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隨著經濟的發(fā)展、社會的進步,人們對能源提出越來越高的要求,尋找新能源成為當前人類面臨的迫切課題?,F(xiàn)有能源主要有3種,即火電、水電和核電。
火電需要燃燒煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蘊藏量有限、越燒越少,正面臨著枯竭的危險。據(jù)估計,全世界石油資源再有30年便將枯竭。另一方面燃燒燃料將排出CO2和硫的氧化物,因此會導致溫室效應和酸雨,惡化地球環(huán)境。
水電要淹沒大量土地,有可能導致生態(tài)環(huán)境破壞,而且大型水庫一旦塌崩,后果將不堪設想。另外,一個國家的水力資源也是有限的,而且還要受季節(jié)的影響。
核電在正常情況下固然是干凈的,但萬一發(fā)生核泄漏,后果同樣是可怕的。前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故,已使900萬人受到了不同程度的損害,而且這一影響并未終止。
這些都迫使人們去尋找新能源。新能源要同時符合兩個條件:一是蘊藏豐富不會枯竭;二是安全、干凈,不會威脅人類和破壞環(huán)境。目前找到的新能源主要有兩種,一是太陽能,二是燃料電池。另外,風力發(fā)電也可算是輔助性的新能源。其中,最理想的新能源是大陽能。
太陽能發(fā)電是最理想的新能源
照射在地球上的太陽能非常巨大,大約40分鐘照射在地球上的太陽能,便足以供全球人類一年能量的消費??梢哉f,太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。而且太陽能發(fā)電絕對干凈,不產生公害。所以太陽能發(fā)電被譽為是理想的能源。
從太陽能獲得電力,需通過大陽電池進行光電變換來實現(xiàn)。它同以往其他電源發(fā)電原理完全不同,具有以下特點:
①無枯竭危險;
②絕對干凈(無公害);
③不受資源分布地域的限制;
④可在用電處就近發(fā)電;
⑤能源質量高;
⑥使用者從感情上容易接受;
⑦獲取能源花費的時間短。
不足之處是:
①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面積;
②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。
但總的說來,瑕不掩瑜,作為新能源,太陽能具有極大優(yōu)點,因此受到世界各國的重視。
要使太陽能發(fā)電真正達到實用水平,一是要提高太陽能光電變換效率并降低其成本,二是要實現(xiàn)太陽能發(fā)電同現(xiàn)在的電網聯(lián)網。
目前,太陽電地主要有單晶硅、多晶硅、非晶態(tài)硅三種。單晶硅太陽電池變換效率最高,已達20%以上,但價格也最貴。非晶態(tài)硅太陽電池變換效率最低,但價格最便宜,今后最有希望用于一般發(fā)電的將是這種電池。一旦它的大面積組件光電變換效率達到10%,每瓦發(fā)電設備價格降到1-2美元時,便足以同現(xiàn)在的發(fā)電方式竟爭。估計本世紀末便可達到這一水平。
當然,特殊用途和實驗室中用的太陽電池效率要高得多,如美國波音公司開發(fā)的由砷化鎵半導體同銻化鎵半導體重疊而成的太陽電地,光電變換效率可達36%,快趕上了燃煤發(fā)電的效率。但由于它太貴,目前只能限于在衛(wèi)星上使用。
太陽能發(fā)電的應用
太陽能發(fā)電雖受晝夜、晴雨、季節(jié)的影響,但可以分散地進行,所以它適于各家各戶分激進行發(fā)電,而且要聯(lián)接到供電網絡上,使得各個家庭在電力富裕時可將其賣給電力公司,不足時又可從電力公司買入。實現(xiàn)這一點的技術不難解決,關鍵在于要有相應的法律保障?,F(xiàn)在美國、日本等發(fā)達國家都已制定了相應法律,保證進行太陽能發(fā)電的家庭利益,鼓勵家庭進行太陽能發(fā)電。
日本已于1992年4月實現(xiàn)了太陽能發(fā)電系統(tǒng)同電力公司電網的聯(lián)網,已有一些家庭開始安裝太陽能發(fā)電設備。日本通產省從1994年開始以個人住宅為對象,實行對購買太陽能發(fā)電設備的費用補助三分之二的制度。要求第一年有1000戶家庭、2000年時有7萬戶家庭裝上太陽能發(fā)電設備。
據(jù)日本有關部門估計日本2100萬戶個人住宅中如果有80%裝上太陽能發(fā)電設備,便可滿足全國總電力需要的14%,如果工廠及辦公樓等單位用房也進行太陽能發(fā)電,則太陽能發(fā)電將占全國電力的30%-40%。當前阻礙太陽能發(fā)電普及的最主要因素是費用昂貴。為了滿足一般家庭電力需要的3千瓦發(fā)電系統(tǒng),需600萬至700萬日元,還未包括安裝的工錢。有關專家認為,至少要降到100萬到200萬日元時,太陽能發(fā)電才能夠真正普及。降低費用的關鍵在于太陽電池提高變換效率和降低成本。
