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如何利用太阳能 发布时间:2005-9-8 大家知道，太阳能是取之不尽、用之不竭的巨大能源。利用太阳光给人类提供能源，将能解决地球上日益紧张的能源危机。 人类对太阳能的利用，可以通过各种途径和方法。最基本的则是实现光——热和光——电的转换。 光热转换是人类直接采集太阳光能量的方法。转换装置，基本上分为平板式集热器和聚光式集热器两类。前者是阳光直接射在黑色粗糙表面上变热，后者是用反射镜或透镜聚光产生热，后者是用反射镜或透镜聚光产生热，如太阳能住宅。在屋顶上装上太阳能到用薄铁皮制成的集热板上，集热板被晒热，光变成了热。当空气从集热板下面流过，就可以把热量带走。需要时可通过风道，送到房间里取暖。 另一途径是光电转换。就是通过光电器材，将太阳能直接变为电能。最通常的光电器材是硅电池。其原理是硅晶材料在光的照射下释放电子，这就是光电效应。计算器、收音机、汽车，甚至人造卫星上，都用上了这种硅太阳能电池。
太阳能有哪几种利用方式？
目前淡化海水主要采用三种方法，即蒸馏法、反渗透法和电渗析法。
这三种方法的简要说明如下：
1、蒸馏法：
主要被用于特大型海水淡化设备上及热能丰富的地方。是将压缩功转化为饱和蒸汽的内能，使其温度升到成为过热蒸汽，在利用高温过热蒸汽做热源，加热饱和盐水使其部分蒸发，蒸汽生成淡水实现盐水分离。
2、反渗透膜法：
适用面非常的广，且脱盐率很高，因此被广泛使用。反渗透膜法首先是将海水提取上来，进行初步处理，降低海水浊度，防止细菌、藻类等微生物的生长，然后用特种高压泵增压，使海水进入反渗透膜，由于海水含盐量高，因此海水反渗透膜必须具有高脱盐率，耐腐蚀、耐高压、抗污染等特点，经过反渗透膜处理后的海水，其含盐量大大降低，TDS含量从36000毫克/升降至200毫克/升左右。
3、电渗析法：
渗析是属于一种自然发生的物理现象。如将两种不同含盐量的水，用一张渗透膜隔开，就会发生含盐量大的水的电介质离子穿过膜向含盐量小的水中扩散，这个现象就是渗析。这种渗析是由于含盐量浓度不同而引起的，称为浓差渗析。渗析过程与浓度差的大小有关，浓差越大，渗析的过程越快，否则就越慢。
因为是以浓差作为推动力的，因此，扩散速度比较慢。如果在膜的两边施加一直流电场，就可以加快扩散速度。电解质离子在电场的作用下，会迅速地通过膜，进行迁移过程，这样，就形成了去除水中离子的淡水室和离子浓缩的浓水室，将浓水排放，淡水即为除盐水。这就是电渗析法除盐原理。
海水淡化处理设备
1、海水淡化处理方法对比：
反渗透法海水淡化与蒸馏法对比，膜法海水淡化只能利用电能，海水淡化利用热能和电能。所以反渗透淡化适合有电源的场合，蒸馏法适合有热源或电源的各种场合。
但是随着反渗透膜性能的提高和能量回收装置的问世，其吨水耗电量逐渐降低。反渗透海水淡化经一次脱盐，能生产相当于自来水水质的淡化水。虽然蒸馏法海水淡化水质较高，但反渗透技术仍具有较强的自身优势，如应用范围广，规模可大可小，建设周期短，不但可在陆地上建设，还适于在车辆、舰船、海上石油钻台、岛屿、野外等处使用。
海水淡化处理设备
反渗透系统需要较好的预处理，才能保证出水水质。在海水淡化领域中，预处理是保证反渗透系统长期稳定运行的关键。由于海水中的硬度、总固体溶解物和其他杂质的含量均较高，在运行过程中，反渗透系统对于浊度、pH值、温度、硬度和化学物质等因素较为敏感，所以对进水的要求相对较高，如果进水水质差，产水率就非常低。因此，海水在进入反渗透膜装置之前必须进行预处理。
2、淡化海水的起源及发展：
16世纪时，英国女王伊丽莎白颁布了一道命令:谁能发明一种价格低廉的方法，把苦涩腥咸的海水淡化成可供人类饮用的淡水，谁就可以得到10000英镑的奖金。
16世纪末，人类试着用蒸馏器在船上直接蒸发海水来制取淡水，开创了人工淡化海水的先例。19世纪末，由于蒸汽轮船普遍发展，蒸发器也随之蓬勃发展起来，以满足锅炉用水和部分饮用水的需要。1877年，俄国在巴库建成世界上第一台固定式淡水装置。其他国家尤其是缺少雨水的干旱国家也相继建成固定式淡水装置。
