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    太陽能開發歷史
    【字體: 】  日期:14-04-18  來源:來自網絡  熱度:

    據記載,人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動力加以利用,只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補充能源”,“未來能源結構的基礎”,則是近來的事。20世紀70年代以來,太陽能科技突飛猛進,太陽能利用日新月異。近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門·德·考克斯在世界上發明第一臺太陽能驅動的發動機算起。該發明是一臺利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機器。在1615年~1900年之間,世界上又研制成多臺太陽能動力裝置和一些其它太陽能裝置。這些動力裝置幾乎全部采用聚光方式采集陽光,發動機功率不大,工質主要是水蒸汽,價格昂貴,實用價值不大,大部分為太陽能愛好者個人研究制造。20世紀的100年間,太陽能科技發展歷史大體可分為七個階段。

    第一階段

    第一階段(1900~1920年),清立新能源在這一階段,世界上太陽能研究的重點仍是太陽能動力裝置,但采用的聚光方式多樣化,且開始采用平板集熱器和低沸點工質,裝置逐漸擴大,最大輸出功率達73.64kW,實用目的比較明確,造價仍然很高。建造的典型裝置有:1901年,在美國加州建成一臺太陽能抽水裝置,采用截頭圓錐聚光器,功率:7.36kW;1902 ~1908年,在美國建造了五套雙循環太陽能發動機,采用平板集熱器和低沸點工質;1913年,在埃及開羅以南建成一臺由5個拋物槽鏡組成的太陽能水泵,每個長62.5m,寬4m,總采光面積達1250m2。

    第二階段

    第二階段(1920~1945年),在這20多年中,太陽能研究工作處于低潮,參加研究工作的人數和研究項目大為減少,其原因與礦物燃料的大量開發利用和發生第二次世界大戰(1935~1945年)有關,而太陽能又不能解決當時對能源的急需,因此使太陽能研究工作逐漸受到冷落。

    第三階段

    第三階段(1945~1965年),在第二次世界大戰結束后的20年中,一些有遠見的人士已經注意到石油和天然氣資源正在迅速減少, 呼吁人們重視這一問題,從而逐漸推動了太陽能研究工作的恢復和開展,并且成立太陽能學術組織,舉辦學術交流和展覽會,再次興起太陽能研究熱潮。在這一階段,太陽能研究工作取得一些重大進展,比較突出的有:1945年,美國貝爾實驗室研制成實用型硅太陽電池,為光伏發電大規模應用奠定了基礎;1955年,以色列泰伯等在第一次國際太陽熱科學會議上提出選擇性涂層的基礎理論,并研制成實用的黑鎳等選擇性涂層,為高效集熱器的發展創造了條件。此外,在這一階段里還有其它一些重要成果,比較突出的有:1952年,法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐。1960年,在美國佛羅里達建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨——水吸收式空調系統,制冷能力為5冷噸。1961年,一臺帶有石英窗的斯特林發動機問世。在這一階段里,加強了太陽能基礎理論和基礎材料的研究,取得了如太陽選擇性涂層和硅太陽電池等技術上的重大突破。平板集熱器有了很大的發展,技術上逐漸成熟。太陽能吸收式空調的研究取得進展,建成一批實驗性太陽房。對難度較大的斯特林發動機和塔式太陽能熱發電技術進行了初步研究。

    第四階段

    第四階段(1965~1973年),這一階段,太陽能的研究工作停滯不前,主要原因是太陽能利用技術處于成長階段,尚不成熟,并且投資大,效果不理想,難以與常規能源競爭,因而得不到公眾、企業和政府的重視和支持。

    第五階段

    第五階段(1973~1980年),自從石油在世界能源結構中擔當主角之后,石油就成了左右經濟和決定一個國家生死存亡、發展和衰退的關鍵因素,1973年10月爆發中東戰爭,石油輸出國組織采取石油減產、提價等辦法,支持中東人民的斗爭,維護該國的利益。其結果是使那些依靠從中東地區大量進口廉價石油的國家,在經濟上遭到沉重打擊。于是,西方一些人驚呼:世界發生了“能源危機”(有的稱“石油危機”)。這次“危機”在客觀上使人們認識到:現有的能源結構必須徹底改變,應加速向未來能源結構過渡。從而使許多國家,尤其是工業發達國家,重新加強了對太陽能及其它可再生能源技術發展的支持,在世界上再次興起了開發利用太陽能熱潮。1973年,美國制定了政府級陽光發電計劃,太陽能研究經費大幅度增長,并且成立太陽能開發銀行,促進太陽能產品的商業化。日本在1974年公布了政府制定的“陽光計劃”,其中太陽能的研究開發項目有:太陽房 、工業太陽能系統、太陽熱發電、太陽電池生產系統、分散型和大型光伏發電系統等。為實施這一計劃,日本政府投入了大量人力、物力和財力。

    70年代初世界上出現的開發利用太陽能熱潮,對中國也產生了巨大影響。一些有遠見的科技人員,紛紛投身太陽能事業,積極向政府有關部門提建議,出書辦刊,介紹國際上太陽能利用動態;在農村推廣應用太陽灶,在城市研制開發太陽能熱水器,空間用的太陽電池開始在地面應用……。1975年,在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經驗交流大會”,進一步推動了中國太陽能事業的發展。這次會議之后,太陽能研究和推廣工作納入了中國政府計劃,獲得了專項經費和物資支持。一些大學和科研院所,紛紛設立太陽能課題組和研究室,有的地方開始籌建太陽能研究所。當時,中國也興起了開發利用太陽能的熱潮。這一時期,太陽能開發利用工作處于前所未有的大發展時期,具有以下特點:

