編者按：太陽能利用工是指：從事太陽光熱、光電設(shè)備和建筑的安裝、建造、調(diào) 試、維修及管理的人員。從事的工作主要包括：（1）安裝調(diào)試太陽熱水器、太陽熱水工程、太陽灶、太陽干燥裝置及配套設(shè)施等。
45億年前，太陽能開始輻射到地球。
公元前9世紀(jì)，中國人開始用“陽燧”(凹面鏡)聚光取火。
公元7世紀(jì)，開始使用凸透境聚集太陽能取火。
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光直射來吸熱。
6世紀(jì)，東羅馬帝國皇帝查丁尼頒布法律保護(hù)房屋和公共建筑的太陽能浴室，以使檔板不再阻擋太陽光熱的射入。
14世紀(jì)，居住在北美地區(qū)的印第安人的祖先，冬季時(shí)居住在懸崖的南側(cè)以直接面對(duì)太陽方便取暖。
17世紀(jì)，有學(xué)識(shí)的人接受了太陽和其他恒星是相同的這一觀念，1615年出現(xiàn)了一臺(tái)利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功的抽水機(jī)。1643年~1715年法國國王路易十四統(tǒng)治時(shí)期是太陽能試驗(yàn)的一個(gè)時(shí)代。
18世紀(jì)，歐洲貴族利用太陽能墻儲(chǔ)存成熟的水果，英國與荷蘭利用傾斜的面向南的玻璃墻促進(jìn)了太陽能溫室的發(fā)展。1767年瑞士科學(xué)家賀瑞斯發(fā)明了第一臺(tái)太陽能集熱器。1774年，在法國巴黎有人舉行了地場用透鏡會(huì)聚陽光把金屬熔化的表演。
19世紀(jì)，富有的歐洲人開始修建和使用太陽能溫室和保溫房，法國科學(xué)家用從太陽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，英國天文學(xué)家赫胥黎在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，于是他就用這種簡易的太陽能裝置燒飯。1839年，法國科學(xué)家Edmund Becquerel 觀察到了太陽能的光伏效應(yīng)。1861年，法國科學(xué)家Augustin Mouchot 取得了太陽能設(shè)備的專利權(quán)。1870年Augustin Mouchot利用太陽能炊具、太陽能水泵灌溉、太陽能蒸發(fā)器制酒和水蒸餾(廣泛的利用太陽能)。美國工程師John Ericsson 開發(fā)了太陽能驅(qū)動(dòng)的般只。1891年，美國發(fā)明家John Ericsson對(duì)第一臺(tái)最大商業(yè)化的太陽能熱水器申請(qǐng)了專利。1892年，英國發(fā)明家 Aubrey Eneas 成產(chǎn)了坡士頓太陽能發(fā)動(dòng)機(jī)公司，發(fā)明了太陽能驅(qū)動(dòng)機(jī)來代替煤炭或木頭驅(qū)動(dòng)的蒸汽機(jī)。
20世紀(jì)，1901年，美國加利福尼亞洲建成了一臺(tái)太陽能抽水裝置，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)代的屋脊式太陽能集熱器。1913年，埃及開羅以南建成一臺(tái)由5個(gè)拋物槽鏡組成的太陽能水泵，每個(gè)鏡長62.5米寬4米，總采光面積達(dá)1250平方米。1936年，美國天體物理學(xué)家 Charles Greeley Abbott 發(fā)明了太陽能開水器、1940年，太陽能房出現(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6萬套太陽能熱水器被使用。
1950年，蘇聯(lián)設(shè)計(jì)了第一座塔式太陽能發(fā)電站。美國建筑師 Frank Bridgers 設(shè)計(jì)了世界上第一棟太陽能辦公建筑。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 的太陽爐。1954年，美國貝爾實(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際太陽熱利用科學(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)問世。
1977年，美國總統(tǒng)吉米?？ㄌ卦诎讓m安裝太陽能板，推動(dòng)太陽能系統(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，用于太陽能真空集熱管。1979年第二次美國石油危機(jī)，太陽能貿(mào)易協(xié)會(huì)在華盛頓特區(qū)成立。
1983年，美國威斯康星洲頒布太陽能利用的有關(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了類似的法律。
1990年，日本東京大約有150萬棟建筑使用了太陽能熱水器，以色列大約30%的房屋安裝了太陽能熱水器系統(tǒng)，所有的新房子都要求安裝太陽能熱水系統(tǒng)。希臘、澳大利亞等其他幾個(gè)國家在太陽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)合國在巴召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”，1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開了“世界太陽能高峰會(huì)議”。1997年，160個(gè)國家在日本京都召開的聯(lián)合國氣候變化框架公約第三次締約方大會(huì)上通過了《京都議定書》。
21世紀(jì)到來后，《中華人民共和國可再生能源法》實(shí)施，中國光熱市場居全球首位;美國科學(xué)家提取菠菜葉綠素中的蛋白質(zhì)，制成了葉綠素太陽能電池;德國造成由33500塊太陽能電池組成的太陽能電站。人類太陽能事業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)自覺、積極開發(fā)利用的新階段。
太陽能
太陽能一般指太陽光的輻射能量。在太陽內(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，這種能量就是太陽能。太陽內(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。太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為380000000000000000000000kW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，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于燃燒500萬噸煤釋放的熱量。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢(shì)能等等。狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。
人類對(duì)太陽能的利用有著悠久的歷史。我國早在兩千多年前的戰(zhàn)國時(shí)期就知道利用鋼制四面鏡聚焦太陽光來點(diǎn)火;利用太陽能來干燥農(nóng)副產(chǎn)品。發(fā)展到現(xiàn)代，太陽能的利用已日益廣泛，它包括太陽能的光熱利用，太陽能的光電利用和太陽能的光化學(xué)利用等。太陽能的利用有被動(dòng)式利用(光熱轉(zhuǎn)換)和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽能發(fā)電一種新興的可再生能源利用方式。
