐漸得到 加強(qiáng)。世界環(huán)發(fā)大會(huì)之后，我國(guó)政府對(duì)環(huán)境與發(fā)展十分重視，提出10條對(duì)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?zé)崮堋⒊毕?、生物質(zhì)能等清潔能源”，制定了中國(guó)2 1世紀(jì)議程，進(jìn)一步明確了太陽(yáng)能重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。1995年國(guó)家計(jì)委、國(guó)家科委和國(guó)家經(jīng)

24、貿(mào)委 制定了新能源和可再生能源發(fā)展綱要(1996- 2010)，明確提出我國(guó)在1996-2010年 新能源和可再生能源的發(fā)展目標(biāo)、任務(wù)以及相應(yīng)的對(duì)策和措施。這些文件的制定和實(shí)施，對(duì)進(jìn)一 步推動(dòng)我國(guó)太陽(yáng)能事業(yè)發(fā)揮了重要作用。1996年，聯(lián)合國(guó)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(xù)發(fā)展宣言，會(huì)上討論了世界太陽(yáng)能10年行動(dòng)計(jì)劃 (1996- 2005)，國(guó)際太陽(yáng)能公約，世界太陽(yáng)能戰(zhàn)略規(guī)劃等重要文件。這次會(huì)議進(jìn) 一步表明了聯(lián)合國(guó)和世界各國(guó)對(duì)開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能的堅(jiān)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(xù)

25、發(fā)展和 環(huán)境保護(hù)緊密結(jié)合，全球共同行動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)世界太陽(yáng)能發(fā)展戰(zhàn)略而努力；太陽(yáng)能發(fā)展目標(biāo)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(zhǎng)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(zhuǎn)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(kuò)大太陽(yáng)能利用領(lǐng)域和規(guī)模，經(jīng)濟(jì)效益逐漸提高；國(guó)際太陽(yáng)能領(lǐng)域的合作空前活躍，規(guī)模 擴(kuò)大，效果明顯。通過(guò)以上回顧可知，在本世紀(jì)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(xiàn)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(duì)其認(rèn)識(shí)差別大，反復(fù)多，發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)。這一方面說(shuō)明太陽(yáng)能開(kāi)

26、發(fā)難度大， 短時(shí)間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)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(yīng)，政治和戰(zhàn)爭(zhēng)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(jì)取得的太陽(yáng)能科技進(jìn)步仍比以 往任何一個(gè)世紀(jì)都大?！纠住?jī)?yōu)點(diǎn)：普遍：太陽(yáng)光普照大地，無(wú)論陸地或海洋，無(wú)論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開(kāi)發(fā)和利 用，且勿須開(kāi)采和運(yùn)輸。無(wú)害：開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能不會(huì)污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重的今 天，這一點(diǎn)是極其寶貴的。巨大：每年到達(dá)地球表面上的太陽(yáng)輻射能約相當(dāng)于130萬(wàn)億t標(biāo)煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可 以開(kāi)發(fā)的最大能源。長(zhǎng)久：根據(jù)目前太陽(yáng)產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球

27、的壽命也約 為幾十億年，從這個(gè)意義上講，可以說(shuō)太陽(yáng)的能量是用之不竭的。缺點(diǎn)：分散性：到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說(shuō)來(lái)，北回歸 線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時(shí)太陽(yáng)輻射的輻照度最大，在垂直于太陽(yáng)光方向1 m 2面積上接收到的太陽(yáng)能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1/5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太 陽(yáng)能時(shí)，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價(jià)較高。不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，所

28、以，到達(dá)某一地面的太陽(yáng)輻照度既是間斷的又是極不穩(wěn)定的，這給太陽(yáng) 能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽(yáng)能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能 源相競(jìng)爭(zhēng)的替代能源，就必須很好地解決蓄能問(wèn)題，即把晴朗白天的太陽(yáng)輻射能盡量貯存起來(lái)以 供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽(yáng)能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。效率低和成本高：目前太陽(yáng)能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成 熟的。但有的太陽(yáng)能利用裝置，因?yàn)樾势停杀据^高，總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源 相競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽(yáng)能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。太陽(yáng)能利用中的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題：一，世界上越來(lái)越多的國(guó)家認(rèn)識(shí)到