    各國加強了太陽能研究工作的計劃性,不少國家制定了近期和遠期陽光計劃。開發利用太陽能成為政府行為,支持力度大大加強。國際間的合作十分活躍,一些第三世界國家開始積極參與太陽能開發利用工作。

    研究領域不斷擴大,研究工作日益深入,取得一批較大成果,如CPC、真空集熱管、非晶硅太陽電池、 光解水制氫、太陽能熱發電等。

    各國制定的太陽能發展計劃,普遍存在要求過高、過急問題,對實施過程中的困難估計不足,希望在較短的時間內取代礦物能源,實現大規模利用太陽能。例如,美國曾計劃在1985年建造一座小型太陽能示范衛星電站,1995年建成一座500萬kW空間太陽能電站。事實上,這一計劃后來進行了調整,至今空間太陽能電站還未升空。

    太陽熱水器、太陽電池等產品開始實現商業化,太陽能產業初步建立,但規模較小,經濟效益尚不理想。

    第六階段

    第六階段(1980~1992年),70年代興起的開發利用太陽能熱潮,進入80年代后不久開始落潮,逐漸進入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經費,其中美國最為突出。導致這種現象的主要原因是:世界石油價格大幅度回落,而太陽能產品價格居高不下,缺乏競爭力;太陽能技術沒有重大突破,提高效率和降低成本的目標沒有實現,以致動搖了一些人開發利用太陽能的信心;核電發展較快,對太陽能的發展起到了一定的抑制作用。受80年代國際上太陽能低落的影響,中國太陽能研究工作也受到一定程度的削弱,有人甚至提出:太陽能利用投資大、效果差、貯能難、占地廣,認為太陽能是未來能源,主張外國研究成功后中國引進技術。雖然,持這種觀點的人是少數,但十分有害,對中國太陽能事業的發展造成不良影響。這一階段,雖然太陽能開發研究經費大幅度削減,但研究工作并未中斷,有的項目還進展較大,而且促使 人們認真地去審視以往的計劃和制定的目標,調整研究工作重點,爭取以較少的投入取得較大的成果。

    第七階段

    第七階段(1992年~至今),由于大量燃燒礦物能源,造成了全球性的環境污染和生態破壞,對人類的生存和發展構成威脅。在這樣背景下,1992年聯合國在巴西召開“世界環境與發展大會”,會議通過了《里約熱內盧環境與發展宣言》, 《21世紀議程》和《聯合國氣候變化框架公約》等一系列重要文件,把環境與發展納入統一的框架,確立了 可持續發展的模式。這次會議之后,世界各國加強了清潔能源技術的開發,將利用太陽能與環境保護結合在 一起,使太陽能利用工作走出低谷,逐漸得到加強。世界環發大會之后,中國政府對環境與發展十分重視,提出10條對策和措施,明確要“因地制宜地開發和推廣太陽能、風能、地熱能、潮汐能、生物質能等清潔能源”,制定了《中國21世紀議程》,進一步明確 了太陽能重點發展項目。

    1995年國家計委、國家科委和國家經貿委制定了《新能源和可再生能源發展綱要》 在(1996 ~ 2010年)制出,明確提出中國在1996-2010年新能源和可再生能源的發展目標、任務以及相應的對策和措施。這些文件的制定和實施,對進一步推動中國太陽能事業發揮了重要作用。1996年,聯合國在津巴布韋召開“世界太陽能高峰會議”,會后發表了《哈拉雷太陽能與持續發展宣言 》,會上討論了《世界太陽能10年行動計劃》(1996 ~ 2005年),《國際太陽能公約》,《世界太陽能戰略規劃》等重要文件。這次會議進一步表明了聯合國和世界各國對開發太陽能的堅定決心,要求全球共同行動 ,廣泛利用太陽能。

    1992年以后,世界太陽能利用又進入一個發展期,其特點是:太陽能利用與世界可持續發展和環境保護緊密結合,全球共同行動,為實現世界太陽能發展戰略而努力;太陽能發展目標明確,重點突出,措施得力,有利于克服以往忽冷忽熱、過熱過急的弊端,保證太陽能事業的長期發展;在加大太陽能研究開發力度的同時,注意科技成果轉化為生產力,發展太陽能產業,加速商業化進程,擴大太陽能利用領域和規模,經濟效益逐漸提高;國際太陽能領域的合作空前活躍,規模擴大,效果明顯。通過以上回顧可知,在本世紀100年間太陽能發展道路并不平坦,一般每次高潮期后都會出現低潮期,處于低潮的時間大約有45年。太陽能利用的發展歷程與煤、石油、核能完全不同,人們對其認識差別大,反復多,發展時間長。這一方面說明太陽能開發難度大,短時間內很難實現大規模利用;另一方面也說明太陽能利用還受礦物能源供應,政治和戰爭等因素的影響,發展道路比較曲折。盡管如此,從總體來看,20世紀取得的太陽能科技進步仍比以往任何一個世紀都快。愛迪太陽能如今是人們生活中不可缺少的一部分。

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    第八階段

    全世界光伏板并網,貯能難的問題就有改善。

    第一,世界上越來越多的國家認識到一個能夠持續發展的社會應該是一個既能滿足社會需要,而又不危及后代人前途的社會。因此,盡可能多地用潔凈能源代替高含碳量的礦物能源,是能源建設應該遵循的原則。隨著能源形式的變化,常規能源的貯量日益下降,其價格必然上漲,而控制環境污染也必須增大投資。

    第二,中國是世界上最大的煤炭生產國和消費國,煤炭約占商品能源消費結構的76%,已成為中國大氣污染的主要來源。大力開發新能源和可再生能源的利用技術將成為減少環境污染的重要措施。能源問題是世界性的,向新能源過渡的時期遲早要到來。從長遠看,太陽能利用技術和裝置的大量應用,也必然可以制約礦物能源價格的上漲。

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