不久前,美國德州儀器公司和SCE公司宣布,它們開發(fā)出一種新的太陽電池,每一單元是直徑不到1毫米的小珠,它們密密麻麻規(guī)則地分布在柔軟的鋁箔上,就像許多蠶卵緊貼在紙上一樣。在大約50平方厘米的面積上便分布有1,700個這樣的單元。這種新電池的特點是,雖然變換效率只有8%—10%,但價格便宜。而且鋁箔底襯柔軟結實,可以像布帛一樣隨意折疊且經久耐用,掛在向陽處便可發(fā)電,非常方便。據(jù)稱,使用這種新太陽電池,每瓦發(fā)電能力的設備只要15至2美元,而且每發(fā)一度電的費用也可降到14美分左右,完全可以同普通電廠產生的電力相競爭。每個家庭將這種電池掛在向陽的屋頂、墻壁上,每年就可獲得一二千度的電力。
太陽能發(fā)電的前景
太陽能發(fā)電有更加激動人心的計劃。一是日本提出的創(chuàng)世紀計劃。準備利用地面上沙漠和海洋面積進行發(fā)電,并通過超導電纜將全球太陽能發(fā)電站聯(lián)成統(tǒng)一電網以便向全球供電。據(jù)測算,到2000年、2050年、2100年,即使全用太陽能發(fā)電供給全球能源,占地也不過為65.11萬平方公里、186.79萬平方公里、829.19萬平方公里。829.19萬平方公里才占全部海洋面積2.3%或全部沙漠的51.4%,甚至才是撒哈拉沙漠的91.5%。因此這一方案是有可能實現(xiàn)的。
另一是天上發(fā)電方案。早在1980年美國宇航局和能源部就提出在空間建設太陽能發(fā)電站設想,準備在同步軌道上放一個長10公里、寬5公里的大平板,上面布滿太陽電池,這樣便可提供500萬千瓦電力。但這需要解決向地面無線輸電問題。現(xiàn)已提出用微波束、激光束等各種方案。目前雖已用模型飛機實現(xiàn)了短距離、短時間、小功率的微波無線輸電,但離真正實用還有漫長的路程。
(Avec le développement de l'économie et le progrès de la société, les gens ont de plus en plus besoin d'énergie. La recherche de nouvelles sources d'énergie est devenue un problème urgent auquel l'humanité est confrontée. Il existe trois sources
d'énergie principales, à savoir l'énergie thermique, l'énergie hydroélectrique et l'énergie nucléaire.
L'énergie thermique nécessite la combustion de combustibles fossiles tels que le charbon et le pétrole. D'une part, les réserves limitées de combustibles fossiles, moins elles sont br?lées, sont menacées d'épuisement. On estime que les ressources
pétrolières mondiales seront épuisées dans 30 ans. D'autre part, la combustion de combustibles dégagerait des oxydes de CO2 et de soufre, ce qui entra?nerait un effet de serre et des pluies acides et aggraverait l'environnement terrestre.
L'eau et l'électricité inondent une grande partie du sol, ce qui peut causer des dommages à l'environnement écologique, et une fois que le grand réservoir s'effondre, les conséquences seront inimaginables. En outre, les ressources en eau d'un
pays sont limitées et dépendent des saisons.
L'énergie nucléaire est propre dans des circonstances normales, mais en cas de fuite nucléaire, les conséquences sont tout aussi terribles. L & apos; accident survenu à la centrale nucléaire de Tchernobyl dans l & apos; ex - Union soviétique,
qui a causé des dégats à des degrés divers à 9 millions de personnes, n & apos; a pas cessé.