29、一個(gè)能夠持續(xù)發(fā)展的社會(huì)應(yīng)該是一個(gè)既能滿足社會(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(shè)應(yīng)該遵循的原則。隨著能源形式的變化，常規(guī)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(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，煤炭約占商品能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的76%，已 成為我國(guó)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(zhǎng)遠(yuǎn)看，太陽(yáng)能利用技術(shù) 和裝置的大量應(yīng)用，也必然可以制約礦物能源價(jià)格的上漲?！疚覈?guó)太陽(yáng)能資源】在我國(guó)，西藏西部太陽(yáng)能資源

30、最豐富，最高達(dá)2333 KWh/皿(日輻射量6.4KWh/)， 居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。根據(jù)各地接受太陽(yáng)總輻射量的多少，可將全國(guó)劃分為五類地區(qū)。一類地區(qū)為我國(guó)太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量66808400 MJ/皿，相當(dāng)于日輻射量 5.16.4KWh/m?。這些地區(qū)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(dá)2333 KWh/mn日輻射量6.4KWh/m?），居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。二類地區(qū)為我國(guó)太陽(yáng)能資源較豐富地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量為5850-6680 MJ/m2,相當(dāng)于日輻射量 4.55.1KWh/m，。這些地區(qū)包括河北西

31、北部、山西北部、內(nèi)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。三類地區(qū)為我國(guó)太陽(yáng)能資源中等類型地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量為5000-5850 MJ/m2,相當(dāng)于日輻射 量3.84.5KWh/m，。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(tái)灣西南部等地。四類地區(qū)是我國(guó)太陽(yáng)能資源較差地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量42005000 MJ/tf，相當(dāng)于日輻射量3. 23.8KWh/m?。這些地區(qū)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(tái)灣東北部等地。五類

32、地區(qū)主要包括四川、貴州兩省，是我國(guó)太陽(yáng)能資源最少的地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量33504200MJ/tf，相當(dāng)于日輻射量只有2.53.2KWh/m太陽(yáng)能輻射數(shù)據(jù)可以從縣級(jí)氣象臺(tái)站取得，也可以從國(guó)家氣象局取得。從氣象局取得的數(shù)據(jù) 是水平面的輻射數(shù)據(jù)，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(guó)來(lái)看，我國(guó)是太陽(yáng)能資源相當(dāng)豐富的國(guó)家，絕大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在4 kWh/m?以上，西藏最高達(dá)7 kWh/tfo【太陽(yáng)能發(fā)展之路】太陽(yáng)能的利用有多種方式：1、太陽(yáng)熱能的利用，比如太陽(yáng)能熱水器，目前就用的比較多也比較普及；2、太陽(yáng)能發(fā)電，是目前太陽(yáng)能利用的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，主要的普及障礙是：用于完成光電

33、轉(zhuǎn)化的硅光電池成本太高、轉(zhuǎn)化效率低、使用壽命短；用于儲(chǔ)存電能的蓄電池成本高、使用壽命有限、造成環(huán)境污染。國(guó)外采用電能聯(lián)網(wǎng)的辦法解決電能的儲(chǔ)存問(wèn)題，不用電池儲(chǔ)電，直接供電，效果很好，但需 要形成規(guī)模，并有政府的介入?yún)f(xié)調(diào)管理。硅光電池的技術(shù)正在快速發(fā)展和進(jìn)步之中。目前太陽(yáng)能 發(fā)電還主要用在一些很難獲得其他電力資源的地區(qū)或場(chǎng)所。【太陽(yáng)能熱利用】就目前來(lái)說(shuō)，人類直接利用太陽(yáng)能還處于初級(jí)階段，主要有太陽(yáng)能集熱、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、 太陽(yáng)能暖房、太陽(yáng)能發(fā)電等方式。太陽(yáng)能集熱器太陽(yáng)能熱水器裝置通常包括太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需 要熱交換器和膨脹槽以及發(fā)電裝置以備電廠不能供電之需。太

