太阳能灶

据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“[url=http://baike.baidu.com/view/2929770.htm]未来能源[/url]结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。近代太阳能利用历史可以从1615年[url=http://baike.baidu.com/view/64741.htm]法国[/url][url=http://baike.baidu.com/view/25007.htm]工程师[/url]所罗门德考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的[url=http://baike.baidu.com/view/47475.htm]发动机[/url]算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。在1615年～1900年之间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光，发动机功率不大，工质主要是水蒸汽，价格昂贵，实用价值不大，大部分为太阳能爱好者个人研究制造。20世纪的100年间，太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。　　[b]第一阶段(1900~1920年)[/b]　　在这一阶段，世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用[url=http://baike.baidu.com/view/2902726.htm]平板集热器[/url]和低沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出[url=http://baike.baidu.com/view/44147.htm]功率[/url]达73.64kW，实用目的比较明确，造价仍然很高。建造的典型装置有：1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水装置，采用截头圆锥聚光器，功率：7.36kW；1902 ~1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质；1913年，在[url=http://baike.baidu.com/view/4387.htm]埃及[/url][url=http://baike.baidu.com/view/19490.htm]开罗[/url]以南建成一台由5个抛物槽镜组成的[url=http://baike.baidu.com/view/874857.htm]太阳能水泵[/url]，每个长62.5m，宽4m，总采光面积达1250m2。　　[b]第二阶段（1920~1945年）[/b]　　在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生[url=http://baike.baidu.com/view/5338.htm]第二次世界大战[/url]（1935~1945年）有关，而太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。　　[b]第三阶段（1945~1965年）[/b]　　在第二次世界大战结束后的20年中，一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少， 呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展，并且成立太阳能学术组织，举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。 在这一阶段，太阳能研究工作取得一些重大进展，比较突出的有：1945年，[url=http://baike.baidu.com/view/2398.htm]美国[/url][url=http://baike.baidu.com/view/4646.htm]贝尔[/url]实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；1955年，[url=http://baike.baidu.com/view/7835.htm]以色列[/url]泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件。此外，在这一阶段里还有其它一些重要成果，比较突出的有： 1952年，法国国家研究中心在[url=http://baike.baidu.com/view/55382.htm]比利牛斯山[/url]东部建成一座功率为50kW的[url=http://baike.baidu.com/view/1301783.htm]太阳炉[/url]。1960年，在美国[url=http://baike.baidu.com/view/98953.htm]佛罗里达[/url]建成世界上第一套用平板集热器供热的氨——水吸收式空调系统，制冷能力为5冷吨。1961年，一台带有石英窗的[url=http://baike.baidu.com/view/117205.htm]斯特林发动机[/url]问世。在这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。[url=http://baike.baidu.com/view/346382.htm]太阳能吸收式空调[/url]的研究取得进展，建成一批实验性[url=http://baike.baidu.com/view/72329.htm]太阳房[/url]。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。

中国科技网华盛顿5月24日电 在工业界看来，石墨烯太阳能电池是未来获得廉价且耐用太阳能电池的最佳途径之一，但是过去的试验发现，石墨烯太阳能电池的能量转换效率仅约为2.9%。美国佛罗里达大学物理学研究人员24日表示，他们通过对石墨烯材料进行掺杂处理，获得了具有能量转化率高的掺杂石墨烯太阳能电池。 据研究人员介绍，石墨烯材料掺杂处理所用的物质为三氟甲基磺酰胺（简称TFSA），掺杂后的石墨烯太阳能电池的能量转化率高达8.6%，创造了石墨烯太阳能电池能量转换的纪录。他们的研究成果刊登在《纳米通信》网站上。 研究生缪晓常（英译）在分析能量转化率提高的原因时表示，掺杂导致石墨烯薄膜导电能力更强同时提高了电池内的电位，这让石墨烯太阳能电池的光电转换效率更高。同过去人们尝试的掺杂物相比，新的掺杂物TFSA性能稳定，即作用持续时间长。缪晓常和同事在实验室研发的掺杂石墨烯太阳能电池为镶有金边的5毫米见方的小窗，小窗由硅材料表面镀单层石墨烯组成。 石墨烯和硅结合时形成了电子单向导通的肖特基结，在光照时，它是石墨烯太阳能电池中实现光电转换的区域。肖特基结通常由半导体表面镀金属而成，但是佛罗里达大学生物和工程纳米学研究所2011年发现，石墨烯材料能够代替金属与半导体形成肖特基结。 佛罗里达大学著名物理学教授亚瑟·赫巴德说，与普通金属不同，石墨烯是透明和柔性材料，它具有极大的潜力成为太阳能电池的重要组成部分。人们希望在未来，太阳能电池能够用于建筑外部和其他产品中。他同时认为，石墨烯太阳能电池的能量转化率能够通过如此简单且廉价的处理方法得以提高，展现了其光明前景。 研究人员表示，如果石墨烯太阳能电池的能量转化率达到10%，且保持生产成本足够低，那么它们将成为市场上有力的竞争者。 佛罗里达大学目前研发的石墨烯太阳能电池样品的基底是硅半导体材料，用于大规模产品生产并不经济。不过，赫巴德表示，他看好将掺杂石墨烯与更廉价、更具有柔性的基底材料相结合，这些基底材料包括全球众多实验室正在开发的高分子膜。（记者 毛黎） 总编辑圈点 石墨烯及其衍生物的研究已广为人知。本研究通过新的技术工艺，不仅造就了迄今最高效的石墨烯基太阳能电池，也指出了一个重要的研究方向，并描绘了一幅非常诱人的应用前景。我们相信，这只是一个起点，石墨烯很快会成为一种充满无限可能的革命性材料：除了已经在研究中的太阳能电池、超薄防弹衣、天文望远镜、高强度航空材料、高性能储能和传感器材料等，还有更富想象力的太空电梯。当然，前提还是基础研究的进一步深入。 《科技日报》（2012-05-26 一版）

[b]优点：[/b]　　(1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论[url=http://baike.baidu.com/view/94074.htm]陆地[/url]或[url=http://baike.baidu.com/view/2860.htm]海洋[/url]，无论[url=http://baike.baidu.com/view/226164.htm]高山[/url]或[url=http://baike.baidu.com/view/94076.htm]岛屿[/url]，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。　　(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，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辐射能约相当于130万亿t标煤，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。　　[b]缺点：[/b]　　(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是[url=http://baike.baidu.com/view/1388375.htm]能流密度[/url]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1平方米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1／5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[url=http://baike.baidu.com/view/366637.htm]昼夜[/url]、[url=http://baike.baidu.com/view/349682.htm]季节[/url]、[url=http://baike.baidu.com/view/959526.htm]地理纬度[/url]和[url=http://baike.baidu.com/view/36833.htm]海拔[/url]高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，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[url=http://baike.baidu.com/view/442524.htm]替代能源[/url]，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。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。　　[b]太阳能利用中的经济问题：[/b]　　第一，世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的原则。随着能源形式的变化，常规能源的贮量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。　　第二，我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品[url=http://baike.baidu.com/view/3029909.htm]能源消费[/url]结构的76％，已成为我国[url=http://baike.baidu.com/view/42413.htm]大气污染[/url]的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。