Tout cela oblige les gens à chercher de nouvelles sources d'énergie. Les nouvelles sources d'énergie doivent satisfaire à deux conditions en même temps: l'une est riche en réserves et non épuisée; Deuxièmement, la sécurité et la propreté ne
menacent pas les êtres humains et ne détruisent pas l'environnement. Deux nouvelles sources d'énergie ont été trouvées: l'énergie solaire et les piles à combustible. En outre, l'énergie éolienne peut également être considérée comme une nouvelle source
d'énergie auxiliaire. Parmi eux, la nouvelle énergie la plus idéale est l'énergie solaire.
L'énergie solaire est la nouvelle énergie idéale
L'énergie solaire qui brille sur la terre est si énorme qu'environ 40 minutes d'exposition à l'énergie solaire de la terre suffisent à la consommation d'énergie de l'humanité mondiale pour une année. On peut dire que l'énergie solaire est vraiment
inépuisable et inépuisable. En outre, l'énergie solaire est absolument propre et exempte de pollution. L'énergie solaire est donc considérée comme l'énergie idéale.
Pour obtenir de l'énergie à partir de l'énergie solaire, il est nécessaire d'effectuer une transformation photoélectrique par cellule solaire. Il est complètement différent des autres principes de production d'énergie précédents et présente
les caractéristiques suivantes:
Pas de risque d'épuisement;
Absolument propre (sans pollution);
Ne pas être limité par la répartition géographique des ressources;
Il peut produire de l'électricité à proximité du point d'utilisation de l'électricité;
Haute qualité énergétique;
L'utilisateur est réceptif émotionnellement;
Il faut peu de temps pour obtenir de l'énergie.
Les lacunes sont les suivantes:
La densité de distribution d'énergie de l'irradiation est faible, c'est - à - dire qu'elle occupe une grande surface;
L'énergie obtenue est liée aux conditions météorologiques saisonnières, diurnes, nuageuses et ensoleillées.
Dans l'ensemble, cependant, en tant que nouvelle source d'énergie, l'énergie solaire présente de grands avantages, de sorte qu'elle a attiré l'attention du monde entier.
Pour que la production d'énergie solaire atteigne un niveau pratique, il est nécessaire d'améliorer l'efficacité de la conversion photoélectrique de l'énergie solaire et de réduire son co?t, et il est également nécessaire de réaliser la mise
en réseau de la production d'énergie solaire avec le réseau électrique actuel.
à l'heure actuelle, le silicium monocristallin, le silicium polycristallin et le silicium amorphe sont les principaux éléments de la terre solaire. Les cellules solaires au silicium monocristallin ont la plus grande efficacité de conversion,
atteignant plus de 20%, mais le prix est également le plus élevé. Les cellules solaires au silicium amorphe ont la plus faible efficacité de conversion, mais le prix est le moins élevé. Ce type de cellules sera le plus prometteur pour la production
d'électricité générale à l'avenir. Une fois que son efficacité de conversion photoélectrique à grande échelle atteindra 10% et que le prix de l'équipement de production d'électricité par watt tombera à 1 - 2 $, il sera suffisant pour concurrencer
la méthode actuelle de production d'électricité. Ce niveau devrait être atteint à la fin du siècle.
Bien entendu, l'efficacité des cellules solaires utilisées à des fins spéciales et en laboratoire est beaucoup plus élevée. Par exemple, la terre solaire développée par Boeing, qui est composée de semi - conducteurs GaAs superposés à des semi
- conducteurs GaAs, a une efficacité de conversion photoélectrique de 36%, ce qui rattrape rapidement l'efficacité de La production d'électricité au charbon. Mais comme il est trop cher, il ne peut actuellement être utilisé que par satellite.
Applications de l'énergie solaire
Bien que la production d'énergie solaire soit influencée par le jour et la nuit, la pluie et la saison, elle peut être réalisée de fa?on dispersée, de sorte qu'elle convient à chaque ménage pour produire de l'électricité par excitation fractionnée.
En outre, elle doit être connectée au réseau d'alimentation électrique, de sorte que chaque ménage peut vendre de l'électricité à la compagnie d'électricité lorsqu'il est riche et peut acheter de l'électricité à la compagnie d'électricité lorsqu'il
n'est pas suffisant. La technologie pour y parvenir n'est pas difficile à résoudre, la clé réside dans la garantie juridique correspondante. Aujourd'hui, les états - Unis, le Japon et d'autres pays développés ont adopté des lois pour protéger les
intérêts des ménages qui produisent de l'énergie solaire et encourager les ménages à produire de l'énergie solaire.