但是，真正大规模地淡化海水，是在20世纪50年代后期。据统计，世界上共有70多个国家从事海水淡化工作。仅1980年6月，蒸馏法、反渗透法和电渗析法三种类型的淡化装置全世界即达2204个，总造水量每天约727万吨。科威特的"多级闪急蒸馏法"的装置达32级，它的海水淡化水平居世界一流。当今世界淡化海水总产量的70%是用此法生产的，能够日产水18万吨。
中国海水淡化技术的研究始于1958年，海水淡化技术出现了新的进展:中盐度苦咸海水淡化组件和频繁倒极电渗析技术等重大成果进入国际先进行列。沙特是世界上最大的淡化海水生产国，其海水淡化量占世界总量的21%左右。
太阳能还可以用在哪些方面
太阳能利用基本方式可以分为如下4大类。
（1）光热利用
它的基本原来是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（＜200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（＞800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。
（2）太阳能发电
未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。
①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。
②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。
（3）光化利用
这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。
（4）光生物利用
通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。
太阳能技术的应用
建筑和城市规划
阳光影响了建筑设计建筑史的开始。先进的太阳建筑和城市规划的方法，是最早被希腊人和中国人所采用，他们的建筑面向南方给人们提供光明和温暖。
农业和园艺业
农业和园艺业，为了优化植物生产力而致力于优化太阳能的捕获。采用的技术，如定时种植周期，量身定制的行方向，交错行和混合的植物品种之间的高度可以提高农作物的产量。虽然阳光被普遍认为是一个丰富的资源，例外情况突出显示太阳能能源以农业的重要性。
温室大棚将太阳光转换为热能，实现不是天生就适合当地气候的（在封闭的环境中）特种作物其他植物的生长和全年的生产。
交通运输
在澳大利亚举办的世界太阳能挑战赛,太阳能车例如Nuna3横跨3,021 km（1,877 mi）从达尔文市到阿德莱德市的比赛路程。
自1980年代以来，一个太阳能汽车的发展一直是工程目标。世界太阳能车挑战赛是每半年以太阳能为动力的汽车比赛中，来自高校和企业的团队竞争横跨澳洲中部的3,021 km（1,877 mi）,从达尔文市到阿德莱德市的比赛路程。在1987年，成立时，获奖者的平均车速为67千米每小时（42英里每小时），并在2007年获奖者的平均时速已提高到90.87千米每小时（56.46英里每小时）。北美太阳能车挑战赛和计划中的南非太阳能车挑战赛是相媲美的比赛，反映出在太阳能车的设计和开发的国际关注。
有些汽车使用太阳能电池板为辅助电源，例如用于空调，保持汽车内凉爽，从而减少燃油消耗。
1975年，第一艘实用的太阳能船被建造于英国。到1995年，客轮整合光伏电池板开始出现，并且现在广泛使用。在1996年，堀江谦一作出第一次利用太阳能动力的太阳能船穿越太平洋，和在2006-2007年冬季sun21双体船作出第一次利用太阳能动力的太阳能船穿越大西洋。在2010年有计划作环球航行。
在1974年，无人驾驶AstroFlight SunRise飞机作第一次太阳能飞行。在1979年4月29日，Solar Riser作出太阳能动力的，完全控制的，载人的飞行器的第一次飞行，高度达到40英尺（12米）。
光热转换
现代的太阳能科技可以将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸汽和电力。集热式太阳能（Solar Thermal）。原理是将镜子反射的太阳光，聚焦在一条叫接收器的玻璃管上，而该中空的玻璃管可以让油流过。从镜子反映的太阳光会令管子内的油升温，产生蒸气，再由蒸气推动涡轮机发电。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。在适当地点，太阳能的长期使用成本已经接近甚至低于传统的化石燃料。