使用太陽電池，通過光電轉(zhuǎn)換把太陽光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能，使用太陽能熱水器，利用太陽光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電，利用太陽能進(jìn)行海水淡化。現(xiàn)在，太陽能的利用還不很普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問題，但是太陽電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應(yīng)用。
【原理】
太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射強(qiáng)度為1367kw/㎡。地球赤道的周長為40000km，從而可計(jì)算出，地球獲得的能量可達(dá)173000TW。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0.20kw/㎡，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)雖然太陽能資源總量相當(dāng)于現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬多倍，但太陽能的能量密度低，而且它因地而異，因時(shí)而變，這是開發(fā)利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點(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。
盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的22億分之一，但已高達(dá)173,000TW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬噸煤。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源于太陽;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大，狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。
太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無任何污染。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】
太陽能光伏
光伏板組件是一種暴露在陽光下便會(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。由于沒有活動(dòng)的部分，故可以長時(shí)間操作而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗。簡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)。
太陽熱能
現(xiàn)代的太陽熱能科技將陽光聚合，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)目萍紒硎占柲芡?，建筑物亦可利用太陽的光和熱能，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熱力的建筑材料。
【利用太陽能的歷史】
據(jù)記載，人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動(dòng)力加以利用，只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”，“未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近來的事。20世紀(jì)70年代以來，太陽能科技突飛猛進(jìn)，太陽能利用日新月異。近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門·德·考克斯在世界上發(fā)明第一臺(tái)太陽能驅(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)太陽能動(dòng)力裝置和一些其它太陽能裝置。這些動(dòng)力裝置幾乎全部采用聚光方式采集陽光，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，大部分為太陽能愛好者個(gè)人研究制造。20世紀(jì)的100年間，太陽能科技發(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，世界上太陽能研究的重點(diǎn)仍是太陽能動(dòng)力裝置，但采用的聚光方式多樣化，且開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，在美國加州建成一臺(tái)太陽能抽水裝置，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，在埃及開羅以南建成一臺(tái)由5個(gè)拋物槽鏡組成的太陽能水泵，每個(gè)長62.5m，寬4m，總采光面積達(dá)1250m2。
第二階段(1920-1945)
在這20多年中，太陽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發(fā)利用和發(fā)生第二次世界大戰(zhàn)(1935-1945)有關(guān)，而太陽能又不能解決當(dāng)時(shí)對(duì)能源的急需，因此使太陽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題，從而逐漸推動(dòng)了太陽能研究工作的恢復(fù)和開展，并且成立太陽能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會(huì)，再次興起太陽能研究熱潮。在這一階段，太陽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(yàn)室研制成實(shí)用型硅太陽電池，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際太陽熱科學(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的太陽爐。1960年，在美國佛羅里達(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)問世。在這一階段里，加強(qiáng)了太陽能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，取得了如太陽選擇性涂層和硅太陽電池等技術(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)性太陽房。對(duì)難度較大的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了初步研究。
第四階段(1965-1973)
