微探太阳能

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  一、探究原因
  当电力、煤炭、石油等不可再生能源頻频告急,能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时,越来越多的国家开始实行“阳光计划”。我国因地理位置的优势,蕴藏着丰富的太阳能资源,然而颇受“阳光”厚爱的中国,太阳能资源开发尚且滞后,如何把阳光留住,催生“阳光经济”,是我国科学发展面临的一个严峻课题。我们中学生也应该积极响应国家的号召,为探索环保能源尽自己的一份力量,所以,我针对太阳能在小范围内展开了探究。
  二、太阳能的优点
  (1)普遍:太阳光普照大地,处处皆有,可直接开发和利用,且无须开采和运输。
  (2)无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁能源之一,在环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的。
  (3)巨大:每年到达地球表面上的太阳能辐射约相当于130万亿吨煤,其总量属现今世界上可以开发的最大能源。
  (4)长久:根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年,而地球的寿命也约为几十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。
  三、太阳能的缺点
  (1)分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大,但是能流密度很低。平均说来,北回归线附近,夏季在天气较为晴朗的情况下,正午时太阳辐射的辐照度最大,在垂直于太阳光方向1m2的面积上接收到的太阳能平均有1000W左右;若按全年日夜平均,则只有200W左右。而在冬季大致只有一半,阴天一般只有15左右,这样的能流密度是很低的。因此,在利用太阳能时,想要得到一定的转换功率,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备,造价较高。
  (2)不稳定性:由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制及晴、阴、云、雨等随机因素的影响,所以,到达某一地面的太阳辐射度既是间断的又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源,从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源,就必须很好地解决蓄能问题,即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来,以供夜间或阴雨天使用,但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。
  (3)效率低和成本高:目前太阳能利用的发展水平,有些方面在理论上是可行的,技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置,因为效率偏低,成本较高,总的来说,经济性还不能与常规能源相竞争。
  四、太阳能的开发现状
  中国蕴藏着丰富的太阳能资源,太阳能利用前景广阔。目前,我国太阳能产业规模已位居世界第一,是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。我国比较成熟的太阳能产品有两项:太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。太阳能集热管是清华大学的一项专利技术,经清华阳光公司的产业化生产目前其年产量为世界第一,其产品性能为世界领先,清华阳光公司的晒乐牌太阳能集热管及集热装置,用六七年时间完成了小试、中试到大规模生产,目前已经建成世界上生产规模最大的集热管生产厂,每年可生产500万支全世界集热效率最高的全玻璃真空集热管,预计这个项目的经营额再过3年将达到10亿元。
  五、家乡对太阳能的应用
  我的家乡商洛目前太阳能的应用主要是太阳能路灯,在金凤山上、比亚迪大道边、江南小区等很多地方都有利用太阳能照明的路灯。我访问了比亚迪商洛太阳能厂的科技专家,得知:太阳能路灯的组成:太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳。如输出电源为交流220V或110V,还要配置逆变器。
  1.太阳能电池板。
  (1)太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分,也是太阳能路灯中价值最高的部分。
  (2)作用:将太阳能的辐射能力转换为电能,或送至蓄电池中存储起来。
  2.太阳能控制器。作用:对它的充电放电条件加以限制,防止蓄电池过度充电及深度充电。同时太阳能控制器兼有路灯控制功能,具有光控、时控功能,并具有夜间自动切控负载功能,便于阴雨天延长路灯工作时间。
  3.蓄电池作用。在能满足夜晚照明的前提下,把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来,同时还要存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。D光源有很多种,如低压节能灯、低压钠灯、无极灯等。
  4.家乡安装太阳能路灯的优点。
  (1)安装方便,不受地理位置的限制。
  (2)前期投入略大,长期对照节约。
  (3)不需支付电费,不受停电限制。
  (4)节约能源,促进环保发展,无污染、无噪音、无辐射,符合当今社会发展方向,走低碳生活之路。
  (5)充分体现绿色照明的概念,给人以全身心的视觉感受。
  (6)融入了新能源新技术的概念。
  6.目前家乡LED太阳能路灯的不足。
  (1)LED太阳能路灯的不稳定性:为了使太阳能成为连续、稳定的能源,从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源,必须首先解决蓄能问题,即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来,以供夜间或阴雨天使用。
  (2)LED太阳能路灯的分散性:到达地球表面的太阳辐射的能流密度很低,因此,在利用太阳能作为路灯的装置时,想要得到一定的转换功率,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备,造价较高。
  (3)LED太阳能路灯的低效率、高成本:太阳能利用装置,因为效率较低,成本偏高,经济性还不能与常规能源相竞争。
  (4)光线覆盖范围窄,亮度也不够均匀。
  作者单位:陕西省西安高新一中高中部2017届5班
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