人类利用太阳能的历史可以追溯到远久的古代。相传我国在距今1000多年的西晋时代,就有人发现了凸透镜聚焦的性质(也有凹面镜的说法),利用冰块磨成凸透镜聚焦太阳光取火。古希腊历史上也流传着阿基米德组织民众用光亮的镜子反射太阳光,烧毁入侵者的木制战船的故事。
现在,太阳能的利用已扩展到众多的领域,如:太阳能温室、太阳能热水器、太阳能净水器、太阳能电池等,太阳能驱动的汽车和飞机也在研究试验中。在利用太阳能的过程中,人们遇到的一个突出问题,就是它的不连续性,这是它的明显缺点。一般来说,地球上的绝大部分地区,白天有太阳光照射,晚上没有,而且地面得到的太阳光严重地受着天气的影响,阴雨天无太阳能可利用。这就向人们提出了如何把太阳能储存起来,以便在没有太阳光的时段使用的问题。
经过多年的探索和实践,人们已经掌握了以下一些储存太阳能的办法。
1.显热储存
利用物质吸热后增温的特性,把太阳能储存在水、土壤或岩石等比热大的储热材料中。
因为物质吸热后要增温,所以将这种方法称为显热储存。这种方法成本低、效率高,但所需储热材料数量大。日本科学家研制了一种这类储热系统,利用向阳的屋顶集热,把空气加热到60℃左右,然后送如地下室加热地板及储热材料(如防湿水泥),加热及放热过程都比较缓慢,可较好地维持室温。
2.潜热储存
利用储热材料由固态转化为液态、或由液态转化为气态、或由故态直接转化为气态时需要吸热的特性来储存太阳能。在这种过程中物质的温度保持不变,所以称为潜热储存。目前可供实际应用的储热材料,主要是会结晶水的无机盐类。
3.电能储存
利用光电转换效应,把太阳光转换成电能来储存。在我国的秦皇岛附近,1986年建设
了一座无人看守的水上灯塔,塔上的太阳能硅片把太阳能转变成电能储存在蓄电池组内,即使遇上十几天连续阴雨,灯塔也能正常发光。目前容量较大的太阳能电池多用酸性铅蓄电池,它的储存效率可达70%,价格也便宜。
4.化学储存
利用光—化学转换的方法把太阳能储存起来。通常是利用可逆的无机化学反应来实现,
也就是在发生某种化学变化时吸收热量,在它作相反的变化时再把热量释放出来。例如以色列科学家利用太阳能的热量,使甲烷与水蒸气或二氧化碳在900℃的温度下发生化学反应,可以吸收大量热能,并产生氢和一氧化碳,需要放出热能时,只要假如适当的催化剂即可。
总之,储存太阳能是利用太阳能的一个关键环节,是人类克服能源危机的重要课题,
相信在不久的将来定会有突破性的进展。
科学设想——
月亮尘土获取太阳能
利用月亮尘土来获取太阳能,这听起来有点像天方夜谭。不过,美国的一些太阳能研究专家正着手将这种设想运用到空间探索、通讯和汽车制造行业中去。
休斯敦大学的物理教授弗伦德里奇说,利用月亮尘土来获得太阳能的原理其实很简单,就是利用月亮上的尘土制造一种太阳能电池,并将无数个这样的电池组装到一起变成一个发电装置,将太阳光转换成电能。他和他的同事经过对月球表面物质的分析以及对模拟的月球尘土进行多次试验后发现,制造这种太阳能电池的原料就蕴藏在月球的风化层里。
他们的设想是,用一台遥控装置在月球表面来回移动,将风化层熔化成一层玻璃薄膜,然后在这层玻璃薄膜上再涂上一层太阳能电池薄膜,这样就得到了一个月球太阳能电池。将这样的电池排列成一个太阳能发电装置,就可以给月球基地或是其周围的卫星提供电能。
如果科学家们的这些设想真的都变成了现实,那我们未来的能源结构,乃至我们的生活将会发生“革命性的变化”。