這一階段，太陽能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽能利用技術(shù)處于成長階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競爭，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，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(hù)本國的利益。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)加速向未來能源結(jié)構(gòu)過渡。從而使許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，重新加強(qiáng)了對(duì)太陽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發(fā)利用太陽能熱潮。1973年，美國制定了政府級(jí)陽光發(fā)電計(jì)劃，太陽能研究經(jīng)費(fèi)大幅度增長，并且成立太陽能開發(fā)銀行，促進(jìn)太陽能產(chǎn)品的商業(yè)化。日本在1974年公布了政府制定的“陽光計(jì)劃”，其中太陽能的研究開發(fā)項(xiàng)目有：太陽房、工業(yè)太陽能系統(tǒng)、太陽熱發(fā)電、太陽電池生產(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)的開發(fā)利用太陽能熱潮，對(duì)我國也產(chǎn)生了巨大影響。一些有遠(yuǎn)見的科技人員，紛紛投身太陽能事業(yè)，積極向政府有關(guān)部門提建議，出書辦刊，介紹國際上太陽能利用動(dòng)態(tài);在農(nóng)村推廣應(yīng)用太陽灶，在城市研制開發(fā)太陽熱水器，空間用的太陽電池開始在地面應(yīng)用……。 1975年，在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗(yàn)交流大會(huì)”，進(jìn)一步推動(dòng)了我國太陽能事業(yè)的發(fā)展。這次會(huì)議之后，太陽能研究和推廣工作納入了我國政府計(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)立太陽能課題組和研究室，有的地方開始籌建太陽能研究所。當(dāng)時(shí)，我國也興起了開發(fā)利用太陽能的熱潮。這一時(shí)期，太陽能開發(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(qiáng)了太陽能研究工作的計(jì)劃性，不少國家制定了近期和遠(yuǎn)期陽光計(jì)劃。開發(fā)利用太陽能成為政府行為，支持力度大大加強(qiáng)。國際間的合作十分活躍，一些第三世界國家開始積極參與太陽能開發(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、非晶硅太陽電池、光解水制氫、太陽能熱發(fā)電等。
各國制定的太陽能發(fā)展計(jì)劃，普遍存在要求過高、過急問題，對(duì)實(shí)施過程中的困難估計(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)模利用太陽能。例如，美國曾計(jì)劃在1985年建造一座小型太陽能示范衛(wèi)星電站，1995年建成一座500萬kW空間太陽能電站。事實(shí)上，這一計(jì)劃后來進(jìn)行了調(diào)整，至今空間太陽能電站還未升空。
太陽熱水器、太陽電池等產(chǎn)品開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，太陽能產(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年代興起的開發(fā)利用太陽能熱潮，進(jìn)入80年代后不久開始落潮，逐漸進(jìn)入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經(jīng)費(fèi)，其中美國最為突出。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，而太陽能產(chǎn)品價(jià)格居高不下，缺乏競爭力;太陽能技術(shù)沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標(biāo)沒有實(shí)現(xiàn)，以致動(dòng)搖了一些人開發(fā)利用太陽能的信心;核電發(fā)展較快，對(duì)太陽能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。受80年代國際上太陽能低落的影響，我國太陽能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出：太陽能利用投資大、效果差、貯能難、占地廣，認(rèn)為太陽能是未來能源，主張外國研究成功后我國引進(jìn)技術(shù)。雖然，持這種觀點(diǎn)的人是少數(shù)，但十分有害，對(duì)我國太陽能事業(yè)的發(fā)展造成不良影響這一階段，雖然太陽能開發(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)人類的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅。在這樣背景下，1992年聯(lián)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”，會(huì)議通過了《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，世界各國加強(qiáng)了清潔能源技術(shù)的開發(fā)，將利用太陽能與環(huán)境保護(hù)結(jié)合在一起，使太陽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“因地制宜地開發(fā)和推廣太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能等清潔能源”，制定了《中國21世紀(jì)議程》，進(jìn)一步明確了太陽能重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。1995年國家計(jì)委、國家科委和國家經(jīng)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)我國太陽能事業(yè)發(fā)揮了重要作用。 1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會(huì)議”，會(huì)后發(fā)表了《哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言》，會(huì)上討論了《世界太陽能10年行動(dòng)計(jì)劃》(1996- 2005)，《國際太陽能公約》，《世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃》等重要文件。這次會(huì)議進(jìn)一步表明了聯(lián)合國和世界各國對(duì)開發(fā)太陽能的堅(jiān)定決心，要求全球共同行動(dòng)，廣泛利用太陽能。1992年以后，世界太陽能利用又進(jìn)入一個(gè)發(fā)展期，其特點(diǎn)是：太陽能利用與世界可持續(xù)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)世界太陽能發(fā)展戰(zhàn)略而努力;太陽能發(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、過熱過急的弊端，保證太陽能事業(yè)的長期發(fā)展;在加大太陽能研究開發(fā)力度的同時(shí)，注意科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)，加速商業(yè)化進(jìn)程，擴(kuò)大太陽能利用領(lǐng)域和規(guī)模，經(jīng)濟(jì)效益逐漸提高;國際太陽能領(lǐng)域的合作空前活躍，規(guī)模擴(kuò)大，效果明顯。通過以上回顧可知，在本世紀(jì)100年間太陽能發(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。這一方面說明太陽能開發(fā)難度大，短時(shí)間內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用;另一方面也說明太陽能利用還受礦物能源供應(yīng)，政治和戰(zhàn)爭等因素的影響，發(fā)展道路比較曲折。盡管如此，從總體來看，20世紀(jì)取得的太陽能科技進(jìn)步仍比以往任何一個(gè)世紀(jì)都大。
【利弊】
優(yōu)點(diǎn)：?