En avril 1992, le Japon a mis en réseau son système d'énergie solaire avec le réseau électrique de la compagnie d'électricité, et certains ménages ont commencé à installer du matériel d'énergie solaire. Depuis 1994, le Ministère japonais de
l'industrie et de la production a mis en place un système de subventions des deux tiers pour l'achat de matériel d'énergie solaire destiné aux particuliers. Il est demandé à 1 000 ménages la première année et à 70 000 ménages en 2000 d'être équipés
d'installations solaires.
Selon les estimations des autorités japonaises, si 80% des 21 millions de maisons individuelles du Japon sont équipées d'équipements solaires, 14% de la demande totale d'électricité du pays peut être satisfaite. Si les usines, les batiments
à bureaux et d'autres unités utilisent également l'énergie solaire, l'énergie solaire représentera 30 à 40% de l'électricité du pays. à l'heure actuelle, le principal obstacle à la popularisation de l'énergie solaire est son co?t élevé. Le système
de production d'électricité de 3 kW nécessaire pour répondre aux besoins généraux en électricité des ménages co?te de 6 à 7 millions de yens, sans compter les co?ts d'installation. Selon les experts, l'énergie solaire ne sera pas vraiment disponible
tant qu'elle ne sera pas tombée à au moins 1 à 2 millions de yens. La clé de la réduction des co?ts réside dans l'amélioration de l'efficacité de conversion et la réduction des co?ts des cellules solaires.
Il n'y a pas si longtemps, Texas Instruments et sce ont annoncé qu'ils avaient mis au point une nouvelle cellule solaire, chaque cellule étant constituée de petites billes de moins d'un millimètre de diamètre, réparties de fa?on dense et régulière
sur une feuille d'aluminium souple, tout comme de nombreux oeufs de vers à soie s'accrochent au papier. Il y en a 1 700 sur une surface d'environ 50 centimètres carrés. La caractéristique de cette nouvelle batterie est que, bien que l'efficacité de
conversion ne soit que de 8 à 10%, elle est bon marché. En outre, le substrat de feuille d'aluminium est doux et fort, peut être plié librement comme le tissu et la soie, et durable, accroché au soleil peut produire de l'électricité, très pratique.
Il est dit que les nouvelles cellules solaires co?tent de 15 à 2 dollars le watt d'équipement de production d'électricité et que le co?t de chaque kilowatt d'électricité peut être réduit à environ 14 cents, ce qui est tout à fait en concurrence avec
l'électricité produite par les centrales électriques ordinaires. Chaque maison peut obtenir 1, 2 kilowattheures d'électricité chaque année en accrochant la batterie sur le toit ensoleillé et les murs.
Perspectives de production d'énergie solaire
L'énergie solaire a des plans plus excitants. Le premier est le plan de la genèse proposé par le Japon. Préparer la production d'électricité à partir des zones désertiques et océaniques de surface et relier les centrales solaires mondiales
au réseau électrique unifié par cable supraconducteur pour alimenter le monde entier. On estime que, d'ici à 2000, 2050 et 2100, même si l'énergie solaire est entièrement utilisée pour alimenter l'énergie mondiale, elle ne couvrira que 6511 millions
de kilomètres carrés, 18679 millions de kilomètres carrés et 8219 millions de kilomètres carrés. 8 821 900 km2 ne représentent que 2,3% de la superficie totale de la mer ou 51,4% de l'ensemble du désert, et même 91,5% du Sahara. Ce programme est donc
possible.
L'autre est le plan de production d'électricité du ciel. Dès 1980, la NASA et le Département de l'énergie ont proposé l'idée de construire une centrale solaire dans l'espace, avec une grande plaque plate de 10 km de long et de 5 km de large
en orbite synchrone, recouverte de cellules solaires, qui pourraient fournir 5 millions de kilowatts d'électricité. Mais cela doit résoudre le problème de la transmission sans fil au sol. Divers schémas d'utilisation du faisceau micro - ondes et du
faisceau laser ont été proposés. Bien que l'avion modèle ait été utilisé pour réaliser la transmission sans fil micro - ondes à courte distance, à court terme et à faible puissance, il reste encore beaucoup à faire.
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