①太阳能热水器
太阳能热水系统利用太阳光来加热水。在较低的地理纬度（低于40度）从60％到70％的生活热水可以使用太阳能加热系统提供温度高达60°C的热水。最常见的类型的太阳能热水器真空管集热器（44％）和玻璃平板集热器（34％），一般用于生活热水；还有无釉的塑料收集器（21％），主要用于加热游泳池。
截至2007年，太阳能热水系统的总装机容量约为154吉瓦（GW）。中国是世界的领先者，在截至2006年他们已经安装了70吉瓦（GW），并且部署了在2020年安装210吉瓦（GW）的长远目标。以色列和塞浦路斯是在人均使用量上面的领先者，超过90％的家庭使用太阳能热水系统。在美国，加拿大和澳大利亚占主导地位的应用是加热游泳池，在2005年太阳能热水应用的装机容量为18吉瓦（GW）。
②加热，冷却和通风
在美国，暖通空调（英语：Heating, Ventilation and Air Conditioning，简称:HVAC）系统占用商业楼宇使用的的能量30％（4.65 EJ），和在住宅建筑近使用的能源的50％（10.1 EJ）。太阳能加热，冷却和通风技术可用于抵销了这些能量的一部分。
③水处理
太阳能可用于蒸馏处理盐水或半咸水使其可成饮用水。这种应用的首次记录是在16世纪的阿拉伯炼金术士。首先构建一个大型的太阳能蒸馏项目于1872年在智利的矿业城市拉斯维加斯萨利纳斯（Las Salinas）。该工厂有4700平方米的太阳能集热面积，每天可产生高达22,700升淡水，并经营了40年。
④烹饪
太阳灶利用太阳光蒸煮，干燥和杀菌消毒。它们可分为三大类：箱灶具，面板灶具和反射灶具。最简单的太阳灶是箱灶具，首先由奥拉斯-贝内迪克特·德索叙尔在1767年建造。一个基本的箱灶具包括一个用透明盖子的隔热容器。它可以有效地在局部阴天使用，通常温度将可达90-150 °C.
⑤热处理
太阳能聚光技术，如抛物面碟形，槽形及Scheffler反射器可为商业和工业应用提供工业用热。
蒸发池是通过蒸发作用浓缩溶解固体的浅水池。使用蒸发池的从海水中获得的盐是太阳能最古老的应用之一。现代应用包括浓缩浸矿用卤水的解决方案和从废物流中除去溶解固体。
通过蒸发作用由风和阳光的晾衣绳，晾衣架晾衣服不消耗电力或煤气。在美国的一些州，有立法保护衣服的“晾干的权利”。
光伏转换
光伏转换又称太阳能光伏。太阳能板是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，几乎以半导体物料（例如硅）制成的薄身固体太阳能电池组合。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗（薄膜太阳能电池会有光衰退的现象）。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较大的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。
太阳能板可以制成不同形状，而又可并联、串联，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面开始使用光伏组件，被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
①聚光太阳能热发电
聚光太阳能发电（CSP）系统使用透镜或反射镜和跟踪系统，把大面积的阳光聚焦到一个小光束。然后将集中的热量用作常规发电厂的热源。广泛存在聚光技术，最发达的技术是抛物槽，集中线性菲涅尔反射镜，斯特林盘和太阳能发电塔。跟踪太阳和光线聚焦用了各种技术。在所有这些系统中，工作流体被聚光的太阳光加热，然后将其用于发电或能量存储。
②太阳能光伏
一种太阳能电池或光伏电池（PV），是一种利用光伏效应将光转换成电流使用的装置。于1880年代，第一个太阳能电池由查尔斯Fritts(Charles Fritts)构造。
太阳化学
太阳能的化学过程利用太阳能来驱动化学反应。
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