(1)普遍：太陽光普照大地，無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運(yùn)輸。?
(2)無害：開發(fā)利用太陽能不會(huì)污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天，這一點(diǎn)是極其寶貴的。?
(3)巨大：每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億t標(biāo)煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。?
(4)長久：根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個(gè)意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。?
缺點(diǎn)：?
(1)分散性：到達(dá)地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時(shí)太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向1m?2面積上接收到的太陽能平均有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。?
(2)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，所以，到達(dá)某一地面的太陽輻照度既是間斷的又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。?
(3)效率低和成本高：目前太陽能利用的發(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。但有的太陽能利用裝置，因?yàn)樾势?，成本較高，總的來說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。?
太陽能利用中的經(jīng)濟(jì)問題：?
一，世界上越來越多的國家認(rèn)識(shí)到一個(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，我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，煤炭約占商品能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的76%，已成為我國大氣污染的主要來源。大力開發(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。能源問題是世界性的，向新能源過渡的時(shí)期遲早要到來。從長遠(yuǎn)看，太陽能利用技術(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。
【我國太陽能資源】
在我國，西藏西部太陽能資源最豐富，最高達(dá)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(jù)各地接受太陽總輻射量的多少，可將全國劃分為五類地區(qū)。
一類地區(qū)
為我國太陽能資源最豐富的地區(qū)，年太陽輻射總量6680～8400 MJ/㎡，相當(dāng)于日輻射量5.1～6.4KWh/㎡。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/㎡(日輻射量6.4KWh/㎡)，居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。
二類地區(qū)
為我國太陽能資源較豐富地區(qū)，年太陽輻射總量為5850-6680 MJ/m2，相當(dāng)于日輻射量4.5～5.1KWh/㎡。這些地區(qū)包括河北西北部、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)
為我國太陽能資源中等類型地區(qū)，年太陽輻射總量為5000-5850 MJ/m2，相當(dāng)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(tái)灣西南部等地。
四類地區(qū)
是我國太陽能資源較差地區(qū)，年太陽輻射總量4200～5000 MJ/㎡，相當(dāng)于日輻射量3.2～3.8KWh/㎡。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。
五類地區(qū)
主要包括四川、貴州兩省，是我國太陽能資源最少的地區(qū)，年太陽輻射總量3350～4200 MJ/㎡，相當(dāng)于日輻射量只有2.5～3.2KWh/㎡。
太陽能輻射數(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。
從全國來看，我國是太陽能資源相當(dāng)豐富的國家，絕大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在4 kWh/㎡以上，西藏最高達(dá)7 kWh/㎡。
【太陽能發(fā)展之路】
太陽能的利用有多種方式：
1、太陽熱能的利用，比如太陽能熱水器，目前就用的比較多也比較普及;
2、太陽能發(fā)電，是目前太陽能利用的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，主要的普及障礙是：
①用于完成光電轉(zhuǎn)化的硅光電池成本太高、轉(zhuǎn)化效率低、使用壽命短;
②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。
國外采用電能聯(lián)網(wǎng)的辦法解決電能的儲(chǔ)存問題，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)或場所。
【太陽能熱利用】
就目前來說，人類直接利用太陽能還處于初級(jí)階段，主要有太陽能集熱、太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能暖房、太陽能發(fā)電等方式。
太陽能集熱器