34、陽(yáng)能集熱器(solar collector)在 太陽(yáng)能熱系統(tǒng)中，接受太陽(yáng)輻射并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的裝置。按傳熱工質(zhì)可分為液體集熱器和 空氣集熱器。按采光方式可分為聚光型和聚光型集熱器兩種。另外還有一種真空集熱器：一個(gè)好 的太陽(yáng)能集熱器應(yīng)該能用2030年。自從大約1980年以來(lái)所制作的集熱器更應(yīng)維持405 0年且很少進(jìn)行維修。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)早期最廣泛的太陽(yáng)能應(yīng)用即用于將水加熱，現(xiàn)今全世界已有數(shù)百萬(wàn)太陽(yáng)能熱水裝置。太陽(yáng)能 熱水系統(tǒng)主要元件包括收集器、儲(chǔ)存裝置及循環(huán)管路三部分。此外，可能還有輔助的能源裝置(如 電熱器等)以供應(yīng)無(wú)日照時(shí)使用，另外尚可能有強(qiáng)制循環(huán)用的水，以控制水位或控制電動(dòng)部份或 溫度

35、的裝置以及接到負(fù)載的管路等。依循環(huán)方式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)可分兩種： 1、自然循環(huán)式：此種型式的儲(chǔ)存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太陽(yáng)輻射的加熱，溫度上升，造成收 集器及儲(chǔ)水箱中水溫不同而產(chǎn)生密度差，因此引起浮力，此一熱虹吸現(xiàn)像，促使水在除水箱及收 集器中自然流動(dòng)。由與密度差的關(guān)系，水流量于收集器的太陽(yáng)能吸收量成正比。此種型式因不需 循環(huán)水，維護(hù)甚為簡(jiǎn)單，故已被廣泛采用。2、強(qiáng)制循環(huán)式：熱水系統(tǒng)用水使水在收集器與儲(chǔ)水箱之間循環(huán)。當(dāng)收集器頂端水溫高于儲(chǔ)水箱底部水溫若 干度時(shí)，控制裝置將啟動(dòng)水使水流動(dòng)。水入口處設(shè)有止回閥以防止夜間水由收集器逆流，引起熱 損失。由此種型式的熱水系統(tǒng)的流量可得知（因來(lái)自

36、水的流量可知），容易預(yù)測(cè)性能，亦可推算 于若干時(shí)間內(nèi)的加熱水量。如在同樣設(shè)計(jì)條件下，其較自然循環(huán)方式具有可以獲得較高水溫的長(zhǎng) 處，但因其必須利用水，故有水電力、維護(hù)（如漏水等）以及控制裝置時(shí)動(dòng)時(shí)停，容易損壞水等 問(wèn)題存在。因此，除大型熱水系統(tǒng)或需要較高水溫的情形，才選擇強(qiáng)制循環(huán)式，一般大多用自然 循環(huán)式熱水器。暖房利用太陽(yáng)能作房間冬天暖房之用，在許多寒冷地區(qū)已使用多年。因寒帶地區(qū)冬季氣溫甚低， 室內(nèi)必須有暖氣設(shè)備，若欲節(jié)省大量化石能源的消耗，設(shè)法應(yīng)用太陽(yáng)輻射熱。大多數(shù)太陽(yáng)能暖房 使用熱水系統(tǒng)，亦有使用熱空氣系統(tǒng)。太陽(yáng)能暖房系統(tǒng)是由太陽(yáng)能收集器、熱儲(chǔ)存裝置、輔助能 源系統(tǒng)，及室內(nèi)暖房風(fēng)扇系統(tǒng)所組

