如何利用太阳能资源？

太阳给地球带来生机。自古以来，人类就十分关注这一能量的源泉。夸父追日的神话故事，就是很好的证明。但是，直到近代，人们才对太阳有了科学的认识：太阳是居于太阳系中心的恒星，其中心温度高达1500万℃，表面温度高达6000℃；它以氢为燃料进行持续的核聚变从而放出巨大的能量，并向四面八方辐射光和热，包括地球在内的太阳系各大行星。

地球每年接收的太阳能约为10²¹ J，相当于1000亿t石油的能量，是目前人类化石能源年消耗量的10倍。因此，太阳能可以充足、可持续地作为人类的直接或间接能源。太阳能的另一大优势是清洁性，使用太阳能不会产生废气和废料，对环境友好。除了这些优势外：太阳能也有其本身的局限性，包括分散性和间歇性。太阳光可近似为6000℃的黑体辐射分散在地球表面，包括6%的紫外光（波长小于380nm）、52%的可见光（波长为380~780 nm）和42%的红外光（波长大于780nm）。当通过大气层时，有将近一半的能量被反射和吸收，光谱中出现凹凸不平的形状，是由于大气中臭氧、水、氧气、二氧化碳等分子的振动吸收造成的。实际到达地面的太阳能能量密度只有1.37 kW/m²（太阳光直射时）。因此，需要较大的受光面积才能达到较大的功率。此外，地球自转造成的昼夜更替、地球公转造成的季节变化和局部天气变化，均会造成日照强度随时间和地点的变化而变化。这种不稳定的能源输出，需要新的技术来实现按时按需地使用。

我们无时无刻不在利用太阳能。太阳能的利用形式多种多样，主要可以概括为三种方式：①光化学转化。自然界中植物的光合作用就是利用太阳光提供能量，将二氧化碳和水转化成糖类分子，并释放氧气。②光热转化。这类应用广泛存在于我们的生活和生产中，例如晾晒衣物，或者是将太阳光聚集起来加热熔盐，然后加热蒸汽直接利用，或者利用高温蒸汽推动汽轮机进行间接发电。③光伏发电。通过太阳能光伏电池将太阳能直接转化为电能，用来驱动常见的电气电子设备，如手机、电脑、机器人和电动汽车等。

供稿单位：重庆市产学研合作促进会

作者：潘复生，中国工程院院士、重庆大学教授、重庆市科学技术协会主席

审核专家：毛弋，重庆市科学传播专家团首席专家，重庆电子工程职业学院教授

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