太陽能熱水器裝置通常包括太陽能集熱器、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。太陽能集熱器(solar collector)在太陽能熱系統(tǒng)中，接受太陽輻射并向傳熱工質(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)好的太陽能集熱器應(yīng)該能用20～30年。自從大約1980年以來所制作的集熱器更應(yīng)維持40～50年且很少進(jìn)行維修。
太陽能熱水系統(tǒng)
早期最廣泛的太陽能應(yīng)用即用于將水加熱，現(xiàn)今全世界已有數(shù)百萬太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統(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)部份或溫度的裝置以及接到負(fù)載的管路等。依循環(huán)方式太陽能熱水系統(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能吸收量成正比。此種型式因不需循環(huán)水，維護(hù)甚為簡單，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(因來自水的流量可知)，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)用太陽輻射熱。大多數(shù)太陽能暖房使用熱水系統(tǒng)，亦有使用熱空氣系統(tǒng)。太陽能暖房系統(tǒng)是由太陽能收集器、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)所組成，其過程乃太陽輻射熱傳導(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)，或者將太陽能直接用于熱電或光電方式發(fā)電，在加熱房間，或透過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。
太陽能發(fā)電
即直接將太陽能轉(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。
【空間太陽能電源】
第一個(gè)空間太陽電池載于1958年發(fā)射的Vangtuard I，體裝式結(jié)構(gòu)，單晶Si襯底，效率約10%(28℃)。到了1970年代，人們改善了電池結(jié)構(gòu)，采用BSF、光刻技術(shù)及更好減反射膜等技術(shù)，使電池的效率增加到14%。在70年代和80年代，地面太陽電池大約每5.5年全球產(chǎn)量翻番;而空間太陽電池在空間環(huán)境下的性能，如抗輻射性能等得到了較大改善。由于80年代太陽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)也變得更經(jīng)濟(jì)，空間太陽電池市場競爭十分激烈。在繼續(xù)研究更高性能的太陽電池，主要有兩種途徑：研究聚光電池和多帶隙電池。
× 空間太陽電池主要性能
電池效率
由于太陽電池在不同光強(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光，1.000 KWm-2)作為測(cè)試電池效率的標(biāo)準(zhǔn)光源。太陽電池在AM0光譜效率一般低于AM1.5光譜效率2～4個(gè)百分點(diǎn)，例如一個(gè)AM0效率為16%的Si太陽電池AM1.5效率約為19%)。
◎ 25℃，AM0條件下太陽電池效率
電池類型 面積(cm2) 效率(%) 電池結(jié)構(gòu)
一般Si太陽電池 64cm2 14.6 單結(jié)太陽電池
先進(jìn)Si太陽電池 4cm2 20.8 單結(jié)太陽電池
GaAs太陽電池 4cm2 21.8 單結(jié)太陽電池
InP太陽電池 4cm2 19.9 單結(jié)太陽電池
GaInP/GaAs 4cm2 26.9 單片疊層雙結(jié)太陽電池
GaInP/GaAs/Ge 4cm2 25.5 單片疊層雙結(jié)太陽電池
GaInP/GaAs/Ge 4cm2 27.0 單片疊層三結(jié)太陽電池
◎ 聚光電池
GaAs太陽電池 0.07 24.6 100X
GaInP/GaAs 0.25 26.4 50X，單片疊層雙結(jié)太陽電池
GaAs/GaSb 0.05 30.5 100X，機(jī)械堆疊太陽電池
空間太陽電池在大氣層外工作，在近地球軌道太陽平均輻照強(qiáng)度基本不變，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。因此空間太陽電池多采用AM0光譜設(shè)計(jì)和測(cè)試。
空間太陽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50～100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)散長度減小。其光電參數(shù)衰減的程度取決于太陽電池的材料和結(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，尤其對(duì)疊層太陽電池由于熱脹系數(shù)顯著不同，電池性能衰減可能更嚴(yán)重。
× 空間太陽電池的可靠性
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。空間太陽電池陣必須經(jīng)過一系列機(jī)械、熱學(xué)、電學(xué)等苛刻的可靠性檢驗(yàn)。
Si太陽電池
硅太陽電池是最常用的衛(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、日和歐空局等國家，都相繼開展了高效硅太陽電池的研究。以日本SHARP公司、美國的SUNPOWER公司以及歐空局為代表，在空間太陽電池的研究發(fā)展方面領(lǐng)先。其中，以發(fā)展背表面場(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。
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