37、成，其過(guò)程乃太陽(yáng)輻射熱傳導(dǎo)，經(jīng)收集器內(nèi)的工作流體將熱能 儲(chǔ)存，在供熱至房間。至輔助熱源則可裝置在儲(chǔ)熱裝置內(nèi)、直接裝設(shè)在房間內(nèi)或裝設(shè)于儲(chǔ)存裝置 及房間之間等不同設(shè)計(jì)。當(dāng)然亦可不用儲(chǔ)熱雙置而直接將熱能用到暖房的直接式暖房設(shè)計(jì)，或者 將太陽(yáng)能直接用于熱電或光電方式發(fā)電，在加熱房間，或透過(guò)冷暖房的熱裝置方式供作暖房使用。 最常用的暖房系統(tǒng)為太陽(yáng)能熱水裝置，其將熱水通至儲(chǔ)熱裝置之中（固體、液體或相變化的儲(chǔ)熱 系統(tǒng)），然后利用風(fēng)扇將室內(nèi)或室外空氣驅(qū)動(dòng)至此儲(chǔ)熱裝置中吸熱，在把此熱空氣傳送至室內(nèi)； 或利用另一種液體流至儲(chǔ)熱裝置中吸熱，當(dāng)熱流體流至室內(nèi)，在利用風(fēng)扇吹送被加熱空氣至室內(nèi)， 而達(dá)到暖房效果。太陽(yáng)能發(fā)

38、電即直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能，并將電能存儲(chǔ)在電容器中，以備需要時(shí)使用?！究臻g太陽(yáng)能電源】第一個(gè)空間太陽(yáng)電池載于1958年發(fā)射的Vangtuard I，體裝式結(jié)構(gòu)，單晶Si襯底，效率采用BSF、光刻技術(shù)及更好減反約10% （28C）。到了 1970年代，人們改善了電池結(jié)構(gòu)， 射膜等技術(shù)，使電池的效率增加到14%。在70年代和80年代，地面太陽(yáng)電池大約每5.5年 全球產(chǎn)量翻番；而空間太陽(yáng)電池在空間環(huán)境下的性能，如抗輻射性能等得到了較大改善。由于8 0年代太陽(yáng)電池的理論得到迅速發(fā)展，極大地促進(jìn)了地面和空間太陽(yáng)電池性能的改善。到了90 年代，薄膜電池和III-V電池的研究發(fā)展很快，而且聚光陣結(jié)構(gòu)也變得更

39、經(jīng)濟(jì)，空間太陽(yáng)電池市 場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。在繼續(xù)研究更高性能的太陽(yáng)電池，主要有兩種途徑：研究聚光電池和多帶隙電 池。x空間太陽(yáng)電池主要性能電池效率由于太陽(yáng)電池在不同光強(qiáng)或光譜條件下效率一般不同，對(duì)于空間太陽(yáng)電池一般采用AM0光 譜（1.367KW/），對(duì)于地面應(yīng)用一般采用AM1.5光譜（即地面中午晴空太陽(yáng)光，1.000 KWm-2）作為測(cè)試電池效率的標(biāo)準(zhǔn)光源。太陽(yáng)電池在AM0光譜效率一般低于AM1.5光譜效 率24個(gè)百分點(diǎn)，例如一個(gè)AM0效率為16%的Si太陽(yáng)電池AM1.5效率約為19%）。 25C，AM0條件下太陽(yáng)電池效率電池類型 面積（cm2）效率（%）電池結(jié)構(gòu)一般Si太陽(yáng)電池64cm2 14

40、.6單結(jié)太陽(yáng)電池先進(jìn)Si太陽(yáng)電池4cm2 20.8單結(jié)太陽(yáng)電池GaAs太陽(yáng)電池4cm2 21.8單結(jié)太陽(yáng)電池InP太陽(yáng)電池4cm2 19.9單結(jié)太陽(yáng)電池GaInP/GaAs 4cm2 26.9單片疊層雙結(jié)太陽(yáng)電池GaInP/GaAs/Ge 4cm2 25.5單片疊層雙結(jié)太陽(yáng)電池GaInP/GaAs/Ge 4cm2 27.0單片疊層三結(jié)太陽(yáng)電池聚光電池GaAs 太陽(yáng)電池 0.07 24.6 100XGaInP/GaAs 0.25 26.4 50X，單片疊層雙結(jié)太陽(yáng)電池GaAs/GaSb 0.05 30.5 100X，機(jī)械堆疊太陽(yáng)電池空間太陽(yáng)電池在大氣層外工作，在近地球軌道太陽(yáng)平均輻照強(qiáng)度基本不變

41、，通常稱為AM0 輻照，其光譜分布接近5800K黑體輻射光譜，強(qiáng)度1353mW/cm2。因此空間太陽(yáng)電池多采 用AM0光譜設(shè)計(jì)和測(cè)試。空間太陽(yáng)電池通常具有較高的效率，以便在空間發(fā)射的重量、體積受限制的條件下，能獲得 特定的功率輸出。特別在一些特定的發(fā)射任務(wù)中，如微小衛(wèi)星（重量在50100公斤）上應(yīng)用， 要求單位面積或單位重量的比功率更高。抗輻照性能空間太陽(yáng)電池在地球大氣層外工作，必然會(huì)受到高能帶電粒子的輻照，引起電池性能的衰減， 主要原因是由于電子或質(zhì)子輻射使少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度減小。其光電參數(shù)衰減的程度取決于太 陽(yáng)電池的材料和結(jié)構(gòu)。還有反向偏壓、低溫和熱效應(yīng)等因素也是電池性能衰減的重要原因，

42、尤其 對(duì)疊層太陽(yáng)電池由于熱脹系數(shù)顯著不同，電池性能衰減可能更嚴(yán)重。x空間太陽(yáng)電池的可靠性光伏電源的可靠性對(duì)整個(gè)發(fā)射任務(wù)的成功起關(guān)鍵作用，與地面應(yīng)用相比，太陽(yáng)電池/陣的費(fèi) 用高低并不重要，因?yàn)榭臻g電源系統(tǒng)的平衡費(fèi)用更高，可靠性是最重要的?？臻g太陽(yáng)電池陣必須 經(jīng)過(guò)一系列機(jī)械、熱學(xué)、電學(xué)等苛刻的可靠性檢驗(yàn)。Si太陽(yáng)電池硅太陽(yáng)電池是最常用的衛(wèi)星電源，從1970年代起，由于空間技術(shù)的發(fā)展，各種飛行器對(duì)功 率的需求越來(lái)越大，在加速發(fā)展其他類型電池的同時(shí)，世界上空間技術(shù)比較發(fā)達(dá)的美、日和歐空 局等國(guó)家，都相繼開(kāi)展了高效硅太陽(yáng)電池的研究。以日本SHARP公司、美國(guó)的SUNPOWER 公司以及歐空局為代表，在空

43、間太陽(yáng)電池的研究發(fā)展方面領(lǐng)先。其中，以發(fā)展背表面場(chǎng)（BSF）、 背表面反射器（BSR）、雙層減反射膜技術(shù)為第一代高效硅太陽(yáng)電池，這種類型的電池典型效 率最高可以做到15%左右，目前在軌的許多衛(wèi)星應(yīng)用的是這種類型的電池。到了 70年代中期，COMSAT研究所提出了無(wú)反射絨面電池（使電池效率進(jìn)一步提高）。 但這種電池的應(yīng)用受到限制：一是制備過(guò)程復(fù)雜，避免損壞PN結(jié)；二是這樣的表面會(huì)吸收所有 波長(zhǎng)的光，包括那些光子能量不足以產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的紅外輻射，使太陽(yáng)電池的溫度升高，從 而抵消了采用絨面而提高的效率效應(yīng)；三是電極的制作必須沿著絨面延伸，增加了接觸的難度， 使成本升高。80年代中期，為解決這些問(wèn)

44、題，高效電池的制作引入了電子器件制作的一些工藝手段，采 用了倒金子塔絨面、激光刻槽埋柵、選擇性發(fā)射結(jié)等制作工藝，這些工藝的采用不但使電池的效 率進(jìn)一步提高，而且還使得電池的應(yīng)用成為可能。特別在解決了諸如采用帶通濾波器消除溫升效 應(yīng)以后，這類電池的應(yīng)用成了空間電源的主角。雖然很多工藝技術(shù)是由一些研究所提出，但卻是在一些比較大的公司得到了發(fā)揚(yáng)光大，比 如倒金子塔絨面、選擇性發(fā)射結(jié)等工藝是在澳大利亞新南威爾士大學(xué)光伏研究中心出現(xiàn)，但日本 的SHARP公司和美國(guó)的SUNPOWER公司目前的技術(shù)水平卻為世界一流，有的技術(shù)甚至已經(jīng) 移植到了地面用太陽(yáng)電池的大批量生產(chǎn)。為了進(jìn)一步降低電池背面復(fù)合影響，背面結(jié)

45、構(gòu)則采用背面鈍化后開(kāi)孔形成點(diǎn)接觸，即局部背 場(chǎng)。這些高效電池典型結(jié)構(gòu)為PERC、PERL、PERT、PERF1，其中前種結(jié)構(gòu)的電池已經(jīng)在空 間獲得實(shí)用。典型的高效硅太陽(yáng)電池厚度為100pm，也被稱為NRS/BSF（典型效率為17%） 和NRS/LBSF（典型效率為18%），其特征是正面具有倒金子塔絨面的選擇性發(fā)射結(jié)構(gòu)，前后 表面均采用鈍化結(jié)構(gòu)來(lái)降低表面復(fù)合，背面場(chǎng)采用全部或局部背場(chǎng)。實(shí)際應(yīng)用中還發(fā)現(xiàn)，雖然采 用局部背場(chǎng)工藝的電池要普遍比NRS/BSF的電池效率高一個(gè)百分點(diǎn)，但通常局部背場(chǎng)的抗輻照 能力比較差。到了上世紀(jì)90年代中期，空間電源工程人員發(fā)現(xiàn)，雖然這種類型電池的初期效率比較高， 但電

46、池的末期效率比初期效率下降25%左右，限制了電池的進(jìn)一步應(yīng)用，空間電源的成本仍然 不能很好地降低。為了改變這種情況，以SHARP為首的研究機(jī)構(gòu)提出了雙邊結(jié)電池結(jié)構(gòu)，這種電池的出現(xiàn)有 效地提高了電池的末期效率，并在HES、HES-1衛(wèi)星上獲得了實(shí)際應(yīng)用。另外研究人員還發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星對(duì)電池陣位置的要求比較苛刻，如果太陽(yáng)電池陣不對(duì)日定向或?qū)?日定向差等都會(huì)影響到衛(wèi)星電源的功率，這在一定程度上也限制了衛(wèi)星整體系統(tǒng)的配置。比如空 間站這樣復(fù)雜的飛行器，有的電池陣幾乎不能完全保證其充足的太陽(yáng)角，因而就需要高效電池來(lái) 滿足要求。雖然目前已經(jīng)部分應(yīng)用了常規(guī)的高效電池，但電池的高的a吸收系數(shù)、有限的空間 和重量的需

47、要使其仍然不能滿足空間系統(tǒng)大規(guī)模功率的需要。傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu)仍然受到很大程度 的限制。在這種情況下，俄羅斯在研究高效硅電池初期就側(cè)重于提高電池的末期效率為主，在結(jié) 合電池陣研究方面提出了雙面電池的構(gòu)想并獲得了成功，真正做到了高效長(zhǎng)壽命和低成本。GaAs太陽(yáng)電池隨著空間科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，對(duì)空間電源提出了更高的要求。80年代初期，前蘇聯(lián)、美國(guó)、 英國(guó)、意大利等國(guó)開(kāi)始研究GaAs基系太陽(yáng)電池。80年代中期，GaAs太陽(yáng)電池已經(jīng)用于空間 系統(tǒng)，如1986年前蘇聯(lián)發(fā)射的和平號(hào)”空間站，裝備了 10KW的GaAs太陽(yáng)電池，單位面積 比功率達(dá)到180W/m 8年后，電池陣輸出功率總衰退不大于15%。GaAs基

48、系太陽(yáng)電池經(jīng)歷了從LPE到MOVPE，從同質(zhì)外延到異質(zhì)外延，從單結(jié)到多結(jié)疊層 結(jié)構(gòu)發(fā)展變化，其效率不斷提高。從最初的16%增加到25%，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)達(dá)100KW 以上，并在空間系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。更高的效率減小了陣列的大小和重量，增加了火箭的裝載 量，減少火箭燃料消耗，因此整個(gè)衛(wèi)星電源系統(tǒng)的費(fèi)用更低。薄膜太陽(yáng)電池為適應(yīng)空間應(yīng)用需求，國(guó)際上紛紛制訂各自的薄膜太陽(yáng)電池計(jì)劃(如NASA，主要目標(biāo)在于 提高比功率和降低發(fā)射裝載容量)，提出解決措施：研制超輕柔性襯底薄膜太陽(yáng)電池；研制多結(jié)薄膜太陽(yáng)電池。目前，國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)主要涉及非晶硅(a-Si:H)太陽(yáng)電池、銅銦 (鎵)硒(CuInGaSe2)太陽(yáng)電

49、池和碲化鎘(CdTe)太陽(yáng)電池。經(jīng)過(guò)數(shù)年的努力，其效率達(dá)到1520% (AM0)。另一方面，為展開(kāi)柔性薄膜太陽(yáng)電池的研制(展開(kāi)式、折疊式、套桶式、卷廉式)的設(shè)計(jì)與 應(yīng)用提供可能。自90年代后期，國(guó)外已開(kāi)展了以聚合物為襯底薄膜太陽(yáng)電池的研制，并取得一 定的進(jìn)展。薄膜太陽(yáng)電池是獲得高效率、長(zhǎng)壽命、高可靠、低成本的重要途徑之一。主要包括： a-Si及其合金、CuInSe2及其合金、以及CdTe三種材料的薄膜太陽(yáng)電池。聚光太陽(yáng)電池一般認(rèn)為，現(xiàn)代聚光PV開(kāi)始于1970年代末悉尼國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，采用了點(diǎn)聚焦非涅耳透鏡硅 電池雙軸跟蹤結(jié)構(gòu)，隨后并研制了幾個(gè)原型。在1980年代，很多研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一系列成功 的實(shí)

50、驗(yàn)，在聚光技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展，如非涅耳透鏡、棱形玻璃蓋片等。在1990年代 中期，線聚焦Fresenel透鏡聚光陣技術(shù)已經(jīng)成功地用于SCARLET太陽(yáng)電池陣，電池為Gain P/GaAs/Ge三結(jié)電池，聚光陣的功率密度大于200 W/皿，比功率大于45 W/kg。線聚焦Fr esenel透鏡聚光陣已經(jīng)用于DEEPSPACE-1。由于三結(jié)GaAs太陽(yáng)電池有很好的高溫特性（為高電壓低電流器件），通過(guò)聚光將顯著提 高電池電流輸出，特別在實(shí)現(xiàn)高倍聚光后，可獲得更高的功率輸出。因此，以三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電 池為主要部件的聚光太陽(yáng)電池以其高效率（可達(dá)到40%以上）、高溫性能好（工作溫度每升高 1?C性能

51、僅下降0.2%，可在200?C情況下正常工作，聚光倍數(shù)可達(dá)500倍以上）等特點(diǎn)被 國(guó)際公認(rèn)為最有發(fā)展前途和最具商用價(jià)值的新一代太陽(yáng)能器件。x太陽(yáng)能路燈太陽(yáng)能路燈是一種利用太陽(yáng)能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開(kāi)溝埋線， 不消耗常規(guī)電能，只要陽(yáng)光充足就可以就地安裝等特點(diǎn)，因此受到人們的廣泛關(guān)注，又因其不污 染環(huán)境，而被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品。太陽(yáng)能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于 人口分布密度較小，交通不便經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽(yáng)能資源 豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問(wèn)題。太陽(yáng)能硒光電池日本制成了世界上第一架太陽(yáng)能照相機(jī)，重量?jī)H有475克，機(jī)內(nèi)裝有先進(jìn)的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)， 其蓄電池可連續(xù)使用4年。美國(guó)一家公司生產(chǎn)了一種新型的135太陽(yáng)能照相機(jī)，它的光圈、速度 均由微電腦自動(dòng)控制，電力則由太陽(yáng)能硒光電池提供,只要有光線就能供電使用?！镜谝粋€(gè)太陽(yáng)能發(fā)電站】